Cliente: MAS ERRÁZURIZ Proyecto: Grúa Giratoria – Taller de Maquinaria Menor
Contenido 1.
Generalidades ............................................................ .................................................................................................................... ........................................................ 3 1.1.
......................................................................................................................... ....................................................... 3 Alcance..................................................................
1.2.
Códigos de diseño ...................................................................................................... ...................................................................................................... 3
1.3.
................................................................................................................... ....................................................... 3 Materiales ............................................................
2.
Descripción de la estructura ........................................................................................... 4
3.
Descripción de cargas ....................................................................................................... ...................................................................................................... 5 3.1.
Peso propio (PP) ........................................................................................................ ....................................................................................................... 5
3.2.
Sobrecarga (SC) .......................................................................................................... ......................................................................................................... 5
3.3.
Impactos (Iv, Ih) .......................................................................................................... 5
3.4.
Sismo (Ex, Ey, Ez) ....................................................................................................... ....................................................................................................... 6
4.
................................................................................................ 6 Combinaciones de cargas .................................................................................................
5.
Modelo Estructural ................................................................ ............................................................................................................ ............................................ 7
6.
............................................................................................................ 7 Esquemas de carga ............................................................................................................
6.1.
SobrecargaAplicada(kgf) ......................................................................................... 7
1.5.
Diseño Viga Articulada .................................................................................................. 22
1.6.
Diseño Pernos de Conexión .......................................................................................... 23
1.7.
Diseño Pernos de Anclaje .............................................................................................. 24
1.8.
Placa Base ....................................................................................................................... 25
1.9.
Fundación - Armadura en Flexión ................................................................................ 26
1.10.
Pedestal - Armadura de Corte ................................................................................... 27
1.11.
Diagrama de Carga Máxima por Tramo ................................................................... 28
1. Generalidades 1.1.
Alcance
La presente memoria describe el diseño y verificación estructural de la Grúa Giratoria - Taller de Maquinaria Menor. La grúa en cuestión es utilizada en trabajos de elevación y manipulación de maquinaria, por lo que debe ser capaz de resistir las solicitaciones indicadas en los capítulos próximos de este documento. Para esto, se ha realizado la verificación de los elementos estructurales bajo las cargas en condición de servicio de acuerdo a las normas vigentes correspondientes.
1.2.
Códigos de diseño
Los elementos de acero serán diseñados con las recomendaciones de la norma AISC 360-05, LRFD. Los elementos de hormigón serán diseñados con las recomendaciones del código de diseño ACI 318 -05. Los cálculos se complementan con las normas chilenas:
2. Descripción de la estructura La estructura Grúa Giratoria se compone de una columna principal empotrada en su base, la cual soporta un brazo articulado de 5 metros de alcance, el cual rota en 90º en torno al eje de la columna. Esquemas referenciales del sistema se muestran a continuación:
3.4.
Sismo (Ex, Ey, Ez)
Se utilizan Coeficientes Sísmicos de acuerdo con lo dispuesto por la NCh2369 Of.2003, Zona sísmica 2. Los estados de carga Ex y Ey corresponden a las cargas sísmicas laterales sobre la estructura, mientras que Ez corresponde a la acción sísmica vertical. Cx Cy Cz
0.6 0.6 0.2
4. Combinaciones de cargas Con el objetivo de usar las cargas en conjunto, considerando la eventualidad de los sucesos, se formulan las siguientes combinaciones de carga para verificar la estructura: -
1.4D
-
1.4D + Iv
-
1.2D + 1.6SC
5. Modelo Estructural Para el análisis del sistema se generó un modelo 3D, en el que se incorporaron los perfiles de la estructura. Los elementos que conforman la grúa giratoria fueron modelados como elementos uniaxiales con uniones rígidas entre ellos. El peso de la estructura se incorpora al modelo a través de la densidad de los materiales correspondientes.
6. Esquemas de carga 6.1.
Sobrecarga Aplicada(kgf)
6.2.
Impactos (kgf)
Figura 5: Fuerza de impacto vertical incluida en el modelo
7. Elementos estructurales
8. Brida de conexión típica
Figura 8: Brida típica
9. Resumen Resultados Se verifica que la estructura sea capaz de resistir las cargas establecidas en el punto 3 del presente documento, satisfaciendo lo requerido por la normativa vigente. Elemento
Perfil
Combinación
Columna Viga Articulada
Pipe 10" SCh.40 IPE 330
1.2D+1.6L+Ih 1.2D+1.6L-Ih
P [Kgf] -2291 -220
Mxx [Kgf-cm] 655703 -589703
Myy [Kgf-cm] 0 0
Vyy [Kgf] 220 -2015
Vxx [Kgf] 0 0
Tabla 3: Factores de Utilización de los Elementos Principales.
Tabla 4: Factores de Utilización de Elementos de Conexión.
FU 0.48 0.34
<1 <1
10.
Fundación
Se genera un modelo estructural de la fundación con el objetivo de estudiar su estabilidad, las tensiones de contacto generadas entre la fundación y el suelo, y los esfuerzos internos en la losa y los pedestales, para el dimensionamiento de su armadura. La losa de fundación se modela utilizando elementos tipo “Shell” de 4 nodos y 6
grados de libertad por nodo. Para modelar la interacción de la losa contra el suelo de fundación se incluyen elementos tipo “gap” en la base de la misma, que sólo pueden traspasar esfuerzos de compresión.
10.1.
Estabilidad al Volcamiento
Se obtiene la condición de equilibrio para las combinaciones más críticas que presentan levantamiento:
10.2.
Estabilidad al Deslizamiento
Considerando un ángulo de fricción interna ϕ = 30º, se obtienen los siguientes factores de seguridad al deslizamiento. OutputCase Text D-NL D+Iv-NL D+L-NL D+L+Ih-NL D+L-Ih-NL D+Ex+L-NL D-Ex+L-NL D+Ey+L-NL D-Ey+L-NL D+Ex-NL D-Ex-NL D+Ey-NL D-Ey-NL D+SC+Ex+EvD+SC-Ex+Ev-N D SC E E
V Kgf 0 5 3 38 39 23 25 23 25 22 22 22 22 23 25 23
N Kgf 17157 18664 18159 18157 18157 18161 18157 18160 18157 17157 17157 17157 17157 18118 18114 18117
N*tan(ϕ)
F.S. Kgf Deslizamiento 9906 55032 2084 10776 10484 3167 10483 273 10483 267 10485 454 10483 424 10485 463 10483 416 9906 455 9906 450 9906 456 9906 449 10460 452 10458 423 10460 461
10.3.
Tensiones de Contacto Suelo - Fundación
Se obtiene una tensión máxima de contacto entre el suelo y la fundación de 1.58kgf/cm2 para la combinación D+Iv. La capacidad admisible del suelo de fundación es 3 kgf/cm2, por lo tanto el diseño es adecuado. TABLE: Joint Reactions OutputCase
Fz
Área Shell
Text D+Iv-NL D+Iv-NL D+Iv-NL
Kgf 354.61 354.61 345.71
cm 225 225 225
…
…
…
…
D+SC+Ey-Ev-NL D+Iv-NL D+Iv-NL
0 0 0
225 225 225
0.00 0.00 0.00
²
Tensión Suelo
Kgf/cm
²
1.58 1.58 1.54
Tabla 8: Extracto para Tensiones de Contacto
10.4.
Armadura Longitudinal en Losa de Fundación
10.5.
Diseño del Pedestal
Se realiza el diseño del pedestal de la fundación considerando los esfuerzos internos obtenidos a partir del modelo computacional. Las cargas máximas pertenecen a la combinación 1.2D+1.6L+Ih de acuerdo a la Tabla 10 que se muestra a continuación: TABLE: Joint Reactions Joint
OutputCase
CaseType
V1
V2
P
T
M2
M3
Text
Text
Text
Tonf
Tonf
Tonf
Tonf-m
Tonf-m
Tonf-m
1
1.2D+1.6L+Ih
Combination
-0.22
0
2.1964
0
-9.80041
0
1
1.2D+1.6L
Combination
0
0
2.1964
0
-9.14041
0
1
1.4D+Iv
Combination
0
0
2.1958
0
-8.83047
0
…
…
…
…
…
…
…
…
…
1
0.9D-1.1Ex+0.3Ev
Combination
0.1431
0
0.4343
0
-0.61682
0
1
0.9D-1.1Ex-0.3Ev
Combination
0 .1431
0
0.4603
0
-0.61682
0
1
0.9D-1.4Ex
Combination
0.1822
0
0.4473
0
-0.55177
0
Tabla 10: Extracto para Determinación de Esfuerzos Internos Máximos - Diseño de
Pedestales
10.5.1. Diseño por Flexocompresión
Figura 13: Diagrama de Interacción SAP2000.
10.5.2. Diseño por Corte Se diseña el refuerzo transversal de los pedestales con los esfuerzos de corte mayorados de la Tabla 10. Según la planilla de cálculo del punto 1.10 del Anexo, en las columnas se deberá utilizar armadura mínima con estribos E ø12@15cm.
10.6.
Conclusiones Fundación
Se concluye que para la estructuración propuesta se cumple con todos los criterios de diseño establecidos por la normativa, tales como tensión en el suelo, tensiones en el hormigón, compresión del suelo como mínimo del 75% (en caso que la combinación que predomina en la verificación de estabilidad sea 0.6D se acepta una compresión en el suelo igual o superior al 50%), cuantías mínimas, verificación al volcamiento y al deslizamiento.
A. ANEXO
1.1.
Esfuerzos internos - Momento [Kgf - m]
1.3.
Reacciones [Kgf, Kgf-m]
1.4.
Diseño Columna
1.5.
Diseño Viga Articulada
1.6.
Diseño Pernos de Conexión Brida Superior
Fv := 125.7 kN = 12818 kgf Fu := 805 kgf
FU :=
Fu Fv
=
0.06
1.7.
Diseño Pernos de Anclaje
Perno s de Anclaje: Verificación condición de servicio: Fz := 4417kgf Fnt := 45ksi 1
Diámetro de pernos
d p := 1 in 4
Ap :=
d p 4
Calidad A307
Fnv := 24ksi := 0.75
Método LRFD
2 2
= 7.917cm
Área perno
Traccion := Fz = 43316N
Esfuerzo de Tracción en perno
n := 1
Número de pernos
Rnvt := Fnt Ap = 25048.871kgf Rnvt = 18786.653kgf Traccion FU := = 0.235 n Rnvt
Res iste ncia a la extracción por de slizamie nto de anclaje en tracción (Per no con arandela) ca := 0.7
Factor de minoración por tipo de anclaje
5 := 1
H° no fisurado: 1.4, H° fisurado: 1 (caso más desfavorable)
sism := 0.75
Reducción general por riesgo sísmico
A brg :=
Fz
2
sism ca 5 8 fc p n
= 5.157cm
t :=
d arand 4
d arand d p 4
Área de contacto requerida
Diámetro de arandela
d arand := 2in
A arand :=
D.4.4.c.ii) ACI318-05
2 2
= 20.268cm
= 4.762mm
Área de la arandela
Espesor mínimo de arandela
1.9.
Fundación - Armadura en Flexión
Calculo Armadura Longitudinal Funda ción. Materiales
Hormigón H25
kgf
f c := 200
Fy := 4200
Acero A63-42H
2
cm b := 100cm
Geometria
d := 92.4cm
2
cm
Considerando un ancho de calculo de 1 metro. b := 0.9
Factor de minoración de resistencia en en flexión Mu_pos := 2078048kgf cm
kgf
Momento flector máximo en la losa, obtenido del modelo estructural.
Resolviendo según la teoría de la flexión, se obtiene la armadura requerida, para momento positivo:
As_pos := root
:=
M
As_pos bd
min :=
0.0018 2
2
u_pos b
As Fy d +
= 0.0006
2
2
, As , 0 cm , 10 cm
2
As_pos = 5.998 cm
Armadura de Cálculo.
ACI318-05 Pto: 7.12.2.1
Por tanto el á rea requerida es:
f c b
2
0.59 As Fy
2
A s_min := min b d = 8.316 cm
1.10.
Pedestal - Armadura de Corte tonf := 1000kg
Diseño de Pedestales - C orte Vmax := 0.22tonf
Datos fc p := 200
k gf 2
Hormigón H25
Fy := 4200
cm
kgf 2
A63 42
cm
B ped := 60cm L ped := 60cm rec := 7cm d ped := L ped rec = 53 cm
Armadura Transversal Pedestales
Vc_ped := 0.53 Vs_ped :=
fc p kgf cm
2
kgf 2
B ped d ped = 23835.2 kgf
cm
"Usar armadura mínima" if Vmax Vc_ped
= "Usar armadura mínima"
1.11. Diagrama de Carga Máxima por Tramo
