bases de calculo dem 001 2015

CAPITULO I

CRITERIOS DE DISENO

PROFESOR : CARLOS RAMIREZ V.INGENIERO CIVILREVISION DOC. : REV 0FECHA : MARZO DEL 2015

PROYECTO DE ESTRUCTURAS

DOC : DEM-001

1. ALCANCE

2. MATERIALES

3. NORMAS Y CODIGOS DE DISENO

4. METODOS DE DISENO

5. CARGAS DE DISENO

6. COMBINACIONES DE CARGA

7. DEFORMACIONES

INDICE CONTENIDOS

I. ALCANCE

El presente documento entregas las bases técnicas con las cuales es factible diseñar una estructura.

I. ALCANCE CONTENIDOS

II. MATERIALES ACERO ESTRUCTURAL

II. ACERO ESTRUCTURAL – NORMA AISC 2010


Adicional a los materiales entregados por la norma AISC, existen otros tiposde acero cuyas características técnicas son distintas a las citadas en dichanorma, por ejemplo, en Chile existen aceros de producción nacional(Huachipato) de uso habitual en las construcciones.

II. ACERO ESTRUCTURAL – NORMA AISC 2010


II. ACERO ESTRUCTURAL – PROPIEDADES MECANICAS

En general para el diseño de estructuras metálicas las propiedadesmecánicas usadas para el diseño corresponden a:

Fy: Tensión de fluencia del aceroFu : Tensión de ruptura del acero

Acero Fy Fu Fy / Fu Uso principal del acero DescripciónKg/cm2 Kg/cm2 ( en Chile )

Planchas NacionalesA42-27 2700 4200 0.64 Estructuras Acero al carbono

Planchas ImportadasA36 2530 4080 0.62 Estructuras Acero al carbono

A572 gr 42 2960 4232 0.70 Puentes y Estructuras Acero alta resistenciaA572 gr 45 3164 4232 0.75 Puentes y Estructuras Acero alta resistenciaA572 gr 50 3515 4591 0.77 Puentes y Estructuras Acero alta resistenciaA572 gr 55 3874 4943 0.78 Puentes y Estructuras Acero alta resistenciaA572 gr 60 4232 5252 0.81 Puentes y Estructuras Acero alta resistenciaA572 gr 65 4591 5610 0.82 Puentes y Estructuras Acero alta resistencia

Planchas ImportadasA588 3515 4943 0.71 Puentes y Estructuras Acero alta resistencia con

Perfiles W Laminados propiedades anticorrosivasA992 3515 4591 0.77 Estructuras Acero dualA36 2531 4078 0.62 Estructuras Acero al carbono

A572 gr 50 3515 4591 0.77 Estructuras Acero alta resistencia

PROPIEDADES MECANICAS DEL ACERO

A continuación se presentan algunos tipos de aceros de uso estructural deprocedencia extrajera y nacional, con las correspondientes propiedadesmecánicas.


II. MATERIALES ACERO ESTRUCTURAL / TIPO DE PERFILES

II. ACERO ESTRUCTURAL – TIPO DE PERFILES

A. Perfiles plegados:

Generalmente son de espesores pequeños y se obtienen de un procesode doblado en frío. (Secciones L y C)

Son económicos pero generan tensiones residuales en las zonas dedoblado, lo que “disminuyen su calidad”.



B. Perfiles laminados:

Se obtienen haciendo pasar planchas de acero, a alta temperatura, por rodillos que le dan la forma deseada. (Su cantidad de secciones es limitada).

Estos perfiles presentan concentraciones de tensiones debidas a cambios térmicos, sin embargo, son los de “mejor calidad”.



C. Perfiles armados o soldados.

Este tipo de perfiles es formado a través de planchas soldadas entre sí.

Típico de producción nacional:



Principalmente los pernos de alta resistencia usados en los proyectos estructurales corresponden a: ASTM A325 y A490.

• Los pernos A325 están disponibles en dos tipos, denominados Tipo 1y Tipo 3, siendo los diámetros usuales ¾” y 1”. El Tipo 1 es de usogeneral y en casos con temperatura elevada. El Tipo 3 tiene mejorresistencia a la corrosión y a la intemperie.

A. Pernos alta resistencia

II. MATERIALES PERNOS DE CONEXION

II. MATERIALES – PERNOS DE CONEXION

B. Pernos corrientes

Los pernos corrientes son utilizados principalmente para conexiones de elementos secundarios y/o misceláneos.

Los pernos corrientes usados en los proyectos desarrollados en Chile corresponden a: ASTM A307.

NotaNota: Resistencias de los pernos de alta resistencia y pernos corrientes serán entregados en detalle en el Capitulo de Conexiones.

II. MATERIALES PERNOS DE CONEXION

II. MATERIALES – PERNOS DE CONEXION

Los principales aceros usados para pernos de anclaje en proyectos desarrollados en Chile corresponden a:

II. MATERIALES PERNOS DE ANCLAJE

II. MATERIALES – PERNOS DE ANCLAJE

Calidad del Electrodos (Uniones Soldadas):

Acero ASTM A36 : Electrodo E70Acero ASTM A572 : Electrodo E70Acero A 42-27 : Electrodo E70

E70 : Electrodo de Tensión de Ruptura de 70000 ( psi ) para efectos del calculo de soldaduras.

NotaNota: Resistencias y cálculos de soldaduras serán entregados en el Capitulo de Conexiones

II. MATERIALES SOLDADURAS

II. MATERIALES – ELECTRODOS

- Hormigón de fundaciones

- Hormigón de losas de piso

- Acero de conectores de corte ( losas colaborantes )

- Acero de placas de losas colaborantes

- Revestimientos laterales de edificios

-Insertos de hormigón

-Albañilería

II. MATERIALES OTROS MATERIALES

II. MATERIALES – OTROS

III. NORMAS Y CODIGOS DE DISENO LISTADO

III. NORMAS Y CODIGOS DE DISENO

A continuación se entregan algunas normas usadas habitualmente en los diseños estructurales.

3.1. Normas Nacionales.

- NCh 1537 Of. 2009, Diseño Estructural de Edificios, Cargas Permanentes y Sobrecargas de Uso.

- NCh 432 Of. 71, Efecto de la Acción del Viento sobre las Construcciones.

- NCh 433 Of. 96, Diseño Sísmico de Edificios.

- NCh 427 Of. 77, Especificación para el Cálculo de Edificios en Acero.

- NCh 2369 Of.2003, Diseño Sísmico de Estructuras e Instalaciones Industriales.

- NCh 431 Of.77, Sobrecarga de Nieve.

- NCh 3171 Of.2010, Combinaciones de carga.

III. NORMAS Y CODIGOS DE DISENO LISTADO

3.1. Normas Extranjeras.

- “Building Code Requirements for Reinforced Concrete" del American Concrete Institute. ACI 318, última edición.

- Structural Weliding Code, AWS, American Welding Society.

- Specifications for Structural Joints Using ASTM A325 or A490 Bolts, AISC.

- ASCE 7-10: Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures

- Specification for Structural Steel Buildings, AISC (2010).

- Specification for the Desing of Cold-Formed Steel Structural Members, AISI, 1986.

- Uniform Building Code, UBC.

IV. METODOS DE DISENO ESTRUCTURA AISC - 2010

4.1. METODO DE DISENO ESTRUCTURA METALICA – AISC 2010

Para el diseño de estructuras metálicas el AISC – 2010 permite el uso de dos métodos de diseño:

En este curso se utilizara el método de tensiones admisibles ASD.

IV. METODOS DE DISENO HORMIGON ARMADO - ACI

4.2. METODO DE DISENO HORMIGON ARMADO – ACI

Para el diseño de zapatas aisladas, pedestales, insertos (si aplica) y losas de piso de hormigón, se utiliza el método a la rotura en conformidad a la ultima edición del ACI.

V. CARGAS DE DISEÑO

Para el cálculo de las cargas de diseño, se deben tomar aquellos valores de carga que representan la situación más desfavorable correspondiente a los requerimientos establecidos por las normas respectivas.

5.1. CARGA MUERTA ( D )

A continuación se indican algunas cargas muertas que se presentan en proyectos industriales:

- Peso propio de cubiertas (de techo y laterales)- Peso propio de costaneras (de techo y laterales)- Peso propio de tuberías- Peso propio de equipos eléctricos - Peso propio de sistemas motrices - Peso propio de sistemas de refrigeración- Peso propio de equipos de aire acondicionado- Peso propio de puente grúa (incluidos carros)

V. CARGAS DE DISEÑO CARGA MUERTA D

- Peso propio de tabiques- Peso propio de losa de hormigón (con deck o sin deck)- Peso propio terminación de piso (baldosas, parquet, etc.)- Peso propio de cielo falso- Acero estructural: El peso asociado a los perfiles principales de la estructura, es calculado en forma general internamente por los programas estructurales, por ejemplo, RAM. El peso especifico del acero equivale a 7850 [Kg/m3]

V. CARGAS DE DISENO CARGA MUERTA D

NotaNota: Peso de otros materiales pueden ser encontrados en la norma Nch 1537 2009 / Anexo B.

5.2. CARGA VIVA (SOBRECARGA).

La norma chilena de sobrecargas ( cargas vivas ) corresponde a la Nch 1537.

A. Carga viva de piso ( L )

La carga viva de piso debe ser determinada de acuerdo al punto 5.2 de la Nch 1537 2009, Tabla 4 y aplicación de reducciones según punto 8.1.

V. CARGAS DE DISENO CARGAS VIVAS DE PISO L

B. Carga viva de techo ( Lr ).

La carga viva de techo debe ser determinada según Nch 1537 2009, punto 5.2., Tabla 4 y aplicación de reducciones según punto 8.2. La reducción indicada depende del área tributaria y de la pendiente de techo.

V. CARGAS DE DISENO CARGAS VIVAS DE TECHO Lr

La acción del viento sobre la estructura esta abordada por la norma chilenaNch 432Of71 (existe norma actualizada, pero para fines del curso se usarala Nch432 indicada).

Para la determinación de las cargas de viento es fundamental el cálculo de la Presión Básica del viento ( q ).

Para calcular la presión antes mencionada se pueden presentar dos situaciones:

A. Presión básica de viento ( q ).

A.1. No existen estadísticas del viento

La norma Nch 432 establece para este caso usar la Tabla 1 de dicha norma “ Presión Básica para diferentes alturas sobre el suelo “. Esta entrega valores para estructuras situadas en ciudad o campo abierto.

V. CARGAS DE DISENO CARGA DE VIENTO W

5.3 CARGAS DE VIENTO (W)

V. CARGAS DE DISENO CARGAS DE VIENTO W

A.2. Existen estadísticas de la velocidad máxima instantánea

La norma Nch 432 indica usar ecuaciones básicas 6.1) y 6.2) mas Apéndice A3.1.

V. CARGAS DE DISENO CARGAS DE VIENTO W

B. Coeficientes de forma

Los coeficientes de formas tienen por objeto considerar la forma de la estructura expuesta a la carga de viento.

La Nch432 entrega una serie de casos de coeficientes de forma que se encuentran en la practica. A continuación se muestran algunos ejemplos:

V. CARGAS DE DISENO CARGAS DE VIENTO / COEF. DE FORMA

Fig. a: Estructura simétrica completamente cerrada

V. CARGAS DE DISENO CARGAS DE VIENTO / COEF. DE FORMA

Fig. b y c: Estructura asimétrica completamente cerrada

La acción sísmica sobre la estructura esta abordada por las sgtes. normas chilenas :

Edificios habitacionales con diafragma rígido : Nch433 Edificios Industriales : Nch 2369 (Norma a aplicar en este curso)

En general el diseño sísmico debe establecer por lo menos los sgtes. parámetros de diseño básicos :

- Tipo de análisis ( Método Elástico Estático o Método Dinámico)- Tipo de estructura- Tipo de suelo- Zona sísmica - Coeficiente sísmico mínimo - Coeficiente sísmico máximo- Coeficiente de importancia ( I ).

V. CARGAS DE DISENO CARGA SISMICA E

5.4. CARGAS SISMICA (E)

A. Método elástico estático

Corte basal: Q = C · W · I

W1

M·a

Movimiento del suelo

W2

V. CARGAS DE DISENO CARGA SISMICA E / METODO ESTATICO

W1

Q1 + Q2 = Q

Cortante basal

W2

Q2

Q1

A.1. Coeficiente sísmico estático Nch2369 (norma a aplicar en este curso).

N, T’ : son parámetros relativos al tipo de suelo de fundación

Ao : aceleración efectiva máxima del suelo

R : factor de modificación de la respuesta

T* : es el periodo del modo con mayor masa trasnacional equivalente en la dirección de análisis

ε : razón de amortiguamiento


La Nch2369 establece en el punto 5.3.3 la expresión para calculo de coeficiente sísmico estático:

Nota: Para mayor información ver Nch2369.

Según Nch2369 punto 5.3.3.2, en ningún caso el valor de C será menor que 0.25Ao/g

Por otra parte Nch2369 punto 5.3.3.1, establece que el valor de C no necesita ser mayor que el indicado en la tabla 5.7 de dicho documento, la cual se muestra a continuación:.


En el caso que utilice metodo de diseño modal espectral, la Nch2369 en punto 5.4.2 establece el espectro:

V. CARGAS DE DISENO CARGA SISMICA E / METODO DINAMICO

5.5. CARGAS DE IMPACTO

V. CARGAS DE DISENO CARGAS DE IMPACTO

5.5. Nch1537 punto 9.1: Cargas de grúas

La carga máxima de rueda debe ser la carga de rueda producida por elpeso del puente y el peso del boggie más la carga de levante, con el boggieposicionado en el riel en la ubicación donde el efecto de la carga resultantesea máxima.

5.2. Nch1537 punto 9.2: Carga máxima de rueda

Fuerza de impacto vertical: las cargas de rueda máxima de la grúa debe serincrementada para determinar la fuerza inducida por impacto vertical ovibración de acuerdo a los porcentajes siguientes:

Grúas monorriel (energizadas) 25%

Grúas operadas por cabina o a control remoto (energizadas) 25%


Puentes grúa operados por control colgante (energizadas) 10%

Puentes grúas o grúas monorriel de operación manual 0%

5.3. Nch1537 punto 9.3: Fuerza lateral (impacto lateral)

La fuerza lateral sobre vigas portarriel (o vigas riel), debe ser calculadacomo un 20% de la suma de los pesos de la grúa y su capacidad delevante. Esta fuerza se debe suponer actuando en la parte superior de losrieles, en dirección normal a ellos y debe ser distribuida entre vigasportarriel, considerando la rigidez lateral de éstas y la estructura que lassoportan.

NOTA - No se considera el peso de las partes estacionarias del puente grúa (vigas, puente grúa yboggie).

1.3.4. Nch1537 punto 9.4: Fuerza longitudinal (impacto longitudinal)

La fuerza longitudinal sobre vigas portarriel, excepto para puentes grúa deoperación manual, debe ser calculada como el 10% de la carga máxima porrueda de la grúa. Esta fuerza se debe suponer actuando horizontalmente enla parte superior de la viga.

Nota: en los proyectos en general los Puentes Grúas son comprados aempresas que se dedican al diseño y fabricación de estos elementos, entales casos las cargas de impacto vertical, lateral y longitudinal sonentregados por el proveedor del equipo y corresponden a la utilizadas parael diseño de las vigas porta grúas.


5.6. OTRAS CARGAS

R : Carga debida a lluvia

T : Gradiente de temperatura.

S : Carga de nieve (Nch 431).

V. CARGAS DE DISENO OTRAS CARGAS

6.1. COMBINACIONES DE CARGA ESTRUCTURAS METALICAS

A continuación se indican las combinaciones de carga entregadas por Nch 3171, ASIC - DG 07 y Nch 2369 para el método ASD (a utilizar en el curso).

6.1.1.- Combinaciones entregadas por Nch 3171 ( Método ASD)

1. D2. D + L3. D + ( Lr o S o R )4. D + 0.75L + 0.75( Lr o S o R )5a. D + W5b. D + E 6a. D + 0.75W + 075L + 0.75 ( Lr o S o R )6b. D + 0.75E + 0.75L + 0.75S7. 0.6D + W8. 0.6D + E

NOTA: Para el diseño de fundaciones superficiales aisladas con lascombinaciones (7) y (8) del método ASD, se debe asegurar un factor deseguridad al volcamiento mayor que 1,5 y/o un área comprimida mínima de50%.

VI. COMBINACIONES DE CARGA NCH - AISC - DG 07


A estas combinaciones se deben agregar las excepciones siguientes:

a) Cuando las cargas F y T están presentes, ellas se deben incluir con el mismofactor de la carga D en todas las combinaciones excepto la (7).

b) Cuando la carga H está presente, su factor debe ser 1,0 en lascombinaciones (2), (3) y (4), y cuando la acción de H se suma al efecto de lascargas E o W en las combinaciones (5ª), (5b), (6a) y (6b). Asimismo su factordebe ser 0 en las combinaciones (6) y (7) cuando la presión lateral del suelocontrarresta la acción de E o W. Cuando la presión lateral del suelo proporcionaresistencia a las acciones de otras fuerzas, no debe ser incluida en H pero sídebe ser incluida en la resistencia de diseño.

c) En las combinaciones (3), (4), (6a) y (6b), la carga concurrente S debe sertomada ya sea como la carga de nieve para techo plano (pf) o como la carga denieve para techo inclinado (ps).


Los efectos más desfavorables de cargas del viento y del terremoto deben serconsiderados, cuando sea apropiado, pero no necesitan ser consideradas queactúan simultáneamente.

No deben ser utilizados incrementos en las tensiones admisibles con lascombinaciones de cargas dadas en esta norma a menos que pueda serdemostrado que tal aumento es justificado por el comportamiento estructuralcausado por la rapidez o la duración de la carga, tales aumentos, deben estarindicados en la norma de diseño de cada material.

En zonas donde la presencia de viento y nieve no es eventual, por ejemplo,zonas montañosas o ubicadas en las regiones XI o XII, se deben estudiarcombinaciones especiales que reemplacen la combinación (6), anteriormenteindicada, pero que no sean menores que la original.

NOTAS:-La norma Nch 3171 además entrega combinaciones que incluyen hielo einundaciones (para mayor información ver norma respectiva).

-Para las combinaciones entregadas por la norma Nch3171 no se permiteaumentar en un 33% las tensiones admisibles.

6.1.2.- Combinaciones entregadas por AISC - DG 07 - ASD ( Estructuras Industriales )

Las siguientes combinaciones de cargas son validas para edificio industrial conun puente grúa:

9. D + L + ( Lr o S o R ) + Cv + Civ + Cit + Cil10. D + L + ( Lr o S o R ) + Cv + Civ + W11. D + L + ( Lr o S o R ) + Cv + Civ + Cit + 0.5W12. D + L + ( Lr o S o R ) + Cd + E

Para las combinaciones de carga entregadas por AISC DG7 que contengancargas de viento o sismo, se permite aumentar en un 33% las tensionesadmisibles para la verificación de elementos.


6.1.3.- Combinaciones entregadas por Nch2369 - ASD (EstructurasIndustriales)

13. D + a*Lc + La + Lo + Eh + Ev14. D + La + Eh + Ev

a : factor que toma en cuenta la probabilidad de ocurrencia simultanea de Lc y E.

La Nch2369 entrega los sgtes. valores :

Vale normalmente 1.0, pero tiene los siguientes mínimos:

Bodegas y zonas de acopio con baja rotación: 0.5Zonas de uso normal, plataformas de operación: 0.25Diagonales que soportan cargas verticales: 1.0Pasarelas de mantención, techos: 0

Para las combinaciones entregadas en Nch2369 se permite aumentar las tensiones admisibles en un 33% en el caso que la combinación contenga cargas eventuales ( E o W ).


VI. COMBINACIONES DE CARGA HORMIGON ARMADO

Combinaciones de carga utilizando Apéndice C del ACI 318-05, NCh2369 y Nch3171.

6.2. COMBINACIONES DE CARGA PARA HORMIGON

Nomenclatura:

D : Peso propio de la estructura y otras cargas permanentes ( cargas muertas )L : Carga viva o sobrecargaLr : Carga viva de techo o sobrecarga de techoW : Carga de vientoE : Carga sísmicaEh : Carga sísmica horizontal Nch 2369Ev : Carga sísmica vertical Nch 2369S : Carga de nieveCv : Carga vertical de izajeCiv : Carga de impacto verticalCit : Carga de impacto transversalCil : Carga de impacto longitudinalCd : Carga muerta de puente grúa en posición mas desfavorableLc : Sobrecarga normal de operación en estructuras industriales (Nch 2369)Lo : Sobrecarga especial de operación en estructuras industriales: impactos, temperaturas, etc.(Nch 2369)La : Sobrecarga accidental : explosiones, sobrellenados y cortocircuitosR : Carga debida a lluviaF : Carga debido a los líquidos con presiones y alturas máximas bien definidasT : fuerzas internasH :Carga debido a la presión lateral de tierra, a la presión del agua subterránea, o a la presiónlateral de materiales a granel, más el empuje sísmico de suelo u otros materiales en lascombinaciones que incluyan el efecto sísmico

VI. COMBINACIONES DE CARGA NOMENCLATURA

VII. DEFORMACIONES Nch 427

7.1. Estructuras Metálicas: Deformaciones extraídas de Nch 427 (Tablas 45 y 46).

A. Deformaciones verticales

Planchas onduladas de techo: L / 120Costaneras de techo: L / 200Cerchas y enrejados: L / 700Vigas de piso corrientes: L / 300

B. Deformaciones Horizontales

Planchas onduladas de muro: L / 120Costaneras de muro: L / 120Costaneras de muro que soportan ventanales: L / 150Columnas frontales que soportan costaneras: L / 200

7.2. Estructuras Metálicas: Deformaciones extraídas de la Guía 7 del AISC.

Los siguientes limites de deformaciones pueden ser utilizados para vigasporta grúas, extraídas de la guía de diseño del AISC:Design_Guide_07_Industrial Buildings.

A. Deformación vertical debido a cargas de ruedas ( sin impacto ) :

Puentes grúas clasificados según la CMAA como A,B y C : L / 600

Puentes grúas clasificados según la CMAA como D: L / 800

Puentes grúas clasificados según la CMAA como E y F : L / 1000

B. Deformación lateral debido a cargas de ruedas :

Para todas las vigas porta grúas : L / 400

VII. DEFORMACIONES Guía 7 del AISC.


7.3. Estructuras Metálicas: Deformaciones sísmicas extraídas de Nch2369, punto 6.1.

Cuando el análisis se hace con las solicitaciones sísmicas reducidas por el factorR, las deformaciones se deben determinar de la siguiente forma:

d = do + R1 dd

d: deformación sísmica.

do: deformación debida a carga de servicio no sísmicas.

R1: factor que resulta de multiplicar R obtenido de la Tabla 5.6 por el cuocienteQo/Qmin, siempre que sea menor o igual a 1. Sin embargo, para cuocienteQo/Qmin no se debe usar un valor inferior a 0.5. en caso que este cuociente seamayor a 1, se debe usar R=R1.

dd: deformación calculada con solicitaciones sísmicas reducidas por el factor R.

Si se usan los métodos anelásticos, la deformación d se debe obtenerdirectamente del análisis.


Deformaciones Sísmicas Máximas: extraídas de Nch 2369, punto 6.3.

Marcos no arriostrados con relleno de albañilería dilatados.

dmax = 0.0075 h

Otras Estructuras.

dmax = 0.015 h

h: altura del piso o entre dos pisos ubicados sobre una misma vertical.

Nota: Otras deformaciones pueden ser obtenidas de norma Nch427 (Tablas 45 y 46) y Steel Design Guide – 7 del AISC ( ASIC - DG 07).

bases de calculo dem 001 2015

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