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Aceros 1 informe!

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Aceros 1 informe!

  1. 1. 2013 ESTRUCTURA TIPO GALPON Método de tensiones admisibles Patricio Cifuentes Luis Fuentes Ignacio Marislao
  2. 2. INDICE  1 DESCRIPCION DEL PROYECTO ......................................................................... 2  2 METODO DE DISEÑO .......................................................................................... 2  3 NORMAS Y CODIGOS A UTILIZAR. ................................................................... 3  4 MATERIALES EMPLEADOS, CALIDADES Y PROPIEDADES MECANICAS. .... 4  5 CARGAS Y SOBRECARGAS DE USO. ............................................................... 6  6 COMBINACIONES DE CARGA. ........................................................................... 7  7 FLECHAS ADMISIBLES. ...................................................................................... 8  8 HIPOTESIS DE ANALISIS Y DISEÑO. ................................................................. 8  10 SOLICITACIONES DE LA ESTRUCTURA. ....................................................... 9  10 MOMENTOS, CORTANTES Y AXIALES PARA COMBINACIONES DE CARGA. ................................................................................................................. 12  C1: ......................................................................................................................... 12  C2: ......................................................................................................................... 14  C3: ......................................................................................................................... 15  11 MEMORIA DE CÁLCULO. ................................................................................ 18  FLEXION COMPUESTA.TEORIA ELASTICA DE COMPRESION COMPUESTA. 19  FLEXION COMPUESTA.TEORIA ELASTICA DE COMPRESION COMPUESTA. 23  DISEÑO UNION APERNADA. ............................................................................... 29  DISEÑO DE SOLDADURAS. ................................................................................. 30  ARRIOSTRAMIENTOS. ......................................................................................... 31  DISEÑO DE COSTANERAS. ................................................................................. 32 1
  3. 3.  1 DESCRIPCION DEL PROYECTO La presente Memoria de Cálculo se refiere al análisis y diseño estructural correspondiente al diseño de una estructura tipo galpón, el que se emplazará en calle Chacabuco esquina Yerbas Buenas, Los Andes, Región de Valparaíso. En términos generales, la estructura es un sistema de pórticos dividido en 7 marcos metálicos los cuales presentan simetría, dentro de lo cual están separados por una distancia de 6 metros respectivamente. Por las aptitudes geotécnicas, las fundaciones consisten en un sistema tradicional de cimentación continua, vigas de fundación y zapatas unidas a través de cadenas de amarre, formando una parrilla de fundación cimentada. 2 METODO DE DISEÑO El edificio será estructurado en base a una combinación de pórticos metalicos con una techumbre de perfiles de acero por lo cual consideraremos los siguientes métodos: -Estructuras de Acero: Método de las tensiones admisibles - Estructuras de Hormigón Armado: Método a la Rotura 2
  4. 4. 3 NORMAS Y CODIGOS A UTILIZAR. Hormigones - Nch 170 Of 85: “HORMIGON – REQUISITOS GENERALES”. - Nch 430 Of 2008: “HORMIGON ARMADO – REQUISITOS DE DISEÑO YCALCULO”. - Código ACI 318-S08 “REQUISITOS DE REGLAMENTO PARA CONCRETOESTRUCTURAL Y COMENTARIO”. Acero de Refuerzo - Nch 211 Of 70: “BARRAS CON RESALTES EN OBRAS DE HORMIGONARMADO”. - Nch 434 Of 70: “BARRAS DE ACERO DE ALTA RESISTENCIA EN OBRAS DEHORMIGON ARMADO”. - CAP: “BARRAS DE ACERO PARA HORMIGON”. Acero Estructural - Codigo ANSI/AWS: “STRUCTURAL WELDING CODE-STEEL” - Nch 1159 Of 77: “ACERO ESTRUCTURAL DE ALTA RESISTENCIA Y BAJAALEACION PARA CONSTRUCCION” - ICHA: “MANUAL DE DISEÑO PARA ESTRUCTURAS DE ACERO”, 2001. - ICHA: “ATLAS DE DETALLES ESTRUCTURALES”, 1976 Cargas, sobrecargas y Normas de diseño - Nch 1537 Of 2009: “DISEÑO ESTRUCTURAL DE EDIFICIOS – CARGASPERMANENTES Y SOBRECARGAS DE USO” - Nch 432 Of 71: “CALCULO DE LA ACCION DEL VIENTO SOBRE LAS CONSTRUCCIONES” - Nch 433 Of 96 Modif 2009: “DISEÑO SISMICO DE EDIFICIOS” - Diario Oficial de la República de Chile, 25 de Febrero de 2011: “MODIFICACIONES DE EMERGENCIA A NCh 433 Of 96 y NCh 430 Of 2008” 3
  5. 5. - NCh 3171 Of 2010: “DISEÑO ESTRUCTURAL – DISPOSICIONES GENERALES YCOMBINACIONES DE CARGA” 4 MATERIALES EMPLEADOS, CALIDADES Y PROPIEDADES MECANICAS. ACERO ESTRUCTURAL: - Perfiles: calidad A42-27ES - Tensores y fierro redondo: A37‐24ES - Pernos de anclaje: Calidad ASTM A307 - Planchas e insertos: para e <= 6 mm A37-24ES para e = > 6 mm ASTM A36 (equiv. A42-27ES) - Pernos para uniones: Calidad ASTM - A325X Acero Estructural Peso específico (γ) 7.85 Módulo de Elasticidad ( E ) 2100000 Módulo de Poisson ( v ) 0.3 Coef. De Dilatación térmica ( α ) 0.000012/ Co Módulo de corte (G) 807692 Tensión de Fluencia ( Tf ) 2700 Tensión Ultima ( Tu ) 4200  t/m3 kg/cm2 kg/cm2. kg/cm2. kg/cm2. HORMIGON - Hormigón para muros: calidad H30, 90% nivel de confianza - Hormigón para emplantillados: calidad H5, 80% nivel de confianza - Hormigón para resto de elementos de H.A. calidad H30, 95% nivel de confianza -Recubrimientos mínimos: - 5 cm en fundaciones 4
  6. 6. - 3 cm en cadenas de amarre de fundaciones - 2 cm en losas, vigas, pilares y muros. Hormigón Calidad Resistencia a la Compresión ( f´c ) Módulo de Elasticidad ( E ) H-30 250 kg/cm2 Estático Sísmico Corte Máximo Admisible (τ máx) Coef. De Poisson ( v ) Módulo de Corte Coef. De Expansión Térmica (α) 238752 329000 6,4 0,2 no se utiliza en el método a la rotura 1.43E-5 kg/cm2 kg/cm2 kg/cm3 1/°C - ACERO DE REFUERZO. Calidad A44-28H en muros. Para el resto de elementosestructurales de Hormigón Armado, se empleará acero calidad A63-42H. - SOLDADURAS. - SOLDADURAS HECHAS EN TALLER: Se harán usando proceso MIG,electrodo E70-S6 - SOLDADURAS HECHAS EN TERRENO: Se harán usando proceso arco manual,electrodo E70XX. Acero de Refuerzo Peso específico ( γ ) Módulo de elasticidad ( E ) Módulo de Poisson ( ν ) 7.85 2100000 0,3 t/m3 kg/cm2 Coeficiente de dilatación térmica ( α ) 1,1 x 10-5 1/ Co 807692 kg/cm2 Módulo de corte: G 5
  7. 7. 5 CARGAS Y SOBRECARGAS DE USO. -CARGAS MUERTA (D): Peso propio de los perfiles, estructuras y de todo aquel elemento estructural o no estructural que se encuentre sobre el elemento en cuestión. Corresponde esencialmente a la carga permanente. Se determinan a partir de NCh 1537 Of 2009. Para simplificaciones de cálculo utilizaremos para este caso: -CARGAS VIVAS: 30 kg/m2 para la estructura de la techumbre afectado por losrespectivos coeficientes de reducción por pendiente de techo y área tributaria. Complementan con las especificaciones de NCh 1537 Of 2009. -CARGAS SISMICAS: La determinación de las solicitaciones sísmicas se regirá segúnlo establecido en la norma chilena NCh 433 Of 96 Mod 2009, más la modificación de emergencia aparecida en el Diario Oficial de República de Chile, del 25 de Febrero de 2011. El método de análisis será el Modal Espectral. -CARGAS DE VIENTO: La determinación de las cargas de viento se regirá según loestablecido en la norma chilena NCh 432 Of 71. -CARGAS DE NIEVE: los valores que utilizaremos para este caso son los que corresponden según NCh 431of77.Considerando que el edificio se emplazara en Los Andes, utilizaremos una sobrecarga de nieve de 25 kg/m2. Considerando la eventualidad de esta carga y el hecho de 6
  8. 8. que la sobrecarga de techumbre es mayor que la sobrecarga de nieve, y siendo ambas del tipo gravitacional utilizaremos solo la mayor de ambas en las combinaciones que así lo permitan. Predomina la sobrecarga de techo. 6 COMBINACIONES DE CARGA. Las combinaciones de cargas serán las establecidas en NCh 3171 Of 2010 más lascomplementaciones correspondientes según acción de cálculo, tanto para estado límite deservicio como estado límite último, y dependiendo de la metodología de diseño. Se utilizaran las combinaciones de carga de acuerdo a la NCh3171of2010 teniendo finalmente: Por Tensiones Admisibles C1= D + L C2=D + 0.75*L + 0.75*V C3=D + 0.7*S Con: D = carga permanente S = carga sísmica según NCh 433 L = carga de uso según NCh1537 V = carga de viento según NCh 432 7
  9. 9. 7 FLECHAS ADMISIBLES. Las flechas que se consideran son: -Costaneras de techo de acero: L/200 -Vigas y columnas: L/200 8 HIPOTESIS DE ANALISIS Y DISEÑO. - Se considera valida la Ley de Hooke, asumiendo que existe proporcionalidad entre tensiones y deformaciones. - Se supondrá válida la Hipótesis de Bernoulli (las secciones planas se mantienen planas después de deformarse) - Se supondrá que el acero tiene un comportamiento elasto-plástico perfecto - Se asumirá que existe perfecta adherencia entre hormigón y acero - Se supondrá que el módulo de elasticidad se mantiene constante para los materiales a emplear - Las soldaduras se consideran elementos homogéneos, isotrópicos y elásticos. - Las partes conectadas por las soldaduras son rígidas y por lo tanto se desprecian sus deformaciones. - Sólo se consideran esfuerzos debido a las cargas externas, se desprecia esfuerzos residuales. 8
  10. 10.  9 ASPECTOS ESPECIALES DE MODELADO Y ANALIZIS. La estructura será analiza como un marco metálico considerando una sola sección para todo el marco y así mantener la Inercia a través de todo el sistema, se diseñara a la solicitación más desfavorable y en la base de los pilares se consideraran empotrados a la base de la zapata. Las costaneras serán analizadas a la solicitación del viento al igual que las riostras. Finalmente analizaremos pernos y soldaduras en las uniones. Para el análisis y diseño se empleara, RAM 9.0, más algoritmos propios. 10 SOLICITACIONES DE LA ESTRUCTURA. Carga muerta: 9
  11. 11. Carga viva: Viento: SEGÚN norma NCH 432 of 71 10
  12. 12. Sismo De acuerdo a NCH 433 tenemos Q = CIP por lo que: LOS ANDES Zona S To T´ n p I Ao R Qo 1 1 0,3 0,35 1,33 1,5 0,6 0,3g 4 0,3979 11
  13. 13. 10 MOMENTOS, CORTANTES Y AXIALES PARA COMBINACIONES DE CARGA. C1: -.Diagrama de momento 12
  14. 14. -.Axial. -. Esfuerzo de corte. 13
  15. 15. C2: -.Diagrama de momento. -.Axial. 14
  16. 16. -. Esfuerzo de corte C3: -.Diagrama de momento. 15
  17. 17. -.Axial. -. Esfuerzo de corte 16
  18. 18. De acuerdo a los diagramas mostrados, se diseñara con la combinación más desfavorable que es C1=D+L 17
  19. 19. 11 MEMORIA DE CÁLCULO. Se presentan cálculos de la estructuras de acuerdo a los perfiles escogidos. Primero comprobaremos el perfil y luego la deformación. Perfil escogido para marco estructural: PERFIL(mm): A=500 B=300 e.=14 t=8 18
  20. 20. Propiedades del perfil I 50/30/1,4/0,8 Ixx Iyy 56625 6304 rx ry 22 7,20 y Ac At A´c 25 42 42 48 rc r´ λc λ 4 1 205 1071 Ic´ 934 area 122 Wy 229 Wx 2265 El perfil es no compacto para todo el marco, se verifica a continuación: c' 25,19 25,19  10,4    16,3 e Ff 2,4  b  59  e 984,3 F f ( F f  1,16) SI  336,7 SI   Ft  0,6  F f  0,6  2400  1440 Kg  cm 2    FLEXION COMPUESTA.TEORIA ELASTICA DE COMPRESION COMPUESTA. si  fa f f  0,15  a  bx  1 Fa Fa Fbx Calculamos longitud efectiva para ambas columnas: 19
  21. 21. Calculamos Fa: Para L: 900 cm. (Se anexan tablas de Coeficiente K. Desplazamiento Lateral Permitido) Por tablas: GA  1 Gb  I c I v Lc Lv  L L v c  2600  2,888 900 20
  22. 22. De acuerdo a tabla desplazamiento lateral permitido tenemos que K=1,51 Y por lo tanto verificamos las esbelteces: Tenemos: x  K  L 1,51  900   61,77 rx 22 y  K  L 1  900   125 ry 7, 2 Por lo que controla la esbeltez mayor Compresión elástica teórica λx= 63,43569975 λy= 125,0793949 λmayor= 125,0793949 Por lo tanto: Fa 1252,456207 Calculamos Fbx: Volcamiento flexión de las alas. 1- Fc=0,6 Ff  2 F f  C  2      F  3 C  328   f   2- . 3- Tenemos el caso n° 3 21
  23. 23. VOLCAMIENTO NO COMPACTA Volcamiento ,flexión de las alas 204,69 > 185,02 Volcamiento torsión 1071,428571 < 1347,42 Fc= 2449,59729 kg/cm2 Fc= 1440 kg/cm2 Consideramos el caso más conservador:Fbx=1440 kg/cm2 Calculamos fa, para las 3 combinaciones: C1 3148,91 122 25,8107377 P A fa C2 1352,89 122 11,0892623 C3 860,42 122 7,05262295 Calculamos fbx, para las 3 combinaciones: C1 M S fbx C2 12702 2255 563,281596 C3 4925 3315 2255 2255 218,4035477 147,006652 Verificamos: si fa f f  0,15  a  bx  1 Fa Fa Fbx fa/Fa 0,02060965 0,00885141 0,00563034 fbx/Fbx 0,39116778 0,15166913 0,10205716 fa/Fa+fbx+Fbx 0,41177742 0,16052054 0,10768749 Verificamos la sección para la columna izquierda. 22
  24. 24. FLEXION COMPUESTA.TEORIA ELASTICA DE COMPRESION COMPUESTA. si  fa f f  0,15  a  bx  1 Fa Fa Fbx Calculamos longitud efectiva para ambas columnas: Calculamos Fa: Para L: 700 cm. (Se anexan tablas de Coeficiente K. Desplazamiento Lateral Permitido) 23
  25. 25. Por tablas: GA  1 Gb  I c I v Lc Lv  L L v c  2600  3,714 700 De acuerdo a tabla desplazamiento lateral permitido tenemos que K=1,52 Y por lo tanto verificamos las esbelteces: Tenemos: x  K  L 1,51  700   48,0455 rx 22 y  K  L 1  700   97,222 ry 7, 2 Por lo que controla la esbeltez mayor Compresión elástica teórica λx= 48,0455 λy= 97,222 λmayor= 97,222 Por lo tanto: Fa 1266,234665 24
  26. 26. Calculamos Fbx: Volcamiento flexión de las alas. 3- Fc=0,6 Ff  2 F f  C  2      F  3 C  328   f   4- . 3- Tenemos el caso n° 2 VOLCAMIENTO NO COMPACTA Volcamiento ,flexión de las alas 82,92 ≤ 159,20 ≤ 185,02 Volcamiento torsión 833,3333 < 1347,42 Fc= 1010,02 kg/cm2 Fc= 1440 kg/cm2 Consideramos el caso más conservador: Fbx=1010,02 kg/cm2 Calculamos fa, para las 3 combinaciones: P A fa C1 C2 3422,4 1705,01 122 122 28,052459 13,9754918 C3 1017,11 122 8,33696721 Calculamos fbx, para las 3 combinaciones: M S fbx C1 C2 11795,96 6740,21 2255 2255 5,23102439 2,989006652 C3 3728,77 2255 1,65355654 25
  27. 27. Verificamos: si fa f f  0,15  a  bx  1 Fa Fa Fbx fa/Fa 0,02215834 0,01103909 0,00658528 fbx/Fbx 0,51792321 0,29594125 0,16371847 fa/Fa+fbx+Fbx 0,54008155 0,30698035 0,17030375 Verificamos la sección para la columna derecha.. 26
  28. 28. Verificamos la deformación para el perfil escogido. Mostraremos solo las deformación en la viga de 26 metros y anexaremos gráficos de deformación de las columnas al final de la memoria. Estados considerados: C1=CM+CV C2=CM+0.75CV+0.75V C3=CM+0.7S MIEMBRO : 2 Largo : 26.077 [m] Material : A36 Sección : : Nudo J I 50/30/1,4/0,8 : 2 Nudo K 3 Estado : C1=CM+CV Deflexión [cm], Long [m] 27
  29. 29. Estado : C2=CM+0.75CV+0.75V Deflexión [cm], Long [m] Estado : C3=CM+0.7S Deflexión [cm], Long [m] Comprobamos que la deformación es menor que la admisible en los 3 casos. Y que la mayor deformación es en C1=5,41cm menor que la admisible. 28
  30. 30. DISEÑO UNION APERNADA. Placa de 60*40 -Determinación Eje Neutro Y=5,5 -Determinación Momento de Inercia I b Y 3   A  d 2  17485 ,8 3 -Cálculo de esfuerzo a tracción ft     M c1  c   60  (35  5.5)  0,1 T cm 2  Ft  1,44 T cm 2 I 17485 .8  Qp=P/ N° pernos=2220/6=370 fv  =0,096 ton/cm2 Ft=1,68-1,6 fv  1,526 ton/cm2 ft  F t Se verifica la conexión apernada de la sección con pernos de 12mm. 29
  31. 31. DISEÑO DE SOLDADURAS. Unión soldada entre columna y viga, se calcula con una tensión admisible de 1ton/cm2, respecto a lo visto en el curso. L=212,8 cm A=1 cm t.=0,707*a=0,707 cm A= 212,8 *1=212,8 cm^2 Inercia de la soldadura. Ixx= IYY = =81550,6 =8649 Izz = IXX + IYY = 90200 cm4 Wxx=Ixx/25= 3262,02 cm^3 Tomamos el momento más desfavorable. 30
  32. 32. Fm=12,7/3262=0,00001 ton/cm^2 f.c=3,1/212,18=0,014 f.=0,014 fadm>F ARRIOSTRAMIENTOS. Riostras de 6mm A=0,28cm^2 Debido largo y alto de la elevación ocuparemos 4 diagonales por cada módulo. V  0,8  V  6  0,75  180 Kg   m   Cálculo tracción en arrostramientos Td  T Vsotavento   6 1000  1,098T  Td  0,068T  16 Cálculo De Esfuerzo a tracción ft     T 0,068   0,24 T 2  Ft  1,44 T 2 cm cm A 0,28  31
  33. 33. DISEÑO DE COSTANERAS. NOTA: en las zonas donde existe mayor momento en la viga, se reforzara con doble costanera, actúan como vigas puntales, ver detalles en planos. Costaneras de techumbre. 32
  34. 34. Propiedades del Perfil Perfil C 100/50/15/3 P A Ixx Wxx ixx Iyy Wyy iyy 4,95 6,31 97,8 19,56 3,94 20,52 6,52 1,8 kg/cm cm2 cm4 cm3 cm cm4 cm3 cm Tendremos las siguientes consideraciones Eje fuerte. Eje debil. 33
  35. 35. C1: (CM+SC) Px  ( PP  SC )  1  cos(4,3987)  (12  30)  1  cos(4,3987)  41,87kg   m   Py  ( PP  SC )  1  sen(4,3987)  (12  30)  1  sen(4,3987)  3,22kg   m   Mmáx = 188,45x-x Mmáx =11,59 y-y Ahora el Mmáxx-x/1440<Wxx costanera Ahora el Mmáxy-y/1440<Wyy costanera Se verifica la costanera Verificamos la deformación: 5  p  L4 L 600   0,95[cm]    3[cm] ok 384  E  I 200 200 C2: CM+0,75SB+0,75V Px  (( PP  0,75  SC ) 1  cos(4,3987 ))  0,75V PX  (12  0,75  30 ) 1  cos(4,3987 )  0,75 * 0,4 * 50 *1  19 ,39 kg   m   Py  ( PP  0,75  SC ) 1  SEN (4,3987 )  (12  0,75  30 ) 1  sen(4,3987 )  2,64 kg   m   34
  36. 36. Mmáx = 87,255x-x Mmáx =9,504 y-y Ahora el Mmáxx-x/1440<Wxx costanera Ahora el Mmáxy-y/1440<Wyy costanera Se verifica la costanera 35
  37. 37. Anexos. 36
  38. 38. 37
  39. 39. 38
  40. 40. 39
  41. 41. Resultados del Análisis Estados considerados: C1=CM+CV C2=CM+0.75CV+0.75V C3=CM+0.7S MIEMBRO : 9.000 [m] Material : A36 1 Largo Nudo J : 1 Sección : I 50/30/1,4/0,8 : Nudo K : 2 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Estado : C1=CM+CV Deflexión [cm], Long [m] Estado : C2=CM+0.75CV+0.75V Deflexión [cm], Long [m] 40
  42. 42. Estado: C3=CM+0.7S Deflexión [cm], Long [m] ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------MIEMBRO : 26.077 [m] Material : A36 2 Largo Nudo J : 2 Sección : I 50/30/1,4/0,8 : Nudo K : Estado : C1=CM+CV Deflexión [cm], Long [m] 41 3
  43. 43. Deflexión [cm], Long [m] Estado: C3=CM+0.7S Deflexión [cm], Long [m] 42
  44. 44. MIEMBRO : 3 7.000 [m] Material : A36 Largo Nudo J : 3 Sección : I 50/30/1,4/0,8 : Nudo K : 4 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Estado : C1=CM+CV Traslación en 2 Deflexión [cm], Long [m] Estado : C2=CM+0.75CV+0.75V Deflexión [cm], Long [m] 43
  45. 45. Estado : C3=CM+0.7S Deflexión [cm], Long [m] 44
  46. 46. 45

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