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UNIVERSIDAD DEL BÍO-BÍO

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPTO. DE INGENIERÍA CIVIL

Entrega N° 2 – Diseño de estructuras metálicas.

ANÁLISIS DE MARCO

PLANO

Integrantes: Esteban Salas V.

Manuel Quintana S.

Angelo Sandoval M.

Profesor: Oscar Gutierrez Asignatura: Diseño de estructuras metálicas Fecha: 30 de Mayo de 2012

Ingeniería Civil Diseño de estructuras metálicas. _____________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________ 2

ÍNDICE

1.- INTRODUCCIÓN ........................................................................................................ 3

2.- OBJETIVOS ................................................................................................................. 4

2.1.- Generales ................................................................................................................... 4

3.- GENERALIDADES. .................................................................................................... 5 3.1.- Ubicación................................................................................................................... 5

3.2.- Fines de uso. .............................................................................................................. 5 3.3.- Descripción. ............................................................................................................... 5

4.-ESTRUCTURACION.................................................................................................... 6

4.1.- Marcos. ...................................................................................................................... 6 4.2.- Costanera. .................................................................................................................. 6

4.3.- Espaciamiento. ........................................................................................................... 7

5.- CRITERIOS DE DISEÑO. ........................................................................................... 7 5.1.- Carga de peso propio.................................................................................................. 7

5.2.- Sobrecarga. ................................................................................................................ 7 5.3.- Costanera. .................................................................................................................. 8 5.4.- Carga de viento marco plano. ..................................................................................... 8

5.4.1- Carga de viento estructura 3D (Longitudinal). ........................................................ 11 5.5.- Fuerzas puntuales sobre viga reticulada. ................................................................... 13

5.6.- Análisis Sísmico. ..................................................................................................... 14 5.6.1.- Coeficiente Sísmico. ............................................................................................. 14

5.6.2.- Factor de importancia. ........................................................................................... 15 5.6.3.- Peso sísmico. ........................................................................................................ 15

6.- COMBINACIONES. .................................................................................................. 16

7.- MODELACIÓN. ........................................................................................................ 17

8.- CONTROL DE DEFORMACIONES ......................................................................... 18

9.- CONTROL DE TENSIONES. .................................................................................... 23

10.- PESO ESTRUCTURA. ............................................................................................. 44

11.- UNIONES ................................................................................................................ 44

11.1.- Unión en el hombro................................................................................................ 44 11.2.- Unión Viga reticulada - Columna. .......................................................................... 48

12.- CONCLUSIONES. ................................................................................................... 51

13.- BIBLIOGRAFIA. ..................................................................................................... 52


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1.- INTRODUCCIÓN

En el presente informe se muestra la modelación y análisis para la estructura

3D, de acuerdo al control de deformaciones que exige la normativa vigente y la verificación de los esfuerzos actuantes en cada elemento en relación a su capacidad. Los resultados que se entregan se obtuvieron a través de la modelación en RAM en conjunto con cálculos realizados en planilla Excel. También se añaden cálculos de las uniones columna- enrejado y de hombro.


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2.- OBJETIVOS

2.1.- Generales

Verificación de arriostramientos verticales y horizontales. Verificación de las columnas de viento. Verificación deformaciones longitudinales. Análisis de sismo longitudinal

Análisis de viento longitudinal Verificación de vigas puntales. Unión viga reticulada – columna Unión hombro.


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3.- GENERALIDADES.

3.1.- Ubicación.

La estructura que se diseñara en este informe es un galpón. La ubicación geográfica

de este galpón es en la zona céntrica de concepción.

3.2.- Fines de uso.

La estructura de acero se compone de dos áreas, una destinada a oficinas y la otra

para bodega, ambas conformadas por marcos.

3.3.- Descripción.

Materialidad:

La estructura de todo el galpón será apernada, compuesta de perfiles de acero A42-27ES (enrejado) y A36 (columnas y vigas).

Concepción de la geometría: La techumbre de la bodega se compone de una cubierta tipo PV6 de espesor

0,5(mm), mientras que por el lado de la oficina una cubierta tipo Kover Panel de espesor 50(mm).

El largo de la estructura es 60 (m), y sus dimensiones básicas se muestran en el

siguiente esquema:

Imagen 1 - Esquema del galpón bodega-oficina


______________________________________________________________________________________________ 6

4.-ESTRUCTURACION.

4.1.- Marcos.

El marco con que se diseñará la bodega se compone de los siguientes elementos:

2 columnas laminadas IPE 450, y su longitud requerida es de 7 (m). 2 vigas laminadas IPE 400, y su longitud requerida es de 12,5 (m), que se

unirán en la cumbrera a los 9 m. El marco con que se diseñará la oficina compone de los siguientes elementos:

1 columna laminada IPE 450, y su longitud requerida es de 4 (m). 1 viga reticulada que contará en su estructura con perfiles C 150x50x2 para la

cuerda superior e inferior, a excepción de el extremo inferior izquierdo, donde se utilizará un perfil C 150x50x4. El largo total requerido para cada cuerdas es de 8,25 (m) de longitud. Los perfiles para diagonales y montantes serán C2L 50x50x2 espaciados cada 4.6 [cm], sus longitudes serán 0,96(m) y 0,5(m) respectivamente.

OBS: la verificación del cordón superior e inferior se encuentra en el Anexo.

Imagen 2 – espaciamiento y largo montantes.

4.2.- Costanera.

En lo que respecta a las costaneras se usará:

Perfil tipo canal Ca 200x50x15x2(mm), de acero, con calidad A42-27ES, las cuales tienen un largo normal de 6(m).


______________________________________________________________________________________________ 7

4.3.- Espaciamiento.

Los marcos estarán espaciados cada 7,5 (m) a lo largo de los 60 (m) que presenta

el galpón en su totalidad, por lo cual concluimos que el galpón contará con un total de 9 marcos, tanto para el sector de oficina como bodega.

En el techo de la bodega, habrán 8 costaneras, con un espaciamiento de 1,8(m);

mientras que en el techo de la oficina, habrán 6 costaneras, con un espaciamiento de 1,65(m).

5.- CRITERIOS DE DISEÑO.

5.1.- Carga de peso propio.

Para realizar el cálculo de la carga de peso propio es necesario tener claro qué

tipo de cubierta se utilizara tanto para la bodega como para la oficina.

Cubierta oficina: Kover Panel 50[mm]

Cubierta bodega: PV6 de 0,5[mm] Por lo tanto a través de www.instapanel.cl (catalogo_instapanel) se obtienen los pesos que poseen las cubiertas mencionadas anteriormente.

Cubierta oficina: 9[kg/m2]

Cubierta bodega: 5,03[kg/m2] Para obtener la carga lineal es necesario multiplicar el peso por la distancia que existe entre los marcos (7,5[m]).

Cubierta oficina: 9[kg/m2]*7,5[m]=67,5[kg/m]

Cubierta bodega: 5,03[kg/m2]*7,5[m]=37,73[kg/m]

5.2.- Sobrecarga.

El cálculo de la sobrecarga de uso para techumbre según la NCH 1537, (tabla

3 - cargas de uso reducidas uniformemente distribuidas para techos) requiere de la siguiente información:

Las pendientes de ambas techumbres a través de las dimensiones que posee

esta misma.

Pendiente techo oficina: 25% Pendiente techo bodega: 16%


______________________________________________________________________________________________ 8

Las áreas tributarias de ambas techumbres, las cuales se calculan de la siguiente forma largo de la viga por el espaciamiento entre marcos.

Área tributaria oficina: 8,246[m]*7,5[m]=61,84[m2]

Área tributaria bodega: 12,658[m]*7,5[m]=94,94[m2]

Luego las cargas de uso reducidas obtenidas son:

Oficina: 0,3[kpa]=30,61[kg/m2] Bodega: 0,39[kpa]=39,79[kg/m2]

Finalmente las cargas lineales generadas sobre el marco son:

Oficina: 30,61[kg/m2]*7,5[m]=229,575[kg/m] Bodega: 39,79[kg/m2]*7,5[m]=298,425[kg/m]

5.3.- Costanera.

Se utilizará como costanera un perfil Ca200*50*15*2 para ambas techumbres (bodega y oficina). La carga lineal que genera sobre el marco se calculó a en función el siguiente criterio:

Carga de la costanera oficina:

Carga de la costanera bodega:

5.4.- Carga de viento marco plano.

De acuerdo a la norma de viento NCH 432 (tabla 1 – Presión básica para diferentes alturas sobre el suelo), y en función de la altura media a la que se encuentra cada elemento se obtuvieron las siguientes presiones básicas:


______________________________________________________________________________________________ 9

Tabla 1 – Presiones básicas para cada elemento

OBS: los cálculos detallados se encuentran en el Anexo

Imagen 3 – Asignación de vértices.

OBS: para realizar los cálculos de presiones básicas se consideró la altura a la mitad del tramo afectado, ya que, de esta forma se busca no sobredimensionar la estructura.

Finalmente las fuerzas lineales que genera el viento sobre el marco plano, de acuerdo a la NCH 432 son:

Tramo Altura[m] Presión Básica [kg/m^2]

O-A 2 57.66

A-B 5 61.66

B-C 6.5 63.66

C-D y D-E 8 65.66

E-F 3.5 59.66


______________________________________________________________________________________________ 10

Tramo Carga de viento [kg/m]

O-A 345,96

A-B -50,72

B-C 381,96

C-D -103,51

D-E 196

E-F 178,98


O-A 172,98

A-B 184,98

B-C 190,98

C-D 196,98

D-E -103,51

E-F 357,96

Imagen 4 - coeficiente de empuje (NCH 432).

Tabla 2 – Carga lineal del viento hacia la derecha.

Tabla 3 – Carga lineal del viento hacia la izquierda.


______________________________________________________________________________________________ 11

5.4.1- Carga de viento estructura 3D (Longitudinal).

Imagen 5 – Asignación de vértices

De acuerdo a la norma de viento NCH 432 (tabla 4 – Presión básica para diferentes alturas sobre el suelo), y en función de la altura media a la que se encuentra cada elemento se obtuvieron las siguientes presiones básicas:

Tabla 4 – Presiones básicas para cada elemento

Cargas lineales de viento longitudinal por compresión en columnas de marco frontal

Tramo AO

Los demás cálculos se encuentran en el anexo, solo se muestra una tabla

resumen de las cargas lineales.

Tramo Altura [m] Presion Basica [kg/m^2]

A-O 2 57.66

B-C 2.5 58.33

D-E y L-M 3.5 59.66

F-G y J-K 4 60.33

H-I 4.5 61


______________________________________________________________________________________________ 12

Tabla 5 – Cargas lineales marco plano frontal.

Cargas lineales de viento longitudinal por succión en columnas de marco

posterior

Tramo AO

Los demás cálculos se encuentran en el anexo, solo se muestra una tabla

resumen de las cargas lineales.

Cargas lineales de viento longitudinal por succión en techumbre y laterales

Tramo AO


A-O 46,13

B-C 93,33

D-E 122,31

F-G 150,84

H-I 152,5

J-K 150,84

L-M 74,58


A-O 92,26

B-C 186,66

D-E 244,61

F-G 301,68

H-I 305

J-K 301,68

L-M 149,15


______________________________________________________________________________________________ 13

Los demás cálculos se encuentran en el anexo, solo se muestra una tabla resumen de las cargas lineales.

OBS: Cabe destacar, que para los marcos extremos, la carga es la mitad de la

del resto de los marcos, debido a la menor área tributaria que le corresponde, obviando mostrar dicho valor en el informe.

5.5.- Fuerzas puntuales sobre viga reticulada.

Para la viga reticulada las cargas se aplicaron de forma puntual en sus nudos, en función del siguiente cálculo:

Los resultados son los siguientes:


O-A 172,98

A-X 104,98

X-E 190,98

E-I 196,98

I-M 196,98

M-L 178,98


______________________________________________________________________________________________ 14

5.6.- Análisis Sísmico.

Para el cálculo sísmico se utiliza la norma NCH 2369, a través de la cual se

obtienen distintos parámetros que servirán para obtener la carga basal a la que es sometida la estructura en el caso de ocurrir un sismo. Es de importancia tener claro que la zona sísmica donde se encuentra dispuesta la estructura es la III y además de ello el suelo es del tipo II.

C = coeficiente sísmico I = coeficiente de importancia P = Peso total del edificio

5.6.1.- Coeficiente Sísmico.

El coeficiente sísmico posee los siguientes parámetros:

Ao = Aceleración efectiva máxima, depende de la zona sísmica (III) lo que entrega un valor de 0.4g

T´,n = parámetros relativos al suelo de fundación (suelo tipo II), T´=0,35[s] y n=1.35. T = periodo fundamental de la estructura, para determinar este valor es necesario utilizar la siguiente fórmula:

h = altura en metros. Ct = 0.0853 Para pórticos de acero resistente a momento Ct = 0.0731 Para pórticos de hormigón armado resistente a momentos y estructuras arriostradas excéntricamente.

Ct = 0.0488 para todas las demás edificaciones.

R = Factor de modificación de la respuesta, se considera que es una nave liviana de satisface las condiciones del punto 11.2.1 de la NCH 2369. Por lo tanto el valor de R es igual a 4. ξ = razón de amortiguamiento, la estructura posee marcos de acero con uniones en terreno apernadas con o sin arriostramiento. Por lo tanto ξ = 0.03

Por lo tanto el valor del coeficiente sísmico al evaluarlo en la formula que se encuentra en el punto 5.3.3 de la NCH 2369 es:


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Pero se debe tener en cuenta que existe un coeficiente sísmico mínimo y máximo los cuales son respetivamente 0,1 y 0.27. Lo que indica que el valor a utilizar será el calculado, es decir 0.248.

5.6.2.- Factor de importancia.

Este factor depende de la categoría del edificio, en este caso pertenece a la categoría 2, por lo tanto:

5.6.3.- Peso sísmico.

De acuerdo al punto 5.1.3 de la NCH 2369 el coeficiente de reducción de la Sobre Carga es cero, puesto que sólo existe Sobre Carga de techo, por lo tanto se tiene:

Luego:

Esta carga basal es dividida por 8 permitiendo poder distribuirlo en puntos

específicos de la estructura. Por lo tanto:

OBS: La distribución de las fuerzas sísmicas se muestran en el Anexo.

Las fuerzas sísmicas dispuestas en la estructura 3D, poseen el mismo valor

(96.2 kg) puesto que antes se había repartido el peso de la estructura solo en el marco plano.


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6.- COMBINACIONES.

Para realizar las combinaciones de carga se utilizo la norma NCH 3171, en

seguida se muestra cada una de las combinaciones que fueron ingresadas al programa RAM:

Son 15 combinaciones de carga, puesto que se considero sismo y viento por el lado izquierdo como también por el lado derecho. No se realizo la segunda combinación ya que es solamente de peso propio al igual que la primera.

Para la estructura 3D se agregaron las cargas de viento longitudinal y sismo

longitudinal por lo cual se añaden nuevas combinaciones de carga las cuales se muestran enseguida.

Finalmente se añaden 6 combinaciones de carga, ya que se considero sismo y

viento longitudinal, lo cual nos lleva a tener 21 combinaciones de carga considerando las

utilizadas para el marco plano.


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7.- MODELACIÓN.

Apoyos: Los apoyos utilizados corresponden a empotramientos, ya que de de

acuerdo a la geometría y dimensiones del galpón, así como también a las características geométricas de los perfiles utilizados, son los que entregan un mejor resultado, puesto que permiten utilizar perfiles más pequeños en comparación a otros tipos de apoyo sin sobrepasar las deformaciones establecidas por la norma.

Imagen 6 – Apoyos empotrados del galpón y oficina.

Rotulas: Estas se utilizaron en la cercha, ya que la principal características de los enrejados es que no traspasan momentos, sino que solamente son capaces de traspasar esfuerzos de compresión y tracción.

Imagen 7 – Rotulas en las diagonales de la oficina


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Imagen 8 – Rotulas en las montantes de la oficina

Columnas: Los elementos verticales poseen un perfil IPE 450 (alma llena y sección recta). Las columnas se pueden apreciar en la imagen 1.

Vigas: Los elementos Horizontales poseen un perfil IPE 400 (alma llena y sección

recta). Las vigas se pueden apreciar en la imagen 1. Cuerdas superior e inferior: Toda la cuerda superior posee un perfil canal

150*50*2, mientras que en la cuerda inferior el primer elemento de izquierda a derecha posee un perfil canal 150*50*4 y los restantes elementos posee un perfil canal 150*50*2.

Diagonales y montantes: Todos estos miembros son perfiles C2L espaciados a

4.6 [cm].

8.- CONTROL DE DEFORMACIONES

Para el control de deformaciones se utiliza la NCH 2369 en donde se especifica que las deformaciones máximas horizontales no pueden superar el valor de 0.015*h las deformaciones máximas verticales de los hombros y cumbrera del galpón (nudo 4, nudo5 y nudo 6) quedan controladas por L/300, en el caso de la cercha (nudo 2) queda controlada por L/700.


______________________________________________________________________________________________ 19

Imagen 9 – Nudos sometidos a estudios de deformaciones

La imagen anterior permite visualizar los nudos que serán sometidos al estudio de deformaciones, la elección de estos es porque el nudo 5 (cumbrera) es el que posee mayor altura y por ende está sujeto a mayores deformaciones así como también ocurre con el nudo 4 y 6 (hombro) que sería el segundo nudo de mayor altura.

También se estudia el nudo 2 para ver el efecto del enrejado sobre la columna. La siguientes tablas muestran que las deformaciones máximas permisibles no son sobrepasadas de acuerdo a la normativa vigente, por lo tanto, este primer criterio de diseño se cumple.

OBS: las deformaciones del eje x e y se obtuvieron de los reportes entregados

por RAM.


______________________________________________________________________________________________ 20

Tabla 6 - verificaciones de deformaciones verticales y horizontales Nudo 4 y 5

eje x [cm] eje y [cm]

4 -0.095 -0.0074 Cumple

5 0.258 -2.296 Cumple

4 -0.328 -0.022 Cumple

5 0.875 -7.802 Cumple

4 -0.270 -0.018 Cumple

5 0.721 -6.426 Cumple

4 0.371 -0.002 Cumple

5 0.351 0.154 Cumple

4 -0.782 0.002 Cumple

5 -0.653 -0.893 Cumple

4 0.05 -0.007 Cumple

5 0.412 -2.341 Cumple

4 -0.238 -0.007 Cumple

5 0.108 -2.259 Cumple

4 0.08 -0.01532 Cumple

5 0.791 -4.588 Cumple

4 -0.785 -0.011 Cumple

5 0.037 -5.374 Cumple

4 0.013 -0.007 Cumple

5 0.374 -2.330 Cumple

4 -0.202 -0.007 Cumple

5 0.146 -2.268 Cumple

4 0.409 0.0001 Cumple

5 0.248 1.072 Cumple

4 -0.744 0.005 Cumple

5 -0.757 0.024 Cumple

4 0.088 -0.004 Cumple

5 0.309 -1.422 Cumple

4 -0.199 -0.004 Cumple

5 0.005 -1.340 Cumple

Estado

Comb 6bd

Comb 6bi

Comb 7d

Comb 7i

Comb 8d

Comb 8i

Comb 5ad

Comb 5ai

Comb 5bd

Comb 5bi

Comb 6ad

Comb 6ai

deformacionescombinacionNudo

Comb 1

Comb 3

Comb 4


______________________________________________________________________________________________ 21

Tabla 7 - verificaciones de deformaciones verticales y horizontales Nudo 2 y 6


2 -0.125 -0.0017 Cumple

6 0.612 -0.0066 Cumple

2 -0.433 -0.0048 Cumple

6 2.079 -0.0203 Cumple

2 -0.356 -0.004 Cumple

6 1.712 -0.0169 Cumple

2 0.279 -0.0003 Cumple

6 0.332 0.0011 Cumple

2 -0.557 -0.0009 Cumple

6 -0.524 -0.008 Cumple

2 -0.016 -0.0014 Cumple

6 0.779 -0.0067 Cumple

2 -0.235 -0.0019 Cumple

6 0.445 -0.0065 Cumple

2 -0.052 -0.003 Cumple

6 1.502 -0.011 Cumple

2 -0.682 -0.003 Cumple

6 0.859 -0.017 Cumple

2 -0.043 -0.001 Cumple

6 0.737 -0.006 Cumple

2 -0.207 -0.002 Cumple

6 0.487 -0.006 Cumple

2 0.329 0.0003 Cumple

6 0.087 0.003 Cumple

2 -0.506 -0.0003 Cumple

6 -0.769 -0.0054 Cumple

2 0.034 -0.0007 Cumple

6 0.534 -0.004 Cumple

2 -0.184 -0.001 Cumple

6 0.2002 -0.003 Cumple

Comb 7d

Comb 7i

Comb 8d

Comb 8i

Comb 5bi

Comb 6ad

Comb 6ai

Comb 6bd

Comb 6bi

Comb 3

Comb 4

Comb 5ad

Comb 5ai

Comb 5bd

Nudo combinaciondeformaciones

Estado

Comb 1


______________________________________________________________________________________________ 22

Las deformaciones longitudinales son mayores en el primer marco ya que el viento es quien provoca esto, a través de la combinación de carga comb 6al (la combinación con viento longitudinal).

Imagen 10 – Marco con mayores deformaciones longitudinales

Tabla 8 - verificaciones de deformaciones Longitudinales Nudos 2, 4, 5, 6, 29 y 30.

OBS: No se colocaron en la tabla otras combinaciones, puesto que la

combinación 6 de viento longitudinal (eje z) es quien provocaba las mayores deformaciones. Entendiendo así que todos los nudos de los marcos que van hacia atrás poseen cumplen con las deformaciones establecidas por la normativa.

2 Cumple

4 Cumple

5 Cumple

6 Cumple

29 Cumple

30 Cumple

eje z

-0.0035

-0.136

-0.411

-0.021Comb 6 al

-0.266

-0.209

combinaciondeformaciones

EstadoNudo


______________________________________________________________________________________________ 23

Las deformaciones que existen entre la columna de viento y la viga de alma llena para la comb 3 (más desfavorable) son las siguientes:

Tabla 9 - verificaciones de deformaciones en el eje x e y en Nudos 29 y 30.

9.- CONTROL DE TENSIONES.

La verificación de los esfuerzos actuantes en relación a la capacidad del elemento se realizó en base al método de diseño ASD. Los resultados fueron positivos, es decir, que las vigas, columnas y los elementos de la viga reticulada (diagonales, montantes, cordón superior e inferior), cumplen holgadamente ante las solicitaciones. Cabe destacar que esta gran diferencia entre capacidad y solicitaciones se debe a que la dimensión de la sección de los perfiles utilizados quedó condicionada por el control de deformaciones exigido por la normativa vigente.

OBS: los esfuerzos solicitantes se obtuvieron de los reportes entregados por

RAM.

Imagen 11 – Verificación de capacidad de vigas y columnas.

Columnas: Miembro 1

- Columna IPE 450 - Material Acero A36 - Combinación más desfavorable (Comb 6ai), combinación con viento por

izquierda.


29 0.272 -0.022 Cumple

30 0.315 -0.018 Cumple

Nudo combinaciondeformaciones

Estado

Comb 3


______________________________________________________________________________________________ 24

Imagen 12 – Flexión Imagen 13 – Axiales Imagen 14 – Corte

Miembro 2

- Columna IPE 450 - Material Acero A36

- Combinación más desfavorable (Comb 3)

Imagen 15 – Flexión Imagen 16 – Axiales Imagen 17 – Corte


______________________________________________________________________________________________ 25

Miembro 5

- Columna IPE 450 - Material Acero A36

- Combinación más desfavorable (Comb 3)

Imagen 18 – Flexión Imagen 19 – Axiales Imagen 20 – Corte Miembro 45

- Viga IPE 400 - Material Acero A36 - Combinación más desfavorable (Comb 3)

Imagen 21 – Flexión


______________________________________________________________________________________________ 26

Imagen 22 – Axiales

Imagen 23 – Corte

Miembro 3




______________________________________________________________________________________________ 27


Imagen 26 – Corte

Miembro 4




______________________________________________________________________________________________ 28


Imagen 29 – Corte

Miembro 46




______________________________________________________________________________________________ 29

Miembro Msol [ton*m] Mn [ton*m] Verificación Psol [kg] Pn [kg] Verificación Efecto PΔ Flexocomp. Verificacion

46 17.95 19.82 Cumple 5829 37107 Cumple No Importante 0.984 Cumple




5 17.95 25.8 Cumple 5978 24638 Cumple Importante 0,857 Cumple

2 15.44 25.8 Cumple 7289 24638 Cumple Importante 0.824 Cumple

1 10.09 25.8 Cumple 2731 72272 Cumple No Importante 0.410 CumpleCo

lum

na

VERIFICACIÓN DE CAPACIDAD

Flexión Compresion Flexocompresion

Vig

a

Bo

de

ga


Imagen 32 – Corte

Los resultados del control de tensiones se muestran a continuación:

Tabla 10 – Verificación de capacidad.


______________________________________________________________________________________________ 30

Imagen 33 – Verificación de capacidad de columnas de viento y vigas puntales

Miembro 93 (columna de viento frontal)

- Viga IPE 240 - Material Acero A36 - Combinación más desfavorable (Comb 7L), posee viento longitudinal.

Imagen 34 – Flexión Imagen 34 – corte Imagen 36 – axial


______________________________________________________________________________________________ 31


- Viga IPE 330 - Material Acero A36

- Combinación más desfavorable (Comb 5al), posee viento longitudinal.

Imagen 37 – Flexión Imagen 38 – corte Imagen 39 – axial Miembro 95 (columna de viento frontal)

- Viga IPE 330 - Material Acero A36 - Combinación más desfavorable (Comb 5al), posee viento longitudinal.

Imagen 40 – Flexión Imagen 41 – corte Imagen 42 - axial


______________________________________________________________________________________________ 32


- Viga IPE 330

- Material Acero A36 Combinación más desfavorable (Comb 5al), posee viento longitudinal

Imagen 43 – Flexión Imagen 44 – corte Imagen 45 - Axial Miembro 143 (columna de viento posterior)

- Viga IPE 240

- Material Acero A36 Combinación más desfavorable (Comb 7L), posee viento longitudinal

Imagen 46 – Flexión Imagen 47 – corte Imagen 48 – axial


______________________________________________________________________________________________ 33

Miembro 144 (columna de viento posterior)

- Viga IPE 330

- Material Acero A36 Combinación más desfavorable (Comb 5al), posee viento longitudinal

Imagen 49 – Flexión Imagen 50 – Corte Imagen 51 – Axial



Combinación más desfavorable (Comb 5al), posee viento longitudinal

Imagen 52 – Flexión Imagen 53 – Corte Imagen 54 - Axial


______________________________________________________________________________________________ 34



Combinación más desfavorable (Comb 5al), posee viento longitudinal

Imagen 55 – Flexión Imagen 56 – Corte Imagen 57 – Axial

Tabla 11 – Verificación de capacidad columna de viento.


93 0,48 6,16 Cumple 513 26692 Cumple No Importante 0.758 Cumple

143 0,24 6,16 Cumple 391 32953 Cumple No Importante 0,075 Cumple







Co

lum

nas

de

vie

nto




______________________________________________________________________________________________ 35

Vigas puntales:

Imagen 58 – localización de miembros en el enrejado.

La viga puntal que se encuentra más solicitada es la de la cumbrera (miembro

439) solamente se verifica este, ya que, cumpliendo este, también cumplirán todos los demás.

El perfil utilizado es un doble cana 200x100x4, y el material es A4227ES.

Tabla 11 – Verificación de capacidad viga puntal.

La verificación del enrejado se logra visualizando que la relación de esfuerzos

del perfil estudiado sea inferior a uno. La relación de esfuerzos es el cociente entre lo que se solicita el elemento y el esfuerzo que es capaz de soportar.

OBS: la relación de esfuerzos se obtuvo de los reportes entregados por RAM.

Imagen 59 – localización de miembros en el enrejado.


Viga puntal 0,27 2,77 Cumple 7270 16462 Cumple Importante 0,867 Cumple




______________________________________________________________________________________________ 36

Miembro Relacion de esfuerzos Estado

26 0,173 cumple

27 0,17 cumple

28 0,252 cumple

29 0,252 cumple

30 0,459 cumple

31 0,459 cumple

32 0,452 cumple

33 0,456 cumple

34 0,611 cumple

35 0,663 cumple

cordon superior

Tabla 12 – verificación relación de esfuerzos cordón superior

Tabla 13 – verificación relación de esfuerzos cordón inferior


36 0.445 cumple

37 0.672 cumple

38 0.672 cumple

39 0.413 cumple

40 0.413 cumple

41 0.218 cumple

42 0.218 cumple

43 0.245 cumple

44 0.245 cumple

6 0.937 cumple

cordon inferior


______________________________________________________________________________________________ 37

Tabla 14 – verificación relación de esfuerzos Diagonales

Tabla 15 – verificación relación de esfuerzos Montantes


36 0.445 cumple

37 0.672 cumple

38 0.672 cumple

39 0.413 cumple

40 0.413 cumple

41 0.218 cumple

42 0.218 cumple

43 0.245 cumple

44 0.245 cumple

6 0.937 cumple

Diagonales


7 0.002 cumple

8 0.001 cumple

9 0.001 cumple

10 0.001 cumple

11 0.001 cumple

12 0.001 cumple

13 0.001 cumple

14 0.002 cumple

15 0.002 cumple

Montantes


______________________________________________________________________________________________ 38

La verificación de los arriostramientos horizontales (de techo) se logra visualizando que el axial dividido por el área del arriostramiento debe ser menor que el fluencia del material por un factor de seguridad.

La sección utilizada para los arriostramientos horizontales es una cable de 20 [mm], con un material A4227ES.

Imagen 60 – arriostramientos Imagen 61 – arriostramientos


______________________________________________________________________________________________ 39

Tabla 16 – verificación arriostramientos horizontales tracción

Miembro Esfuerzo solicitante [kg/cm^2] Estado

537 0.022 Cumple

535 0.010 Cumple

500 0.010 Cumple

502 0.006 Cumple

498 2049.013 Cumple

496 2142.903 Cumple

573 0.032 Cumple

571 0.029 Cumple

564 0.016 Cumple

567 0.016 Cumple

562 363.781 Cumple

565 671.229 Cumple

623 0.038 Cumple

602 0.022 Cumple

605 0.019 Cumple

600 0.019 Cumple

603 0.022 Cumple

622 3.428 Cumple

619 0.038 Cumple

610 0.019 Cumple

613 0.016 Cumple

608 0.019 Cumple

611 7.836 Cumple

590 331.954 Cumple

591 230.426 Cumple

582 201.146 Cumple

585 0.016 Cumple

580 0.013 Cumple

583 0.016 Cumple

547 822.406 Cumple

549 1117.759 Cumple

522 1443.985 Cumple

525 952.896 Cumple

520 0.006 Cumple

523 0.006 Cumple

Arriostramientos horizontales


______________________________________________________________________________________________ 40

Tabla 17 – verificación arriostramientos horizontales por tracción


538 823.043 Cumple

536 1117.441 Cumple

501 1443.666 Cumple

499 952.896 Cumple

497 0.006 Cumple

495 0.006 Cumple

572 331.954 Cumple

574 230.745 Cumple

568 201.464 Cumple

563 0.016 Cumple

566 0.013 Cumple

561 0.016 Cumple

624 3.390 Cumple

606 0.019 Cumple

601 0.016 Cumple

604 0.019 Cumple

599 8.784 Cumple

620 20.799 Cumple

621 0.038 Cumple

614 0.022 Cumple

609 0.019 Cumple

612 0.019 Cumple

607 0.022 Cumple

592 0.032 Cumple

589 0.029 Cumple

586 0.016 Cumple

581 0.016 Cumple

584 364.099 Cumple

579 672.183 Cumple

548 0.010 Cumple

524 2049.013 Cumple

519 1825.589 Cumple


______________________________________________________________________________________________ 41

La verificación de los arriostramientos verticales (laterales) se logra visualizando que el axial dividido por el área del arriostramiento debe ser menor que el fluencia del material por un factor de seguridad y evaluando la compresión.

La sección utilizada para los arriostramientos verticales es un perfil cuadrado de

135x4 [mm], con un material A4227ES.

Imagen 62 – arriostramientos verticales

Imagen 63 – arriostramientos verticales


______________________________________________________________________________________________ 42

Tabla 18 – verificación arriostramientos Verticales por tracción


551 32.847 Cumple

643 24.574 Cumple

552 22.238 Cumple

575 24.720 Cumple

644 28.224 Cumple

576 26.083 Cumple

645 9.246 Cumple

629 6.910 Cumple

628 10.316 Cumple

646 2.044 Cumple

627 4.380 Cumple

594 28.321 Cumple

647 23.844 Cumple

593 25.791 Cumple

557 24.477 Cumple

648 30.657 Cumple

558 32.895 Cumple

597 48.662 Cumple

637 25.791 Cumple

528 19.465 Cumple

569 21.411 Cumple

638 26.764 Cumple

570 18.978 Cumple

617 5.012 Cumple

639 7.786 Cumple

618 4.866 Cumple

615 7.786 Cumple

640 2.433 Cumple

616 5.353 Cumple

587 29.197 Cumple

641 21.898 Cumple

588 29.246 Cumple

533 25.791 Cumple

642 49.148 Cumple

534 55.961 Cumple


______________________________________________________________________________________________ 43

Tabla 19 – verificación arriostramientos Verticales por tracción

La verificación de los arriostramientos verticales (laterales) a compresión

solamente se realizo a un perfil puesto que era el que poseía una mayor carga axial y además de ello un mayor lb (Longitud no arriostrada).

Tabla 20 – verificación arriostramientos Verticales por compresión

Como el arriostramiento que posee la carga más desfavorable comb 3 cumple

con la verificación a compresión, todos los demás arriostramientos que poseen una menor carga axial Cumplen con la verificación por compresión.


487 72.993 Cumple

488 55.961 Cumple

631 53.528 Cumple

519 54.501 Cumple

632 55.961 Cumple

560 53.528 Cumple

595 12.165 Cumple

633 13.625 Cumple

596 11.679 Cumple

598 13.625 Cumple

597 8.273 Cumple

634 10.219 Cumple

577 55.961 Cumple

578 51.095 Cumple

635 53.528 Cumple

491 53.528 Cumple

492 68.127 Cumple

636 69.100 Cumple

Miembro Msol [ton*m] Mn [ton*m] verificacion

491 1080 24871.88 cumple

Verificacion capacidad

Compresion


______________________________________________________________________________________________ 44

10.- PESO ESTRUCTURA.

Con la finalidad de no obtener una estructura muy pesada se verificó que el

peso por m^2 no sobrepase los 15 [kg/m^2]. En esta estructura tenemos:

11.- UNIONES

11.1.- Unión en el hombro.

Cálculo de placa para unión superior e inferior en hombro

En función del momento solicitado en la unión, se determinó las fuerzas que se

genera en el punto superior e inferior se la viga de alma. Con dichas fuerzas e procedió a calcular el espesor de la placa de unión y los pernos correspondientes. Determinación del diámetro del perno a usar:

Determinación del espesor de la placa de unión:

Verificación de la placa de unión

Verificación de la placa diseñada, con respecto al aplastamiento generado por

los pernos en la placa y el bloque de corte. Los resultados se muestran a continuación:

Cantidad de pernos a usar (unidades) 6

Momento en unión (kg*cm) 1914000

Altura Viga de alma llena (cm) 40

Tensión solicitante (kg) 47850

Carga de corte por perno (kg) 7975

Diámetro a usar (cm) 2,54

HILO INCLUIDO

CÁLCULO PERNOS - TENSIÓN DEBIDO A MOMETO


Ancho de la placa (cm) 19

Espesor requerido por fluencia en área bruta (cm) 1,55769

Espesor requerido por rotura en área neta (cm) 1,90572

Espesor a usar (mínimo 5 mm.) (cm) 1,9

CÁLCULO ESPESOR PLACA - TENSIÓN DEBIDO A MOMENTO


______________________________________________________________________________________________ 45

Calculo del espesor de soldadura:

La soldadura de la placa superior se realiza en el alma de la columna, mientras

que la inferior se suelda al ala de la columna. El espesor requerido se muestra a continuación:

Cálculo de placa de unión en alma de la viga en el hombro

De acuerdo al esfuerzo de corte solicitado en la unión se determino el espesor de la placa de unión y los pernos correspondientes. Determinación del diámetro del perno a usar:

Tensión por aplastamiento (kg/cm^2) 1647,5

Tensión límite 1 (kg/cm^2) 6300,0


NO

VERIFICACIÓN APLASTAMIETO EN PLACA - T. POR MOMENTO

Existe aplatamiento

Separación entre pernos en sentido paralelo a la tensión (cm) 5

Separación entre pernos en sentido perpendicular a la tensión (cm) 6

Distancia entre último perno y borde más cercado (cm) 5

Pb Rotura en Tracción y Fluencia por Corte (cm) 50305,2

Pb Rotura en Corte y Fluencia por Tracción (cm) 58885,2

Pb>Tension solicitante = CUMPLE

VERIFICACION BLOQUE DE CORTE PLACA - TENSIÓN POR MOMENTO

Tensión requerida por soldadura (kg) 23925

Longitud de la soldadura (cm) 42,08

Resistencia requerida en el filete (kg/cm) 568,56

Espesor de filete requerido (mm) 8

SOLDADURA EN PLACA SUPERIOR - T. POR MOMENTO


Corte en unión (kg) 4809,19

Carga de corte por perno (kg) 2404,60


HILO INCLUIDO

CÁLCULO PERNOS - TENSIÓN DEBIDO A CORTE


______________________________________________________________________________________________ 46



Verificación de la placa diseñada, con respecto al aplastamiento generado por

los pernos en la placa y el bloque de corte. Los resultados se muestran a continuación:

Calculo del espesor de soldadura

La soldadura de la placa superior se realiza en el ala de la columna. El espesor

requerido se muestra a continuación:

Tensión solicitante (kg) 4809,19




Espesor requerido por capacidad al corte de la placa (cm) 0,222648

Espesor a usar (mínimo 5 mm.) (cm) 0,5

CÁLCULO ESPESOR PLACA - TENSIÓN DEBIDO A CORTE




NOExiste aplatamiento

VERIFICACIÓN APLASTAMIETO EN PLACA - T. POR CORTE


Distancia entre perno y borde - perpendicular a la tensión (cm) 10

Distancia entre perno y borde - paralelo a la tensión (cm) 10



Pb>Tension solicitante = CUMPLE

VERIFICACION BLOQUE DE CORTE PLACA - TENSIÓN POR CORTE

Tensión requerida (kg) 4809,19

Longitud de la soldadura (cm) 30



SOLDADURA EN PLACA T. POR CORTE


______________________________________________________________________________________________ 47

Las dimensiones de las placas diseñadas y la ubicación de estas en la unión del

hombro se muestran a continuación:


______________________________________________________________________________________________ 48

11.2.- Unión Viga reticulada - Columna.

Cálculo de la placa de unión para el cordón superior

En relación a la tensión solicitada en la unión perteneciente al cordón superior

de la viga reticulada se diseñó la placa de unión y los pernos correspondientes. Determinación del diámetro del perno a usar:



Verificación de la placa diseñada se realizó con respecto al aplastamiento generado por los pernos en la placa y el bloque de corte. Los resultados se muestran a continuación:


Tracción en unión (kg) 3983



HILO INCLUIDO

CÁLCULO PERNOS POR TRACCION EN CORDÓN SUPERIOR





Espesor a usar (cm) 0,5

CÁLCULO ESPESOR PLACA CORDÓN SUPERIOR




NO

VERIFICACIÓN APLASTAMIETO EN PLACA C. SUPERIOR

Existe aplatamiento






VERIFICACION BLOQUE DE CORTE PLACA CORDÓN SUPERIOR


______________________________________________________________________________________________ 49


La soldadura de la placa superior se realiza en el ala de la columna. El espesor requerido se muestra a continuación:

Cálculo de la placa de unión para el cordón inferior

Con respecto a la tensión solicitada en la unión perteneciente al cordón superior de la viga reticulada se diseñó la placa de unión y los pernos correspondientes. Determinación del diámetro del perno a usar:



Verificación de la placa diseñada se realizó con respecto al aplastamiento generado por los pernos en la placa y el bloque de corte. Los resultados se muestran a continuación:

Tensión requerida (kg) 3983




SOLDADURA EN PLACA CORDÓN SUPERIOR


Tracción en unión (kg) 5198



HILO INCLUIDO

CÁLCULO PERNOS POR TRACCION EN CORDÓN INFERIOR





Espesor a usar (cm) 0,5

CÁLCULO ESPESOR PLACA CORDÓN INFERIOR


______________________________________________________________________________________________ 50


La soldadura de la placa superior se realiza en el ala de la columna. El espesor requerido se muestra a continuación:

Las dimensiones de las placas diseñadas y la ubicación de estas en la unión del

hombro se muestran a continuación:




NOExiste aplatamiento

VERIFICACIÓN APLASTAMIETO EN PLACA C. INFERIOR






VERIFICACION BLOQUE DE CORTE PLACA CORDÓN INFERIOR

Tensión requerida (kg) 5198




SOLDADURA EN PLACACORDÓN INFERIOR


______________________________________________________________________________________________ 51

12.- CONCLUSIONES.

Al realizar la modelación a través del programa Ram se a logrado verificar para

los perfiles seleccionados que se cumple con las deformaciones máximas especificadas por la normativa vigente, así también se verificó que cada uno de los perfiles tuviera una carga solicitante menor a la que es capaz de resistir de manera de no sufrir un colapso local o global de la estructura.


______________________________________________________________________________________________ 52

13.- BIBLIOGRAFIA.

Instituto nacional de normalización (Chile). Diseño estructural: Cargas

permanentes y cargas de uso. Nch 1537. Santiago, Chile. 2009. 38p.

CINTAC. Catalogo instapanel. [en línea] <http://www.cintac.cl/pdf/PV-4.pdf> [consulta: 2 de abril de 2011]

CINTAC. Manual de diseño canales y costaneras grandes dimensiones. [en

línea]<http://www.cintac.cl/novedades/wpcontent/uploads/2010/03/Cintac_Tubos_y_Perfiles_Manual_de_Diseno.pdf> [consulta: 3 de abril de 2011]

Instituto nacional de normalización (Chile). Diseño estructural: Diseño sísmico de estructuras e instalaciones industriales. Nch 2369. Santiago, Chile. 2003. 120p.

Instituto nacional de normalización (Chile). Diseño estructural: Calculo de la acción del viento sobre las construcciones. Nch 432. Santiago, Chile. 2003. 38p.

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Instituto Chileno del acero. Manual de diseño para estructuras de acero. Chile. 2000. 812p

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http://www.cintac.cl/novedades/wpcontent/uploads/2010/03/Cintac_Tubos_y_Perfiles_Manual_de_Diseno.pdf

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trabajo 3 metalicas.pdf

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