memoria de calculo de una cubierta metalica
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calculo y diseño de una cubierta metalica utilizando ram elements v10TRANSCRIPT
Memoria de Obra - Versin 2000.1
Memoria de Clculo
Memoria de Clculo
Memoria de Clculodiseo Estructural cubierta MetlicaProyecto:construccin tinglado campo deportivo facultad de Cs. y econmicasProyectista:Ing. edgardominguezmendozaZona:POCONASCalle:dos esquina Padilla s/nSucre, Octubre del 2012
SUPERFICIE CONSTRUIDA: 1589.81 m2
SUPERFICIE CALCULADA: 1589.81 m2
SUPERFICIE DEL LOTE:
DISTRITO: 06
MANZANO:94
N DE LOTE:01
VISADO POR:
SELLO SIB CH.
H.G.M. de SUCRE
NDICE
MEMORIA DE CLCULO1
1. Datos generales del proyecto1
2. Justificacin de la solucin estructural adoptada1
2.1. Cubierta Metlica...2
3. Caractersticas de los materiales6
3.1.Metodos de Calculo.
3.1.1Estructura de Acero en Perfiles..4
3.2 Calculo por Ordenador.....6
4. Caracteristicas de los Materiales a Usar6
4.1. Perfiles de Acero7
4.1.1. Acero6
4.1.2. Ensayos a realizar6
4.1.3. Ejecucin6
4.2. Limites de deformacin6
4.3. Analisis der Cargas6
4.4. Analisis de Cargas7
4.4.a Antecedentes
4.4.b Tipologia de Cerchas..7
4.4.c. Cargas Muertas.
4.4.d Cargas Vivas
1. Cargas por Mantenimineto y Servicio.....8
2. Carga por Granizo...8
Justificativo de la Solucin adoptada...10
Tensor de Acero12
3. Carga por accin del Viento13
5. Distribucin de Cargas sobre la Estructura..19
6. Mnsulas de Apoyo....21
ndiceMemoria de Obra
SIED . Memoria de Calculondice
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II
III
MEMORIA DE CLCULO
Datos generales del proyecto
El presente proyecto se concibe como laConstruccin Tinglado Campo Deportivo Facultad de Cs. yEconmicas perteneciente a la misma Facultad dependiente de la UNIVERSIDAD SAN FRANCISCO XAVIER DE CHUQUISACA, el proyecto se construir en los predios de dicha facultad ubicada en Calle Dos esquina Padilla s/n, junto a la escalinata de la calle final Padilla, sobre un lote de 4337.60 m2, donde se presentan ya construidos un grupo de 10 prticos que sustentan a las graderas del campo deportivo, denominada gradera existente.
El presente proyecto contempla el Diseo de los elementos estructurales de las nuevas graderas sustentadas en Prticos de Hormign Armado y el diseo de la estructura Metlica de Cubierta, dicho emplazamiento ubicado sobre 1589.81m2; cuya geometra representa una figura rectangular.
Justificacin de la solucin estructuraladoptada.
De acuerdo a los requerimientos especiales del proyecto Arquitectnico, y al contar con un grupo de prticos establecidos en el predio, el diseo y verificacin estructural est subordinado a este emplazamiento, de manera que la ubicacin de los prticos nuevos en nmero de 10 se desarrollaran siguiendo esta geometra de ubicacin.
La consecuencia ms desfavorable resulta la evaluacin de solicitaciones y cubierta metlica para no alterar la estabilidad del juego de prticos ya construidos, esta limitante subordina la eleccin de perfiles, dimensionamiento y peso de la seleccin adoptada.
Otro problema a resolver resulta en la determinacin y control de las solicitaciones de acciones horizontales generadas por la cubierta metlica la cual debe ser resistida directamente por los prticos, las cuales deberan actuar directamente sobre las columnas de los prticos ya existentes, de los cuales no se proporcion informacin alguna del concepto de diseo original, motivo por el cual se estableci un nuevo anlisis considerando el conjunto de columnas y prticos totales con los datos requeridos proporcionados por la unidad solicitante con la orden de proceder para el inicio de los trabajos de la consultora ; estas acciones horizontales deben ser las menores posibles y de ser necesario anularlas, mediante la ubicacin de tensores de acero, para eliminar la posibilidad de sobre cargar a los prticos existentes.
La solucin se encar como un sistema estructural Tridimensional de la Cubierta Metlica sustentada por Prticos, que llegan a transmitir sus esfuerzos hasta el suelo mediante Fundaciones aisladas.
La cubierta metlica se apoyara a los prticos mediante anclajes metlicos especiales.
Cubierta Metlica
De acuerdo a los planos Arquitectnicos del proyecto se establece la geometra bsica de la Cubierta Metlica del Coliseo de la facultad de Economa.
El diseo de la estructura se llevo a cabo con la modulacin de sistema de Prticos en 3D.
El mtodo desarrollado para establecer el Clculo estructural de la Cubierta Metlica se origino siguiendo los siguientes pasos:
Modelacin de Prticos Principales.
Modelacin de Estructura Metlica de Cubierta.
Definicin de Acciones de Cargas. Segn Recomendaciones de la Norma CBH-87- LRFD para estructura de acero (Ver Tabla Adjunta).
Introduccin de datos al Simulador estructural RAMAVANCE.
Corrido del simulador, verificaciones y obtencin de resultados.
Diseo de Armadura de Perfiles de acero que cumplan las funciones de Cordn Superior, inferior, piezas diagonales y tornapuntas .
Definicin de las solicitaciones para el diseo de la mnsula de apoyo, que ligar la carga de reaccin de la cercha hacia las columnas de apoyo de los prticos.
Diseo de los elementos formadores de la mnsula.
Verificacin de la mnsula de apoyo
Diseo de correas de soporte de cubierta.
Verificacin de las piezas estructurales en conjunto.
Anlisis de requerimientos para el diseo del Tensor Horizontal.
Diseo del Tensor y su tesador.
Descripcin grafica mediante un Flujo grama del proceso de clculo estructural del proyecto Cubierta de Coliseo Facultad de Economa USFX
ESQUEMA GEOMETRICO DE LA ESTRUCTURA
SOBRECARGAS DE USO
CARGA VIVA.
-GRANIZO
-VIENTO.
-MANTENIMIENTO
CARGAS PERMANENTES
CARGA MUERTA
HIPTESIS DE CARGA SEGN LRFD
CALCULO ESTRUCTURAL
CALCULO DE SECCIONES
Comprobacin
Dimensionamiento
PLANOS DE DETALLE
OK
Caractersticas de los materiales-
Los materiales considerados en la evaluacin del presente Calculo estructural, contienen el modulo principales el de Acero en forma de perfiles, con las siguientes caractersticas particulares:
MODULO DE PERFILES DE ACERO
Perfiles conformados en frio con resistencia nominal de acero A-36.
Tensin de Fluencia2530 kg- cm2
Tensin de Ruptura.4077 kg cm2.
Tipo de soldadura considerada ser realizada por arco elctrico mediante MIG-MAG, de alambre continuo y proteccin de gas de Dixido de carbono.
Mtodo de clculoEstructura de Acero en Perfiles.
En el rea del diseo de Acero se siguen las recomendaciones de la norma LRFD, Para el presente diseo de la cubierta con perfiles de acero, se establecen por criterio del proyectista las siguientes combinaciones de cargas:
que sugiere
Combinacin
c1 = CM + CV
c2 = 1,2CM + 1,6CV
c3 = 1,2CM + 1,6CV + 0,5E
c4 = 1,2CM + 1,6CV + 0,8W+ 0,5E
Donde:
CM = Carga muerta.
CV = Carga viva.
E = Carga de granizo.
W = Carga de viento.
Con la informacin establecida y las combinaciones de carga se obtendrn los diagramas envolventes para cada esfuerzo y trabajar con las solicitaciones extremas que generen mayores esfuerzos solicitantes.
Para el dimensionado de los soportes se comprueban para todas las combinaciones definidas.
DESPIECE DE UNIONES PRINCIPALES
UNION COMPACTA
Clculos por Ordenador
Para la obtencin de las solicitaciones y dimensionado de los elementos estructurales, se ha dispuesto de un programa informtico de ordenador Ramavance 9, el cual expresa los resultados mostrados en Anexo.
Caractersticas de los materiales a utilizar
Los materiales a utilizar as como las caractersticas definitorias de los mismos, niveles de control previstos, as como los coeficientes de seguridad, se indican en el siguiente cuadro:
Perfiles de Acero.
Acero
Toda la obra
Correas
Cerchas
Mnsulas
Otros
Designacin del Acero de Perfiles
A-36
A-36
A-36
A-36
A-36
Tensin De Ruptura fu(kg/cm2)
4077
4077
4077
4077
4077
Nivel de Control Previsto
Constante
Constante
Constante
Constante
Coeficiente de Minoracin
De acuerdo LRFD
De acuerdo LRFD
De acuerdo LRFD
De acuerdo LRFD
Modulo de elasticidad del acero Es (Klb/Plg2)
29000
29000
29000
29000
29000
4.1.2Ensayos a realizar
Los Perfiles de Acero seleccionados de acuerdo a los niveles de control previstos, sern sometidos a ensayos de dureza principalmente de acuerdo a recomendaciones en la norma LRFD. Todo material de acero deber contar con el certificado del fabricante.
lmites de deformacin
Lmites de deformacin de la estructura. El clculo de deformaciones es un clculo de estados lmites de utilizacin con las cargas de servicio.
Para el clculo de las flechas se ha tenido en cuenta tanto el proceso constructivo, como las condiciones ambientales, de acuerdo a unas condiciones habituales de la prctica constructiva en piezas de acero.
Por tanto, a partir de estos supuestos se estiman los coeficientes de fluencia pertinentes para la determinacin de la flecha.
En los elementos de acero de perfiles metlicos se establecen los siguientes lmites:
f L/300; para cordones principales.
Anlisis de Cargas
Se establecen como solicitaciones importantes en la evaluacin de cargas, las gravitatorias representadas por el peso propio de cada elemento Carga Muerta y las sobrecargas de uso constituidas como acciones de carga Viva las cuales sern descritas abundantemente en los siguientes acpites:
En vista de lo especial de la Cubierta Metlica se establecen las siguientes consideraciones :
ANTECEDENTES.
La evaluacin de cargas resulta el factor fundamental en el Anlisis Estructural de la Estructura Metlica de Cubierta de la Facultad de Economa; se establece como modelacin estructural un sistema tridimensional, el cual se traduce en la transmisin de las reacciones de los apoyos de las Cerchas de cubierta hacia los Prticos de las graderas.
Estas cargas definirn las dimensiones y armadura necesaria para reforzar dichos prticos, resaltando que se encuentran ya construidos prticos y graderas en un lado de la cancha deportiva, los cuales no deben ser afectados con las cargas de llegada de las Cerchas de cubierta; constituyndose este hecho en el principal reto a ser verificado por la Consultora.
Se debe destacar con el temor de ser redundantes; que en el mencionado proyecto se cuenta con un grupo de 10 prticos existentes de la primera fase, los cuales definen la linealidad de los prticos gemelos a construirse frente a ellos; el total de prticos son 10 por cada lado, el anlisis estructural generado verifico los resultados obtenidos, con los cuales se certifica que los elementos de hormign armado construidos anteriormente cumplen con los requerimientos de resistencia mnima para su buen desarrollo y evitar problemas estructurales que comprometan la estabilidad de la estructura, bajo este criterio y al contar con los resultados se pudo evidenciar que el prtico construido en la 1era Fase cuenta con armadura y dimensiones establecidas resistentes que no pueden cambiarse, por lo tanto se busc la mejor alternativa para mantener los prticos existentes sin alteracin como ser la implementacin de los cordones de acero a manera de tensores longitudinales ubicados estratgicamente para as asegurar la estabilidad y resistencia de los prticos existentes.
Con la informacin obtenida se generaron los prticos nuevos, los cuales constituyen la sustentacin de la Cubierta Metlica (Ver Planos).
4.4.b TIPOLOGIA DE CERCHAS .-Los prticos deben recibir a las Cerchas que forman la cubierta del Coliseo, estos puntos de contacto coinciden con las columnas receptoras distribuidas en 8 cerchas TIPO I y 4 Cerchas TIPO II, esta diferencia de cerchas se halla solo en la altura de cada una de ellas:
Cercha Tipo I altura mxima de flecha 8.00 mts.
Cercha Tipo II altura mxima de flecha 8.60 mts.
Esta diferencia de alturas se debe al requerimiento arquitectnico de los acabados de cubierta los cuales se muestran en proyecto arquitectnico; despus de un exhaustivo anlisis de estabilidad y de equilibrio se establecieron como alternativa practica la posibilidad de contar con solo dos alturas en Cerchas y no tres que eran los solicitados.
La seleccin de los materiales a usar y los perfiles estructurales seleccionados se establecen de acuerdo a requerimiento estructural y su presencia en el mercado local, para as precautelar el desarrollo constructivo del proyecto.
4.4.c CARGAS MUERTAS:
1) Peso propio de la Cerchas
2) Peso de las correas - Costaneras
3) Peso del material de cobertura de cubierta
Las cargas muertas son cargas de magnitud constante que permanecen fijas en un mismo lugar, estas son el peso propio de la estructura y otras permanentemente unidas a esta.
Para trabajar en la estructura metlica y con perfiles metlicos se establece como material formador del mismo acero A-36 Ksi (Tensin de fluencia 2530 kg cm2 y tensin de ruptura 4077 kg cm2 el cual deber contar con el Certificado de calidad de la empresa proveedora del mismo, al contar con estas piezas, se tomar una muestra de la misma en la cual se ensayaran a la ruptura, para aprobar dichos elementos, para su inclusin en el proceso de Construccin.
1)Peso propio de las Cerchas.
Este peso ser considerado automticamente por el programa de anlisis estructural Ramadvance 9.0
2)Peso propio de las Correas- Costaneras
Las costaneras o correas dobles requeridas tienen la funcin de ser elementos ligantes entre las cerchas y son parte de la distribucin de cargas hacia las cerchas, con este mecanismos nos aseguramos el transmitir las cargas de peso de cobertura, viento y granizo hacia las cerchas de sostenimiento, el peso propio ser calculado por el programa Ramavance.
3)Cargas por peso del material de la cubierta
Como material constituyente de la cobertura de la cubierta, se eligi calamina galvanizada N28 por reunir las siguientes caractersticas: disponibilidad en el mercado nacional y local, bajos costos, facilidad de instalacin, resistencia mecnica, posibilidad de ser pintada y de sencillo mantenimiento.
Cada espacio de cobertura se apoya entre los elementos costanera (correas), entonces cada hoja de calamina va a estar apoyada sobre 2 largueros.
Por tanto, la carga a considerar debida el material es:
Carga por peso de calamina = 12.00 Kg/m
4.4.d. CARGAS VIVAS
1) Cargas de mantenimiento- servicio
2) Cargas por granizo
3) Cargas por viento
Las cargas vivas son aquellas que pueden cambiar de lugar y magnitud. Dicho simplemente, todas las cargas que no son muertas, son vivas.
Las cargas vivas que actan en la estructura de la cubierta son las siguientes:
1) Carga por mantenimiento- Servicio
Dentro del grupo de cargas vivas se considera como carga eventual del personal de limpieza y mantenimiento, el cual consistira en la limpieza de la superficie de la cubierta, el repintado de los elementos de la estructura y algn otro trabajo que se necesite realizar sobre la cubierta.
Se considerar el peso de un obrero promedio aproximadamente de , el cual llevara un equipo y herramientas para ejecutar el trabajo, as como tambin material.
Se debe considerar que en ningn momento se contar con esta carga de manera repartida sobre cada metro cuadrado de cubierta, esta solicitacin es eventual y no necesariamente repartida en toda el rea, por esta consideracin se establece una reduccin de la misma de 50%.
Carga por mantenimiento = 35.00 Kg/m
De a cuerdo a este anlisis la distribucin de sta carga a las respectivas correas se definir por:
0.035ton (1.58mt)= 0.056ton/mt2.
Donde 1.58 es la distancia promedio entre correas.
2) Granizo (S)
En primera instancia se estableci el siguiente criterio de anlisis:
En nuestro departamento sufre peridicamente de granizadas las cuales pueden ser acumuladas en cubiertas si estas no presentan un eficiente sistema de evacuacin de aguas pluviales de acuerdo a los informes de SENAMIse conto con las sobrecargas de uso, las cuales fueron adoptadas se acuerdo a estos datos, se considera en la estructura cubierta.G = 900 kg/m3
Granizo h=0.08m(altura promedio segn dato de SENAMI)
G =72 kg/m2
Segn Norma CIRSOC: Indica claramente que el valor de la carga de granizo sobre la cubierta ser dada por:
Donde:
Ps (Carga de Granizo con pendiente)
Pf (Carga de Granizo sobre cubierta plana)
Pg (Carga de Granizo a nivel del terreno plano)
Cs (Factor de pendiente)
Ce (Factor de exposicin)
Ct (Factor trmico)
I (Factor de importancia)
Para Cerchas Curvas tenemos segn la Normativa CIRSOC:
Para un promedio 30 Cs = 0.59 :
Para asegurar un factor de seguridad del 20 %, se estima una carga de granizo actuante espordica de 35 kgr por metros cuadrado
De a cuerdo a este anlisis la distribucin de sta carga a las respectivas correas se definir por :
0.035ton (1.58mt)= 0.056ton/mt2.(Presin sobre la cubierta).
JUSTIFICACION DE LA SOLUCION ADOPTADA
Para establecer el valor del diseo en carga de Granizo se ejercitaron varias alternativas una de ellas RESULTARIA LA MAS DESFAVORABLE pero irreal en la cubierta planteada,es la siguiente una altura de acumulacin de granizo de 12 cm, en superficie plana presentada de manera espordica en nuestra ciudad.
IMPORTANTE.- Se debe destacar que este ensayo se practica con la suposicin que la carga de granizo acumulada en una superficie se reparte idealmente como una superficie plana donde de 12 cm; hecho que no se cumple en la cubierta, puesto que por su geometra en ningn momento se contar con una acumulacin de granizo de esta altura:
estableciendo este requerimiento considerando que sobre la superficie de la cubierta .
Granizo h=0.12m(altura promedio de informeSENAMI)
G =108 kg/m2
Para un promedio 30 Cs = 0.59 :
Tomando en cuenta una carga de granizo de 12 cm, tenemos un valor de 40 kg/m2
Lo que equivale a 0.0634 kg/ml por correa:
Carga adoptada y repartida sobre la correa que es el elemento que discretica la carga hacia las cerchas de cubierta de 40 kilogramos por metro cuadrado, mayorando esta accin con un 40%, se llega a una reparticin de 56 Kg por metro e introduciendo al simulador como accin de granizo se tendr;.
Con los resultados obtenido de la evaluacin del simulador se nota en el grafico de arriba las verificaciones el diseo de la estructura como satisfactoria, a pesar de haber incrementado la carga de granizo como se haba sugerido; hecho que no da la seguridad de la solucin adoptada y la solicitacin planteada nos parece acertada.
En el grafico se muestra que el elemento tensor requiere resistir una solicitacin mxima de 8.5 ton, como accin de traccin.
Para absorber esta solicitacin se plantea la ubicacin de un Tensor de acero en forma de cable, el cual debe controlar esta accin de tensin.
La tensin en este cable es importante para realizar el control de acciones de llegada a las columnas de Prticos existentes y prticos nuevos, este tensor anula la accin provocada por las cargas de cubierta y por consiguiente se asegurar la estabilidad del conjunto estructural Prtico Cubierta.
A continuacin se establece el Diseo del Tensor de Acero.
TENSOR DE ACERO
Para eliminar la accin horizontal provocada en las Cerchas y en vista de no poder contar con la alternativa de mejorar de ser necesario las columnas de los prticos ya construidos; se establece la necesidad de ubicar un tensor de acero.
En la imagen siguiente se muestra la solicitacin del cable necesario que llega a una tensin registrada de 8.51 ton como mxima solicitacin de las combinaciones establecidas.
De acuerdo a este requerimiento se establece la necesidad de contar con un cable de acero que resista esta accin axial, investigando en el mercado local se establece la seleccin adecuada del tipo de cable requerido que debe contar con las siguientes ventajas:
Colocacin sencilla sobre las cerchas metlicas,
Aplicacin sencilla de pre tesado del mismo.
Mecanismo simple de tesado peridico y de control de tesado.
Resistencia al esfuerzo axial de por lo menos el doble del requerimiento.
Despus de esta evaluacin de necesidades se adoptada un tensor de 16 mm, el cual cumple con los requerimientos establecidos con un rango de seguridad del 89%. Mayores detalles se hallan en el cuadro siguiente de capacidad de ruptura de cables con alma de acero(extractado de Catalogo de Acero en cables de TECHNOV): Ver Anexo
La solicitacin mostrada de 16.20 tons. Para 5/8(16 mm) de dimetro del cable. Lo que vale decir un factor
de seguridad de 190% (16.20/8.51*100 =190%)
La comprobacin del diseo nos registra un resultado satisfactorio.
JUSTIFICACIN DE UBICACIN DE TENSOR:
La ubicacin del Tensor a 11.25m medido desde el nivel de piso terminado en campo deportivo, no puede ser modificada,
En vista de los resultados obtenidos por exigencias arquitectnicas del proyecto., de ser reubicado a una posicin ms alta, no cumple con la condicin de reducir
acciones horizontales y por ende la accin controlada desbalance a la columna de recepcin del prtico.
NOTA.-Una recomendacin importante en el diseo es el de considerar una adecuada evacuacin de granizo sobre la superficie de la cubierta, este proceso de eliminacin de granizo se debe controlar mediante la pendiente de las canaletas de plancha metlica de ancho mnimo de 60 cm que deben verificar el desahogo de aguas pluviales y los bajantes pluviales de con dimetros mnimosque aseguren un rea de evacuacin de por lo menos 30.5 cm2, estas bajantes debern estar firmemente adosados a dichos canales recolectores.
FORMA DE SUJECIN DEL TENSOR
Mecanismos de Unin por Soldadura:
Las pruebas han mostrado que las soldaduras de filete son ms resistentes a la tensin y a la compresin que al corte, de manera que los esfuerzos determinantes en soldaduras de filete que se establecen en las especificaciones para soldadura, son esfuerzos de corte.
El esfuerzo en una soldadura se considera igual a la carga P dividida entre el rea de la garganta efectiva de la soldadura.
Para establecer la sujecin firme del este tensor con la estructura de perfiles de acero del Cordn Inferior de la Cercha Perfil Canal 75x100x4 mm se usara una perfil angular 2.5x2.5x1/4 plg (6.35x6.35x0.6 cm) con rea Bruta = 1.18 plg2 = 7.61 cm2, que se ubica a todo lo largo del ancho del perfil (100mm),ubicado con las caras hacia el perfil, esta unin se desarrollar mediante soldadura de electrodo de E70, con est unin se desarrolla formando un canal por donde pasara el cable de 16 mm, como se muestra en la imagen.
Verificacin de soldadura:
La solicitacin real es 8.51 ton, por seguridad se eleva este valor con un factor de 1.90 de seguridad, elevando la solicitacin a 16.20 Ton.
Se tendr una solicitacin de 16.20 ton/mts = 162 Kgr/cm
.te= 0.707 * (7/16/) = 0.309 plg.
Longitud Requerida de Soldadura de filete:
Se deber soldar a todo lo largo del perfil Angular.
De acuerdo a los resultados la soldadura de filete es lo suficientemente resistente para la unin planteada.
Angular 2.5 x2.5x1/4 plg (6.35x6.35x0.6 cm)
Para formar las mnsulas metlicas se requiere de perfiles metlicos angulares 2.5 x2.5x plg(Ag= 1.18 plg2) , proporcionados por empresas importadoras de acero, las cuales debern presentar certificados de calidad especificando la resistencia de perfiles que se acomode a la siguiente especificacin:
Perfiles conformados en frio con resistencia nominal de acero A-36.
Tensin de Fluencia2530 kg- cm2
Tensin de Ruptura.4077 kg cm2.
Para verificar las caractersticas de los perfiles antes de su aplicacin en la construccin de las ganchos de sujecin sern ensayadas a tensin de ruptura en un laboratorio certificado para el propsito.
Soldadura Arco.
Para unir los perfiles de acero de la estructura principal (Cercha y todos sus componentes) ser por arco elctrico mediante MIG-MAG, de alambre continuo y proteccin de gas de Dixido de carbono.
La soldadura se desarrollara mediante unin de filete.
CONEXIONES SOLDADAS
La soldadura es un proceso en el que se unen partes metlicas mediante el calentamiento de sus superficies a un estado plstico, permitiendo que las partes fluyan y se unan con o sin la adicin de otro metal fluido.
El proceso de soldadura se basa en las recomendaciones especificadas en la AWS(American WeldingSociety) que hacen de la inspeccin de la soldadura un problema menos difcil.
Ventajas de la soldadura
Clasificacin de las soldaduras:
Se basan en el tipo de soldadura realizada, posicin de la soldadura y tipo de soldadura.
Tipos de Soldadura.- Son de Filete y Ranura tambin se tiene soldaduras de Tapn y Muesca que no son comunes en el trabajo estructural.
Las soldaduras de Filete resultan ser dbiles en comparacin que las soldaduras de Ranura; sin embargo la mayora de las conexiones estructurales se realizan con soldaduras de Filete.
Posicin
Todo soldado estructural se realiza manualmente, con el equipo recomendado y con los materiales de unin requeridos.
Verificacin de Resistencia de la Soldadura usada.-
La resistencia de diseo de una soldadura especfica se toma como el menor valor de:
a) La resistencia nominal de la soldadura por cortante (Fw.)
b) Resistencia nominal del material base (FBM.)
De acuerdo a la informacin establecida en el cuadro siguiente, extractado del Manual de Diseo en Acero LRFD, del American Institute of Steel Construction AISC.
En el captulo especifico de Soldadura,se enuncia que las soldaduras de filete no deben disearse con un esfuerzo mayor que el esfuerzo de diseo de los miembros adyacentes a la conexin.
Si la fuerza externa aplicada al miembro (tensin o compresin) es paralela al eje de soldadura, la resistencia de diseo de est no debe exceder de la resistencia de diseo axial del elemento.
Por ende la resistencia de diseo por cortante de miembros conectados se evalan:
Donde:
= 0.75 Fn= 0.60 x Fu Ans= rea neta sujeta a Cortante
Para las soldaduras de filete la resistencia nominal por esfuerzo en el rea efectiva de la soldadura es .
Donde: = es la resistencia por clasificacin del metal base.
Los electrodos para la soldadura por arco protegido se designan como E60XX, E70XX, etc. Este sistema de clasificacin la letra E significa electrodo y los dos primeros dgitos (como 60 o 70) indican la resistencia mnima a la tensin de la soldadura en unidades . Los dgitos restantes la posicin para soldar, corriente, polaridad, etc.,
En este proyecto se utiliza soldadura E70XX
Esta ubicacin se establece en los planos de detalle de los tensores.
3)Carga por viento
El viento crea una carga dinmica sobre un edificio. Estas fuerzas cambiantes actan en cualquier direccin y duran desde una fraccin de segundo hasta varios minutos; pueden ser desde muy pequeas e incluso alcanzar una magnitud destructiva.
A pesar que las rfagasdel viento puede provenir de cualquier direccin y seguir una diversidad de cursos, desde inclinados a horizontales, e incluso verticales ascendentes o descendentes sobre la fachada de un edificio, por lo general se acepta que el viento se debe tratar como un movimiento horizontal de la masa de aire. No obstante este movimiento horizontal de aire puede causar presiones y fuerzas sobre estructuras, actuando en cualquier direccin.
Las cargas de viento en muchos casos llegan a ser trascendentales para las cubiertas con fuertes pendientes, su determinacin depende de muchos factores, varios de los cuales se basan en investigaciones realizadas por muchos aos.
El anlisis se lo realizar tomando como referencia el Cdigo ANSI A58.1, el cual nos proporciona datos, tablas y ecuaciones necesarias para la determinacin de estas cargas.
Determinacin Bsica del viento
La velocidad bsica del viento, proporcionado por el Servicio Nacional de Meteorologa SENAMHI para Sucre es .
Determinacin de Coeficiente de Importancia
La Norma nos da valores tabulados de este coeficiente de acuerdo a su importancia y uso, y subdivide las estructuras en cuatro categoras, que estn a continuacin:
Categora I: Edificaciones y estructuras relacionadas cuya falla implica bajo riesgo para la vida humana incluyendo pero no limitado a facilidades rurales, de almacenaje o temporales.
Categora II: Edificaciones de ocupacin normal pblicas o privadas (no incluidas en las categoras I, III o IV).
Categora III: Facilidades de alto riesgo o edificaciones de alta ocupacin pblicas o privadas.
Categora IV: Facilidades esenciales.
Se asigna un Factor de Importancia I a cada categora de la siguiente manera:
Tabla N 1 (Cdigo ANSI)
Se obtiene el valor de I = 1.00, que designa para edificaciones de ocupacin normal pblicas o privadas.
Determinacin el coeficiente de exposicin a la presin de la velocidad (Kz)
Se calcula en funcin de con la frmula:
La Norma ASCE, (ASCE-7-98, artculo 6.5.6.1) nos define cuatro Categoras de Exposicin (A, B, C y D), los cuales son:
Exposicin A. Grandes centros urbanos con al menos 50% de las edificaciones con alturas mayores a 21m.
Exposicin B. reas urbanas y suburbanas, reas boscosas, otros terrenos con varias obstrucciones espaciadas cercanamente que tienen el tamao de viviendas familiares individuales o ms grandes.
Exposicin C. Terrenos abiertos con obstrucciones dispersas que tienen alturas menores de 9 m.
Exposicin D. reas planas sin obstrucciones expuestas al flujo del viento desde el ocano abierto a una distancia de 1.6 km. Se extiende 460 m tierra adentro.
Para nuestro caso, tomaremos la exposicin B, que se refiere a reas urbanas y suburbanas, reas boscosas, otros terrenos con varias obstrucciones espaciadas cercanamente que tienen el tamao de viviendas familiares individuales o ms grandes.
Para una altura promedia del techo h=11.0 m=36.5 pies, la Norma ASCE 7-98, en la siguiente tabla, nos da los valores de Kz en funcin a la categora de exposicin. As tenemos:
Coeficientes de la Presin de Velocidad Kz
Por lo tanto, interpolando de la tabla anterior y sabiendo la categora a la cual pertenece nuestra estructura, tenemos el valor de Kz:
Determinacin de la presin de velocidad qz
Determinacin del Factor de Rfaga Gh
Para determinar el valor de Ghrecurrimos a la siguiente tabla, y encontramos el valor para una altura promedio dela Cercha mas alta de h = 36.5 pies- 11.38 mts.
Tabla N 8 (Cdigo ANSI)
Interpolando tenemos el siguiente valor:
Determinacin de los coeficientes de presin externa (Cp)
Coeficientes de presin de cubierta Cp
Como h/l=1 y tenemos que:
Techo barlovento:Cp= -0.9
Techo a sotavento:Cp= 0.7
Presiones para las fuerzas externas:
Techo a barlovento:
P1 = qzGhCp
P1 = 2.48*1.47*(-0.9)
P1 = -3.28 lb/pie2 (Produce succin)
Techo a sotavento:
P2 = qzGhCp
P2 = 2.48*1.47*(0.70)
P2 = 2.55 lb/pie2 (Produce presin)
Determinacin de los efectos de las presin interna
Como el edificio es de un solo piso, se determina los efectos de la presin interna, mediante el coeficiente de rfaga y la presin interna combinadas y considerando que slo hay aberturas menores en el edificio: GCpi= 0.25
La presin interna ser:P=qnGCpi = 0.25 (2.48)= 0.62 lb/pie2
Combinacin de los efectos de las fuerzas externas y el efecto interno
Techo a barlovento:
P1 = -3.28 + 0.62= -2.66 lb/pie2
P2 = -3.280.62= -3.90lb/pie2 = - 19.08 Kg/m
Techo a sotavento:
P1 = 2.550.62= 1.93 lb/pie2
P2 = 2.55 + 0.62= 3.17 lb/pie2 = + 15.51 Kg/m
De acuerdo a los resultados se admite una solicitacin de Viento de 20 kg por metro cuadrado.
De a cuerdo a este anlisis la distribucin de esta carga a las correas se definir por:
0.02ton (1.58mt)= 0.0136ton/mt2.(Positivo Sotavento y negativo Barlovento).
Para establecer una simulacin racional de la accin del Viento en el software de diseo se estableci la presencia de dos acciones de carga en lados opuestos de la cubierta, de manera que una mitad de la seccin transversal sea sometida a la accin de succin y la otra mitad a la accin de presin respectivamente, de esta manera se establece un modelo lo ms real posible bajo la accin de viento; a pesar que la geometra adoptada de cubierta presenta una seccin aerodinmica ventajosa.
5 DISTRIBUCIN DE CARGAS SOBRE LA ESTRUCTURA
El cargado de la estructura, estar en funcin al rea de accin que la circunda; es decir, que como tenemos cargas superficiales, debemos linealizar las mismas, para que se encuentren distribuidas sobre las cerchas correspondientes.
Como podemos observar en la figura anterior, se disponen las cerchas, a una separacin de 4.40 m; adems, vale mencionar, que las solicitaciones antes analizadas sern repartidas hacia las correas de sustentacin que deben soportar las accionesde las mismas y retransmitirlas a las cerchas en su cordn superior, las correas se hallan aproximadamente a 1.25 mts entres si, estas solicitaciones se hallan discretisadas de acuerdo a su origen y cargadas en el software, para as formar las diferentes combinaciones de cargas de anlisis a que se utilizarn en la simulacin estructural apoyada por software especializados
6. MENSULA METALICA DE APOYO
Para asegurar la transmisin de solicitaciones de las reacciones de la Cercha de cubierta hacia los elementos de sujecin principal, las columnas de los prticos, se establecern mnsulas de perfiles de acero reforzadas con planchas metlicas como la mostrada en la siguiente imagen.
Se debe aclarar que estos elementos se hallan firmemente unidos a las columnas de prticos mediante pernos de encarne formando as un sistema rgido de anclaje lateral, mostrado en los detalles de planos .
El diseo de estas piezas se baso en los resultados de las solicitaciones de llegada a estas mnsulas provenientes de las acciones de carga de la cubierta metlica que en resumen tienen un mximo de 5.5 toneladas en la combinacin ms desfavorable, como se ver en la siguiente imagen los dems valores no superan esta accin dato que resulta de inicio para establecer la seleccin de los perfiles formadores de la estructura de mnsula.
IMPORTANTE :De acuerdo a los resultados obtenidos, se cuenta con la solicitacin ms desfavorable en la combinacin C3= 1.2Cm+1.6CV+0.5E ; los valores mas altos representan a la distribucin sobre la mnsula repartida en dos nudos.
Por consiguiente se asume como carga mxima de llegada a la mnsula de soporte igual a 5 ton.
Resultados del Anlisis
Reacciones
Direcciones de fuerzas y momentos positivos
Fuerzas [Ton]Momentos [Ton*m]
NudoFXFYFZMXMYMZ
Estado C1=CM+CV
62-2.183533.120080.000000.000000.000000.00000
640.653640.619730.000000.000000.000000.00000
650.26999-0.953320.000000.000000.000000.00000
135-2.067403.214170.000000.000000.000000.00000
1370.30064-1.087200.000000.000000.000000.00000
1390.718180.611980.000000.000000.000000.00000
203-5.014335.741350.000000.000000.000000.00000
205-0.034630.552930.000000.000000.000000.00000
207-0.038370.933460.000000.000000.000000.00000
271-5.014335.741350.000000.000000.000000.00000
273-0.034630.552930.000000.000000.000000.00000
275-0.038370.933460.000000.000000.000000.00000
339-2.067403.214170.000000.000000.000000.00000
3410.30064-1.087200.000000.000000.000000.00000
3430.718180.611980.000000.000000.000000.00000
404-5.371425.665260.000000.000000.000000.00000
406-0.102010.916870.000000.000000.000000.00000
407-0.060110.656420.000000.000000.000000.00000
472-5.312415.617730.000000.000000.000000.00000
474-0.088330.911170.000000.000000.000000.00000
475-0.054130.627020.000000.000000.000000.00000
540-2.148603.091690.000000.000000.000000.00000
5420.661600.616280.000000.000000.000000.00000
5430.27348-0.970540.000000.000000.000000.00000
608-2.148603.091690.000000.000000.000000.00000
6100.661600.616280.000000.000000.000000.00000
6110.27348-0.970540.000000.000000.000000.00000
676-5.312415.617730.000000.000000.000000.00000
678-0.088330.911170.000000.000000.000000.00000
679-0.054130.627020.000000.000000.000000.00000
804-5.371425.665260.000000.000000.000000.00000
806-2.183533.120080.000000.000000.000000.00000
808-0.102010.916870.000000.000000.000000.00000
8090.653640.619730.000000.000000.000000.00000
810-0.060110.656420.000000.000000.000000.00000
8120.26999-0.953320.000000.000000.000000.00000
SUM-39.1954459.770190.000000.000000.000000.00000
Estado C2=1.2CM+1.6CV
62-3.068074.095640.000000.000000.000000.00000
640.675310.783280.000000.000000.000000.00000
650.27644-0.914550.000000.000000.000000.00000
135-2.881984.195350.000000.000000.000000.00000
1370.31408-1.078450.000000.000000.000000.00000
1390.756230.776290.000000.000000.000000.00000
203-7.216387.908930.000000.000000.000000.00000
205-0.177991.329930.000000.000000.000000.00000
207-0.354751.248850.000000.000000.000000.00000
271-7.216387.908930.000000.000000.000000.00000
273-0.177991.329930.000000.000000.000000.00000
275-0.354751.248850.000000.000000.000000.00000
339-2.881984.195350.000000.000000.000000.00000
3410.31408-1.078450.000000.000000.000000.00000
3430.756230.776290.000000.000000.000000.00000
404-7.756817.834970.000000.000000.000000.00000
406-0.434811.219940.000000.000000.000000.00000
407-0.208211.450010.000000.000000.000000.00000
472-7.669997.765160.000000.000000.000000.00000
474-0.414691.211570.000000.000000.000000.00000
475-0.199431.406810.000000.000000.000000.00000
540-3.016704.053920.000000.000000.000000.00000
5420.687000.778200.000000.000000.000000.00000
5430.28156-0.939820.000000.000000.000000.00000
608-3.016704.053920.000000.000000.000000.00000
6100.687000.778200.000000.000000.000000.00000
6110.28156-0.939820.000000.000000.000000.00000
676-7.669997.765160.000000.000000.000000.00000
678-0.414691.211570.000000.000000.000000.00000
679-0.199431.406810.000000.000000.000000.00000
804-7.756817.834970.000000.000000.000000.00000
806-3.068074.095640.000000.000000.000000.00000
808-0.434811.219940.000000.000000.000000.00000
8090.675310.783280.000000.000000.000000.00000
810-0.208211.450010.000000.000000.000000.00000
8120.27644-0.914550.000000.000000.000000.00000
SUM-60.8183986.252080.000000.000000.000000.00000
Estado C3=1.2CM+1.6CV+0.5E
62-3.899194.763790.000000.000000.000000.00000
640.486870.857810.000000.000000.000000.00000
650.19464-0.525730.000000.000000.000000.00000
135-3.633354.845680.000000.000000.000000.00000
1370.23347-0.693930.000000.000000.000000.00000
1390.573140.855150.000000.000000.000000.00000
203-9.111089.534160.000000.000000.000000.00000
205-0.388062.350290.000000.000000.000000.00000
207-0.831741.451590.000000.000000.000000.00000
271-9.111089.534160.000000.000000.000000.00000
273-0.388062.350290.000000.000000.000000.00000
275-0.831741.451590.000000.000000.000000.00000
339-3.633354.845680.000000.000000.000000.00000
3410.23347-0.693930.000000.000000.000000.00000
3430.573140.855150.000000.000000.000000.00000
404-9.825019.484300.000000.000000.000000.00000
406-0.917331.408680.000000.000000.000000.00000
407-0.417692.463820.000000.000000.000000.00000
472-9.715269.396190.000000.000000.000000.00000
474-0.891871.398130.000000.000000.000000.00000
475-0.406602.409200.000000.000000.000000.00000
540-3.834294.711120.000000.000000.000000.00000
5420.501640.851400.000000.000000.000000.00000
5430.20111-0.557650.000000.000000.000000.00000
608-3.834294.711120.000000.000000.000000.00000
6100.501640.851400.000000.000000.000000.00000
6110.20111-0.557650.000000.000000.000000.00000
676-9.715269.396190.000000.000000.000000.00000
678-0.891871.398130.000000.000000.000000.00000
679-0.406602.409200.000000.000000.000000.00000
804-9.825019.484300.000000.000000.000000.00000
806-3.899194.763790.000000.000000.000000.00000
808-0.917331.408680.000000.000000.000000.00000
8090.486870.857810.000000.000000.000000.00000
810-0.417692.463820.000000.000000.000000.00000
8120.19464-0.525730.000000.000000.000000.00000
SUM-83.36117110.008040.000000.000000.000000.00000
Estado C4=1.2CM+1.6CV+0.8W+0.5E
62-3.693613.986040.000000.000000.000000.00000
64-0.151780.710400.000000.000000.000000.00000
65-0.073510.537280.000000.000000.000000.00000
135-3.395094.015720.000000.000000.000000.00000
137-0.042690.408780.000000.000000.000000.00000
139-0.076550.724790.000000.000000.000000.00000
203-8.516987.261980.000000.000000.000000.00000
205-1.171175.486420.000000.000000.000000.00000
207-2.685651.080430.000000.000000.000000.00000
271-8.516987.261980.000000.000000.000000.00000
273-1.171175.486420.000000.000000.000000.00000
275-2.685651.080430.000000.000000.000000.00000
339-3.395094.015720.000000.000000.000000.00000
341-0.042690.408780.000000.000000.000000.00000
343-0.076550.724790.000000.000000.000000.00000
404-9.321897.371820.000000.000000.000000.00000
406-2.720240.993940.000000.000000.000000.00000
407-1.170025.455470.000000.000000.000000.00000
472-9.216767.306960.000000.000000.000000.00000
474-2.673770.988200.000000.000000.000000.00000
475-1.150245.366130.000000.000000.000000.00000
540-3.630443.945760.000000.000000.000000.00000
542-0.125290.706700.000000.000000.000000.00000
543-0.062140.486020.000000.000000.000000.00000
608-3.630443.945760.000000.000000.000000.00000
610-0.125290.706700.000000.000000.000000.00000
611-0.062140.486020.000000.000000.000000.00000
676-9.216767.306960.000000.000000.000000.00000
678-2.673770.988200.000000.000000.000000.00000
679-1.150245.366130.000000.000000.000000.00000
804-9.321897.371820.000000.000000.000000.00000
806-3.693613.986040.000000.000000.000000.00000
808-2.720240.993940.000000.000000.000000.00000
809-0.151780.710400.000000.000000.000000.00000
810-1.170025.455470.000000.000000.000000.00000
812-0.073510.537280.000000.000000.000000.00000
SUM-99.75564113.665670.000000.000000.000000.00000
Despus de la simulacin establecida se define la geometra de los perfiles formadores de la mnsula de apoyo en columnas, las cuales cumplen satisfactoriamente con los requerimientos establecidos.
Memoria preparada por Edgar Domnguez Mendoza.
Registro Nacional de Ingeniera 11909.
18
17
Kg
75
(
)
2
/
44
.
29
72
1
1
9
,
0
7
,
0
59
.
0
m
Kg
Ps
Ps
=
=
(
)
2
/
14
.
40
108
1
1
9
,
0
7
,
0
59
.
0
m
Kg
Ps
Ps
=
=
75 mm
100 mm
Angulo 2.5 x2.5x1/4
Cable 16mm(Tensor)
SOLDADURA DE FILETE
SOLDADURA DE MUESCA
SOLDAD0 HORIZONTAL
SOLDAD0 VERTICAL
h
Km
/
75
h
Km
V
75
=
h
milla
V
/
54
.
40
=
Categora de UsoFactor de Importancia I
I0.87
II1.00
III1.15
IV1.15
00
.
1
=
I
Z
q
Z
K
(
)
2
00256
.
0
IV
K
q
Z
Z
=
(
)
2
43
.
41
00
.
1
00256
.
0
=
Z
Z
K
q
Z
Z
K
q
=
39
.
4
564
.
0
=
Z
K
39
.
4
564
.
0
=
Z
q
2
/
48
.
2
pie
lb
q
Z
=
Exposicin AExposicin BExposicin CExposicin D
0-152.61.651.321.15
202.201.591.291.14
252.091.541.271.13
302.011.511.261.12
401.881.461.231.11
501.791.421.211.10
601.731.391.201.09
701.671.361.191.08
801.631.341.181.08
901.591.321.171.07
1001.561.311.161.07
1201.501.281.151.06
1401.461.261.141.05
1601.431.241.131.05
1801.401.231.121.04
2001.371.211.111.04
2501.321.191.101.03
3001.281.161.091.02
3501.251.151.081.02
4001.221.131.071.01
4501.201.121.061.01
5001.181.111.061.00
Altura sobre el nivel
del suelo "Z" (pies)
G
h
47
.
1
=
h
G
17
=
q
010 a 152030405060Sotavento