Análisis y diseño estructural de una nave metálica para laboratorio metalúrgico implementado en unidad minera bajo la normativa AISC 360-16

Abstract

El presente trabajo de suficiencia profesional detalla la experiencia personal, así como los criterios y decisiones tomadas para dar solución estructural al proyecto de una nave metálica, destinada a la implementación de un laboratorio metalúrgico dentro de las instalaciones de una unidad minera. Este laboratorio metalúrgico cumple un rol importante como una de las principales instalaciones de la unidad minera concentrando diversos tipos de trabajos entre los cuales están: la preparación mecánica de muestras, las pruebas de dureza, molienda, sedimentación, análisis mineralógico, entre otros. Debido a ello el laboratorio alberga equipamiento como hornos industriales, campanas extractoras y cuarteadoras. Esto requiere que la planta tenga una altura y luces amplias que permitan además la distribución de paneles divisorios con la protección ignífuga necesaria. El sistema estructural principal para cargas de gravedad consiste en vigas de alma llena de sección “W” a dos aguas de peralte importante que se soportan en columnas del mismo tipo de sección. Por otra parte, el sistema estructural sismorresistente está conformado por pórticos metálicos a momento y pórticos arriostrados. Aprovechamos la inercia fuerte de los perfiles “W” para los pórticos a momento mientras que las inercias débiles se complementarán con pórticos arriostrados mediante perfiles tubulares cuadrados para aportar rigidez. En cuanto al soporte de la cobertura, este se compone de viguetas de sección tubular rectangular y arriostradas cada tercio. Este mismo sistema se replica para los cerramientos horizontales en la periferia de la estructura. Se elabora un análisis dinámico modal espectral de la nave usando todos los parámetros y especificaciones señaladas en la normativa peruana (E.030 – Diseño Sismorresistente 2018). Apoyándonos en el modelo matemático es posible determinar el periodo, los modos de vibración, la cortante basal, las fuerzas internas en los elementos estructurales y los máximos desplazamientos laterales. Para el diseño estructural de los elementos y conexiones metálicas se aplican los lineamientos especificados en la normativa del American Institute of Steel Construction (AISC) 360 – 16, siguiendo las provisiones sísmicas para edificios de acero establecidas por el American National Standards Institute (ANSI 341 – 10) para los sistemas OMRF y OCBF. La cimentación y los esfuerzos que esta genera es verificada mediante un modelo matemático creado en el software SAFE cuyo procedimiento de análisis utiliza el método elástico empleando el modelo de la solución de Winkler que estima el módulo de balasto en función a la capacidad del terreno asociado.