trabajo final cap 2
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CAPITULO 2
DISEO DE UNA NAVE INDUSTRIAL CON UN PUENTE GRA
2.1.- CONSIDERACIONES PARA EL DISEO
Es recomendable que como primera etapa del proceso se determinen los
criterios de diseo para la estructura, recogiendo las necesidades de cada
especialidad. Es decir, donde se ubicar, las condiciones climticas,
condiciones de uso y aspecto, cargas propias de instalaciones, y
otras necesarias a considerar en el diseo de la estructura:
Ambientales: locacin, temperatura, humedad, vientos, lluvia, nieve, suelos,
sismologa.
Operacionales: dimensiones, pendientes, alturas de almacenaje, cargas
particulares, planimetra de losas, etc.
Arquitectura: cerramientos, pisos, etc.
Acsticos y trmicos: aislamientos para cumplir con ECA y temperaturas de
confort.
Instalaciones
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Sanitarias: agua, desage, sistemas contra incendios, etc. Elctricas: luminarias, bandejas, SSEE, etc. Mecnicas: puente gra, equipos HVAC, montacargas, etc. Otros: alarma, detectores, megafona, etc.
Tambin definir el tipo de nave y tipo de puente gra que necesita el cliente y
que cumpla las necesidades de servicio.
Tener bien claro las dimensiones exactas de la nave donde ser instalado el
puente gra para definir la longitud de la viga principal,
Considerar los elementos principales de seguridad en el diseo de puentes
gra; para las operaciones de mantenimiento barandillas, escaleras de acceso
y pasarelas adecuadas.
2.2.-ELEMENTOS DE ENTRADA PARA EL DISEO
Esta nave ser instalada en un parque industrial de Lima.
Dimensiones de la nave con puente gra:
luz: 20,0 m
longitud: 66,0 m
altura de techo ms bajo: 11,5 m
inclinacin de techo: 11,3
separacin entre columnas: 6,0 m
capacidad de puente gra: 10,0 TM
altura de izaje: 9,5 m
Material de las estructuras: acero estructural ASTM A-36
Esfuerzo a la fluencia. Fy = 36 Ksi =25,3 Kg/mm2;
Esfuerzo a la traccin: Fu = 58 Ksi = 40,76 Kg/mm2;
Modulo de elasticidad: E = 29000 Ksi = 21000 Kg/mm2;
Poissons ratio: 0,3.
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Normas a emplearse para el diseo:
E.020 Cargas
E.030 Diseo sismo resistente
E.090 Estructuras metlicas
Como apoyo, la norma de Diseo Ssmico de Estructuras e Instalaciones
Industriales NCh2369of.2003.
Conjuntamente con el Euro Cdigo EC3.
Manual AISC
Cargas a considerar:
Carga viva (L): carga nominal del puente gra (10 TM), carga del carro y
polipasto (1,0 TM); tambin se considera un peso de 30 Kg/m2 sobre el techo
(considerando techo liviano).
Carga muerta (D): Peso propio de las estructuras, correas de techo (6,5 TM) y
cerramientos de techo (4 Kg/m2).
Carga de viento (W): Para este diseo no se consider la fuerza de viento, no
existiendo en la ciudad de lima vientos considerables, siendo preponderante
el anlisis ssmico.
Carga ssmica (Q): El diseo ssmico se har mediante un anlisis dinmico
por combinacin modal espectral, de acuerdo a las condiciones del sitio,
donde se considerar una masa de 50% de la carga viva.
Cargas de impacto ocasionados por el puente gra: adicionar 10% a la carga
nominal.
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Fuerza horizontal en puente gra: en direccin al eje y considerar 20% de la
carga nominal y del peso del polipasto ( 2,2 TM).
Fuerza longitudinal en puente gra: mnimo 10% de la carga nominal y el
peso del polipasto (1,1 TM).
Combinacin de cargas segn el mtodo LRFD:
C1: 1,4D C2: 1,2D + 1,6L C3:1,2D + (0,5L 0,8W) C4:1,2D + 1,3W C5: 1,2D +/- 1E + 0,5L C6: 0,9D +/- (1,3W 1,0E)
Parmetros de sitio:
Lima est situado en la zona 3 (Z=0,4). Tipo de suelo S2 (S=1,2; Tp=0,6) Factor de amplificacin ssmica: C=2,5(Tp/T); C
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Determinacin del espectro de aceleracin en las direcciones x e y.
DIRECCIN X DIRECCIN Y
C=2,5(Tp/T); C
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2.3.- ELEMENTOS DE SALIDA DEL DISEO
En la tabla 2.3 A, se muestran todos los puntos del nivel Z = 9,5 m; nivel donde
se encuentra instalado el puente gra; Obteniendo valores menores a 0,004 que
es lo mnimo permisible segn el Euro cdigo, que es la norma como
referencia adoptada.
TABLE: Desplazamiento de puntos en la direccin "X" e "Y"
Joint OutputCase StepType X Y DRIFTx DRIFTy
Text Text Text Mm mm h/H h/H
3 QUAKEx;QUAKEy Max 0.946 0.401374 0.0007 0.0002
8 QUAKEx;QUAKEy Max 0.922 2.176582 0.0007 0.0010
13 QUAKEx;QUAKEy Max 0.913 3.037784 0.0007 0.0014
18 QUAKEx;QUAKEy Max 0.922 2.176583 0.0007 0.0010
23 QUAKEx;QUAKEy Max 0.946 0.401373 0.0007 0.0002
28 QUAKEx;QUAKEy Max 0.946 0.401374 0.0007 0.0002
33 QUAKEx;QUAKEy Max 0.922 2.176583 0.0007 0.0010
38 QUAKEx;QUAKEy Max 0.913 3.037784 0.0007 0.0014
43 QUAKEx;QUAKEy Max 0.922 2.176582 0.0007 0.0010
48 QUAKEx;QUAKEy Max 0.946 0.401373 0.0007 0.0002
53 QUAKEx;QUAKEy Max 1.438 0.401541 0.0011 0.0002
58 QUAKEx;QUAKEy Max 1.748 0.401869 0.0013 0.0002
63 QUAKEx;QUAKEy Max 2.034 0.402629 0.0015 0.0002
68 QUAKEx;QUAKEy Max 2.130 0.403723 0.0016 0.0002
73 QUAKEx;QUAKEy Max 2.897 0.405904 0.0022 0.0002
78 QUAKEx;QUAKEy Max 2.897 0.405904 0.0022 0.0002
83 QUAKEx;QUAKEy Max 2.130 0.403723 0.0016 0.0002
88 QUAKEx;QUAKEy Max 2.034 0.402629 0.0015 0.0002
93 QUAKEx;QUAKEy Max 1.748 0.401869 0.0013 0.0002
98 QUAKEx;QUAKEy Max 1.438 0.401541 0.0011 0.0002
103 QUAKEx;QUAKEy Max 1.438 0.401541 0.0011 0.0002
108 QUAKEx;QUAKEy Max 1.748 0.401869 0.0013 0.0002
113 QUAKEx;QUAKEy Max 2.034 0.402629 0.0015 0.0002
118 QUAKEx;QUAKEy Max 2.130 0.403723 0.0016 0.0002
123 QUAKEx;QUAKEy Max 2.897 0.405904 0.0022 0.0002
128 QUAKEx;QUAKEy Max 2.897 0.405904 0.0022 0.0002
133 QUAKEx;QUAKEy Max 2.130 0.403723 0.0016 0.0002
138 QUAKEx;QUAKEy Max 2.034 0.402629 0.0015 0.0002
143 QUAKEx;QUAKEy Max 1.748 0.401868 0.0013 0.0002
148 QUAKEx;QUAKEy Max 1.438 0.401541 0.0011 0.0002
185 QUAKEx;QUAKEy Max 5.090 0.407881 0.0038 0.0002
186 QUAKEx;QUAKEy Max 5.090 0.407881 0.0038 0.0002
Tabla 2.3 A
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En la tabla 2.3 B, se muestran los elementos estructurales definidos por el
sap2000; los cuales sern calculados para su verificacin por el mtodo LRFD
segn el manual del AISC.
TABLE: Material List 2 - By Section Property
Section Object Type NumPieces TotalLengt
h
TotalWeigh
t
Text Text Unitless M TM
W10X19 Vigas amarre de columnas 68 384.0 10.9283
WT4X9 Arriostre tipo X en techo y paredes
192 1407.4 18.7437
W16X36 Columnas parte frontal 24 77.0 4.1331
W16X45 Columnas parte lateral y techo
96 520.8 35.0726
W16X77 Viga carrilera 22 132.0 15.1066
Puente Viga principal del puente 1 20.0 5.3595 C150x50x15x2,5 Correas techo 198 1188 6.534
Tabla 2.3 B
De la tabla 2.3 B podemos obtener el metrado como peso total de los elementos
estructurales de la nave y el peso de acero por m2 construido, siendo estos 96 TM y
70 Kg/m2 respectivamente, que estos pueden ser considerados como referencia para
una proforma de construccin.
2.3.1.- Calculo de los elementos estructurales importantes que conforman la
nave industrial.
Para la determinacin de los elementos estructurales se consideraron los esfuerzos
mximos en las diferentes situaciones del puente gra, considerando para el clculo
los valores y situaciones ms crticos; estos valores fueron obtenidos del anlisis
estructural con el sap2000.
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a) Calculo de las columnas laterales (ejes A y E).
Verificando la columna W16x45 Lb/pie
LRFD Especificaciones
ftKipMftKipM
kipsP
uy
ux
u
=
=
=
.2,2.2,100
.14,67
8,11257,1
)12)(76,14(0,1
1,10265,6
)12)(73,37(5,1
==
==
y
yy
x
xx
r
LKr
LK
Trabajamos con el mayor 112,8
KipsAFPKsiF
gcrcnc
crc
.79,216)3,13(3,16.3,16
===
=
Calculo de la longitud efectiva
.4,13
57,165,6
)73,37(5,1 ft
r
r
LKKL
y
x
xx=
=
=
Trabajando con ..40,13 ftLb =
ftkipMMftkipMM
nycy
nxcx
===
==
.5,137)191(5036
5036
.224
aHecuacinusarP
PKips
KipsP
P
nc
u
nc
u
1.1:.2,0
309,0.79,216
.14,67
>
==
OK
MM
MM
PP
cy
ry
cx
rx
c
r
...172,05,137
2,2224
2,10098
79,21614,67
0,198
-
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b) Calculo de las columnas frontales (ejes 1 y 12)
Verificando la columna W16x36 Lb/pie
LRFD Especificaciones
ftKipMftKipM
kipsP
uy
ux
u
=
=
=
.0,0.73,9
.82,10
6,11652,1
)12)(76,14(0,1
5,12251,6
)12)(3,44(5,1
==
==
y
yy
x
xx
r
LKr
LK
Trabajamos con el mayor 122,5
KipsAFPKsiF
gcrcnc
crc
.53,159)6,10(05,15.05,15
===
=
Calculo de la longitud efectiva
.5,15
52,151,6
)3,44(5,1 ft
r
r
LKKL
y
x
xx=
=
=
Trabajando con ..5,15 ftLb =
ftkipMMftkipMM
nycy
nxcx
===
==
.5,106)148(5036
5036
.144
bHecuacinusarP
PKips
KipsP
P
nc
u
nc
u
1.1:.2,0
07,0.53,159
.82,10
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