Memoria de Cálculo - Plataformas ECOM

MEMORIA DE CÁLCULO Cod. Doc. MC-ECOM-1511-001Fecha: Noviembre 2015

Nombre del Proyecto "DISEÑO DE PLATAFORMA PARA MANTENIMIENTO CODO 36 PLG”

ECOM - DiseñoPág. 1 de 21

MEMORIA DE CÁLCULO

“DISEÑO DE PLATAFORMA PARA MANTENIMIENTO CODO 36 plg”

AREQUIPA - 2015

Fecha: Fecha: Fecha:

Firma Firma Firma

Elaborado: P. Sánchez Aprobado: Aprobado P.S.D ECOM SMCV




INDICE

1. Antecedentes 03

2. Normas 03

3. Descripción de los trabajos 04

3.1 Estructuras de acero 05

3.1.1 Cargas de diseño 05

3.1.2 Combinaciones de Carga 06

3.1.3 Análisis estructural 07

3.1.4 Diseño en acero 08

3.1.4.1 Diseño de elementos sometidos a flexión 08

3.1.4.2 Diseño de elementos sometidos a compresión 10

3.1.5 Control de deformaciones 12

3.1.6 Comprobación final de la estructura 15

3.2 Verificación de Pernos 16

3.2.1 Cargas de diseño 16

3.2.2 Reacciones en la estructura empernada 17

3.3 Verificación de la Estructura de Soporte

4. Conclusiones y recomendaciones 19

5. Bibliografía 20

6. Anexos 20




1. ANTECEDENTESA pedido del Cliente ECOM, se realizará el diseño de plataformas de acero para

dar mantenimiento a codos de 36” en la zona de “Planta Concentradora Molienda”. Las estructuras irán sujetadas en vigas, mediante columnas de tal manera que la plataforma quedará colgada. La justificación de la elección de perfiles se muestra a continuación.

Fig 1: Esquema general de Plataforma propuesta

2. NORMASLa presente memoria obedece las normas de construcción vigentes, las mismas que se mencionan pero no se limitan a:- RNE E020 Cargas- RNE E090 Estructuras Metálicas- AISC LRFD 2005 Acero

3. DESCRIPCIÓN DE LOS TRABAJOSComo se mencionó anteriormente se diseña una plataforma colgante, la cual a su vez posee segmentos colapsables para realizar maniobras con el codo de 36”. Para el análisis se separarán los segmentos de la estructura principal, analizándolos por separado.




Fig 2. Esquema de análisis de plataforma y plataformas colapsables

3.1 ESTRUCTURAS DE ACEROSe caracterizan por ser de un material dúctil capaz de soportar grandes esfuerzos tanto de tensión como compresión, tienen mayor deformabilidad y pueden ser reutilizados. El acero es un material liviano y resistente, los perfiles en los que se encuentra el producto hacen que se pueda resistir una gran carga con poca sección transversal.

3.1.1 Cargas de DiseñoA continuación se designarán las cargas que resistirá la estructura propuesta.

3.1.1.1 Cargas MuertasCorrespondiente a las cargas inherentes a los materiales utilizados, son cargas que no pueden variar con respecto al tiempo, salvo casos excepcionales como son la pérdida de sección y oxidación. Motivo por el cual todas las estructuras deberán ser cubiertas con pintura.

El material a utilizarse es Acero ASTM A36

Acero A36Peso por Volumen: 7.849 Ton/m3Módulo de Elasticidad: 29000 Ksi




Módulo de Poisson: 0.3Coeficiente de Expanción Térmica: 6.5 ∙10−6

Módulo de Corte (G) 11153.846 KsiMódulo de Fluencia (fy) 36 KsiÚltima Resistencia (fu) 58 Ksi

Peso Propio A Calcularse Peso Grating Metálico 90 kg/m2

3.1.1.2 Cargas VivasSon las cargas correspondientes al servicio de la estructura, en este caso la estructura deberá resistir los trabajos esporádicos de mantenimiento y cambio de codo. Sin embargo al no tener un referente de carga anterior se asumirá la carga igual a la de un pasadizo o corredor.

Carga Viva 400 kg/m2

3.1.2 COMBINACIONES DE CARGAEl método de diseño a utilizarse es el propuesto por el LRFD 2005, las combinaciones de carga que se utilizarán corresponden al manual del AISC

1) 1.4D2) 1.2D + 1.6L + 0.5(Lr ó S ó R)3) 1.2D + 1.6(Lr ó S ó R) + (0.5L ó 0.8W)4) 1.2D + 1.3W + 0.5L + 0.5(Lr ó S ó R)5) 1.2D ± 1.0E + 0.5L + 0.2S6) 0.9D ± (1.3W ó 1.0E)

De estas combinaciones siempre se diseñará con la mayor y se comprobará con la envolvente

3.1.3 ANÁLISIS ESTRUCTURALCon las cargas anteriormente mencionadas se procede a ejecutar y revisar los diagramas de momento, cortante y axial de la estructura.




Fig 3: Reacciones debido a CM en la plataforma Colapsable (kg)

Fig 4: Reacciones debido a CV en la Plataforma Colapsable (kg)




Fig 5: DMF por Carga Muerta

Fig 6: DMF por Carga Viva

Con los valores de los diagramas, se chequea la resistencia de las secciones propuestas. Se han considerado las reacciones de la plataforma colapsable para el diseño de la Plataforma




3.1.4 DISEÑO EN ACERO3.1.4.1 Diseño de Elementos sometidos a flexión

El esquema de las secciones comprobadas se indicará al final del documento.

Fig 7: Se muestra la sección analizada con color rojo.

Fig 8: Diagramas de momento, cortante y deflexiones del elemento a analizarse.




Fig 9: Procesamiento y comprobación de la sección W14x53

Como se puede apreciar la sección soporta la carga de servicio holgadamente, más adelante se detallará por qué las secciones deben trabajar al 50% de su capacidad nominal.

3.1.4.2 Diseño de Elementos sometidos a TensiónDe manera similar al anterior se comprobará la resistencia de la sección, en todos los casos debe tomarse en cuenta que los elementos y la distribución de la estructura hacen que ningún elemento funcione solamente bajo una condición de carga, es decir aún los elementos que aparentemente se encuentran en compresión pura, en realidad también sufren flexión y torsión, debido a los tipos de uniones que posean, en este caso todas las uniones se consideran empernadas, el detalle de la pernería se mostrará en los planos adjuntos.

El elemento que se comprobará se muestra en la figura siguiente.




Fig 10: Sección elegida para su comprobación, el elemento se encuentra en color rojo.

Fig 11: Diagramas de momento, cortante, reacciones y deflexión del elemento a comprobarse




Fig 12: Procesamiento y comprobación de la sección W6x15

3.1.5 CONTROL DE DEFORMACIONESLos elementos de acero, por ser de secciones relativamente pequeñas, tienden a tener deformaciones mayores a otros elementos, por ejemplo el concreto. Las deformaciones no deben exceder los límites establecidos por las normas de construcciónA continuación se muestran las deformaciones ocasionadas por cada caso de carga.




Fig 13: Deformaciones ocasionadas por la carga muerta (mm)

Fig 14: Deformaciones ocasionadas por la carga viva (mm)




Fig 15: Deformación Ocasionada por CM (mm)

Fig 16: Deformación Ocasionada por CV (mm)




Se verifica que las deformaciones obtenidas en Z no excedan el valor de L/180

3.1.6 COMPROBACIÓN FINAL DE LA ESTRUCTURALa comprobación final de los elementos que componen la estructura, se realizó con el programa sap2000, verificaremos la resistencia de las secciones. Las cuales se encuentran en su mayoría por debajo del 50%

Fig 17: Comprobación de la resistencia de las secciones




Fig 18: Comprobación de la resistencia de las secciones

3.2 DISEÑO DE PERNOS3.2.1 Cargas de Diseño

Para el diseño de los pernos se tomarán las cargas y combinaciones del diseño en acero

3.2.2 Reacciones en la estructura empernadaAl contarse sólo con cargas vivas y muertas, se sabe que la mayor combinación se encuentra en D2. Con esta se verificarán las reacciones en las uniones empernadas.




Fig 18: Reacciones por D2 en Estructura empernada

Fuerzas Actuantes RatiosUnión Vx (N) Vy (N) N (N) R. Vx R. Vy R. N R. TOT F.S. Eq

A1 1660.20 945.90 -9154.00 0.01 0.01 0.16 0.18 5.47A2 1139.00 521.60 -15481.30 0.01 0.00 0.27 0.29 3.48A3 59.60 695.90 -22568.02 0.00 0.01 0.40 0.41 2.47A4 -1620.30 43.30 -3692.40 0.01 0.00 0.07 0.08 12.73B1 505.40 -884.70 -8176.00 0.00 0.01 0.14 0.16 6.42B2 704.50 -603.30 -11644.06 0.01 0.00 0.21 0.22 4.62B3 1437.70 -740.60 -18247.93 0.01 0.01 0.32 0.34 2.94B4 -1394.90 35.60 -3079.20 0.01 0.00 0.05 0.07 15.18

Tabla 1: Comprobación de los ratios y Factores de Seguridad al usar perno M16 Gr.5.6




En conclusión se utilizará perno M16 Gr 5.6 obteniendo FS por encima de 3

3.3 VERIFICACIÓN DE LA ESTRUCTURA DE SOPORTEPara terminar la verificación de la estructura, debemos comprobar que la estructura que lo soporta sea capaz de resistir las cargas mencionadas.

Fig 19: Modelo matemático para la verificación de vigas existentes




Se procederá entonces a verificar los esfuerzos y deformaciones en las vigas existentes. Para lo cual se han modelado las vigas como elementos “Shell” debido a su excentricidad y para revisar los esfuerzos en las vigas.

Fig 20: Mapa de Esfuerzos bajo la combinación 02, valores de esfuerzos axiales S11

Fig 20: Mapa de Esfuerzos bajo la combinación 02, valores de esfuerzos axiales S22




Fig 21: Mapa de Esfuerzos bajo la combinación 02, valores de esfuerzos cortantes S12

Como se puede apreciar los esfuerzos (ksi) no sobrepasan 0.25ksi, mucho menos el esfuerzo de fluencia del acero, por lo cual se puede afirmar que la estructura es capaz de resistir las cargas amplificadas mostradas en párrafos anteriores.

Verificación de las Deformaciones

A continuación se mostrarán las deformaciones de las vigas bajo las cargas Viva y muerta. Los valores mostrados se encuentran en mm




Fig 22: Deformada por CV, def max es de 0.57mm en “Z”

Fig 23: Deformada por CM, def max es de 0.26mm en “Z”




4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES- La estructura soporta las cargas de servicio dándose una holgura, frente cargas no

esperadas.- Las vigas existentes son capaces de soportar la carga de la plataforma y tener un a

deformación menor a 1mm entre carga muerta y carga viva- Todos los perfiles de acero utilizados serán de acero A36- Las uniones empernadas a la estructura existente serán con perno M16 Gr 5.6,

según tablas mostradas- La estructura resiste con un ratio menor a 0.5 lo mismo que decir que el factor de

seguridad de la estructura está por encima de 25. BIBLIOGRAFÍA

- RNE E020 Cargas- RNE E090 Estructuras metálicas- AISC LRFD 2005- ASCE 7 - 11- Diseño de Estructuras de Acero – Jack McCormac

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