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ERSTRUCTURA PARA CARGAR TANQUE DE 1100LITROS EN UN RECIPIENTE...

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Memoria de cálculo estructural

MEMORIA DE CÁLCULO DE ESTRUCTURAS “ESTRUCTURA METALICA PARA SOPORTE DE TANQUE DE 1100 LITOS”

AGOSTO 2021

MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL

Memoria de cálculo estructural

“ESTRUCTURA METÁLICA 4- PRAXAIR HUACHIPA” 1.0GENERALIDADES 1.1

OBJETIVO

La finalidad de la presente memoria de cálculo es la evaluación estructural de la “Estructura metálica para soporte de tanque de 1100 litros, altura 3.5 m” para PRAXAIR, ubicado en Huachipa, Provincia de Lima, Departamento de Lima. Dicha estructura se someterá a un análisis de cargas gravitacionales, de viento y a cargas sísmicas. 1.2

DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO

La estructura metálica es una plataforma elevada empernada con ángulos tipo L, para el soporte de un tanque rotoplast de 1100 litros, ubicado a una altura de 3.5 metros del nivel del piso. La estructura cumple la función de sostener la carga muerta del tanque en su capacidad total. La estructura tiene un solo accesos mediante escaleras fabricadas con perfiles L, cuenca con una escalera de acceso hasta la plataforma del tanque. Se ha propuesto la estructura como una estructura provisional. Además, la estructura está compuesta de las siguientes partes: 

Plataformas con parrilla de perfiles L de 1 ½” x 1 ½” x 8mm de espesor colocadas a cada 15 cm.



Escalera en lado frontal con varillas solida de fierro de diámetro de 5/8”.



Cuatro soportes principales inclinadas con perfil L de 1 ½” x 1 ½” x 8mm de espesor



Dos niveles de tensado horizontal con angulo L de 1”x1”x5mm



Don niveles de arriostre con angulo L de 1”x1”x5mm

A continuación, se describe la planimetría de la cobertura y una elevación principal

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Imagen 01: Planta

Imagen 02: Elevación principal

1.3

MODELAMIENTO ESTRUCTURAL

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1.4

NORMATIVA

Se ha considerado en el estudio de evaluación las siguientes normas: 

Capítulo E020 (Norma de Cargas) correspondiente al RNE vigente.



Capítulo E030 (Norma Sismo resistente)



Capítulo E090 (Norma de Estructuras Metálicas) correspondiente al RNE vigente.

1.5



AISC 2010 (American Institute of Steel Construction LRFD)



AISI 2007 (American Iron and Steel Institute)

CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES 1.5.1 ACERO ESTRUCTURAL 

Acero laminado y planchas ASTM A36, Fy=2350 kg/cm2, Fu=4200 kg/cm2.

 1.6

Acero conformado en frío ASTM A36, Fy=2350 kg/cm2.

CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO

La estructura propuesta es un sistema de pórticos rígidos a momento en la unión viga columna y en la base de cada columna, dichos perfiles están conformados por un conjunto de perfiles tubulares de diferentes diámetros conectados entre sí y liberados de momento, espaciados uno de otro, y el peso de la cubierta será soportado por un sistema de correas, el diseño de éstos perfiles están bajo la norma AISI Edición 2007. Las cargas debidas al peso propio de los perfiles serán obtenidas mediante el mismo programa SAP2000, todos los componentes del sistema estructural se encuentran convenientemente arriostrados para garantizar su acción en conjunto y la estabilidad de la edificación. La unión o nudo (viga-columna), se realizará a través de soldadura en todo el contorno del elemento a conectarse, tal cual se indican en los detalles de los planos para soportar las cargas últimas de diseño. La estructura estará dividida en 04 pórticos principales y 03 secundarios.

Memoria de cálculo estructural

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2.0METRADO DE CARGAS 2.1

CARGAS PERMANENTES

Son cargas provenientes del peso propio de los elementos estructurales tales como columnas, vigas, cobertura, luminarias, etc. 2.2

CARGAS VIVAS

Son las cargas que provienen del tránsito de persona, equipos o mobiliario móvil que se desplazará en el techo para el proceso de instalación o mantenimiento. 2.3

CARGAS PRODUCIDAS POR SISMO

Son las cargas producidas por efecto del movimiento del terreno debido al paso de las ondas sísmicas, estas demandas han sido reglamentadas de acuerdo a diferentes factores que dependen del tipo de edificación, uso, condiciones del suelo, etc. 2.4

CARGAS PRODUCIDAD POR EL VIENTO

Son cargas de diseño dinámicas, originadas por la acción del viento, que por facilidad son modeladas como cargas equivalentes estáticas, por una velocidad de viento mínima de 80 Km/h. 2.5

COMBINACIONES DE CARGAS EMPLEADAS

Las combinaciones de cargas usadas para encontrar la envolvente de esfuerzos sobre los elementos de la estructura son las siguientes. Combinaciones COMB1 COMB2 COMB3 COMB4 COMB5 COMB6 COMB7 COMB8

CM 1.4 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 0.9 0.9



Donde:



CM: Carga Muerta



CV: Carga Viva



W: Carga de Viento

CV

W

1.6 0.5

0.8

0.5 0.5

Ex

Ey

S

+-1

+-1

1.6 1.6 0.5 0.2

+-1

+-1

0.8 1.3 1.3

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2.6



Ex: Sismo en dirección X



Ey: Sismo en dirección Y



S: Carga de Nieve

RESUMEN DE CARGAS 2.6.1 CARGAS PERMANENTES (CM) Carga muerta en el Pórtico principal P1 Peso de correa

=

20.00 Kg/m2

Peso de panel de malla

=

10.00 Kg/m2

Instalaciones

=

10.00 Kg/m2

Tanque

=

1150.00 Kg/m2

Total

=

1190.00

Kg/m2

Separación de pórticos principales = 1.20m CM= 1190kg/m2 x 1.20m = 1428.00 kg/m (lineal) CM= 1190kg/m2 (areal) 2.6.2 CARGAS VIVAS(CV) Sobre carga en tijeral principal del techo S/C =100.00 Kg/m2 Separación de pórticos principales = 1.20 m. S/C= 100 kg/m2 x 1.20m = 120.00 kg/m 2.6.3 CARGAS DE SISMO (CS) Según Norma E-030 Sa = (ZUCS/R) * g (Espectro Inelástico) 2.6.4 CARGAS DE VIENTO (CW) Para el presente proyecto se asumió una velocidad de viento de 80 km/h según el mapa eólico indicado en la norma E.020. Carga de Viento Ph=0.005*C* V 2

(Cap. 12-4-RNE E.020)

Pendiente = 10% V = Velocidad del Viento = 80kph (Cap. 12-3-RNE E.020) h = Altura sobre el terreno en m. = 4.0m Vh = Velocidad de diseño en la altura h

= 80kph (Cap.

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12-3-RNE E.020) Carga de Viento Wx C Pared Barlovento Pared Sotavento Techo Barlovento Techo Sotavento

Presión de Diseño Ph(kg/m2)

1.1 -0.9 0.6 -1.0 -0.9

35.20 -28.80 19.20 -32.00 -28.80

Ancho Trib. Wx (kg/m) (m) 2.95 103.84 2.95 -84.96 2.95 56.64 2.95 -94.40 2.95 -84.96

3 CONSIDERACIONES SÍSMICAS Entre los parámetros de sitio usados según el estudio de mecánica de suelos y por lo establecido de la Norma Peruana Sismorresistente E.030 tenemos 3.1

ZONIFICACIÓN

La zonificación sísmica se basa en la distribución espacial de la sismicidad observada, las características de los movimientos sísmicos, la atenuación de estos con la distancia y la información geotécnica obtenida de estudios de campo. De acuerdo a lo anterior la norma E.030 de diseño Sismorresistente asigna un factor “Z”, a cada una de las 04 zonas del territorio nacional. Este factor representa la aceleración máxima del terreno con una probabilidad de 10% de ser excedida en 50 años (Periodo de retorno de 475 años) 3.2

PARÁMETROS DEL SUELO

Para los efectos de evaluación, los perfiles del suelo se clasifican tomando en cuenta sus propiedades mecánicas, el espesor del estrato, el periodo fundamental de vibración y la velocidad de propagación de las ondas de corte. 3.3

FACTOR DE AMPLIFICACIÓN SÍSMICA (C)

De acuerdo a las características de sitio, se define el factor de amplificación sísmica (C) por las siguientes expresiones:

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3.4

CATEGORÍA DE EDIFICACIÓN (U)

Cada estructura es clasificada de acuerdo a la categoría de uso de la edificación, según la tabla N°3 de la norma E – 030, asignándoles un coeficiente de uso (U), que se adoptará para el análisis. 3.5

SISTEMA ESTRUCTURAL (R)

Los Sistema estructurales se clasifican según los materiales usados y el sistema de estructuración sismo resistente predominante en cada dirección. De acuerdo a la clasificación de la estructura se elige un factor de reducción de la fuerza sísmica. (R) 3.6

DESPLAMIENTOS LATERALES PERMISIBLES

Está referido al máximo desplazamiento relativo entre nivel, calculado mediante un análisis lineal elástico multiplicado por un factor 0.75 R. 3.7

ANÁLISIS DINÁMICO

Para calcular la aceleración espectral para cada una de las direcciones analizadas se utiliza un espectro inelástico de psudo-aceleraciones definido por: Sa = (ZUCS/R) * g

Cusco Imagen 04: Ubicación de la edificación para el diseño Estructural.

Para efectos de la aplicación de la norma E-030 de diseño sismo resistente, según el estudio de suelos se adopta los siguientes parámetros sísmicos.

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3.8



Categoría de Edificación

C

U=1



Zona sísmica

4

Z=0.45



Tipo de Suelo

S2(Suelos Intermedio) Tp=0.6 Tl=2 S=1.15



Coef. de Reducción

Rx=8, Ry=6



Aceleración de la gravedad m/s2

g=9.81



Estructura regular

CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL

La edificación a ser evaluada presenta una Configuración Estructural regular. 3.9 DETERMINACIÓN DEL FACTOR DE REDUCCIÓN DE FUERZA SÍSMICA En la dirección del eje “X”, la resistencia y la rigidez de la estructura está proporcionada principalmente por elementos rígidos a momento, por lo cual se usará el factor de reducción de fuerza sísmica para este tipo de estructuras Rx=8, en cambio en la dirección del eje “Y”, está con uniones articuladas y se considera un Ry=6, según lo que indica la NTE030 del RNE.

3.10 ANÁLISIS POR COMBINACIÓN MODAL ESPECTRAL DE LA ESTRUCTURA 3.10.1

MASAS DE LA ESTRUCTURA

Según lo indicado en la Norma de Diseño Sismo Resistente NTE 030, que forma parte del RNE, y considerando las cargas mostradas anteriormente, se realizó el análisis modal de la estructura. Para efectos de este análisis el peso de la estructura consideró el 100% de la carga permanente y el 25% de la carga, por tratarse de una edificación común. (Tipo C)

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Imagen 05:

3.11

Definición de masa

ANÁLISIS DINÁMICO

De acuerdo a los parámetros de sitio, y las características de la edificación, se muestran a continuación el espectro de diseño empleado en el programa SAP2000, para considerar la carga sísmica.

Imagen 0´6: Espectro en sentido X-X

Imagen 07: Espectro en sentido Y-Y

4.0ANÁLISIS Y DISEÑO

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Imagen 08: Planta de distribución

Imagen 12: Diagrama de Momentos en pórtico principal

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Imagen 13: Detalle de fuerzas internas en viga principal (1er tramo)

Imagen 14: Detalle de fuerzas internas en viga secundaria (2do tramo)

4 CONCLUSIONES

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

Se observa que la combinación de cargas más desfavorables para el diseño de los perfiles tipo L, son las que interviene la acción de la carga viva.



Se observa que todos los perfiles de vigas y columna cumplen con las cargas últimas por compresión, flexión, corte, efectos combinados de flexo-compresión y flexión-corte.



En todos los pórticos se ha verificado que las deformaciones verticales admisibles por cargas de servicio sean menores de L/300.



Las vigas y columnas cercanas al nudo tendrán una soldadura en todo su contorno.



Las deformaciones admisibles por cargas de sismo son menores al límite máximo permitido que es de 0.01, cumpliendo con lo indicado en la NTP E.030.



Los perfiles L y los pernos han sido diseñados mediante la normativa AISC-LRFD99, cumpliendo con los requerimientos mínimos de diseño.



Se han considerado cargas de acuerdo al uso temporal de la estructura



Se recomienda proteger con pintura esmalte anticorrosiva....