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CALCULO DE CALCULO – AMPLIACIÓN ESTRUCTURAL

FRUTAROM EVALUACIÓN ESTRUCTURAL DE COBERTURAS METALICAS

MAESTRANZA-ATOMIZADO

ABRIL-2017

Elaborado por: Doble R Estudios - Ingeniería. Dirección: María Cabrejos 111 Pueblo Libre – Lima Teléfonos: 01 461-9516 E-mail: [email protected]

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CALCULO DE CALCULO – AMPLIACIÓN ESTRUCTURAL

INDICE

1.1

GENERALIDADES  OBJETIVO  DESCRIPCION DE LA ESTRUCTURA  NORMAS EMPLEADAS  ESPECIFICACIONES TECNICAS DE LOS MATERIALES

1.2

ANALISIS ESTRUCTURAL  PROPIEDADES DE LOS MATERIALES  ANALISIS DEL TIJERAL METALICO  METRADO DE CARGAS  COMPROBACION DE CALCULOS DE ACERO

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

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CALCULO DE CALCULO – AMPLIACIÓN ESTRUCTURAL

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1.1 GENERALIDADES OBJETIVO La finalidad del presente documento es evaluar las estructuras que soportan las coberturas existentes en las áreas de MAESTRANZA y ATOMIZADO, para verificar si éstas cumplen con los esfuerzos mínimos de soporte y resistencia para un cambio de la cobertura actual.

MAESTRANZA: DESCRIPCION DE LA ESTRUCTURA La estructura existente consta de tijerales metálicos y viguetas de soporte. Los tijerales metálicos tienen una dimensión de 15.10 m y una altura de 45 cm, están compuestos por ángulos 2L1.5”x1.5”x1/8” en la brida superior y un tejido tetraédrico invertido de acero corrugado de Ø ½” en la brida inferior. También cuentan con viguetas metálicas triangulares de soporte conformado por acero corrugado de Ø ½” en la brida superior y acero de Ø 3/8” en la brida inferior, estás viguetas tienen una dimensión de 5.80 m de longitud y una altura de 25 cm y unen los tijerales de soporte cada 2.5 m.

Figura N° 1.01 Imagen modelada de la estructura de cobertura en el área de Maestranza.

ATOMIZADO: DESCRIPCION DE LA ESTRUCTURA El área de atomizado cuenta con dos tijerales compartidos con el área de Servicios generales, estos tijerales metálicos de cerchas triangulares están conformados por ángulos 2L 2”x2”x3/16” en las bridas superior e inferior y las diagonales interiores están conformados por ángulos dobles de 2L 1”x1”x1/8”. El tijeral tiene una dimensión de 25 metros de longitud y alturas de 2.5 m en el centro de la luz y 1.2 m en sus extremos.

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Figura N° 1.02 Imagen modelada del tijeral metálico de cobertura en el área de Atomizado.

NORMAS EMPLEADAS Se sigue las disposiciones de los Reglamentos y Normas Nacionales e Internacionales descritos a continuación. -Reglamento Nacional de Edificaciones (Perú) – Normas Técnicas de Edificación (N.T.E.): - NTE E.020 “CARGAS” - NTE E.090 “ESTRUCTURAS METÁLICAS” - UBC 1997 Uniform Building Code. Se entiende que todos los Reglamentos y Normas están en vigencia y/o son de la última edición. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DE LOS MATERIALES ACERO ASTM 36  Resistencia a la fluencia

: 2530 Kg/cm2

 Módulo de Elasticidad

: 2,039,000 Kg/cm2

COBERTURA TR-4  Material

: AceroZincAlum ASTMA 792

 Espesor

: 0.75 mm.

 Peso

: 7.85 Kg/m2.

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COBERTURA THERMOTECHO TCA-PUR  Material

: AceroZincAlum ASTMA 792

 Espesor

: 45 mm.

 Peso

: 9.95 Kg/m2.

1.2 ANALISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL Para el análisis y evaluación de la estructura usaremos el Etabs versión 2016, programa del CSI.

Figura N° 1.03 Imagen modelada de la estructura de cobertura en el área de Maestranza.

Figura N° 1.04 Imagen modelada del tijeral metálico de cobertura en el área de Atomizado.

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ANALISIS DE COMPONENTES METALICOS.DATOS GENERALES DE LA ESTRUCTURA

FOTO DE REFERENCIA A TIJERAL COLAPSADO - ANALISIS DE TIJERAL MÁS CRÍTICO:

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES ACERO :

Arcos metalicos: corrugado:

SOLDADURA: COBERTURA:

Fy = Fu = Fy =

Electrodos: Fexx = Fexx = Pu =

36 KSI 58 KSI 4200 Kg/cm2, 60 KSI 70 KSI 7.85 kg/m2

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λc = u= λc =

7.85 Tn/m3, 0.30 7.85 Tn/m3,

Ec =

2,000,000 Kg/cm2

Ec =

2,100,000 Kg/cm2

(E70 XX - AWS, para acero liso) (E70 XX - AWS, para acero corrug.) (Calaminon TR-4; catalogo fabricante)

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CALCULO DE CALCULO – AMPLIACIÓN ESTRUCTURAL

DISEÑO DE TIJERAL METALICO PRE-DIMENCIONAMIENTO SECCION DE ELEMENTOS DEL TIJERAL: Para un calculo inicial, se asume para todos los elementos:

TIPOS DE CARGAS: CARGA MUERTA (D):

 A =

1.27

cm2

Identificando los tipos de cargas intervinientes en la Estructura:

Cobertura (catalogo fabricante): Estructura metalica (estimado a verificar): 

D1 = D2 = WD =

7.85 kg/m2 45.00 kg/m2 52.85 kg/m2



WLr =

10.00

CARGA VIVA DE TECHO (Lr): RNE E.020 - 2016

kg/m2

CARGA DE VIENTO (W): NTP E.030 - 2006

Vh = 35.00 θ = 0.0% θ = 20.0% θ = 20.0%

km/h = = = Ph  0.005 xCxVh 2 sotavento



NTP E.020 - 2007  θ° barlovento de 0° 0.30 a 15° -0.70

donde:

-0.60

BARLOVENTO:

Considerando presion en el Barlovento:

BARLOVENTO:

Considerando succion en el Barlovento:

SOTAVENTO

(Mapa Eolico del Peru, zona Lima centro a altura menor a los 10 m.) 0.00 ° = pendiente mas baja de la superficie, en grados (°) 11.33 ° = pendiente promedio de la superficie, en grados (°) 11.33 ° = pendiente maxima de la superficie, en grados (°)

Se tiene succion en el Sotavento:

C= C= C=

Ph = Presión o succión del viento a una altura “h” perpendicular a la superficie, para "h"< 10m (kg/m2) C = factor de forma adimensional (de tabla izquierda) (El signo positivo indica presión y el negativo succión) 0.30



ρh =

1.84

kg/m2

-0.70



ρh =

-4.29

kg/m2

-0.60



ρh =

-3.68

kg/m2

Calculando las cargas concentradas sobre los nudos de la brida superior: A = ancho tributario entre tijerales (m) = 2.50 m B = ancho tributario entre nudos de brida superior(m) =

METRADO DE CARGAS:

0.50

CARGA MUERTA (PD):

P D = (W D )(A)(B) ,



PD =

66.06

kg

CARGA VIVA DE TECHO (PLr ):

P Lr = (W Lr )(A)(B)



PLr =

12.50

kg

CARGA DE VIENTO (W):

P W = (ρ h )(A)(B)



PWp-s = 2.30 PWx = 0.45

kg kg

PWy = PW*cos(θ) (θ= 8ª)



PWy =

2.25

kg

(en zona de alta pendiente)

(θ= 8ª)

 

PWx = PWy =

0.45 2.25

kg kg

(en zona de baja pendiente)

 

PWs-s = -5.36 PWx = -1.05 PWy = -5.25

kg kg kg

(en alta pendiente)



PWx =

(en baja pendiente)

PWy =

-1.05 -5.25

kg





PWs-s = -4.59 PWx = -0.90

kg kg

PWy = PW*cos(θ) (θ= 8ª)



PWy =

-4.50

kg

(θ= 8ª)

 

PWx = PWy =

-0.90 -4.50

kg kg

Considerando presion en el Barlovento: BARLOVENTO: Descomponiendo esta fuerza en componentes rectangulares: PWx = PW*sen(θ)

y

Considerando succion en el Barlovento: BARLOVENTO: Descomponiendo esta fuerza en componentes rectangulares: (θ= 8ª) PWx = PW*sen(θ)

y

PWy = PW*cos(θ) (θ= 8ª)

Se tiene succion en el Sotavento: SOTAVENTO Descomponiendo esta fuerza en componentes rectangulares: PWx = PW*sen(θ)

COMBINACIONES DE CARGAS:

y

ESPECIFICACION A-4.1 LRFD:

ANALISIS ESTRUCTURAL:

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kg

(en alta pendiente)

(en baja pendiente)

m

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DISEÑO DE ELEMENTOS A COMPRESION

 Fcr  25.32 Ksi

ESPECIFICACIONES AISC - LRFD 99: esfuerzo critico en compresion, para acero A-36

Kl  60 r

esbeltes admisible 2

Fcr  (0.658 c ) Fy

donde:

Ø = 0.85 (en compresion)

DISEÑO DE BRIDA SUPERIOR:



r > KL/60



……..(5)

esfuerzo admisible (Ksi),

c 

y

Fy

Kl r

……..(6)  Ag 

E

Pu  Fcr

Barra mas

Pu =

250.00 Kg =

0.55 Kips

critica: N° 05

L= r>

2.500 m = 0.492 pulg

98.43 pulg

Se elige perfil:

de (5):

L 1" x 1" x 1/8"

VERIFICACION POR ESBELTES: de (7):  λc = 2.396 < 1.5 … EXCEDE de (6):  Fcr = 5.498 Ksi VERIFICACION POR PANDEO LOCAL: b b= 2 = 3.50 "  T T = 3/16 = 0.188 "

,

requiere: 0.026 pulg2

Ag =

OK 0.530 pulg2 > Ag …...…

3.42

rx=

0.461 pulg > r …...…MAL

1.17

ry=

0.461 pulg > r …...…MAL

1.17

b  t

VERIFICACION POR PANDEO FLEXOTORSIONAL: Del perfil: Xcg = 0.000 pulg __ r o2  xo2  yo2  rx2  ry2 = Ycg = 0.461 pulg G= 11200 Ksi b1 = b2 = b - T/2 =

……..(7)

 Ag =

Puadm = Ø(Fcr)(Ag) =

λ = 18.67

……..(4)

2.48

76 = Fy

Kips > Pu

12.667

> λ

OK

MAL (Existe pandeo local)

 2 2  x  yo  H  1  o  __  r o 2 

0.637 pulg2



3.41 pulg

 J  b1 t13  b2 t

3 2

= 0.666 pulg = 0.0299

3

c 

luego:

F

Kl r

crz 

Fy = 2.3964 > 1.5 E

GJ __



=

1873.5

=

2.475 Kips >

S :  c  1.5

Fcry  (0.658

S :  c  1.5

Fcry 

Fcrft 



( A r o )2

luego:

Pn   c Fcrft Ag

Pu =

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0.55

OK

c

) Fy

Fcry = 5.498 Ksi

0.877 Fy  c2

Fcrft  Fcrz  4 Fcry Fcrz H  1  1   2H  ( fcry  Fcrz)2  

=

5.4924 Ksi

L 2.0" x 2.0" x 3/16" Cambiar toda la brida superior

CALCULO DE CALCULO – AMPLIACIÓN ESTRUCTURAL

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Figura N° 1.05 Imagen del modelo en Etabs, color rojo indica el sobre esfuerzo (compresión) de la estructura por el peso, se aprecia también la brida inferior está trabajando a tracción eficientemente.

Figura N° 1.06 Imagen del modelo en Etabs indica la deformación de 15 cm al centro de la luz por cargas en servicio.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES PARA MAESTRANZA. 

Los desplazamientos por cargas estáticas (sin viento y sismo) exceden lo reglamentado en el R.N.E.



Se debe cambiar el tijeral que tuvo falla de pandeo por incremento de cargas por el descrito en el cálculo 2L 2”x2”x3/16” en las bridas superiores.



Se recomienda el cambio de todo el sistema de cobertura incluido tijerales por una estructura de mayor soporte y cerramiento para la calidad de los ambientes de la planta.



Se recomienda realizar un diseño de cobertura metálica en planos en base a esta evaluación.

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ANALISIS DE COMPONENTES METALICOS.DATOS GENERALES DE LA ESTRUCTURA

FOTO DE REFERENCIA A TIJERAL DE SOPORTE - ANALISIS DE TIJERAL:

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES ACERO :

Arcos metalicos: corrugado:

SOLDADURA: COBERTURA:

Fy = Fu = Fy =

Electrodos: Fexx = Fexx = Pu =

36 KSI 58 KSI 4200 Kg/cm2, 60 KSI 70 KSI 9.95 kg/m2

Elaborado por: Doble R Estudios - Ingeniería. Dirección: María Cabrejos 111 Pueblo Libre – Lima Teléfonos: 01 461-9516 E-mail: [email protected]

λc = u= λc =

7.85 Tn/m3, 0.30 7.85 Tn/m3,

Ec =

2,000,000 Kg/cm2

Ec =

2,100,000 Kg/cm2

(E70 XX - AWS, para acero liso) (E70 XX - AWS, para acero corrug.) (Thermotecho; catalogo fabricante)

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CALCULO DE CALCULO – AMPLIACIÓN ESTRUCTURAL

DISEÑO DE TIJERAL METALICO PRE-DIMENCIONAMIENTO SECCION DE ELEMENTOS DEL TIJERAL: Para un calculo inicial, se asume para todos los elementos:

TIPOS DE CARGAS: CARGA MUERTA (D):

 A =

2.85

cm2

Identificando los tipos de cargas intervinientes en la Estructura:

Cobertura (catalogo fabricante): Estructura metalica (estimado a verificar): 

D1 = D2 = WD =

9.95 kg/m2 95.00 kg/m2 104.95 kg/m2



WLr =

10.00

CARGA VIVA DE TECHO (Lr): RNE E.020 - 2016

kg/m2

CARGA DE VIENTO (W): NTP E.030 - 2006

Vh = 35.00 θ= 0.0% θ = 20.0% θ = 20.0%

km/h = = = Ph  0.005 xCxVh 2 sotavento



NTP E.020 - 2007  θ° barlovento de 0° 0.30 a 15° -0.70

(Mapa Eolico del Peru, zona Lima centro a altura menor a los 10 m.) 0.00 ° = pendiente mas baja de la superficie, en grados (°) 11.33 ° = pendiente promedio de la superficie, en grados (°) 11.33 ° = pendiente maxima de la superficie, en grados (°) donde:

-0.60

Ph = Presión o succión del viento a una altura “h” perpendicular a la superficie, para "h"< 10m (kg/m2) C = factor de forma adimensional (de tabla izquierda) (El signo positivo indica presión y el negativo succión)

BARLOVENTO:

Considerando presion en el Barlovento:

C=

0.30



ρh =

1.84

kg/m2

BARLOVENTO:

Considerando succion en el Barlovento:

C=

-0.70



ρh =

-4.29

kg/m2

SOTAVENTO

Se tiene succion en el Sotavento:

C=

-0.60



ρh =

-3.68

kg/m2

Calculando las cargas concentradas sobre los nudos de la brida superior: A = ancho tributario entre tijerales (m) = 15.00 m B = ancho tributario entre nudos de brida superior(m) =

METRADO DE CARGAS:

3.00

CARGA MUERTA (PD):

P D = (W D )(A)(B) ,



PD =

4722.75

kg

CARGA VIVA DE TECHO (PLr ):

P Lr = (W Lr )(A)(B)



PLr =

450.00

kg

CARGA DE VIENTO (W):

P W = (ρ h )(A)(B)



PWp-s = 82.69 PWx = 16.24

kg kg

PWy = PW*cos(θ) (θ= 8ª)



PWy =

81.08

kg

(en zona de alta pendiente)

(θ= 8ª)

 

PWx = PWy =

16.24 81.08

kg kg

(en zona de baja pendiente)

 

PWs-s = -192.94 PWx = -37.90 PWy = -189.18

kg kg kg

(en alta pendiente)



PWx =

(en baja pendiente)

PWy =

-37.90 -189.18

kg





PWs-s = -165.38 PWx = -32.49

kg kg

PWy = PW*cos(θ) (θ= 8ª)



PWy =

-162.15

kg

(θ= 8ª)

 

PWx = PWy =

-32.49 -162.15

kg kg

Considerando presion en el Barlovento: BARLOVENTO: Descomponiendo esta fuerza en componentes rectangulares: PWx = PW*sen(θ)

y

Considerando succion en el Barlovento: BARLOVENTO: Descomponiendo esta fuerza en componentes rectangulares: (θ= 8ª) PWx = PW*sen(θ)

y

PWy = PW*cos(θ) (θ= 8ª)

Se tiene succion en el Sotavento: SOTAVENTO Descomponiendo esta fuerza en componentes rectangulares: PWx = PW*sen(θ)

COMBINACIONES DE CARGAS:

y

ESPECIFICACION A-4.1 LRFD:

ANALISIS ESTRUCTURAL:

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kg

(en alta pendiente)

(en baja pendiente)

m

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CALCULO DE CALCULO – AMPLIACIÓN ESTRUCTURAL

DISEÑO DE ELEMENTOS A COMPRESION

 Fcr  25.32 Ksi

ESPECIFICACIONES AISC - LRFD 99: esfuerzo critico en compresion, para acero A-36

Kl  60 r

esbeltes admisible 2

Fcr  (0.658 c ) Fy

donde:

Ø = 0.85 (en compresion)

DISEÑO DE BRIDA SUPERIOR:



r > KL/60



……..(5)

esfuerzo admisible (Ksi),

c 

y

Fy

Kl r

……..(6)  Ag 

E

Pu  Fcr

Barra mas

Pu =

2000.00 Kg =

4.41 Kips

critica: N° 02

L= r>

2.500 m = 0.492 pulg

98.43 pulg

Se elige perfil:

de (5):

L 2.0" x 2.0" x 3/16"

VERIFICACION POR ESBELTES: de (7):  λc = 0.538 < 1.5 … OK de (6):  Fcr = 31.890 Ksi VERIFICACION POR PANDEO LOCAL: b b= 2 = 1.40 "  T T = 3/16 = 0.188 "

,

requiere: 0.205 pulg2

Ag =

OK 1.473 pulg2 > Ag …...…

9.5

rx=

2.051 pulg > r …...…OK

5.21

ry=

2.051 pulg > r …...…OK

5.21

39.91 Kips > Pu

OK

12.667

OK (No existe pandeo local)

b 76 =  t Fy

VERIFICACION POR PANDEO FLEXOTORSIONAL: Del perfil: Xcg = 0.000 pulg __ r o2  xo2  yo2  rx2  ry2 = Ycg = 0.461 pulg G= 11200 Ksi b1 = b2 = b - T/2 =

……..(7)

 Ag =

Puadm = Ø(Fcr)(Ag) =

λ = 7.47

……..(4)

> λ

 2 2  x  yo  H  1  o  __  r o 2 

8.627 pulg2



1.31 pulg

 J  b1 t13  b2 t

3 2

= 0.975 pulg = 0.0115

3

c 

luego:

F

Kl r

crz 

Fy = 0.5382 > 1.5 E

GJ __



=

6.8739

=

8.546 Kips >

S :  c  1.5

Fcry  (0.658

S :  c  1.5

Fcry 

Fcrft 



( A r o )2

luego:

Pn   c Fcrft Ag

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Pu =

4.41

OK

c

) Fy

Fcry = 31.890 Ksi

0.877 Fy  c2

Fcrft  Fcrz  4 Fcry Fcrz H  1  1   2H  ( fcry  Fcrz)2  

=

6.8281 Ksi

L 2.0" x 2.0" x 3/16" Para toda la brida Sup/Inf.

CALCULO DE CALCULO – AMPLIACIÓN ESTRUCTURAL

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Figura N° 1.07 Imagen del modelo en Etabs, el indica la deformación máxima que situada en el centro del tijeral donde el valor es 1.25 cm de deflexión, esto comprueba los cálculos justificativos en la pag. 12 donde el análisis comprobó que la estructura está trabajando de manera adecuada.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES PARA MAESTRANZA. 

Los desplazamientos por cargas estáticas cumplen con lo establecido en el R.N.E.



El tijeral analizado fue modelado con la nueva carga en cambio de cobertura (Thermotecho) teniendo resultados positivos para la nueva cobertura más pesada.



No se recomienda el cambio de la estructura de soporte (tijerales) por el momento pero si un trabajo de mantenimiento y anticorrosivo.



Se recomienda un levantamiento estructural de todas las estructuras de cobertura para próximas modificaciones o análisis de los mismos ya que no se cuenta con archivo de planos de techos. .

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