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Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 1 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
DISEO en ACERO
B EI CBG 01-2005 Emitido para comentarios
A RF CBG 06-2004 Emitido para comentarios
Revisin Preparo Revis Aprob Fecha Observacin
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Diseo en Acero
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Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
ALCANCES DE LAS BASESLa presente base de clculo contiene criterios de diseo, tipo de materiales a usar, cargas consideradas y
combinaciones de cargas necesarias para el clculo de la estructura as como las normas y mtodo de anlisis.
I. DESCRIPCION DEL PROYECTO
En esta base se considera una estructura industrial, en base a perfiles metlicos de alma llena.
II. LISTADO DE NORMAS A UTILIZAR
Las normas y cdigos que se aplicarn en el diseo de la estructura son:
- Norma Chilena de Construccin de Acero para Edificios NCh 427.- Norma ssmica para Edificios NCh 433 of 96.- Norma de Viento NCh 432 of 71 (Clculo de la accin del viento sobre las construcciones).- Norma de Nieve NCh 431 of 76 (Construccin, sobrecargas de nieve)- Norma de Sobrecarga permanente y Sobrecarga de Uso NCh 1537 of 86.- Diseo Ssmico de estructuras e instalaciones industriales NCh 2369.- AISC Manual of American Instituto of Steel construction.- ASTM American Society for Testing Materials.- AWS American Welding Society.
III. MATERIALES
AceroTodos los elementos estructurales que conforman esta estructura (vigas, columnas, diagonales, costaneras, etc.)
se disearn con:
- Proyectos de gran envergadura ( mineros, celulosas, industriales, etc. )
ASTM - A 36 ( Acero importado ) )/(2530 2cmKgfy =
)/(4080 2cmKgfu =
ASTM - A572 ( Acero importado ) )/(3518 2cmKgfy =
)/(4573 2cmKgfu =
En general las maestranzas en Chile manejan un stock de acero ASTM-A 36 y en menor cantidad ASTM A 572.
- Proyectos menores ( talleres menores, galpones livianos, etc. ) A 42-23 ( Acero nacional / Huachipato )
El acero A 42-23 esta cuestionado para ser utilizado en estructuras sismorresistentes
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Diseo en Acero
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PernosPernos de Conexin Alta Resistencia : ASTM A325 o ASTM A490De estos los mas usados en Chile son los pernos ASTM A325
Pernos de anclaje :
A 42-23 ( Acero nacional ) : Fy = 2300 [Kg/cm2] , Fu = 4200 [Kg/cm2]
A 37-20 ( Acero nacional ) : Fy = 2000 [Kg/cm2] , Fu = 3700 [Kg/cm2]
ASTM A-36 ( Acero importado ) : Fy = 2530 [Kg/cm2] , Fu = 4080 [Kg/cm2]a) El acero A 37-20 prcticamente no es usado en la actualidad.b) Existe una tendencia en la actualidad a utilizar pernos de anclaje ASTM A 36.
Cubiertas de techo y lateralesSe usa cubiertas de techo y laterales tipo:
INSTAPANEL PV4 de 0,5 mm de espesor. KR-18 DE 0.5mm
Hormign- Para el emplantillado se usa hormign simple H5.- Para las fundaciones y losa se usar H25 con un 90% de nivel de confianza.
Acero de refuerzo para el HormignSe usa acero tipo A44-28H
IV. SOLDADURASSe utiliza soldadura al arco manual, con electrodos E 70 XX (segn AWS) para A 36, A572 y A42-27
E70 : Electrodo de Tensin de Ruptura de 70000( psi ) =70 ksi= 50kgf/mm 2 (E50=XX, Segn NCH)
V. SUELO DE FUNDACIONSegn mecnica de suelos.
VI. METODO DE ANALISISEn general las estructuras de acero pueden ser diseadas por alguno de los dos mtodos que se
indican:
- ASD : Allowance Steel Desing / Mtodo de Tensiones Admisibles ( AISC 1989 )
- LRFD : Load and Resistance Factor Desing / Mtodo de Factores de Cargas y Resistencia ( AISC 2001 )
Debe observarse que el AISC ha introducido el mtodo LRFD no con el propsito especifico de
obtener ventajas econmicas inmediatas, sino porque ayuda a proporcionar una confiabilidad mas uniforme
para todas las estructuras de acero, independiente de las cargas.
En el mtodo ASD se usa el mismo factor de seguridad para las cargas muertas y para las vivas , en
tanto que en el mtodo LRFD se usa un factor de carga o de seguridad mucho menor para las cargas muertas
ya que estn se pueden determinar con mayor exactitud que las vivas. En consecuencia, la comparacin del
peso que se obtiene para una estructura diseada con ambos mtodos depende necesariamente de la relacinentre cargas vivas y muertas.
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Puede demostrarse que para valores pequeos de la relacin de la carga viva a la muerta, digamosmenores a 3, se tendrn ahorros en el peso del acero al usar el mtodo LRFD de aproximadamente 1/6 en
columnas y miembros en traccin y de cerca 1/10 en vigas. Por otra parte, si se tiene una relacin ,muy
grande entre tales cargas, no habr prcticamente diferencia en los pesos resultantes al usar ambos mtodosde diseo.
En Chile si bien es cierto en la actualidad el mtodo mas utilizado en las Oficinas de Ingeniera es el
ASD, el mtodo LRFD se esta posicionando dentro del ambiente de la ingeniera, muestra de ello es que la
ultima edicin del Manual de Diseo ICHA ( 2001 ) esta basado en dicho mtodo.
VII. CARGAS DE DISEO
PESO PROPIOAcero estructural : 7850 Kg/m3Hormign Armado : 2500 Kg/m2KR-18 GALVACER : 4.7 Kg/m2
Instapanel PV4 e=0.5 mm: 4.8 Kg/m2
Puente gra : 2000 KgPeso propio de costaneras ( de techo y laterales )
El peso de la estructura ( perfiles) es asumido en general por los software de diseo , es el caso por ejemplo del programa Ram
Avansse.
SOBRECARGAS Carga de Viento (Qv)
La presin bsica de viento Pb se calcula en funcin de la velocidad del viento:
V =120 Km/hr P bsica= 70 Kg/m2
Segn la norma NCh 432 of71, la fuerza de viento por unidad de superficie se obtiene multiplicando la presin
bsica por un factor de forma C. Para construcciones cerradas se tienen los siguientes valores de la constante C:
Inclinacin de techumbre = 20% aprox.
(1.2*sen-0.4)*QV 0.4*QV
0.4*QV0.8*QV
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Carga de Sismo (Qs)Los parmetros se obtendrn de dos normas:
Segn la NCh 2369
Anlisis Ssmico Esttico Equivalente el cual establece que el corte basal est dado por :
Qs=CIPDonde
C : coeficiente ssmico y se obtiene de la expresin
4.0
5
*
'
*
*75.2
=
n
T
T
Rg
AoC
Ao : aceleracin efectiva mxima del suelo
R : factor de reduccin
T,n : parmetros relativos al tipo de suelo de fundacin
T* : perodo del modo con mayor masa trasnacional equivalente en la direccin de
anlisis
: razn de amortiguamientoI : coeficiente de importancia relativo al edificioP : peso total del edificio a nivel basal
- Categora del edificio: C2 (obras normales con fallas menores, reparacin rpida y sin prdidas importantes deproduccin)
- Coeficiente de importancia: I=1.00
- Zonificacin ssmica: segn ubicacin geogrfica- Tipo de suelo: Segn mecnica de suelos- Edificio industrial de 1 piso, con puente gra y arriostramiento continuo de techo: R=5
- Razn de amortiguamiento : =3%luego el coeficiente ssmico toma como mximo valor Cmax=0.23
Segn norma NCh 433:
- Para zona III :Ao=0.4g- Para suelo I : n=1.0 ; T=0.2
Cargas de Nieve (Qn)Segn la norma NCh 431 of76, se considerar una carga uniformemente distribuida por ser el ngulo de
inclinacin menor a 30. La carga se obtendr a partir de la densidad de la nieve y su altura:2/125.01125.0 mThQ nn ===
Cargas de Montaje (Qm)Segn NCh 1537 of 86, se considera una carga en las costaneras de 100 Kg, en el punto ms desfavorable.
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Sobrecarga de uso (SC)Techo:Segn la NCh 1537: SCt=1 KPa=100 Kg/m
2 permitindose una reduccin de este valor a2/30 mKgQSC = segn prrafo 7.2 de la norma.
Oficinas:Para la nave destinada al uso de oficinas y segn la norma NCh 1537:
A1: Area de archivos y bibliotecas: SCA1=4 KPa=400 Kg/m2
A2: Area de oficinas : SCA2=5 KPa=500 Kg/m2
Cargas de Operacin (QOP)
QOP1= 15000 KgQOP2= 20000 Kg
Cargas de Impactos (I)Se considerarn para cada puente gra los impactos transversales, longitudinales y verticales del siguiente
modo:
Impacto vertical: KgCWIV 4250)(25.0 111 =+=
KgCWIV 5500)(25.0 222 =+=
Impacto longitudinal: KgCWIL 1700)(10.0 111 =+=
KgCWIL 2200)(10.0 222 =+=
Impacto transversal: KgCWIT
3400)(20.0111
=+=
KgCWIT 4400)(20.0 222 =+= Donde: W: Peso del puente gra
C : Capacidad de levante
ESTADOS DE CARGAS
pp : Peso propio de la estructura
sc : Sobrecarga
Qvx : Viento en direccin x
Qsx : Sismo en direccin x
Qvz : Viento en direccin zQsz : Sismo en direccin zQm : Cargas de Nieve
Qn : Cargas de Montaje
QOP : Cargas de OperacinIV : Cargas de Impactos vertical
IL : Cargas de Impactos longitudinal
IT Cargas de Impactos transversal
:VIII. COMBINACIONES DE CARGA
La combinacin de las solicitaciones ssmicas con las cargas permanentes y sobrecargas de uso debe hacerse
usando las siguientes reglas de superposicin (NCh 433, NCh 1537 y NCh 2369)
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Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
1. PP + SC2. PP + Qm3. PP + Qn4. PP + SC + IV+ QOP5. PP + SC + IL + QOP6. PP + SC + IT+ QOP7. 0.75 ( PP + QSX)8. 0.75 ( PP + QSZ)9. 0.75 ( PP + QVX)10.0.75 ( PP + QVZ)11.0.75 ( PP + 0.25SC + IV+ QOP + QVX)12.0.75 ( PP + 0.25SC + IV+ QOP + QVZ)13.0.75 ( PP + 0.25SC + IL + QOP + QVX)14.0.75 ( PP + 0.25SC + IL + QOP + QVZ)15.0.75 ( PP + 0.25SC + IT+ QOP + QVX)16.0.75 ( PP + 0.25SC + IT+ QOP + QVZ)17.0.75 ( PP + 0.25SC + IV+ QOP + QSX)18.0.75 ( PP + 0.25SC + IV+ QOP + QSZ)19.0.75 ( PP + 0.25SC + IL + QOP + QSX)20.0.75 ( PP + 0.25SC + IL + QOP + QSZ)21.0.75 ( PP + 0.25SC + IT+ QOP + QSX)22.0.75 ( PP + 0.25SC + IT+ QOP + QSZ)
IX. DIMENSIONES MNIMAS, TENSIONES Y DEFORMACIONES ADMISIBLES
Dimensiones mnimasAtiesadores: 4mm
Elementos principales: 5mm
Elementos secundarios: 3mm
Tensiones admisiblesCompresin y flexin 0.6fyCorte 0.4fyTraccin 0.6fyAplastamiento 1.2fu
Deformaciones admisiblesCostanera techo L/200
Costanera muro L/120
Columnas L/200
Marcos deformacin vertical H/250
Marcos deformacin horizontal L/250
Vigas enrejadas L/700
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X. ESTRUCTURACIN
En el diseo de la estructura se considerarn como hiptesis:- el acero presenta rigidez axial infinita (indeformable axialmente);- las cargas de viento y de sismo actan tanto longitudinalmente como transversalmente (direcciones x ey)pero
no actan simultneamente debido a que una siempre ser despreciable frente a la otra;
- por ltimo las cargas de impacto longitudinal, transversal y vertical no pueden actuar simultneamente.
Un edificio puede disearse a base de perfiles de alma llena para los elementos principales, tales como
columnas y puntales. Para las columnas se utilizarn perfiles HN, y para los puntales, perfiles tipo IN. Adems se
incluirn costaneras con perfiles tipo C, para sostener la cubierta. Se distribuyen de forma simtrica torres de
arriostramiento en el sentido longitudinal formadas por marcos y por diagonales tipo XL.
Es posible el identificar torres arriostradas, las cuales estn destinadas a controlar las deformaciones laterales.Los arriostramientos estn compuestos por diagonales, las cuales se encuentran rotuladas en sus extremos (unin con
otro elemento), de manera de permitir una mejor distribucin de los esfuerzos. Cabe destacar que las diagonales
trabajan muy bien a traccin dado las caractersticas del acero. Se ha intentado con el diseo que las diagonales formen
un ngulo de 45 con la viga.
La nave principal presentar marcos transversales con columnas empotradas en la base. Las uniones dentro de losmarcos transversales correspondern a uniones rgidas. Los marcos longitudinales tendrn condiciones de apoyorotuladas y poseen 3 torres de arriostramientos en cruz. Las diagonales presentes trabajan a compresin y traccin, espor esta razn que se consideran rotuladas.
1) APOYOS DE LA ESTRUCTURALa condicin de apoyo de la estructura depende entre otras consideraciones las que se indican :
1.1) Suelos de Baja Capacidad de CargaPara suelos con poca Capacidad de Carga se
suele utilizar apoyo fijos ( rolutados ), con el
fin de entregar solo eventuales cargas decompresin ( o traccin ) y corte a las
fundaciones.
ESRUCTURA CON APOYO FIJO
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1.2) Suelos de Buena Capacidad de SoportePara suelos con buena Capacidad de Carga se
suele utilizar apoyos empotrados, con el fin deaprovechar las caractersticas del suelo.
1.3) Control de Deformaciones El caso de losgalpones que poseen puente gra, con el fin de
controlar las deformaciones laterales provenientesde los impactos transversales, se suele utilizar
apoyos empotrados. Obviamente que esta eleccinesta condicionada a los estudios de suelos
respectivos que avalen que la solucin es
tcnicamente factible.
2) ESTRUCTURACION DE MARCOS ARRIOSTRADOS CONCENTRICOS
2.1) Marco Arriostrado en X
Por lo general es muy esbelto y tiene gran capacidad a
traccin y poca al pandeo de compresin. Puede ser un
diseo econmico para cargas laterales, pero permiteconcentracin de deformaciones inelsticas, y ladisipacin de energa es pobre durante un sismo grande.
ESRUCTURA CON APOYO EMPOTRADO
GALPON CON APOYO EMPOTRADO
ARRIOSTRAMIENTO EN X
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2.2) Marco Arriostrado en KProduce cedencia en las columnas durante una cargassmica severa. Una diagonal esta en compresin
mientras que la otra esta en traccin. La diagonal en
compresin se pandea mucho antes que el
arriostramiento en traccin llegue a la cedencia. El
pandeo introduce grandes cortantes y momentos
flectores en las columnas. Como resultado elarriostramiento en K esta prohibido en las regiones
ssmicamente mas activas.
2.3) Marco Arriostrado en V invertidoProduce cedencia de la viga durante una severa
excitacin ssmica, mientras que el arriostramientoen K causa la cedencia en la columna. La flexin
en las vigas con arriostramientos en V o V
invertida induce deformaciones en los pisos
durante un terremoto mayor, pero provee disipacin
adicional de energa, que puede mejorar larespuesta ssmica durante terremotos grandes.
ARRIOSTRAMIENTO EN K
ARRIOSTRAMIENTO EN V INVERTIDA
ARRIOSTRAMIENTO EN V
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2.4) Marco Arriostrado en diagonalActa a tensin para cargas laterales en una
direccin, y a compresin para dichas cargas en a
otra direccin. Es de uso menos frecuente.
3) ESTRUCTURACION DE MARCOS DE MOMENTO
3.5) Marcos resistente a momento
Son algo flexibles. Aunque tales prticos puedenser dctiles, la ductilidad se puede perder si ciertos
requerimientos de diseo no se satisfacen. Posee
resistencia y rigidez estable durante grandes y repetidasdeformaciones inelsticas, las cuales proveen grandisipacin de energa.
ARRIOSTRAMIENTO DIAGONAL
MARCO RESISTENTE A MOMENTO
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4) CERCHAS DE TECHO
4.1) Cercha con diagonales traccionadasConocida tambin como cercha Tipo Pratt :
a) Esta configuracin es una de las mas usadas.Los elementos diagonales se encuentran
traccionados bajo cargas normales verticales, de tal
forma que se aprovecha al mximo la capacidad
axial del perfil (no existen problemas de pandeopor compresin).
c) En general los elementos verticales (montantes)se encuentran comprimidos bajo cargas normales
verticales.
d) El cordn superior en compresin tiene cargas mayores que el cordn inferior en tensin en el cuarto
central bajo cargas normales verticales.
e) La cercha Tipo Pratt tiene la desventajaque al ser usada en estructuras abiertas se pueden producircargas inversas, como son por ejemplo las cargas de succin provenientes del viento, lo que puede producircompresin en los elementos mas largos de la cercha.
4.2) Cercha con diagonales en compresinConocida como Howe Truss o English Truss :
a) Esta cercha puede ser ventajosa para techos ligeros que
pueden ser afectados por vientos de succin.b) En adicin a lo expuesto en a), la cuerda en tensin
tiene cargas mayores que el cordn en compresin, en el
cuarto central, bajo cargas verticales normales de
compresin.
4.3) Cerchas Fink Truss.
Conocida como Fink Truss :
a) Ofrece la alternativa mas econmica entrminos de peso de estructura de acero para
espacios grandes y techos muy inclinados.
CERCHA CON DIAGONALES EN TRACCION
CERCHA CON DIAGONALES EN COMPRESION
CONFIGURACION ESPECIAL CERCHA
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5) ESTRUCTURA DE TECHO
5.1) Diagonales estructura detecho
La norma ssmica Nch 2369
establece que la estructura de
techo debe proveer cierta
continuidad asimilndose a un
diafragma rgido , por ejemplo :
5.2) Diagonales entre cerchas
Con el fin de dar estabilidad longitudinal a las cerchas de piso, entre ellas se instalan diagonales en X que
permiten que no se produzca el efecto domino ( cada en secuencia de cerchas ).
A
B
C
D
E
F
G
1 2 3 4 5 5 7 8
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COSTANERAS DE TECHO
DETERMINACIN DE LAS CARGAS
Cargas permanentesa) Peso propio de la costanera: ppQ
b) Peso propio de la cubierta PV-4 : 2/54.5 mKgQPL = , que corresponde a las planchas de 0,6 mm de espesor.
Sobre cargas de usoSe considera una sobrecarga trasmitida mnima KPaQSC 1= , pudiendo reducirse segn norma del siguiente
modo:
C= 534.03.1133.2133.21 == tgtg (20% inclinacin)
CA= 1 debido a que el rea tributaria a la costanera de 6 m separada a 2 m es de:220mA <
Resultando una carga reducida:2/4.531534.0100 mKgCCQQ AtreducidaSC ===
Cargas eventuales
Las costaneras no se ven afectadas por cargas ssmicas, por lo tanto, las cargas eventuales que afectan a la
costanera slo son las cargas de viento que actan sobre la cubierta del edificio y adems la carga de nieve que actasobre el techo (esta ltima no corresponde para este caso).
a) La presin bsica de viento Pb se calcula en funcin de la altura, H, esto es:Segn la NCh 432 of71 el efecto de esta presin bsica sobre el techo es el siguiente:
Altura (m) P sica (Kg/m2)
techo 18 122.8
Carga de montajeSe considera una carga puntual KgQM 100= aplicada en el centro de la costanera.
ESPACIAMIENTO ENTRE COSTANERAS
Se considerar un espaciamiento entre costaneras de 2m (distancia apta segn recomendaciones del fabricante
de la plancha de techo)Se recomienda como mximo utilizar espaciamiento de 1.7 mts., por un tema de montaje de techumbre
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DISEO DE COSTANERAS DE TECHO
Propiedades de la seccin utilizada
Se usar un perfil canal cuyas propiedades para el diseo estn dadas por el Manual de Diseo de Estructuras
de Acero ICHA:
mmH 200= ; 37.96 cmWx =
mmB 75= ; 45.85 cmIy =
mme 5= ; 31.15 cmWy = 27.16 cmA = ; cmia 97.2=
4967 cmIx = ; cmit 188.0=
mKgpperfil /1.13=
Clasificacin de la seccin
Segn Tabla 13 y tabla 14 de NCh 427 se tiene:
Elementos no atiesados:
yC Fe
b
e
b 535=
< 02.9
3518
53513 =
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Fecha: 06/2005 16 de 93
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VERIFICACIN EJE FUERTE
La costanera se modela como una viga simplemente apoyada de longitud L=8m. La inclinacin del techo
produce un efecto de flexin biaxial sobre la costanera.
Combinaciones de carga y determinacin de momentos mximos
a) C1 : Accin de Pesos Propios y Sobrecarga = )( SCPP +
( ) mKgL
SCPPM mx =+= 98.577cos8
2
1
b) C2 : Accin del Viento Barlovento = )(75.0 barVPP +
mKgLVLPPM barmx =
+= 63.56
8cos
875.0
22
2
c) C3 : Accin del Viento Sotavento = ( )sotVPP +75.0
mKgL
VL
PPM sotmx =
+= 53.251
8cos
875.0
22
3
d) C4 : Accin de la carga de Montaje = ( )MPP +
mKgL
ML
PPM mx =
+= 79.253cos
48
2
4
Luego, el momento de diseo est dado
mKgMMMMmxM mxmxmxmxdis == 98.577,,, 4321
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Anlisis de pandeo lateral torsional
Se dispondr de dos colgadores por costanera, ubicados una distancia L/3 el uno del otro, a modo de dividir la
costanera en tres tramos iguales. Por lo tanto, la distancia entre arriostramientos laterales del ala comprimida ser:
( )cm
N
LLm 200
3
600
1==
+= donde N: nmero de colgadores por costanera.
Por lo tanto se tendr 3 tramos iguales cmLLL 200321 === con simetra
de cargas en los tramos L1 y L3.
Clculo de Lc(distancia mxima en que no se producir inestabilidad)
Cm : coeficiente de momento que toma en cuenta el efecto de los diferentes gradientes de momento en el pandeo
lateral-torsional.
Segn frmula 6 del ICHA (Pag. 119) Diagrama de momento para carga uniformemente distribuida:
3.23.005.175.1
2
2
1
2
1
+
+=
M
M
M
MCm
Tramo 1 y 3 75.1=mC
756.01
==m
aC
K
571.01
==m
t CK { } cmmax
FK
i
FK
imaxL
yt
t
ya
ac 84.18012,128;84,180
1370000;
2730==
=
cm LL > reduccin de tensiones admisibles
Esbeltez por Alabeo: Esbeltez por Torsin: Esbeltez de Euler:
91.50=
=a
maa i
LK 45.607=
=
t
mtt i
LK 55.108
2 2==
y
eF
E
Clculo de la tensin admisible de compresin por flexin
Por resistencia al Alabeo:
Como eae
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Fecha: 06/2005 18 de 93
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Por resistencia a la Torsin:
Como tyF
E
65.0 2/57.1345
67.1
65.0cmKg
EF
t
Tcm =
=
Luego, la tensin admisible de compresin por flexin ser el mayor valor entre la resistencia al alabeo y la
resistencia a la torsin:
{ } 2/73.2058;max cmKgFFF TcmA
cmdiseo ==
Tramo 2 Usando la metodologa para la seccin anterior
1=mC 1=aK ; 1=tK ; { }2
7.13621,73;7,136max cmLc ==
cm LL > reduccin de tensiones admisibles
34.67=a ; 83.1063=t ; 55.108=e
Clculo de la tensin admisible de compresin por flexin
Por resistencia al Alabeo:
Como eae
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Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 19 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
VERIFICACIN EJE DEBIL
Se realiza el mismo procedimiento anterior considerando que no existe un ala comprimida que se pandee, por
lo que no se reduce la tensin admisible.
Combinacin de carga
Accin de Pesos Propios y Sobrecarga = )( SCPP +
Se tiene una viga con apoyos intermedios (debido a los colgadores) con vanos iguales, por lo que es posible
aproximar la distribucin de momentos con la ecuacin:
( ) mKgsenLSCPPMmx =+= 8.30310
1 2 mKgMM mxdis == 8.30
2/8.21106.0 cmKgFF Yydiseo ==
2/97.2031.15
211080cmKg
W
Mf
y
diseoym ===
VERIFICACION INTERACCIN
05,142.08.2110
97.203
89.1843
7.597
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Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 20 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
DISEO DE COLGADORES
Colgadores de Techo
+
1
cos2 s
Luzn
; donde n es el nmero de costaneras de Techo
=
3tan 1
L
s
Si N = 1
2
)(448.2L
senSCPPTi +=
Si N = 2 3
)(1.1L
senSCPPTi +=
Si N = 3 4
)(25.1L
senSCPPTi += ;dondeNes el nmero de colgadores
Luego tenemos que la reaccin total es KgTnR i == )1(
Clculo del dimetro del tensor
Para mLuz 30=
965.81298.02
30 ==+
nn
como N = 2 )(48.563
6196.0)8.10618.24(1.1 KgTi =+=
luego KgR 84.45148.56)19( ==
>
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Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 21 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
DISEO DE COLUMNAS DE VIENTODeterminacin de cargas.
Considerando la altura de la columna tenemos que:272.120 mKgPbsica =
mKgQppc 1.12= costaneras254.5 mKgQPL = Plancha de Instapanel
Eje y-y :
mKgQsQq PPPLy /18.23=+=
KgLqA y 09.2015
2==
KgLqB y 25.5530
11==
KgBnPCOLG 92.11042 ==
KgAPV 18.402 ==
mKgH
Pnq VV /06.24=
=
Eje x-x :
mKgLPq bH /81.4708.075.0 ==
mKgHq
M H =
= 96.164128
2
max
KgHq
R HH 25.39312
=
=
Una vez elegido el perfil, se podr calcular la reaccin vertical dada por:
COLHcolppVV PHqqR ++= )(
6 m
qy
A AB B
yy
x
x
PV
PH
s
L L L
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Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 22 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
PrediseoLos requerimientos mnimos aproximados sern:
357.77735186.0
1641296
6.0cm
F
MW
y
mxreq =
==
XX
Hadm
EI
LqL
384
5
200
4
>= 41.27192 cmIXX =
Seccin elegida: Perfil HN 35x124 acero A572
cmH 35= cmB 35= cme 8.1=
cmt 1= 2157 cmA =
437300 cmIXX = 412900 cmIYY =
32130 cmWX = 3735 cmWY =
cmiX 4.15= cmiY 04.9=
cmia 3.10= cmit 8.1=
Verificacin Pandeo Local
Elementos no atiesados Elementos atiesados
b 17,50 h 31,40
b/e 9,72 h/e 31,40
(b/e)c 13,66 (h/e)c 35,74
Tipo perfil Compacto Tipo perfil Compacto
En ambos casos se verifica que no existe Pandeo Local, por lo tanto no hay reduccin de rea en los elementos
atiesados ni reduccin de tensiones en los elementos no atiesados.
1== sa QQ 1== sa QQQ
Clculo de tensin crtica de pandeo
x y e mx Tipo PandeoFcrtico
(Kg/m2)Ftrabajo
(Kg/m2)
X
XX
i
LK
Y
YY
i
LK
YFQ
E
22
{ }YXmx ; emx 2
2
23
12
mx
E
A
RV
108,442 184,735 108,546 184,735 Elstico 316,848 22,786
Se cumple que:
Fcrtico > Ftrabajo
mx < 200 a OK
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Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 23 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
Verificacin a la FlexinPara la configuracin del galpn industrial
Lm (cm) 1670Cm 1,00Ka 1,00Kt 1,00
Lc alabeo 474,08Lc torsion 700,96LC (cm) 700,96
Mmx(Kgm)
(kg/m2)Ftrabajo Ftrab
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Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 24 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
DISEO DE PLACAS COLABORANTES
VIGAS COMPUESTAS ACERO HORMIGON CON CUBIERTA DE TABLEROS DE ACERO FORMADO.
I. DEFINICIONES BASICASUna viga compuesta es aquella cuya resistencia depende de la interaccin mecnica entre dos o ms materiales.
Con mucha frecuencia, en la construccin de edificios y puentes, se aplica el trmino viga compuesta a una seccin
de acero sobre la que se ha construido un piso de hormign o un tablero de puente. El hormign se adhiere con firmeza
a la seccin de acero por medio de conectores de corte cuidadosamente diseados, de manera que el hormign y el
acero acten en conjunto como viga Te.Cuando no existe unin entre la viga de acero y el piso o tablero de hormign, ocurrir un deslizamiento entre
los materiales, y resultar una seccin que no es compuesta. En realidad siempre habr un pequeo deslizamiento
debido a las deformaciones desiguales en los pernos de cortante, el hormign y la viga de acero, pero para finesprcticos se puede despreciar este deslizamiento en el diseo compuesto.
II) HIPOTESIS Y REQUISITOS ESPECIALES DE DISENO
2.1) Hiptesis de diseoEl sistema de vigas de acero con placas colaborantes consiste en el trabajo conjunto entre ambos elementos,
mediante un enlace adecuado viga-placas colaborantes, de modo que resistan las solicitaciones de flexin originadaspor las cargas verticales.
A) Las vigas de acero se dimensionaran para resistir, sin ayuda del hormign, todas las cargas verticales
aplicadas con anterioridad al fraguado del hormign (a menos que estas sean soportadas temporalmente mediante
alzaprimado) y actuando en conjunto con la losa para resistir la totalidad de las cargas verticales (peso propio y
sobrecarga de uso) despus de su fraguado, sin exceder la tensin mxima de diseo 0.66Ff, donde Ff es la tensin defluencia del acero.
B) La tensin de trabajo por flexin producida por las cargas una vez que ha fraguado el hormign se calcularbasndose en las propiedades de la seccin compuesta. No se considerarn las tensiones de traccin en el hormign.
2.2) Requisitos especiales
Existen requisitos especiales para secciones compuetas conformadas por tableros de acero formados, los cuales estn
indicados en la especificacin ASD15. Algunos de estos se dan a continuacin:
- La altura de las costillas esta limitada a un valor mximo de 3.
- Los conectores de cortante de deben tener dimetros mayores de 3 / 4 y estos deben prolongarse por lo menos 1
por encima del tablero de acero.
- La losa de concreto sobre el tablero de acero debe tener un espesor mnimo de 2.
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Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 25 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
III.- VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA CONSTRUCCION COMPUESTALa losa de los pisos compuestos acta no solamente como una losa para resistir las cargas vivas, sino que
tambin como una parte integrante de la viga. En realidad, trabaja como una gran cubreplaca del ala superior de la
viga de acero, aumentando la resistencia de la viga.
Una ventaja particular de los pisos compuestos es que aprovechan la alta resistencia del hormign a la
compresin, haciendo que toda o casi toda la losa trabaje a compresin, al mismo tiempo que un mayor porcentaje del
acero trabaja a tensin ( tambin ventajoso ) cosa que debe procurarse en estructuras de acero, pues finalmente el acero
necesario para las mismas cargas y claros ser menor ( o mayores claros para secciones iguales ).Las secciones
compuestas tienen mayor rigidez y menores deflexiones que los elementos separados.
Otra ventaja es la reduccin de la altura de vigas obtenido mediante el comportamiento compuesto, dejandoalturas libres entre pisos mayores. Esto a su vez lleva consigo una disminucin en los costos de proteccin contra el
fuego.
Otro punto importante es la velocidad de montaje frente a las construcciones comunes, dado el ahorro quesignifica en tiempo y recursos econmicos de los moldajes, puesto que el mismo deck reemplaza la funcin de estos.
Una desventaja de la construccin compuesta es el costo de preparacin e instalacin de conectores de fuerzacortante.
IV.- ALZAPRIMASDespus de haber montados las vigas de acero, se instala el deck y posteriormente se vierte el hormign, y
por tanto, las vigas resistirn el peso del deck y del hormign fresco y las otras cargas propias del proceso de
construccin, o bien, para resistir estas carga se alzaprima temporalmente. La mayora de las especificaciones indica
que despus que el hormign ha adquirido un 75% de su resistencia a los 28 das , la seccin ya trabaja como
compuesta y todas las cargas aplicadas desde este instante son resistidas por tal seccin. Cuando se utiliza alzaprima
los puntales solo resisten las cargas de hormign fresco y las otras cargas de construccin. Los puntales no soportan en
realidad el peso de las vigas de acero a menos que se les de a estas una contraflecha inicial (lo cual no es practico).
Sin embargo decisin comn es utilizar vigas de acero mas pesadas sin alzaprima por las sgtes. razones:
- Independientemente de razones econmicas, el uso de puntales es una operacin delicada, sobre todo donde su
asentamiento (hundimiento) es posible, como es frecuente en el caso de construccin de puentes.
- Otra desventaja es que despus de que el hormign se endurece y el apuntalamiento se retira, la losa participara de laaccin compuesta para resistir las cargas muertas. La losa ser sometida a compresin por estas cargas permanentes y
tendr un flujo plstico y contraccin considerables, paralelos a las vigas. El resultado ser una gran disminucin del
esfuerzo de la losa con el correspondiente aumento en los esfuerzos del acero. La consecuencia probable es que, de
cualquier modo, la mayor parte de la carga muerta ser soportada por las vigas de acero y la accin compuesta servir
en realidad solo para las cargas vivas, como si no se hubiera utilizado apuntalamiento.
V.- ANCHOS EFECTIVOS DE VIGA COLABORANTE
Se presenta un problema al estimar que porcin de la losa acta como parte de la viga compuesta. Si las vigas seencuentran relativamente cerca una de otra, los esfuerzos de flexin en la losa se distribuirn en forma bastanteuniforme en la zona de compresin. Sin embargo, si la distancia entre estas es grande, los esfuerzos variaran mucho yse distribuirn en forma no lineal a travs del patn. Las especificaciones abordan este problema reemplazando la losareal por una losa efectiva menos ancha, pero con esfuerzo constante. Se supone que esta losa equivalente soporta lamisma compresin total de la losa real. El ancho efectivo Bh se determina como se indica a continuacin.
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Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 26 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
El menor valor entre:
Bhi = Menor { L/4 , ( S1+ S2 )*0.5 , 16*( h + eh ) + Bv }
Bhb = Menor { L/12 , S1/2 , S2/2 , 16*( h + eh ) + Bv }
L : Espacio entre apoyos de la viga
S1, S2 : Espacio entre vigas adyacentes
h : Altura total de la losa colaborante
eh : Altura del hormign desde pliegue de placa a tope superiorBhi, Bhb : Anchos colaborantes
VI) CONECTORES DE CORTE
6.1) Tipos de conectores
Los mas usados en los diseos actuales de losmostrados en la figura son los Studs ( pernos
de corte ) y las Channel ( Canales ).
En edificios industriales y comerciales son
usados con frecuencia los stds.
En los puentes de vigas de acero con accin
colaborante es comn el uso de channel.
6.2) Calculo de esfuerzos de corte
El cortante desarrollado en el eje neutro ser de compresin o tensin, despreciando el hormign en la zona de tensin.
Como es difcil hallar el eje neutro y tener en cuenta los esfuerzos de trabajo, el AISC/ASD y la AASHTO permitencalcular el cortante horizontal que ha de ser resistido en la superficie de contacto del acero y el hormign, como el
menor entre los siguientes valores:
Vh1 = As * Fy / 2
Vh2= 0.85 * fc * ( b * t ) / 2
, donde se usa el factor 2 para reducir el cortante ltimo a un valor de trabajo.
Fy : Tensin de fluencia del acero de la viga
fc : Resistencia a compresin a los 28 das del hormign
b : Ancho colaborante considerado en el clculo
t : Altura de la seccin de hormign
Bhb Bhi Bhb
Viga de acero Viga de acero Viga de acer
S1 S2
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Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 27 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
6.3) Calculo de Pernos de Corte ( Stud )
El nmero de pernos, segn las especificaciones del AISC, esta dado por:
N1 = Vh / q
q: Resistencia de un conector de corte ( Ver Tabla N1 )
El clculo del nmero de pernos de cortante requeridos supone un espaciamiento uniforme de ellos ( en general porpares ) desde el punto de cero a mximo momento.
VII) ESTRUCTURACIONES
7.1) Configuracin normal :
Las vigas secundarias ( viguetas ) estan
rotuladas en sus extremos unidas a las
vigas principales perimetrales. Estaestructuracin se caracteriza pues las
viguetas se orientan paralelas a una de
las direcciones de las vigas principales.
.
7.2) Configuracin de Tablero :
Las viguetas se ubican de tal forma deno recargar ninguna de las direcciones
de vigas principales obtenindose de
esta forma alturas de vigas
perimetrales ( principales ) mas
uniformes .
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Big.Apuntes
Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 28 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
VIII. UNIONES VIGA VIGA ( UNIONES DE CIZALLE )
A continuacin se muestran las uniones mas tpicas usadas en las uniones vigas secundarias ( viguetas ) y vigas
principales. Estas como se indico en los puntos anteriores se encuentran rotuladas en ambos extremos.
8.1) Conexin viga-viga con clip mixto
8.2) Conexin viga-viga con clip apernado
8.3) Conexin viga-viga con placa extrema
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Big.Apuntes
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Fecha: 06/2005 29 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
DISEO DE VIGA MONORRIELDisear una viga monorriel de 12 (m) de longitud apoyada en tres puntos equidistantes, que deber
soportar una carga de levante de 17500 (Kg) y un carro de 500 (Kg).
Determinacin de cargas.
Las nicas cargas que actan en esta viga estn son las provenientes de su peso propio, de la carga de
levante y del carro. Adems debe verificarse el efecto de una carga por impacto longitudinal equivalente al15% de la carga de levante ms el peso del carro. Por lo tanto, el diseo de la viga monorriel es similar al de
las columnas de viento y se realiza como sigue.
KgPLEVANTE 17500=
KgPCARRO 500=
mKgQppVIGA 100= Peso estimado de la viga.
Es necesario buscar para cada caso en particular la ubicacin del carro que produce el mayor
momento en la viga. Para el caso de una viga de dos tramos de continuidad la posicin de la carga puntual
que produce mayor momento es el centro de uno de los tramos como se muestra en el siguiente esquema.
Para el caso de la carga longitudinal producto del impacto, la posicin de la carga no tiene influencia, ya que la
carga de distribuye de manera constante en la viga.
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Big.Apuntes
Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 31 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
Clculo de tensin crtica de pandeo
x y e mx Tipo Pandeo Fcrtico (Kg/cm2)
Ftrabajo(Kg/cm2)
X
XX
i
LK
Y
YY
i
LK
YFQ
E
22
{ }YXmx ; emx < f
e
FQFS
2
max
2
11
1
A
RV
33.71 91.74 128 91.74 INELASTICO 953.32 22.13
Con )(2700)50017500(15.0 KgRV =+=
Se cumple que:
Fcrtico > Ftrabajo
mx < 200 a OKVerificacin a la Flexin
Para la configuracin mostrada
Lm (cm) 600Cm 1,00Ka 1,00
Kt 1,00Lc alabeo 399Lc torsion 677LC (cm) 677
Mmx(Kgm)
Fdiseo Ftrabajo Ftrab
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Big.Apuntes
Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 32 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
Dadm=L/500
El perfil cumple con los requisitos mximos de solicitacin y deformacin.
Verificacin de Flexin Local
Si suponemos cada una de las cuatro ruedas del carro como una carga puntual ubicada en el extremo exterior
de el ala, y la carga aplicada en cada punto igual a P/4, con P=18000 (carga de levante + carro), se tiene:
)(45004 Kg
P=
)(2
)(25
cme
cmB
=
=
Para la seccin de ancho B:
)(67.161
67.16)(67.16
12
343
cmy
IWcm
eBI XXXXXX ====
= con
2
By =
)(5625024
cmKgBP
MMAX ==
== 23374 cmKgW
MFX
MAXTRABAJO
== 2189875.0 cm
KgFyFDISEO
TRABAJODISEOFF > NO CUMPLE
Por lo tanto, debe buscarse otro perfil que tenga un espesor de ala mayor.
Reduciendo las frmulas anteriores se tiene:
22
2
135001
4
3
6
8
ee
PF
eBW
BP
M
TRABAJO
XX
MAX
=
=
=
=
)(67.2113.775.0
135002 cmeF
eFFY
DISEOTRABAJO==
==
Por lo tanto, el perfil deber tener un espesor de alas igual a 28 (mm).
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7/31/2019 Resumen Metalica Big
33/93
Big.Apuntes
Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 33 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
De los perfiles ICHA de tipo IN el ms liviano con espesor de ala igual a 28 (mm) es IN 45x157, que portener mayor altura y por lo tanto inercia, cumple con los requisitos de tensiones y deformaciones, adems de
la verificacin de flexin local del ala.ANLISIS ESTRUCTURAL DE UN GALPN INDUSTRIAL
Se consideraron 10 marcos transversales con uniones rgidas, y arriostramientos en el sentido longitudinal. El efecto de la
viga carrilera junto con las cargas que transmite del puente-gra, se model usando pequeos cachos rgidos de 30 cm, localizados
junto a cada columna estructural.
Puntaltecho
Vigatecho
Diagonaltecho
Columna
Diagonalcentral
Columna
Diagonal
verticalPuntalvertical
DiagonalK
Columna
spg
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7/31/2019 Resumen Metalica Big
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Big.Apuntes
Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 34 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
A partir de este modelo y considerando las solicitaciones calculadas en entregas anteriores, se realizaron 93combinaciones de carga (las ms representativas) con las cuales se disearon los elementos estructurales.
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7/31/2019 Resumen Metalica Big
35/93
Big.Apuntes
Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 35 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
DETERMINACIN DE ESTADOS DE CARGA
PESO PROPIO
Elementos:Cubierta Instapanel :
2/54.5 mKgq =
Costaneras de techo : mKgq /1.13=
Costaneras laterales : mKgq /1.13=
Columnas de viento : mKgq /124=
Puente Gra : Viga puente gra : mKgq T /36.47320 = mKgq T /664.40015 =
Viga testera : mKgq T /186.7820 = mKgq T /336.7015 =
Viga carrilera : mKgq T /64.16520 = mKgq T /87.14215 =
Cargas distribuidas equivalentes:
Se supone que las masas de las costaneras, colgadores y paneles se distribuyen linealmente sobre el marco transversal de
acuerdo a la expresin:
L
aqnq
=
Costaneras:
Techo: mKgL
aqnqT /474.4451.26
61.1315 ===
Lateral: mKgL
aqnqL /125.49
8.12
61.138=
=
=
se considerar que en los marcos de los bordes solo acta la mitad de la carga, por lo tanto:
mkgqTb /237.22=
mkgqLb /237.22=
Colgadores (8 , 10 ):
Techo: mKgq /48.2262.02 ==
Lateral: mKgq /56.1239.02 ==
Cubierta:
mKgqp /24.33654.5 ==
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7/31/2019 Resumen Metalica Big
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Big.Apuntes
Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 36 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
Peso Propio Total (no incluye peso de los perfiles ni puente-gra)
TABLA 1Techo q (Kg/m) Lateral q (Kg/m)
cubierta 33.24 33.24costanera 44.474 49.125colgadores 2.48 1.56
Total 80.194 83.925
Peso Propio Puente Gra:
Para 20T TABLA 2Peso (Kg/m) L (m) Carga (Kg)
Viga Puente Gra 473.355 26 12307.23
Viga Testera 78.186 3 234.558Viga Carrilera 165.64 6 993.84
Baranda+Pasillo 50 26 1300
Izaje+Huinche 22000
Para 15T TABLA 3Peso (Kg/m) L (m) Carga (Kg)
Viga Puente Gra 400.664 26 10417.264Viga Testera 70.336 3 210.08Viga Carrilera 142.87 6 852.22
Baranda+Pasillo 50 26 1300Izaje+Huinche 17000
SISMO
Se considera la accin del sismo como masas concentradas en los nodos de la estructura.
Las masas corresponden al peso propio de los elementos multiplicadas por el coeficiente ssmico dado por la norma
NCh2369.
En primer lugar se calcularn los pesos laterales que se localizarn en los hombros de cada marco transversal; dado por los
elementos no estructurales
m1
m2m3
m4 m5
F1x
F2x
F3x
F4xF5x
F1z
F2z
F3z
F5zF4z
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7/31/2019 Resumen Metalica Big
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Big.Apuntes
Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 37 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
Masas producto de los pesos no estructurales
A partir de las cargas distribuidas sobre columnas laterales y vigas de techo dadas por la TABLA 1, y usando la longitud
de estos elementos estructurales, se obtiene la carga total (no estructural) que actuar como masa ssmica. Esta se calcula con la
expresin:
LqQTotal =
Donde L es la longitud, en el caso de las columnas exteriores: 12.8 y del techo: 26.51 por pao.
TABLA 4
Techo q (Kg/m) Lateral q (Kg/m)q(Kg/m) 80.194 83.925
Largo (m) 26.51x2 12.8QTotal (Kg) 4251.88
1074.24
Para el caso de las cargas de techo producidas por las solicitaciones de la Nieve, se debe realizar una
reparticin de cargas sobre la estructura de la techumbre.
Para encontrar esta distribucin se calcularon los esfuerzos debido a los pesos de los elementos estructurales
resultando:
Para el caso de la nieve se tiene una carga total de:2/125 mkgqnieve = mkgQnieve /7506125 == kgQ Totalnieve 39765251.26750 ==
De los resultados de la TABLA 5 se puede calcular las cargas totales que actuarn sobre los hombros y cumbreras del
galpn utilizando la reparticin de cargas obtenidas anteriormente.
Las cargas distribuidas en cada viga de un pao del techo est dada por:
TABLA 5
Peso(Kg)
Carga izquierdam1 (Kg)
Carga centralm2 (Kg)
Carga derecham3 (Kg)
Nieve 39765 8549.475 22666.05 8549.475No estruct. lateral 1074.24 1074.24 - 1074.24
No estructural techo 4251.88 914.15 2423.57 914.15Total 10537.89 25089.62 10537.89
Luego Kgm 89.10531= ; Kgm 02.250892 = ; Kgm 89.10533 =
Adems deben agregarse los pesos del puente-gra ubicados a una altura de 11m sobre el nivel del suelo.
21.5% 57% 21.5%
m1
m2
m3
-
7/31/2019 Resumen Metalica Big
38/93
Big.Apuntes
Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 38 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
Como criterio, se consider que la viga carrilera es un continuo a lo largo del galpn, por lo que se toma el peso porlongitud tributaria a cada columna, que en este caso son 6 m (separacin entre marcos transversales).
Entonces, en todos los marcos transversales debe agregarse el peso de la carrilera como masa ssmica.
Kgmm 84.99354 ==
Kgmm 22.85276 ==
Se ha considerado que la localizacin ms desfavorable de los puente-gra es considerarlos alineados en un marcotransversal, por lo que todos los marcos transversales deben estar diseados para resistir esta posibilidad. Dentro del conjunto de
marcos que componen el galpn debe elegirse aquel que posea la ubicacin ms desfavorable.
Los marcos que no presentan arriostramientos laterales son ms desfavorables, y a medida que los marcos se acercan a los
extremos del galpn esta condicin se acenta. Por lo tanto, se eligi el marco ms extremo sin arriostrar (exceptuando los marcos
transversales del borde debido a que estos estn sometidos a menor carga).
Luego, para el marco elegido se considerar una masa ssmica que contenga el aporte del puente-gra
TABLA 720 T 15 T
Peso(Kg)
m4 (Kg) m5 (Kg)Peso(Kg)
m6 (Kg) m7 (Kg)
Viga Puente Gra 12307.23 6153.62 6153.62 10417.264 5208.63 5208.63Viga Testera 234.558 234.558 234.558 210.08 210.08 210.08
Viga Carrilera 993.84 993.84 993.84 852.22 426.11 426.11Baranda+Pasillo 1300 650 650 1300 650 650Izaje+Huinche 22000 11000 11000 17000 8500 8500
Total 19032.02 19032.02 14995.82 14995.82
Estas solicitaciones deben multiplicarse por el coeficiente ssmico, que como se mostr en la primera entrega su valor es
de 0.23 con lo que queda:
Kgmm 36.437754 ==
Kgmm 82.1499576 ==
Las cargas mencionadas deben localizarse en direccin de los sismos; es decir, en direccin transversal y longitudinal del
galpn.
m1
m2
m3
m4 m5 m6 m7
Fx1
Fx2
Fx3
Fx4 Fx5Fx6
Fz1
Fz2
Fz3
Fz4 Fz5Fz6
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Big.Apuntes
Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 39 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
VIENTO LATERAL
Se considerar el efecto del viento lateral en los dos sentidos transversales. De la entrega anterior se obtuvieron las cargas
de barlovento y sotavento para costado y techo del galpn.
Para el techo:2/8.122 mKgPb =
f) Estado Viento Barlovento:
( ) mKgsPV bbar /47.1214.0sen2.1 == g) Estado Viento Sotavento :
mKgsPV bsot /72.2944.0 ==
Para las columnas:2/72.112 mKgPb =
h) Estado Viento Barlovento:
( ) mKgsPV bbar /056.5414.0sen2.1 == i) Estado Viento Sotavento :
mKgsPV bsot /528.2704.0 ==
Caso 1:Viento lateral
desde la izquierda
Caso 2:Viento lateral
desde la derecha
(1.2*sen-0.4)*QV0.4*QV
0.4*QV0.8*QV
-121.47 (Kg/m) 294.72 (Kg/m)
541.056 (Kg/m)270.528 (Kg/m)
-121.47 (Kg/m)294.72 (Kg/m)
541.056 (Kg/m)270.528 (Kg/m)
-
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40/93
Big.Apuntes
Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 40 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
VIENTO LONGITUDINAL
Las cargas de viento se transmiten a las vigas de techo a travs de las columnas de
viento, por lo que debe calcularse el aporte que cada columna de viento realiza.
Como se muestra en la figura se debe calcular la carga distribuida sobre cada columna
de viento, y de ella, la mitad se reparte al techo y la mitad al suelo.
L
APq b
= ;
2
LqR
=
Se considerar 2 valores para la presin bsica, uno usado para la carga
lateral y otro para las cargas de techo. Sus valores son:
2/72.112 mKgP lateralb = 2/8.122 mKgP techob =
Considerando 3 columnas de viento en cada vano del marco transversal se tiene:
Pb (Kg/m2) A (m2) L (m) q (Kg/m) R (Kg)
C1 112.72 41.6 12.8 366.34 -C2 122.8 91.65 14.1 - 5627.31C3 122.8 100.1 15.4 - 6146.14C4 122.8 108.55 16.7 - 6664.97
C5122.8
117 18 798.2 -Total 18438.42Estos clculos son para un pao de techo
Estos valores deben ser multiplicados por el factor de forma que ser 0.8 en el caso del sotavento y 0.4 en el caso del
barlovento.
IMPACTOS
El efecto de los impactos se considerar para el caso en que los puente-gra estn alineados con una columna. Debe
analizarse distintas posiciones del carro puente-gra a modo de considerar la condicin ms desfavorable para cada elemento
estructural. Por esta razn se consideraron:
Para cada tipo de impactos se estudiarn los tres casos.
Como se calcul en la entrega anterior los impactos que actan sobre la estructura son:
s
LL L
Caso A: ambos carrosen la extrema iz uierda
Caso B: ambos carrosen el centro
Caso C: ambos carrosen la extrema derecha
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Big.Apuntes
Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 41 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
Impacto Vertical:
Capacidad de izaje de 20 T: ( ) KgP T 125025.02000025.020 ==
Capacidad de izaje de 15 T: ( ) KgP T 5.93725.01500025.015 ==
Impacto Longitudinal:
Capacidad de izaje de 20 T: ( ) KgP T 22005.0200002.020 ==
Capacidad de izaje de 15 T: ( ) KgP T 17005.0150002.015 ==
Impacto Transversal:
Capacidad de izaje de 20 T: ( ) KgP T 11005.0200001.020 ==
Capacidad de izaje de 15 T: ( ) KgP T 8505.0150001.015 ==
Se analizarn las reacciones que llegan a las columnas a partir de las siguientes expresiones:
Cargas mviles:
=
L
aPR 2
1
;
L
aPR
=
2
Impacto20 T 15 T
P20 T (Kg) R1 (Kg) R2 (Kg) P15 T (Kg) R3 (Kg) R4 (Kg)
Vertical 1250 2427.88 72.11 937.5 1820.91 54.09
Longitudinal 2200 4273.07 126.92 1700 3301.92 98.08
Transversal 1100 1650 550 850 1275 637.5
Finalmente se tiene:
Impacto Vertical:
a
P P
R1 R2
Caso A Caso B Caso C
R1 R3 R1 R3 R1 R3R2 R4 R2 R4R2 R4
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42/93
Big.Apuntes
Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 42 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
Impacto Longitudinal
Impacto Transversal:
COMBINACIONES DE CARGA
Se consideraron los siguientes estados de carga:
pp : peso propio de los elementos estructurales.
cp : cargas permanentes producto del peso de las costaneras, cubierta y colgadores.
pg : peso de los componentes del puente-gra (viga puente-gra, testera, carrilera, huinche).
Ni : carga de nieve.
Vi: viento lateral desde la izquierda.
Vf : viento frontal.
V1: impacto vertical, caso A.
V2: impacto vertical, caso B.
V3: impacto vertical, caso C.
L1: impacto vertical, caso A.
L2: impacto vertical, caso B.
L3: impacto vertical, caso C.
T1: impacto vertical, caso A.
T2: impacto vertical, caso B.
T3: impacto vertical, caso C.
sx : carga ssmica en direccin transversal al galpn.
sy : carga ssmica en direccin longitudinal al galpn.
Caso A Caso B Caso C
R1 R3
R2 R4R1 R3
R2 R4R1 R3
R2 R4
Caso A Caso B Caso C
R1 R3
R2 R4
R1 R3 R1 R3
R2 R4 R2 R4
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Big.Apuntes
Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 43 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
COMBINACIONESA1 : ( pp + Ni + cp + pg + V1 )
A2 : ( pp + Ni + cp + pg + V2 )
A3 : ( pp + Ni + cp + pg + V3 )
A4 : ( pp + Ni + cp + pg + L1 )
A5 : ( pp + Ni + cp + pg + L2 )
A6 : ( pp + Ni + cp + pg + L3 )
A7 : ( pp + Ni + cp + pg + T1 )
A8 : ( pp + Ni + cp + pg + T2 )
A9 : ( pp + Ni + cp + pg + T3 )
B0 : 0.75 ( pp + cp + pg + Vi )
B1 : 0.75 ( pp + cp + pg + Vf )
B2 : 0.75 ( pp + Vi + cp + pg + V1 )
B3 : 0.75 ( pp + Vi + cp + pg + V2 )
B4 : 0.75 ( pp + Vi + cp + pg + V3 )
B5 : 0.75 ( pp + Vi + cp + pg + L1 )
B6 : 0.75 ( pp + Vi + cp + pg + L2 )
B7 : 0.75 ( pp + Vi + cp + pg + L3 )
B8 : 0.75 ( pp + Vi + cp + pg + T1 )
B9 : 0.75 ( pp + Vi + cp + pg + T2 )
C0 : 0.75 ( pp + Vi + cp + pg + T3 )
C1 : 0.75 ( pp + Vf + cp + pg + V1 )
C2 : 0.75 ( pp + Vf + cp + pg + V2 )
C3 : 0.75 ( pp + Vf + cp + pg + V3 )
C4 : 0.75 ( pp + Vf + cp + pg + L1 )
C5 : 0.75 ( pp + Vf + cp + pg + L2 )
C6 : 0.75 ( pp + Vf + cp + pg + L3 )
C7 : 0.75 ( pp + Vf + cp + pg + T1 )
C8 : 0.75 ( pp + Vf + cp + pg + T2 )
C9 : 0.75 ( pp + Vf + cp + pg + T3 )
D0 : 0.75 ( pp + Ni + sx + cp + pg + V1 )
D1 : 0.75 ( pp + Ni + sx + cp + pg + V2 )
D2 : 0.75 ( pp + Ni + sx + cp + pg + V3 )
D3 : 0.75 ( pp + Ni + sx + cp + pg + L1 )
D4 : 0.75 ( pp + Ni + sx + cp + pg + L2 )
D5 : 0.75 ( pp + Ni + sx + cp + pg + L3 )
D6 : 0.75 ( pp + Ni + sx + cp + pg + T1 )
D7 : 0.75 ( pp + Ni + sx + cp + pg + T2 )
D8 : 0.75 ( pp + Ni + sx + cp + pg + T3 )
D9 : 0.75 ( pp + Ni + sz + cp + pg + V1 )
E0 : 0.75 ( pp + Ni + sz + cp + pg + V2 )
E1 : 0.75 ( pp + Ni + sz + cp + pg + V3 )
E2 : 0.75 ( pp + Ni + sz + cp + pg + L1 )
E3 : 0.75 ( pp + Ni + sz + cp + pg + L2 )
E4 : 0.75 ( pp + Ni + sz + cp + pg + L3 )
E5 : 0.75 ( pp + Ni + sz + cp + pg + T1 )
E6 : 0.75 ( pp + Ni + sz + cp + pg + T2 )
-
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44/93
Big.Apuntes
Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 44 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
E7 : 0.75 ( pp + Ni + sz + cp + pg + T3 )
E8 : 0.75 ( pp + Ni/2 + Vi + cp + pg + V1 )
E9 : 0.75 ( pp + Ni/2 + Vi + cp + pg + V2 )
F0 : 0.75 ( pp + Ni/2 + Vi + cp + pg + V3 )
F1 : 0.75 ( pp + Ni/2 + Vi + cp + pg + L1 )
F2 : 0.75 ( pp + Ni/2 + Vi + cp + pg + L2 )
F3 : 0.75 ( pp + Ni/2 + Vi + cp + pg + L3 )
F4 : 0.75 ( pp + Ni/2 + Vi + cp + pg + T1 )
F5 : 0.75 ( pp + Ni/2 + Vi + cp + pg + T2 )
F6 : 0.75 ( pp + Ni/2 + Vi + cp + pg + T3 )
F7 : 0.75 ( pp + Ni/2 + Vf + cp + pg + V1 )
F8 : 0.75 ( pp + Ni/2 + Vf + cp + pg + V2 )
F9 : 0.75 ( pp + Ni/2 + Vf + cp + pg + V3 )
G0 : 0.75 ( pp + Ni/2 + Vf + cp + pg + L1 )
G1 : 0.75 ( pp + Ni/2 + Vf + cp + pg + L2 )
G2 : 0.75 ( pp + Ni/2 + Vf + cp + pg + L3 )
G3 : 0.75 ( pp + Ni/2 + Vf + cp + pg + T1 )
G4 : 0.75 ( pp + Ni/2 + Vf + cp + pg + T2 )
G5 : 0.75 ( pp + Ni/2 + Vf + cp + pg + T3 )
G6 : 0.75 ( pp + Vi/2 + Ni + cp + pg + V1 )
G7 : 0.75 ( pp + Vi/2 + Ni + cp + pg + V2 )
G8 : 0.75 ( pp + Vi/2 + Ni + cp + pg + V3 )
G9 : 0.75 ( pp + Vi/2 + Ni + cp + pg + L1 )
H0 : 0.75 ( pp + Vi/2 + Ni + cp + pg + L2 )
H1 : 0.75 ( pp + Vi/2 + Ni + cp + pg + L3 )
H2 : 0.75 ( pp + Vi/2 + Ni + cp + pg + T1 )
H3 : 0.75 ( pp + Vi/2 + Ni + cp + pg + T2 )
H4 : 0.75 ( pp + Vi/2 + Ni + cp + pg + T3 )
H5 : 0.75 ( pp + Vf/2 + Ni + cp + pg + V1 )
H6 : 0.75 ( pp + Vf/2 + Ni + cp + pg + V2 )
H7 : 0.75 ( pp + Vf/2 + Ni + cp + pg + V3 )
H8 : 0.75 ( pp + Vf/2 + Ni + cp + pg + L1 )
H9 : 0.75 ( pp + Vf/2 + Ni + cp + pg + L2 )
I0 : 0.75 ( pp + Vf/2 + Ni + cp + pg + L3 )
I1 : 0.75 ( pp + Vf/2 + Ni + cp + pg + T1 )
I2 : 0.75 ( pp + Vf/2 + Ni + cp + pg + T2 )
I3 : 0.75 ( pp + Vf/2 + Ni + cp + pg + T3 )
-
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45/93
Big.Apuntes
Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 45 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
VERIFICACION DE DISEO
COLUMNA
PERFIL: HN 35x232
DIMENSIONES SECCION TIPO Y DE LA SECCION DE APOYO
Altura total viga cmH 35=
Ancho total de alas de la viga cmB 35=
Espesor de alas de viga cme 5.3=
Espesor de planchas del alma cmt 8.1=
PROPIEDADES DE LA SECCION
Area de la seccin total2295cmAreat =
Inercia en el eje X464300 cmIxx =
Inercia en el eje Y425000 cmIyy =
Mdulo resistente en X33680cmWx =
Mdulo resistente en Y31430cmWx =
Radio de giro en X cmix 8.14=
Radio de giro en Y cmiy 2.9=
Radio de giro por alabeo cmia 9.10=
Radio de giro por alabeo cmit 5.3=
Peso propio de la columna mKgqP /232=
CARGAS ACTUANTESmKgMx = 39000 KgVx 5455= KgN 51618=
mKgMy = 0 KgVy 45.0=
-
7/31/2019 Resumen Metalica Big
46/93
Big.Apuntes
Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 46 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
ESTADO DE CARGA
)2(75.07 TpgcpsxNippD +++++=
TENSIONES ADMISIBLES A LA FLEXION
Clasificacin de la seccin
Utilizando la tabla 13 al 19 del manual ICHA se tiene:
Ala:
yC Fe
b
e
B
e
b 8102=
-
7/31/2019 Resumen Metalica Big
47/93
Big.Apuntes
Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 47 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
Como se tiene una viga sin atiesadotes del alma, tanto en el eje X-X como en el eje Y-Y, la tabla 22 del manual ICHA dala tensin admisible por corte como:
2/2.14074.0 cmKgFFFF YadmVVYVX ====
Tensin de Trabajo
24.50 cmACx = ; Tensiones de trabajo en eje X-X :2/234.108 cmKg
A
Vf
Cx
xVx ==
2245cmACy = ; Tensiones de trabajo en eje Y-Y :2/0 cmKg
AVf
Cy
y
Vy ==
05,107.0
-
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48/93
Big.Apuntes
Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 48 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
2
2
/056.7312
11
1cmKgF
FSF Y
E
FC =
=
05.1239.0
-
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49/93
Big.Apuntes
Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 49 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
COLUMNA SOBRE PUENTE GRUA
PERFIL: HN 30x128
DIMENSIONES SECCION TIPO Y DE LA SECCION DE APOYO
Altura total viga cmH 30=
Ancho total de alas de la viga cmB 30=
Espesor de alas de viga cme 2.2=
Espesor de planchas del alma cmt 2.1=
PROPIEDADES DE LA SECCION
Area de la seccin total2163cmAreat =
Inercia en el eje X4
27200 cmIxx =
Inercia en el eje Y49900cmIyy =
Mdulo resistente en X31820cmWx =
Mdulo resistente en Y3660cmWy =
Radio de giro en X cmix 9.12=
Radio de giro en Y cmiy 8.7=
Radio de giro por alabeo cmia 05.9=
Radio de giro por alabeo cmit 2.2=
Peso propio de la columna mKgqP /128=
CARGAS ACTUANTESmKgMx = 20055 KgVx 71.326= KgN 10202=
mKgMy = 43.547 KgVy 8.2477=
ESTADO DE CARGA
-
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Big.Apuntes
Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 50 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
)1(75.06 TpgcpsxNippD +++++=
TENSIONES ADMISIBLES A LA FLEXION
Elementos no atiesados Elementos atiesadosb 15 h 25.6
b/e 6.82 h/e 21.33
(b/e)c 13.566 (h/e)c 139.936
No hay Pandeo Local No hay Pandeo LocalLa seccin escompacta.
Pandeo Lateral-TorsionalLm (cm) 180
Cm 1Ka 1Kt 1
Lc alabeo 416.546Lc torsion 856.737LC(cm) 856.737
cm LL < No existe Pandeo lateral-torsional
Fm adm x
(Kg) 2110.8
Fm adm y (Kg) 2110.8
fmx(Kg) 300fmy(Kg) 1.75
fmx /Fm admx+fmy/Fm admy 0.76 < 1.05 aOK
TENSIONES ADMISIBLES AL CORTE
Acx (cm2) 30.72 fVx(Kg) 10.635
Acy (cm2) 132.000 fVy(Kg) 18.77
FV admx(Kg) 1407.2 fVx /Fm admx 0.00756 < 1.05 aOK
FV adm.(Kg)1407.2
fmy/Fm admy 0.0133 < 1.05a
OK
TENSIONES ADMISIBLES COMPRESION
1== sa QQ 1=Q Lx (m) 12.8 Ly (m) 1.8
Kx 1 Ky 1x 99.225 y 23.077
max 99.225e 108.549 < 200 aOK
F.S. 1.914
-
7/31/2019 Resumen Metalica Big
51/93
Big.Apuntes
Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 51 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
Fcrit(Kg) 1070.139fc(Kg) 62.589
fc/Fc 0.0585 < 1.05 aOKVERIFICACION DE INTERACCION
Interaccin Flexin-Corte
05,15747.0
-
7/31/2019 Resumen Metalica Big
52/93
Big.Apuntes
Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 52 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
VIGA DE TECHO
PERFIL: HN 50X192
DIMENSIONES SECCION TIPO Y DE LA SECCION DE APOYO
Altura total viga cmH 50=
Ancho total de alas de la viga cmB 50=
Espesor de alas de viga cme 6.1=
Espesor de planchas del alma cmt 4.1=
PROPIEDADES DE LA SECCION
Area de la seccin total2226cmAreat =
Inercia en el eje X4
106000 cmIxx =
Inercia en el eje Y43300cmIyy =
Mdulo resistente en X34230cmWx =
Mdulo resistente en Y31330cmWy =
Radio de giro en X cmix 6.21=
Radio de giro en Y cmiy 2.12=
Radio de giro por alabeo cmia 14=
Radio de giro por alabeo cmit 6.1=
Peso propio de la columna mKgqP /192=
CARGAS ACTUANTESmKgMx = 81300 KgVx 16060= KgN 6.1713=
mKgMy = 269.19 KgVy 72.5=
-
7/31/2019 Resumen Metalica Big
53/93
Big.Apuntes
Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 53 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
ESTADO DE CARGA
)1(7 TpgcpNippA ++++=
TENSIONES ADMISIBLES A LA FLEXION
Elementos no atiesados Elementos atiesadosb 25 h 46.8
b/e 15.63 h/e 33.43
(b/e)c 13.656 (h/e)c 139.936
No hay Pandeo Local No hay Pandeo Local
Pandeo Lateral-TorsionalLm (cm) 662.87
Cm 1Ka 1Kt 1
Lc alabeo 644.381Lc torsion 623.081LC(cm) 644.381
Existe Pandeo lateral-torsiona, se debe reducir tensiones
Pandeo Lateral-Torsionala 47.35t 414.29
FA mc (Kg) 2097.433Ft mc (Kg) 1972.912F iseo (Kg) 2097.433
A partir de esta carga de diseo se obtiene la interaccin de flexin del mismo modo que para las otras
secciones.
Fm adm x (Kg) 2097.433
Fm adm y (Kg)2097.433
fmx(Kg) 1922.459fmy(Kg) 1.449
fmx /Fm admx+fmy/Fm admy 0.917 < 1.05aOK
TENSIONES ADMISIBLES AL CORTE
Acx (cm2) 65.52 fVx(Kg) 245.116
Acy (cm2) 160 fVy(Kg) 0.04
FV admx 1407.2 fVx /Fm admx 0.174aOK
FV admy 1407.2 fmy/Fm admy 0.000025aOK
-
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54/93
Big.Apuntes
Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 54 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
TENSIONES ADMISIBLES COMPRESION
1== sa QQ 1=Q
Lx (m) 26.51 Ly (m) 6.6287
Kx 1 Ky 1
x 122.731 y 54.334
max 122.731e 111.977 < 200aOK
F.S. 1.917
Fcrit(Kg) 717.894fc(Kg) 62.589
fc/Fc 0.0106 < 1.05aOK
VERIFICACION INTERACCION
Interaccin Flexin-Corte
05,19173.0
-
7/31/2019 Resumen Metalica Big
55/93
Big.Apuntes
Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 55 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
DIAGONAL VERTICAL Y CENTRAL
PERFIL: TL 12.5x36.7
DIMENSIONES SECCION TIPO Y DE LA SECCION DE APOYO
Altura total viga cmH 5.12=
Ancho total de alas de la viga cmB 25=
Espesor de alas de viga cme 0.1=
Separacin cmd 0=
PROPIEDADES DE LA SECCION
Area de la seccin total27.46 cmAreat =
Radio de giro en X cmix 89.3=
Radio de giro en Y cmiy 29.5=
Peso propio de la columna mKgqP /7.36=
CARGAS ACTUANTESKgN 11475=
-
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56/93
Big.Apuntes
Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 56 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
ESTADO DE CARGA
)1(75.02 LpgcpszNippE +++++=
TENSIONES ADMISIBLES COMPRESION
Elementos no atiesados Elementos no atiesadosb 11.50 h 11.50
b/e 11.50 h/e 11.50
(b/e)c 13.656 (h/e)c 13.656
No hay Pandeo Local No hay Pandeo Local
La seccin escompacta.
1== sa QQ 1=Q
Lx (m) 4.609 Ly (m) 9.2195
Kx 1 Ky 1x 118.503 y 174.282
max 174.282e 108.549 < 200 aOK
F.S. 1.917
Fcrit(Kg) 356.016fc(Kg) 245.717
fc/Fc 0.6902 < 1.05 aOK
-
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57/93
Big.Apuntes
Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 57 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
DIAGONAL TECHO
PERFIL: TL 15x44.5
DIMENSIONES SECCION TIPO Y DE LA SECCION DE APOYO
Altura total viga cmH 15=
Ancho total de alas de la viga cmB 30=
Espesor de alas de viga cme 0.1=
Separacin cmd 0=
PROPIEDADES DE LA SECCION
Area de la seccin total27.56 cmAreat =
Radio de giro en X cmix 7.4=
Radio de giro en Y cmiy 31.6=
Peso propio de la columna mKgqP /5.44=
CARGAS ACTUANTESKgN 3.4011=
-
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58/93
Big.Apuntes
Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 58 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
ESTADO DE CARGA
)1(75.05 TpgcpszNippE +++++=
TENSIONES ADMISIBLES COMPRESION
Elementos no atiesados Elementos no atiesadosb 14 h 14
b/e 14 h/e 14
(b/e)c 13.656 (h/e)c 13.656
Hay Pandeo Local Hay Pandeo Local
La seccin es esbelta.
09893000515.0417.1 =
= ys F
e
bQ (Tabla 5 ICHA) 1=Q
Lx (m) 8.9409 Ly (m) 4.4705
Kx 1 Ky 1x 190.232 y 70.847
max 190.232e 109.132 < 200 aOK
F.S. 1.917Fcrit(Kg) 298.817
fc(Kg) 70.746
fc/Fc 0.23675 < 1.05 aOK
-
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59/93
Big.Apuntes
Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 59 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
DIAGONAL VERTICAL K
PERFIL: TL 8x14.1
DIMENSIONES SECCION TIPO Y DE LA SECCION DE APOYO
Altura total viga cmH 8=
Ancho total de alas de la viga cmB 16=
Espesor de alas de viga cme 6.0=
Separacin cmd 0=
PROPIEDADES DE LA SECCION
Area de la seccin total218cmAreat =
Radio de giro en X cmix 49.2=
Radio de giro en Y cmiy 38.3=
Peso propio de la columna mKgqP /1.14=
CARGAS ACTUANTESKgN 4.6773=
-
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60/93
Big.Apuntes
Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 60 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
ESTADO DE CARGA
)2(75.03 LpgcpszNippE +++++=
TENSIONES ADMISIBLES COMPRESION
Elementos no atiesados Elementos no atiesadosb 7.40 h 7.40
b/e 12.33 h/e 12.33
(b/e)c 13.656 (h/e)c 13.656
No hay Pandeo Local No hay Pandeo Local
La seccin escompacta
1=sQ 1=Q
Lx (m) 3.4986 Ly (m) 3.4986Kx 1 Ky 1x 140.506 y 103.509
max 140.506e 108.549 < 200 aOK
F.S. 1.917
Fcrit(Kg) 547.750fc(Kg) 376.30fc/Fc 0.6869 < 1.05 aOK
-
7/31/2019 Resumen Metalica Big
61/93
Big.Apuntes
Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 61 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
PUNTAL VERTICAL Y DE TECHO
PERFIL: HN 15x25.52
DIMENSIONES SECCION TIPO Y DE LA SECCION DE APOYO
Altura total viga cmH 15=
Ancho total de alas de la viga cmB 15=
Espesor de alas de viga cme 8.0=
Espesor de planchas del alma cmt 6.0=
PROPIEDADES DE LA SECCION
Area de la seccin total252.32 cmAreat =
Radio de giro en X cmix 453.6=
Radio de giro en Y cmiy 721.3=
Peso propio de la columna mKgqP /52.25=
CARGAS ACTUANTESKgN 6.4581=
-
7/31/2019 Resumen Metalica Big
62/93
Big.Apuntes
Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 62 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
ESTADO DE CARGA
)1(75.02 LpgcpszNippE +++++=
TENSIONES ADMISIBLES COMPRESION
Elementos no atiesados Elementos atiesadosb 6.70 h 14.20
b/e 8.38 h/e 17.75
(b/e)c 13.656 (h/e)c 139.936
No hay Pandeo Local No hay Pandeo Local
La seccin escompacta.
1== as QQ 1=Q
Lx (m) 6 Ly (m) 6Kx 1 Ky 1x 92.976 y 161.249
max 161.249e 108.549 < 200 aOK
F.S. 1.917
Fcrit(Kg) 415.89fc(Kg) 140.886fc/Fc 0.3387 < 1.05 aOK
-
7/31/2019 Resumen Metalica Big
63/93
Big.Apuntes
Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 63 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
RESUMEN DE DISEO
Columna : HN 35x232
Columna spg : HN 30x128
Viga de techo : HN 50x192
Diagonal Vertical : TL 12.5x36.7
Diagonal Central : TL 12.5x36.7
Diagonal Techo : TL 15x44.5
Diagonal K : TL 8x14.1
Puntal Vertical : HN 15x25.52
Puntal techo : HN 15x25.52
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7/31/2019 Resumen Metalica Big
64/93
Big.Apuntes
Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 64 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
DISEO DE PLACA BASE Y PERNOS DE ANCLAJE
Consideraciones
Las fuerzas de compresin en las alas de la columna deben distribuirse por medio de una placa al medio soportante tal que lastensiones de aplastamiento estn bajo los valores admisibles.
La unin o anclaje de la placa base a la fundacin es importante en el anlisis del marco transversal para determinar su rigidezy grado de empotramiento, evaluar las caractersticas momento-giro del anclaje en su totalidad, incluyendo su placa base,
pernos de anclaje y la base de hormign.
I. PARA COLUMNAS DE VIENTO DE NAVE INDUSTRIAL
Solicitaciones de la columna: KgP 52.1577=
KgV 25.3931=
Por lo tanto, La placa base est sometida a las cargas:
Axial: KgP 52.1577=
Corte: KgV 25.3931=
Anlisis de Esfuerzo Axial
A) DATOSPERFIL: HN 35x124
Altura total viga cmH 35=
Ancho total de alas de la viga cmB 35=
Espesor de alas de viga cme 8.1= Espesor de planchas del alma cmt 1=
B) SUPUESTOS DE ANLISIS
- Se asume que las columnas estn cargadas en el centro.- La carga axial P se distribuye uniformemente en un rea A:
( ) ( ) bhnHnBA =++= )295.028.0
C) CLCULO DEL AREA DE LA PLACA
Del Manual ICHA (Tabla 18-1) se obtienen dimensiones recomendadas:
RH
RV
-
7/31/2019 Resumen Metalica Big
65/93
Big.Apuntes
Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 65 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
mmb 55= ; mmh 60= 23300cmhbA ==
mmnB =+ 28.0 mmn 5.13=
mmmB =+ 295.0 mmm 375.13= mn = diseo ptimo
D) VERIFICACIN DE LA PRESIN DE CONTACTO
La presin de contacto est dada por:2/478.0
3300
52.1577cmKg
A
PP ===
2
1 3300cmA =
Utilizando la expresin:'1' 7.035.0 CCC f
A
AfF =
Donde:
CF : capacidad de soporte o presin admisible entregado por el hormign.
A : Area de la placa base.
1A : Area del pedestal de hormign.
'
Cf : resistencia a la compresin del hormign a 28 das.
Usando un hormign H-25 se tiene un2' /174 cmkgfC = , y considerando que ambas reas son iguales, se tiene
finalmente:
2' /9.6035.0 cmKgfF CC ==
Se debe verificar que: CFP 22 /9.60/478.0 cmKgcmKg aOK
E) CLCULO DEL ESPESOR DE LA PLACA REQUERIDO
Se supone una placa con seccin de ancho unitario y con altura e que debe resistir un momento flector por unidad delongitud M, el cul se calcula mediante el anlisis de las 2 posibles fallas en la placa: falla de borde y falla en el centro.
i. Falla de borde
Se usa un modelo de viga en voladizo de ancho unitario y altura e.
2
12
1mPM mx =
cmcmKgM mx /758.4252.15772
1 21 ==
ii. Falla de centro
Se usa un modelo con empotramiento a lo largo del alma, simple apoyo a travs de las alas y libre en el otroextremo.
e
m n
0.95H
0.4B
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Big.Apuntes
Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 66 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
2
22
1nPM mx =
donde: cmtB
n 519.132.31
1
2 3=
+
=
;
( )541.0
22=
=
eH
tB
cmcmKgM mx /68.432 =
Luego, el momento de diseo estar dado por:
cmcmkgMMmxM mxmx /68.43; 21 ==
Se debe cumplir que:w
MFadm
Usando: mdulo resistente a flexin:6
2ew =
tensin admisible: == Yadm FF 75.0 (acero A-572,2/3518 cmKgFY = )
cmF
Me
Ymn
32.075.0
6=
=
Anlisis de Esfuerzo Cortante
A) DATOS
- Columna rotulada soportando un corte de kgV 25.3931= .
- Se utilizarn 2 pernos de acero A42-23 cuya tensin admisible al corte es de2/9204.0 cmKgFF YV == .
Fuerza de un perno: Kgn
V
Ri 625.1965==
B) CLCULO DEL DIMETRO DE LOS PERNOS
La resistencia al corte de cada perno es VFAV =1 , siendoA el rea de corte del perno, y se debe cumplir que:
iRV >1 2137.2 cm
F
RA
V
ireq ==
Usar 2 pernos de "4/3= cuya rea es de cm2.
-
7/31/2019 Resumen Metalica Big
67/93
Big.Apuntes
Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 67 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
C) VERIFICACIN DEL POSIBLE DESGARRAMIENTO DEL BORDE DEL PEDESTAL DE HORMIGN
Usando un pedestal de hormign :
mmd
na 50183502
>=++= aOK
La resistencia admisible al desgarramiento es:350
)74.029.0('
1
CfaV =
Para2' /174 cmKgfC = se tiene:
KgV 2.26221 =
iRV >1 aOK
-
7/31/2019 Resumen Metalica Big
68/93
Big.Apuntes
Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 68 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
II. PARA COLUMNA EMPOTRADA NAVE INDUSTRIAL
Antecedentes Generales
El momento M aplicado a la columna se puede expresar como unafuerza compresoraPCaplicada a una distancia e del centro de columna.
Si multiplicamos por el espesor de borde, en las cuales las tensiones
estn aplicadas, resulta una distribucin de fuerza en el espesor de la columna.Esta fuerza es transferida a la placa base.
Esta distribucin asume que los bordes de la columna estn
directamente soldados a la placa base.
En el caso de pernos de anclaje se tiene transmisin de esfuerzos a
travs de ellos para el caso6
he >
A) METODOLOGA DE ANLISIS
Supuesto: reaccin CPTR += est aplicada al plano del ala y existe
una distribucin triangular de presiones.
B) DATOS
Solicitaciones de la columna: KgP 51618=
KgV 3.5455=
KgM 39500=
cmex 77.0=
PERFIL HN35X232 (COLUMNA GALPN INDUSTRIAL)
Altura total viga cmH 35=
Ancho total de alas de la viga cmB 35=
Espesor de alas de viga cme 5.3=
Espesor de planchas del alma cmt 8.1=
C) COMPRESIN MXIMA DEL HORMIGN
= 0VF , CPTR += ,
como cfbuR = )3(2
1
2/56.613
)(2cmkg
bu
PTf CC =
+=
-
7/31/2019 Resumen Metalica Big
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Big.Apuntes
Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 69 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
Se debe cumplir CC Ff , donde fC: tensin en compresin max. del hormignFC: tensin admisible del hormign
Tomando momento c/r al tercio central del tringulo de presiones, donde acta la resultanteR :
= 0M , 02
95.0 =
+
HPMaT C kg
a
PHMT C 80833
475.0=
=
con mme
Ha 25.38502
=+ ; mma
u 13.192==
KgT 80833=
KgR 7.132450=
Tomando los valores que recomienda el Manual ICHA para las dimensiones b y h de la placa:
mmb 5.7= ; mmh 5.7= 25625cmhbA ==
y suponiendo2
1 6400cmA = se tiene:
2'1' /61.867.035.0 cmKgf
A
AfF CCC ==
2/56.61
3
)(2cmKg
bu
PTf CC =
+=
Luego, CC Ff aOK
D) CLCULO DEL ESPESOR DE LA PLACA
La seccin crtica se encuentra en el ala comprimida, y se modela del siguiente modo:
2
9
4ufM C = ;
6
2ew =
Se debe cumplir que:w
MFadm
tensin admisible: == Yadm FF 75.0 (acero A-572,2/3518 cmKgFY = )
cmF
ufe
Y
Cmn 77.4
75.09
24 2=
=
Se usar una placa de x x de e=48 mm
E) DISEO DE PERNOS DE ANCLAJE
Se usarn pernos A490, que tienen una tensin admisible de traccin de:2
/16006.0 cmKgFf Yt ==
e
fC
u
-
7/31/2019 Resumen Metalica Big
70/93
Big.Apuntes
Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 70 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
El esfuerzo de traccin T debe ser asumido por los pernos. As, cada perno tomar una carga de 23.269441 ==nTT
TFAT Yreq = 6.01 252.50 cmAreq =
Usando 3 pernos de dimetro "2=
se tiene:2
8.60 cmATOTAL =
reqTOTAL AA > aOK
Usar 3 pernos de "2= cuya rea es de 20.27 cm2.
El dimetro del agujero de la placa base es:mmcddh 645.05.63 =+=++ =
Diseo gancho
Para "2= : mmb 200=
mme 2.3=
mmgancho 330=
"3=tubo mmt 175=
-
7/31/2019 Resumen Metalica Big
71/93
Big.Apuntes
Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 71 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
DISEO UNION VIGA-VIGA (Con doble clip apernado apernado)
Puntal Techo HN 15x25.52 - Viga Techo HN 50x192 (Nave Industrial)
VIGA DE TECHO
PERFIL: HN 50x192
DIMENSIONES SECCION TIPO
Altura total viga cmH 50=
Ancho total de alas de la viga cmB 50=
Espesor de alas de viga cme 6.1=
Espesor de planchas del alma cmt 4.1=
PUNTAL VERTICAL Y DE TECHO
PERFIL: HN 15x25.52
DIMENSIONES SECCION TIPO
Altura total viga cmH 15=
Ancho total de alas de la viga cmB 15=
Espesor de alas de viga cme 8.0=
Espesor de planchas del alma cmt 6.0=
-
7/31/2019 Resumen Metalica Big
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Big.Apuntes
Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 72 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
Solicitacin
Fuerza de corte estimada en base a porcentaje de clculo pre-establecido:
Viga Ha : KgFeHtV yaaaaa 416.84854.0)2((%) ==
Viga Hb : KgFeHtV ybbbbb 808.691494.0)2((%) ==
% de clculo = 75 %
Clculo del Nmero de Pernos
Datos:Tipo de unin : Aplastamiento
Tipo de perno : A490
Dimetro del perno : '4
3=pd
Dimetro del agujero : cmcdd ph 06.216/14/3' =+=+=
Tensin adm. del perno :2/1600 cmKgFV =
Fuerza adm. al corte : KgFdV Vpa 735.91204
12
2==
Espacio mnimo entre pernos: cmds p 72.53min ==
Espacio elegido entre pernos: cms 6=
Nmero de Pernos:
Criterio por resistencia de pernos:
9.0(min)1 ==aV
VN
Criterio por aplastamiento alma de viga Ha :2/6.54872.1 cmKgFF up ==
4.1(min)2 =
=pap dtF
VN
Criterio por aplastamiento alma de viga Hb :2/6.54872.1 cmKgFF up ==
29.02
(min)3 =
=pbp dtF
VN
Nmero mnimo de pernos: 4.1;;max (min)3(min)2(min)1(min) == NNNN
Nmero elegido de pernos: 2=N
-
7/31/2019 Resumen Metalica Big
73/93
Big.Apuntes
Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 73 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
Clculo espesor de ngulo:
Considerando un perfil ngulo ICHA de 100x100x10 mm tenemos las siguientes dimensiones
Ancho total de ala cmba 8=
Ancho total de ala cmbb 8=
Espesor de ala cmt 8.0=
Gramil cmg 5.4=
Distancia al borde libre mnima: cmdL pVa 86.25.1min ==
Distancia al borde libre elegida: cmLVa 3=
Largo del ngulo:
cmeHL aaa 4.132(max) ==
cmLL aa 7.65.0 (max)(min) ==
cmLsNL Vaa 122)1( =+=
cmLLL aaa = (max)(min) aOK
Criterio fluencia en seccin bruta:
cmLFVt ay251.0
4.05.0(min)1 = =
Criterio corte en seccin neta:
cmdNLF
Vt
hau
393.0)(3.0
5.0(min)2 =
=
Criterio por falla de bloque de cizalle en la viga Ha:
[ ] [ ]{ }cm
FdgbddsNL
Vt
uhahhVa
309.02/)(5.05.0))(1(3.0
5.0(min)3 =
+
=
Criterio por falla de bloque de cizalle en la viga Ha:
[ ] [ ]{ }
cm
FdgbddsNL
Vt
uhbhhVa
309.0
2/)(5.05.0))(1(3.0
5.0(min)4 =
+
=
Criterio por aplastamiento:2/6.54872.1 cmKgFF up ==
cmNdF
Vt
pp
203.05.0
(min)5 =
=
Espesor mnimo de ngulos: { } cmtttt 393.0;;max (min)3(min)2(min)1(min) == Espesor elegido de ngulos: cmt 8.0=
ba
bb
g
t
-
7/31/2019 Resumen Metalica Big
74/93
Big.Apuntes
Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 74 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
Requerimientos AISC:
Para el espesor : mmtmm p 166 aOK
Para distancia al borde : cmmmtL pVa 6.9152;12minmax == aOK
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7/31/2019 Resumen Metalica Big
75/93
Big.Apuntes
Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 75 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
DISEO UNION VIGA-COLUMNA (Con doble clip apernado apernado)
Puntal Vertical HN 15x25.52 - Columna HN 35x232 (Nave Industrial)
PUNTAL VERTICAL
PERFIL: HN 15x25.52
DIMENSIONES SECCION TIPO
Altura total viga cmH 15=
Ancho total de alas de la viga cmB 15=
Espesor de alas de viga cme 8.0=
Espesor de planchas del alma cmt 6.0=
COLUMNA
PERFIL: HN 35X232
DIMENSIONES SECCION TIPO
Altura total viga cmH 35=
Ancho total de alas de la viga cmB 35=
Espesor de alas de viga cme 5.3=
Espesor de planchas del alma cmt 8.1=
Solicitacin
Fuerza de corte estimada en base a porcentaje de clculo pre-establecido:
Viga Ha : KgFeHtV yaaaaa 416.84854.0)2((%) ==
Viga Hb : KgFeHtV ybbbbb 16.531924.0)2((%) ==
% de clculo = 75 %
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7/31/2019 Resumen Metalica Big
76/93
Big.Apuntes
Diseo en Acero
Fecha: 06/2005 76 de 93
Preparo: E. Ishihara Aprob: c.b.g.
Clculo del Nmero de Pernos
Datos:Tipo de unin : Aplastamiento
Tipo de perno : A490
Dimetro del perno : '4
3=pd
Dimetro del agujero : cmcdd ph 06.216/14/3' =+=+=
Tensin adm. del perno :2
/1600 cmKgFV =
Fuerza adm. al corte : KgFdV Vpa 735.91204
12
2==
Espacio mnimo entre pernos: cmds p 72.53min ==
Espacio elegido entre pernos: cms 7=
Nmero de Pernos:
Criterio por resistencia de pernos:
9.02
(min)1 =
=aV
VN
Criterio por aplastamiento alma de viga :2/6.54872.1 cmKgFF up ==
4.1(min)2 =
=pap dtF
VN
Criterio por aplastamiento alma de columna :2/6.54872.1 cmKgFF up ==
23.02
(min)3 =
=pbp dtF
VN
Nmero mnimo de pernos: 4.1;;max (min)3(min)2(min)1(min) == NNNN
Nmero elegido de pernos: 2=N
Clculo espesor de ngulo:
Considerando un perfil ngulo ICHA de 100x100x10 mm tenemos las siguientes dimensiones
Ancho total de ala cmba 8=
Ancho total de ala cmbb 8