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GALPÓN 21X36X8 PLANTA AGUAS SERVIDAS COPOSA

ÍNDICE DE CONTENIDOS

I. INTRODUCCIÓN...................................................................................................................................................... 3

II. PARÁMETROS Y CONSIDERACIONES PARA EL CÁLCULO.............................................................................32.1. ANÁLISIS POR ELEMENTOS FINITOS (FEA).....................................................................................................................32.2. CRITERIO PARA LA DETERMINACIÓN DE ESFUERZOS......................................................................................................32.3. ESFUERZO ADMISIBLE......................................................................................................................................................4

III. CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES A UTILIZAR..................................................................................4

IV. VERIFICACIÓN GALPON MODELO 3D...............................................................................................................54.1 PESO PROPIO ESTRUCTURA (PP)....................................................................................................................................54.2 PESO PROPIO (PP) + SOBRE CARGA (SC) + VIENTO (V)..............................................................................................54.3 PESO PROPIO (PP) + SOBRE CARGA (SC) + NIEVE (N)................................................................................................64.4 PESO PROPIO (PP) + SOBRE CARGA (SC) + SISMO (S)................................................................................................64.5 CÁLCULO DE REACCIONES................................................................................................................................................7

V. VERIFICACIÓN DE COSTANERAS....................................................................................................................... 85.1. COSTANERAS DE TECHO..................................................................................................................................................85.2. VERIFICACIÓN COSTANERAS LATERALES......................................................................................................................13

VI. VERIFICACIÓN PANELES.................................................................................................................................. 156.1. PANELES TECHOS..........................................................................................................................................................156.2. VERIFICACIÓN PANELES LATERALES..............................................................................................................................156.3. Verificación Paneles Frontones..................................................................................................................................15

ANEXO A-1: CÁLCULOS DE CARGASANEXO A-2: CUBICACIONESANEXO A-3: PROPIEDADES PARA EL DISEÑO DE LOS PERFILES DEL GALPONANEXO A-4: ANTECEDENTES DEL ANÁLISIS DE ELEMENTOS FINITOS


I. INTRODUCCIÓN

En el presente informe se realiza un análisis estructural de Galpón de 21x23x8 perteneciente a planta de aguas servidas Coposa – Collahuasi.

Las cargas son determinadas de acuerdo a las Normas Chilenas vigentes, tal como se indican en el anexo A-1. Y los criterios de resistencia son en base al esfuerzo admisible.

Los Software utilizados para el cálculo son: Algor V32.1 para realizar el análisis por elementos finitos y ETBX Engineers Toolbox V 2.5 para el cálculo de costaneras.

Antecedentes:

Altura de Hombro 8 m Luz 21 mDistancia entre Módulo 6 m Largo 36 mMódulos Arriostrados 3 Pendiente 26,8% Costaneras Laterales 1,5 m Colgadores L/3 Costaneras Techo 1,5 m Costaneras Frontón 1,5 m

II. PARÁMETROS Y CONSIDERACIONES PARA EL CÁLCULO

2.1. Análisis por Elementos Finitos (FEA)

Para un análisis detallado, se realizará una simulación de la estructura mediante Análisis de Elementos Finitos (FEA), el cual consiste en un método general para la solución de problemas de contorno gobernados por ecuaciones diferenciales. En esencia se trata de una técnica que sustituye el problema diferencial por otro algebraico, aproximadamente equivalente, para el cual se conocen técnicas generales de resolución. Para ello se hace uso de la "discretización" o subdivisión de una región sobre la cual están definidas las ecuaciones en formas geométricas simples. Las propiedades materiales y relaciones gobernantes en estos elementos se expresan en función de los valores desconocidos en los elementos o nodos.

En el Análisis de Elementos Finitos, se puede utilizar diversos elementos: placa, bloque, viga, barra, etc. En este caso se trabajará con elemento Viga y el Software a utilizar para el cálculo es Algor Fempro V23.1

2.2. Criterio para la determinación de Esfuerzos

Para el esfuerzo del elemento viga, se considera el Worst Strain o Tensión en caso peor, el cual está dado por la siguiente expresión:

(e-1)


Esta ecuación combina el Esfuerzo axial (P/A) (en dirección local 1), la Tensión de Flexión en dirección local 2 σw2 y La Tensión de Flexión en dirección local 3 σw3.

Las combinaciones de cargas para las costaneras en el techo son:

1) PP+SC2) PP+SC+V3) PP+SC+N4) PP+SC+S

Donde:PP: Peso PropioSC: Sobre Carga en el TechoV: Carga de Viento (140 km/hr)N: Carga de Nieve (1 m de nieve recién caída).

2.3. Esfuerzo Admisible

Por medio del esfuerzo admisible se puede determinar la máxima carga asociada. El esfuerzo admisible se calcula de la siguiente forma:

(e-2)

Este valor dependerá del material que se analice, por lo tanto:

III. CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES A UTILIZAR

Los materiales considerados en la fabricación del galpón son:

Acero A 42-27 ES:Límite de Fluencia = 235 [MPa]Resistencia a la Tracción = 363 [MPa]Elongación Mínima = 22 %Módulo de Elasticidad = 210 [GPa]

Electrodo E70XX:Límite de Fluencia Sy = 393 [MPa]Resistencia a la Tracción Su = 480 [MPa]


IV. VERIFICACIÓN GALPON MODELO 3D

Tipo de Elemento analizar: VigaCondiciones de Borde: Pilares empotrados en las Bases

4.1 Peso Propio Estructura (PP)

Fig. 4.1 Distribución de Esfuerzos por PP de Estructura.

Debido a que el Esfuerzo Máximo es 20,3 MPa (Tracción) menor que el esfuerzo admisible, cumple con las condiciones de resistencia.

La deformación máxima de la estructura, tiene una magnitud máxima es de 2,0 mm.

4.2 Peso Propio (PP) + Sobre Carga (SC) + Viento (V)

Este caso Analiza el Peso Propio de la Estructura (PP), la Sobre Carga producto de las cargas Muertas en el Techo (SC) y de las presiones del viento considerando los factores descritos en el Anexo A-1.

Para este caso se obtiene un esfuerzo máximo de 80,03 MPa, el cual es menor que el esfuerzo admisible calculado, por lo tanto cumple con las condiciones de resistencia.


Fig. 4.2 Distribución de Esfuerzos por PP + SC + V.

4.3 Peso Propio (PP) + Sobre Carga (SC) + Nieve (N)

Fig. 4.3 Distribución de Esfuerzos por PP + SC + N.

Se considera una sobre carga por nieve caída de 1 m, las magnitudes de esta fuerza se encuentran en el anexo A-3. Para este caso se alcanza una magnitud de esfuerzo máxima de 118,79 MPa (tracción), debido a que este valor es inferior al esfuerzo admisible calculado, se cumple con la condición de resistencia.

Este caso resulta ser el más crítico.

4.4 Peso Propio (PP) + Sobre Carga (SC) + Sismo (S)

Pese a que la altura del galpón no presenta problemas con el sismo, de todas forma se procede al cálculo de sismo según NCh 2360 Of2003.


Fig. 4.4 Distribución de Esfuerzos por PP + SC + N.

En este caso, la magnitud máxima es de 50,8 MPa, dicho valor es menor que el esfuerzo admisible cumpliéndose con la condición de resistencia.

4.5 Cálculo de Reacciones

De acuerdo al modelo y los casos Analizados más desfavorable se procede a determinar las magnitudes máximas de reacciones.

PP+SC+V

Bases Laterales (magnitudes máximas): M = 74800,6 N-mRx = 27906 NRy = 3432 NRz = 58340 N

Bases Frontales (magnitudes máximas):Mmax = 31616,5 N-mRx = 11187 NRy = 10,3 NRz = -98563 N

PP+SC+N


Bases Laterales (magnitudes máximas): M = 35355 N-mRx = 66006 NRy = 13298 NRz = -99203 N

Bases Frontales (magnitudes máximas):Mmax = 113,1 N-mRx = -2,57 NRy = 227,1 NRz = -69442 N

V. VERIFICACIÓN DE COSTANERAS

5.1. Costaneras de TechoPerfiles Seleccionados (Ver dimensiones en Anexo A-3): Z175x75x20x3,00 InterioresZ175x75x20x2,00 Exteriores

Peso Propio (PP) + Sobre Carga (SC)


Peso Propio (PP) + Sobre Carga (SC) + Carga Nieve (N)


Peso Propio (PP) + Sobre Carga (SC) + Viento (V - Barlovento)


Peso Propio (PP) + Sobre Carga (SC) + Viento (V - Sotavento)


Cálculos de Esfuerzos:


Peso Propio (PP) + Sobre Carga (SC)

Peso Propio (PP) + Sobre Carga (SC)+Nieve (N)

Peso Propio (PP) + Sobre Carga (SC) + Viento (V - Barlovento)

Peso Propio (PP) + Sobre Carga (SC) + Viento (V - Sotavento)

Valor crítico σc2<σadm, por lo tanto, Costaneras para el Techo cumple con condiciones de resistencia.

5.2. Verificación Costaneras LateralesPerfiles Seleccionados (Ver dimensiones en Anexo A-3):Z175x75x20x1,60 InterioresZ175x75x20x2,00 Exteriores


Acción del Viento:

Debido a que σcl<σadm cumple con la condición de resistencia.


VI. VERIFICACIÓN PANELES

6.1. Paneles Techos

Panel utilizado: CG-54 0,6mm

Distancia entre costaneras: 1,5 mt

Carga Máxima Panel Según Distancia: 480 kg/m2 (Ver Tabla anexo A-3)

Presión desfavorable Viento: 38 kg/m2 < 480 kg/m2, cumple condición de resistencia. Presión 1 mt de nieve caída: 125 kg/m2 < 480 kg/m2, cumple condición de resistencia.

6.2. Verificación Paneles Laterales




Presión desfavorable Viento: 76 kg/m2 < 696 kg/m2, cumple condición de resistencia.

6.3. Verificación Paneles Frontones




Presión desfavorable Viento: 114 kg/m2 < 420 kg/m2, cumple condición de resistencia.

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