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MEMORIA DE CALCULO ESTRUCTURAL CONSTRUCCION DE UN BALSO ALZA HOMBRES 1.0 GENERALIDADES El Balso alza hombres es una estructura metálica compuesta por una serie de tubos, ángulos de lados iguales, uniones bridadas, cartelas de acero, orejas con planchas de ½” de espesor, pernos, todas ellas que unidos forman una canastilla (balso), la cual servirá para el trabajo en altura en zonas externas de una edificación. 

Descripción del Proyecto:

El proyecto arquitectónico contempla la construcción de un balso, donde se ubicaran a dos personas, para realizar trabajos de mantenimiento en altura, y en las partes externas de una estructura. Este elemento será izado y bajado por medio de cuatro cables de acero, los que estarán sujetos a cuatro orejas de planchas de acero de ½”. La estructura estará formada por:     

tubos tipo SCH40 de 1 ¼” y 1 ½” de 1/8” de espesor. Angulos de 1 ½” x 1 ½” x 3/16” Plancha estriada de 1/8” en la base del balso. Atiezadores, formadas por planchas de ¼” de espesor. Ganchos formados por planchas de ½” de espesor.

Todos estos elementos unidos entre si formaran una canasta de 0.842 x 1.442 de plataforma, con una altura de 2.155 mt 

Justificación del Proyecto Estructural elegido

Con el objeto de lograr que la canasta tenga un adecuado comportamiento ante las cargas de servicio y cargas ultimas actuantes, es necesario lograr crear líneas de resistencia, dándole rigidez y estabilidad lateral y vertical con la inclusión de cartelas o planchas atiezadoras. 2.0 CONCEPCION ESTRUCTURAL De acuerdo a la necesidad de brindar la máxima seguridad a las personas que realizaran trabajos en espacios libres y abiertos en altura, la estructura deberá de mantenerse estable e indeformable ante la acción de:  Cargas de servicio  cargas ultimas  cargas de impacto. La Normas Técnicas de Edificación, las Normas de Seguridad y los códigos de diseño vigentes, establecen condiciones mínimas para que las edificaciones diseñadas según sus requerimientos tengan un comportamiento adecuado. 3.0 NORMAS Y CODIGOS DE DISEÑO: Se aplicarán las Normas Peruanas y las Normas Americanas:       

Reglamento Nacional de Edificaciones Norma Técnica de Edificación E-020 Cargas. Norma Técnica de Edificación E-xxx Estructuras Metálicas Aceros Estructurales ASTM Método LRFD Método del ASD Norma AISC – LRFD 99 o posterior INGENIERIA ESTRUCTURAL Domicilio: Calle Internacional Nº 217 Manuel Prado - Cooperativa 58 Paucarpata

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 Códigos del AISC 4.0 CARGAS DE DISEÑO 

Cargas Muertas ó Peso Propio: Son las cargas verticales debidas a peso propio de los elementos estructurales y no estructurales, incluyendo equipos, tuberías, ductos, conductos eléctricos y elementos fijos a las estructuras. En este ítem se consideran el peso propio de los elementos estructurales, además el peso sostenido de la plancha estriada.



Cargas Vivas o Sobrecarga: Son las cargas de gravedad que actúa sobre la estructura y que puede variar de posición y valor también denominadas cargas móviles, las cuales se calcularan de acuerdo a las especificadas en la presente norma. Para lo cual el RNC considera las siguientes cargas: Estructuras Livianas Sobrecarga Carga de Montaje



30 kg/m2 20 kg/m2

Cargas de Viento:

Todas las estructuras están sujetas a la acción del viento en especial en aquellas zonas donde la velocidad del viento es significativa o en aquellas estructuras que por su forma son más vulnerables a los efectos aerodinámicos. Aunque el viento tiene naturaleza dinámica, es satisfactorio tratar al viento como una carga estática. 

Cargas de Impacto:

Por la naturaleza de su trabajo y condiciones de izamiento, montaje y desmontaje, esta estructura está sujeta a la acción de cargas de impacto, la cual se tomara como un 25% de la carga viva factorizada. 

Condiciones de Carga: Para el cálculo de los máximos esfuerzos, en el diseño de la estructura liviana, se usan las combinaciones del método LRFD. Combo 1: Combo 2: Combo 3: Combo 4: Combo 5: Combo 6:

U = 1.4 D U = 1.2 D + 1.6 Lr + 0.5 S U = 1.2 D + 1.6 Lr + 0.8 W U = 1.2 D + 1.3 W + 0.5 L + 0.5 S U = 1.2 D + 1.5 E + 0.5 L ó 0.2 S U = 0.9 D - 1.3 W ó 1.5 E

5.0 PARAMETROS DE DISEÑO Para el análisis y diseño del sistema estructural propuesto, usaremos los siguientes metodos contemplados en el AISC. Metodo LRFD-AISC Metodo del ASD

para el canasto para el diseño de las orejas.

6.0 ANALISIS ESTRUCTURAL Para el calculo y diseño estructural, se hizo uso del programa SAP 2000 del grupo CSI Berkeley , cada una de sus partes deberá ser diseñada y construidas para resistir las solicitaciones determinadas en la presente norma. INGENIERIA ESTRUCTURAL Domicilio: Calle Internacional Nº 217 Manuel Prado - Cooperativa 58 Paucarpata

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Debe considerarse el posible efecto de los elementos no estructurales en el comportamiento de la estructura, el análisis y detallado del refuerzo y anclaje deberá hacerse acorde con esta consideración. Según el Reglamento Nacional de edificaciones en la NTE 020 Cargas, la velocidad de diseño hasta 10.00 m de altura será la velocidad máxima adecuada a la zona de ubicación de la edificación pero no menos de 75.00 km/h. La velocidad de diseño del viento en cada altura de la edificación se obtendrá de la siguiente expresión:

 h  Vh  V    10 

0.22

Según el mapa eolico elaborado por la UNI, se presentan diferentes Isotacas que permiten establecer la velocidad máxima esperada en diversos puntos del territorio nacional, tenemos para la ciudad de Arequipa, departamento de Arequipa los siguientes datos: V = 80.00 km/hora

 12.50  Vh  80.00   10 

0.22

Vh = 84.02 km/h 

Carga exterior de viento: Ph = 0.005 x C x Vh2 Ph = 0.005 x C x 84.022 Ph = 35.30 x C



Calculo de los factores de forma adimensional C (Tabla 5.4 Reglamento Nacional de Edificaciones – Norma Cargas)

Superficies inclinadas de 0º a 15º 

Barlovento: Sotavento:

C = + 0.3 C = - 0.6

Calculo de los factores de forma para calcular el efecto combinado de presiones interiores y exteriores: C1 = ± 0.3 + 0.8 C2 = ± 0.3 - 0.6 C3 = ± 0.3 - 0.6 C4 = ± 0.3 +0.3 C5 = ± 0.3 – 0.6

C1 = 1.1 C2 = - 0.9 C3 = - 0.9 C4 = 0.6 C5 = - 0.9

Donde: el signo negativo indica succión y el signo positivo indica presión. Para el caso de la canstilla las fuerzas de viento las consideramos actuando en una sola direccion, Considerando una altura promedio mayor a los 10.00 m para lograr que sobre esta estructura las cargas actuantes no sean insignificantes. A continuación presentamos un grafico donde mostramos la ccion de las cargas de viento sobre una estructura.

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3 so tav en to

o nt ve o l r ba

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VIENTO TRANSVERSAL A LA CONSTRUCCION EDIFICACION CERRADA SIN ABERTURAS

por lo tanto la carga de viento actuante será: Ph1 = 38.83 kg/m2 Ph2 = -31.77 kg/m2 Ph3 = -31.77 kg/m2 Ph4 = 21.18 kg/m2 Ph5 = -31.77 kg/m2 7.0 ANALISIS Y DISEÑO ESTRUCTUTRAL Para realizar el Análisis Estructural, se utilizo el programa Sap2000 V10.08 del grupo CSI el diseño de sus elementos de acuerdo a las Normas Americanas. 1.

METODO Y BASES DE DISEÑO Al mencionar esfuerzos en el método LRFD se advierte no confundir con los llamados esfuerzos unitarios que se dan en el método ASD. Esfuerzos son las acciones internas que se generan en los miembros y que requieren un tipo definido de resistencia. Factores de resistencia: Ф 0.90 0.75 0.90 0.85 0.75

sección total en tracción sección neta de conexión en tracción miembros en flexión miembros en compresión axial pernos en tracción

En las figuras adjuntas (anexos) tenemos la vista espacial de estructura para el análisis estático empleando el programa SAP 2000. 8.0

ESPECIFICACIONES DE MATERIALES Estructuras de Acero

A36 fy 2530 kg/cm2

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9.0 RESULTADOS Y DISEÑO DE LOS ELEMENTOS Luego de haber realizado el análisis i diseño estructural se obtuvieron los siguientes resultados, y el diseño de los mismos se realizo empleado los algoritmos de diseño del programa y se comprobó algunos diseños empleando el programa Section Builder del Grupo CSI Berkeley. La pieza de sostenimiento de la canasta compuesta por perfiles y tubos de acero, necesaria para efectuar trabajos de mantenimiento de edificaciones industriales, es necesaria que cumpla con todos los estándares de seguridad para así no poner en riesgo a las personas que trabajen en estas condiciones. La pieza estará sujeta a esfuerzos de corte por tracción y corte por flexión generadas por las cargas muertas debidas al peso propio de la estructura, y cargas vivas adicionadas por las 2 personas que ocupen el área de trabajo. Diseño de la oreja: Cargas actuantes: Peso propio Sobre carga Cargas de impacto

171.13 kg 200 kg Dos personas 25 % de carga viva

Luego tenemos: Carga Ultima en servicio: con factor de seguridad 5 Peso propio: Sobrecarga:

855.65 kg 1000.00 kg

Carga última = 1.4 Wd + 1.6 Wl + 0.25 Wl Vu = 1.4 x 855.65 + 1.6 x 1000 + 0.25 x 1000 Vu = 3047.91 kg Diseño de elementos por corte y tracción: Pnf = Ø * Ag * Fy Ag = Pnf / ( Ø fy)

donde: Pnf = 3047.91 kg Ø = 0.50 factor de seguridad Fy = 2530.00 kg/cm2

Ag = 3047.91 kg / (0.50 x 2530 kg/cm2) Ag = 2.40 cm2 Para una plancha de ½” e = 12.5 mm T = 2.40 cm2 / 1.25 cm T = 1.93 cm por lo tanto t = 2.40 cm (esfuerzos de corte por tracción) Luego el peralte de la oreja debe de ser igual o mayor a 24.00 mm ó 2.40 cm. Diseño de pernos en las bridas de union: Carga axial actuante en cada brida:

F = 3048.00 kg/6 F = 508.00 kg Ag = 508.00 kg/(0.5 x 2530) kg/cm2 Ag = 0.3145 cm2

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La seccion del perno empleada es de 2.00 cm2 para un Diámetro de Ø 5/8”, por lo tanto las secciones son adecuadas.

Arequipa, Setiembre del 2008 Vista tridimensional del Modelo

Resultados del Análisis y Diseño: Peso de la Canastilla TABLE: Groups 3 - Masses and Weights GroupName

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SelfWeight

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Kgf-s2/mm

Kgf

Kgf-s2/mm

Kgf-s2/mm

Kgf-s2/mm

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0,0175

0,0175

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TABLE: Material List 1 - By Object Type ObjectType

Material

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Text

Kgf

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A36

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TABLE: Material List 2 - By Section Property Section

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OREJA

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22

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2

200

0,98 30,97

Resultado del diseño de los elementos: TABLE: Steel Design 1 - Summary Data - AISC-LRFD93 Frame

DesignSect

DesignType

Status

Ratio

RatioType

Combo

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Text

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Propiedades de las Secciones TABLE: Frame Section Properties 01 - General SectionName

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Shape

t3

t2

tf

tw

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Text

Text

mm

mm

mm

mm

mm2

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Kgf-s2/mm

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Angle

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A36

Rectangular

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TB-1-1/2

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50 12,5

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Frame

2

200

0,98

Reporte de diseño de elementos Sap Diseño de los elemntos en planta

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Diseño de los elementos en vista tridimensional

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