aceros 1 informe!

ESTRUCTURA TIPO GALPON

Método de tensiones admisibles

2013

Patricio Cifuentes Luis Fuentes

Ignacio Marislao

1

INDICE

1 DESCRIPCION DEL PROYECTO ......................................................................... 2

2 METODO DE DISEÑO .......................................................................................... 2

3 NORMAS Y CODIGOS A UTILIZAR. ................................................................... 3

4 MATERIALES EMPLEADOS, CALIDADES Y PROPIEDADES MECANICAS. .... 4

5 CARGAS Y SOBRECARGAS DE USO. ............................................................... 6

6 COMBINACIONES DE CARGA. ........................................................................... 7

7 FLECHAS ADMISIBLES. ...................................................................................... 8

8 HIPOTESIS DE ANALISIS Y DISEÑO. ................................................................. 8

10 SOLICITACIONES DE LA ESTRUCTURA. ....................................................... 9

10 MOMENTOS, CORTANTES Y AXIALES PARA COMBINACIONES DE

CARGA. ................................................................................................................. 12

C1: ......................................................................................................................... 12

C2: ......................................................................................................................... 14

C3: ......................................................................................................................... 15

11 MEMORIA DE CÁLCULO. ................................................................................ 18

FLEXION COMPUESTA.TEORIA ELASTICA DE COMPRESION COMPUESTA. 19

FLEXION COMPUESTA.TEORIA ELASTICA DE COMPRESION COMPUESTA. 23

DISEÑO UNION APERNADA. ............................................................................... 29

DISEÑO DE SOLDADURAS. ................................................................................. 30

ARRIOSTRAMIENTOS. ......................................................................................... 31

DISEÑO DE COSTANERAS. ................................................................................. 32

2

1 DESCRIPCION DEL PROYECTO

La presente Memoria de Cálculo se refiere al análisis y diseño

estructural correspondiente al diseño de una estructura tipo galpón, el

que se emplazará en calle Chacabuco esquina Yerbas Buenas, Los

Andes, Región de Valparaíso.

En términos generales, la estructura es un sistema de pórticos

dividido en 7 marcos metálicos los cuales presentan simetría, dentro de

lo cual están separados por una distancia de 6 metros respectivamente.

Por las aptitudes geotécnicas, las fundaciones consisten en un

sistema tradicional de cimentación continua, vigas de fundación y

zapatas unidas a través de cadenas de amarre, formando una parrilla de

fundación cimentada.

2 METODO DE DISEÑO

El edificio será estructurado en base a una combinación de pórticos

metalicos con una techumbre de perfiles de acero por lo cual

consideraremos los siguientes métodos:

-Estructuras de Acero: Método de las tensiones admisibles

- Estructuras de Hormigón Armado: Método a la Rotura

3

3 NORMAS Y CODIGOS A UTILIZAR.

Hormigones

- Nch 170 Of 85: “HORMIGON – REQUISITOS GENERALES”.

- Nch 430 Of 2008: “HORMIGON ARMADO – REQUISITOS DE DISEÑO

YCALCULO”.

- Código ACI 318-S08 “REQUISITOS DE REGLAMENTO PARA

CONCRETOESTRUCTURAL Y COMENTARIO”.

Acero de Refuerzo

- Nch 211 Of 70: “BARRAS CON RESALTES EN OBRAS DE

HORMIGONARMADO”.

- Nch 434 Of 70: “BARRAS DE ACERO DE ALTA RESISTENCIA EN

OBRAS DEHORMIGON ARMADO”.

- CAP: “BARRAS DE ACERO PARA HORMIGON”.

Acero Estructural

- Codigo ANSI/AWS: “STRUCTURAL WELDING CODE-STEEL”

- Nch 1159 Of 77: “ACERO ESTRUCTURAL DE ALTA RESISTENCIA Y

BAJAALEACION PARA CONSTRUCCION”

- ICHA: “MANUAL DE DISEÑO PARA ESTRUCTURAS DE ACERO”, 2001.

- ICHA: “ATLAS DE DETALLES ESTRUCTURALES”, 1976

Cargas, sobrecargas y Normas de diseño

- Nch 1537 Of 2009: “DISEÑO ESTRUCTURAL DE EDIFICIOS –

CARGASPERMANENTES Y SOBRECARGAS DE USO”

- Nch 432 Of 71: “CALCULO DE LA ACCION DEL VIENTO SOBRE LAS

CONSTRUCCIONES”

- Nch 433 Of 96 Modif 2009: “DISEÑO SISMICO DE EDIFICIOS”

- Diario Oficial de la República de Chile, 25 de Febrero de 2011:

“MODIFICACIONES DE EMERGENCIA A NCh 433 Of 96 y NCh 430 Of

2008”

4

- NCh 3171 Of 2010: “DISEÑO ESTRUCTURAL – DISPOSICIONES

GENERALES YCOMBINACIONES DE CARGA”

4 MATERIALES EMPLEADOS, CALIDADES Y PROPIEDADES

MECANICAS.

ACERO ESTRUCTURAL:

- Perfiles: calidad A42-27ES

- Tensores y fierro redondo: A37‐24ES

- Pernos de anclaje: Calidad ASTM A307

- Planchas e insertos: para e <= 6 mm A37-24ES

para e = > 6 mm ASTM A36 (equiv. A42-27ES)

- Pernos para uniones: Calidad ASTM - A325X

Acero Estructural

Peso específico (γ) 7.85 t/m3

Módulo de Elasticidad ( E ) 2100000 kg/cm2

Módulo de Poisson ( v ) 0.3

Coef. De Dilatación térmica ( α ) 0.000012/ Co

Módulo de corte (G) 807692 kg/cm2.

Tensión de Fluencia ( Tf ) 2700 kg/cm2.

Tensión Ultima ( Tu ) 4200 kg/cm2.

HORMIGON

- Hormigón para muros: calidad H30, 90% nivel de confianza

- Hormigón para emplantillados: calidad H5, 80% nivel de confianza

- Hormigón para resto de elementos de H.A. calidad H30, 95% nivel de

confianza

-Recubrimientos mínimos:

- 5 cm en fundaciones

5

- 3 cm en cadenas de amarre de fundaciones

- 2 cm en losas, vigas, pilares y muros.

Hormigón

Calidad H-30

Resistencia a la Compresión ( f´c )

250 kg/cm2

Módulo de Elasticidad ( E )

Estático 238752 kg/cm2

Sísmico 329000 kg/cm2

Corte Máximo Admisible (τ máx)

6,4 kg/cm3

Coef. De Poisson ( v ) 0,2

Módulo de Corte no se utiliza en el método a la

rotura

Coef. De Expansión Térmica (α) 1.43E-5 1/°C

- ACERO DE REFUERZO.

Calidad A44-28H en muros. Para el resto de elementosestructurales de

Hormigón Armado, se empleará acero calidad A63-42H.

- SOLDADURAS.

- SOLDADURAS HECHAS EN TALLER: Se harán usando proceso

MIG,electrodo E70-S6

- SOLDADURAS HECHAS EN TERRENO: Se harán usando proceso arco

manual,electrodo E70XX.

Acero de Refuerzo

Peso específico ( γ ) 7.85 t/m3

Módulo de elasticidad ( E ) 2100000 kg/cm2

Módulo de Poisson ( ν ) 0,3

Coeficiente de dilatación térmica ( α ) 1,1 x 10-5 1/ Co

Módulo de corte: G 807692 kg/cm2

6

5 CARGAS Y SOBRECARGAS DE USO.

-CARGAS MUERTA (D): Peso propio de los perfiles, estructuras y de todo

aquel elemento estructural o no estructural que se encuentre sobre el

elemento en cuestión. Corresponde esencialmente a la carga

permanente. Se determinan a partir de NCh 1537 Of 2009.

Para simplificaciones de cálculo utilizaremos para este caso:

-CARGAS VIVAS: 30 kg/m2 para la estructura de la techumbre

afectado por losrespectivos coeficientes de reducción por pendiente de

techo y área tributaria. Complementan con las especificaciones de NCh

1537 Of 2009.

-CARGAS SISMICAS: La determinación de las solicitaciones

sísmicas se regirá segúnlo establecido en la norma chilena NCh 433 Of 96

Mod 2009, más la modificación de emergencia aparecida en el Diario

Oficial de República de Chile, del 25 de Febrero de 2011. El método de

análisis será el Modal Espectral.

-CARGAS DE VIENTO: La determinación de las cargas de viento

se regirá según loestablecido en la norma chilena NCh 432 Of 71.

-CARGAS DE NIEVE: los valores que utilizaremos para este caso

son los que corresponden según NCh 431of77.Considerando que el

edificio se emplazara en Los Andes, utilizaremos una sobrecarga de nieve

de 25 kg/m2. Considerando la eventualidad de esta carga y el hecho de

7

que la sobrecarga de techumbre es mayor que la sobrecarga de nieve, y

siendo ambas del tipo gravitacional utilizaremos solo la mayor de ambas

en las combinaciones que así lo permitan. Predomina la sobrecarga de

techo.

6 COMBINACIONES DE CARGA.

Las combinaciones de cargas serán las establecidas en NCh

3171 Of 2010 más lascomplementaciones correspondientes según acción

de cálculo, tanto para estado límite deservicio como estado límite último, y

dependiendo de la metodología de diseño.

Se utilizaran las combinaciones de carga de acuerdo a la

NCh3171of2010 teniendo finalmente:

Por Tensiones Admisibles

C1= D + L

C2=D + 0.75*L + 0.75*V

C3=D + 0.7*S

Con:

D = carga permanente

S = carga sísmica según NCh 433

L = carga de uso según NCh1537

V = carga de viento según NCh 432

8

7 FLECHAS ADMISIBLES.

Las flechas que se consideran son:

-Costaneras de techo de acero: L/200

-Vigas y columnas: L/200

8 HIPOTESIS DE ANALISIS Y DISEÑO.

- Se considera valida la Ley de Hooke, asumiendo que existe proporcionalidad entre tensiones y deformaciones.

- Se supondrá válida la Hipótesis de Bernoulli (las secciones planas se mantienen planas después de deformarse)

- Se supondrá que el acero tiene un comportamiento elasto-plástico perfecto

- Se asumirá que existe perfecta adherencia entre hormigón y acero

- Se supondrá que el módulo de elasticidad se mantiene constante para los materiales a emplear

- Las soldaduras se consideran elementos homogéneos, isotrópicos y

elásticos.

- Las partes conectadas por las soldaduras son rígidas y por lo tanto se

desprecian sus deformaciones.

- Sólo se consideran esfuerzos debido a las cargas externas, se desprecia

esfuerzos residuales.

9

9 ASPECTOS ESPECIALES DE MODELADO Y

ANALIZIS.

La estructura será analiza como un marco metálico considerando una

sola sección para todo el marco y así mantener la Inercia a través de todo el

sistema, se diseñara a la solicitación más desfavorable y en la base de los

pilares se consideraran empotrados a la base de la zapata. Las costaneras

serán analizadas a la solicitación del viento al igual que las riostras.

Finalmente analizaremos pernos y soldaduras en las uniones.

Para el análisis y diseño se empleara, RAM 9.0, más algoritmos propios.

10 SOLICITACIONES DE LA ESTRUCTURA.

Carga muerta:

10

Carga viva:

Viento:

SEGÚN norma NCH 432 of 71

11

Sismo

De acuerdo a NCH 433 tenemos Q = CIP por lo que:

LOS ANDES Zona 1

S 1

To 0,3

T´ 0,35

n 1,33

p 1,5

I 0,6

Ao 0,3g

R 4

Qo 0,3979

12

10 MOMENTOS, CORTANTES Y AXIALES PARA

COMBINACIONES DE CARGA.

C1:

-.Diagrama de momento

13

-.Axial.

-. Esfuerzo de corte.

14

C2:

-.Diagrama de momento.

-.Axial.

15

-. Esfuerzo de corte

C3:

-.Diagrama de momento.

16

-.Axial.

-. Esfuerzo de corte

17

De acuerdo a los diagramas mostrados, se diseñara con la

combinación más desfavorable que es C1=D+L

18

11 MEMORIA DE CÁLCULO.

Se presentan cálculos de la estructuras de acuerdo a los perfiles escogidos.

Primero comprobaremos el perfil y luego la deformación.

Perfil escogido para marco estructural:

PERFIL(mm):

A=500

B=300

e.=14

t=8

19

Propiedades del perfil I 50/30/1,4/0,8

Ixx 56625 rx 22

Iyy 6304 ry 7,20

y 25 rc 4

Ac 42 r´ 1

At 42 λc 205

A´c 48 λ 1071

Ic´ 934 area 122

Wy 229 Wx 2265

El perfil es no compacto para todo el marco, se verifica a continuación:

2144024006,06,0

7,336)16,1(

3,98459

3,164,2

19,2519,254,10

'

cmKg

FFt

SIFFe

b

SIFe

c

f

ff

f

FLEXION COMPUESTA.TEORIA ELASTICA DE

COMPRESION COMPUESTA.

115,0 bx

bx

a

a

a

a

F

f

F

f

F

fsi

Calculamos longitud efectiva para ambas columnas:

20

Calculamos Fa:

Para L: 900 cm.

(Se anexan tablas de Coeficiente K. Desplazamiento Lateral Permitido)

Por tablas:

888,2900

2600

c

v

v

v

c

c

bL

L

LI

LI

G

1AG

21

De acuerdo a tabla desplazamiento lateral permitido tenemos que K=1,51

Y por lo tanto verificamos las esbelteces:

Tenemos:

61,7722

90051,1

x

xr

LK

1252,7

9001

y

yr

LK

Por lo que controla la esbeltez mayor

Compresión elástica teórica

λx= 63,43569975

λy= 125,0793949

λmayor= 125,0793949

Por lo tanto:

Fa 1252,456207

Calculamos Fbx:

Volcamiento flexión de las alas.

1- Fc=0,6 Ff

2- f

CfF

C

F

2

3283

2

. 3-

Tenemos el caso n° 3

22

VOLCAMIENTO NO COMPACTA

Volcamiento ,flexión de las alas

204,69 > 185,02

Fc= 2449,59729 kg/cm2

Volcamiento torsión 1071,428571 < 1347,42

Fc= 1440 kg/cm2

Consideramos el caso más conservador:Fbx=1440 kg/cm2

Calculamos fa, para las 3 combinaciones:

C1 C2 C3

P 3148,91 1352,89 860,42

A 122 122 122

fa 25,8107377 11,0892623 7,05262295

Calculamos fbx, para las 3 combinaciones:

C1 C2 C3

M 12702 4925 3315

S 2255 2255 2255

fbx 563,281596 218,4035477 147,006652

Verificamos:

115,0 bx

bx

a

a

a

a

F

f

F

f

F

fsi

fa/Fa 0,02060965 0,00885141 0,00563034

fbx/Fbx 0,39116778 0,15166913 0,10205716

fa/Fa+fbx+Fbx 0,41177742 0,16052054 0,10768749

Verificamos la sección para la columna izquierda.

23

FLEXION COMPUESTA.TEORIA ELASTICA DE

COMPRESION COMPUESTA.

115,0 bx

bx

a

a

a

a

F

f

F

f

F

fsi

Calculamos longitud efectiva para ambas columnas:

Calculamos Fa:

Para L: 700 cm.

(Se anexan tablas de Coeficiente K. Desplazamiento Lateral Permitido)

24

Por tablas:

De acuerdo a tabla desplazamiento lateral permitido tenemos que K=1,52

Y por lo tanto verificamos las esbelteces:

Tenemos:

48,045522

70051,1

x

xr

LK

97,2222,7

7001

y

yr

LK

Por lo que controla la esbeltez mayor

Compresión elástica teórica

λx= 48,0455

λy= 97,222

λmayor= 97,222

Por lo tanto:

Fa 1266,234665

714,3700

2600

c

v

v

v

c

c

bL

L

LI

LI

G

1AG

25

Calculamos Fbx:

Volcamiento flexión de las alas.

3- Fc=0,6 Ff

4- f

CfF

C

F

2

3283

2

. 3-

Tenemos el caso n° 2

VOLCAMIENTO NO COMPACTA

Volcamiento ,flexión de las alas

82,92 ≤ 159,20 ≤ 185,02 Fc= 1010,02 kg/cm2

Volcamiento torsión

833,3333 < 1347,42

Fc= 1440 kg/cm2

Consideramos el caso más conservador: Fbx=1010,02 kg/cm2

Calculamos fa, para las 3 combinaciones:

C1 C2 C3

P 3422,4 1705,01 1017,11

A 122 122 122

fa 28,052459 13,9754918 8,33696721

Calculamos fbx, para las 3 combinaciones:

C1 C2 C3

M 11795,96 6740,21 3728,77

S 2255 2255 2255

fbx 5,23102439 2,989006652 1,65355654

26

Verificamos:

115,0 bx

bx

a

a

a

a

F

f

F

f

F

fsi

fa/Fa 0,02215834 0,01103909 0,00658528

fbx/Fbx 0,51792321 0,29594125 0,16371847

fa/Fa+fbx+Fbx 0,54008155 0,30698035 0,17030375

Verificamos la sección para la columna derecha..

27

Verificamos la deformación para el perfil escogido.

Mostraremos solo las deformación en la viga de 26 metros y anexaremos gráficos de

deformación de las columnas al final de la memoria.

Estados considerados:

C1=CM+CV

C2=CM+0.75CV+0.75V

C3=CM+0.7S

MIEMBRO : 2 Largo : 26.077 [m] Nudo J : 2

Material : A36 Sección : I 50/30/1,4/0,8 Nudo K

: 3

Estado : C1=CM+CV

Deflexión [cm], Long [m]

28

Estado : C2=CM+0.75CV+0.75V


Estado : C3=CM+0.7S


Comprobamos que la deformación es menor que la admisible en los 3 casos.

Y que la mayor deformación es en C1=5,41cm menor que la admisible.

29

DISEÑO UNION APERNADA.

Placa de 60*40

-Determinación Eje Neutro

Y=5,5

-Determinación Momento de Inercia

8,174853

23

dAYb

I

-Cálculo de esfuerzo a tracción

22 cmT44,1

cmT0,1)5.535(

8.17485

601 tt Fcc

I

Mf

Qp=P/ N° pernos=2220/6=370

fv =0,096 ton/cm2

Ft=1,68-1,6 fv 1,526 ton/cm2

f t F t

Se verifica la conexión apernada de la sección con pernos de 12mm.

30

DISEÑO DE SOLDADURAS.

Unión soldada entre columna y viga, se calcula con una tensión admisible de 1ton/cm2,

respecto a lo visto en el curso.

L=212,8 cm

A=1 cm

t.=0,707*a=0,707 cm

A= 212,8 *1=212,8 cm^2

Inercia de la soldadura.

Ixx= =81550,6

IYY = =8649

Izz = IXX + IYY = 90200 cm4

Wxx=Ixx/25= 3262,02 cm^3

Tomamos el momento más desfavorable.

31

Fm=12,7/3262=0,00001 ton/cm^2

f.c=3,1/212,18=0,014

f.=0,014

fadm>F

ARRIOSTRAMIENTOS.

Riostras de 6mm

A=0,28cm^2

Debido largo y alto de la elevación ocuparemos 4 diagonales por cada módulo.

m

KgVV 18075,068,0

Cálculo tracción en arrostramientos

Cálculo De Esfuerzo a tracción

22 44,124,028,0

068,0

cmTF

cmT

A

Tf tt

TT

T

TV

T

d

sotavento

d

0,06816

1,0981000

6

32

DISEÑO DE COSTANERAS.

NOTA: en las zonas donde existe mayor momento en la viga, se

reforzara con doble costanera, actúan como vigas puntales, ver

detalles en planos.

Costaneras de techumbre.

33

Propiedades del Perfil

Perfil C

100/50/15/3

P 4,95 kg/cm

A 6,31 cm2

Ixx 97,8 cm4

Wxx 19,56 cm3

ixx 3,94 cm

Iyy 20,52 cm4

Wyy 6,52 cm3

iyy 1,8 cm

Tendremos las siguientes consideraciones

Eje fuerte.

Eje debil.

34

C1: (CM+SC)

mkg

sensenSCPPP

mkg

SCPPP

y

x

22,3)3987,4(1)3012()3987,4(1)(

87,41)3987,4cos(1)3012()3987,4cos(1)(

Mmáx = 188,45x-x

Mmáx =11,59 y-y

Ahora el Mmáxx-x/1440<Wxx costanera

Ahora el Mmáxy-y/1440<Wyy costanera

Se verifica la costanera

Verificamos la deformación:

okcmL

cmIE

Lp][3

200

600

200][95,0

384

5 4

C2: CM+0,75SB+0,75V

mkg

senSENSCPPP

mkg

P

VSCPPP

y

X

x

64,2)3987,4(1)3075,012()3987,4(1)75,0(

39,191*50*4,0*75,0)3987,4cos(1)3075,012(

75,0))3987,4cos(1)75,0((

35

Mmáx = 87,255x-x

Mmáx =9,504 y-y

Ahora el Mmáxx-x/1440<Wxx costanera

Ahora el Mmáxy-y/1440<Wyy costanera

Se verifica la costanera

36

Anexos.

40

Resultados del Análisis

Estados considerados:

C1=CM+CV

C2=CM+0.75CV+0.75V

C3=CM+0.7S

MIEMBRO : 1 Largo :

9.000 [m] Nudo J : 1

Material : A36 Sección : I 50/30/1,4/0,8 Nudo K : 2

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Estado : C1=CM+CV




41

Estado: C3=CM+0.7S


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

MIEMBRO : 2 Largo :

26.077 [m] Nudo J : 2


Estado : C1=CM+CV



42


Estado: C3=CM+0.7S


43

MIEMBRO : 3 Largo :

7.000 [m] Nudo J : 3


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Estado : C1=CM+CV

Traslación en 2




44

Estado : C3=CM+0.7S


aceros 1 informe!

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