Costaneras Dem 002 2015

PROYECTO DE ESTRUCTURAS

CAPITULO II DISEÑO DE COSTANERAS DOC : DEM-002

PROFESOR : CARLOS CARL OS RAMIREZ V. V. INGENIERO CIVIL REVISION REVISION DOC. : REV 0 FECHA : MARZO DEL 2015

INDICE 1. ALCANCE 2. GENERALIDADES 3. REVESTIMIENTOS 4. COSTANERAS DE TECHO 5. COSTANERAS LATERALES

CONTENIDOS

INDICE 1. ALCANCE 2. GENERALIDADES 3. REVESTIMIENTOS 4. COSTANERAS DE TECHO 5. COSTANERAS LATERALES

CONTENIDOS

I. ALCANCE

CONTENIDOS

I. ALCANCE

El presente documento entrega la información necesaria para el diseño de costaneras de techo y laterales.

II. GENERALIDADES

CONTENIDOS

A continuación se presenta una figura representativa que muestra: costaneras de techo, laterales y de frontones para una estructura completamente completamente cerrada.

II. COSTANERAS DE TECHO 2.1. COSTANERAS DE TECHO

CONTENIDOS

II. COSTANERAS LATERALES 2.2. COSTANERAS LATARALES

CONTENIDOS

II. COSTANERAS DE FRONTONES 2.3. COSTANERAS DE FRONTONES

CONTENIDOS

II. DETALLES TIPICOS

CONTENIDOS

2.4. PERFILES MAS USADOS

Canal plegada simple

Canal plegada alas atiesadas

Perfil plegado tipo Z

Canal laminada

Nota : En casos especiales de cargas, por ejemplo, cuando existen cargas de nieve, pueden resultar costaneras de techo compuestas de perfiles H.

III. REVESTIMIENTOS

PLANCHAS PV4 Y PV6

3.1 PLANCHAS DE REVESTIMIENTO

Sobre las costaneras se instala el revestimiento lateral y de techo, el cual en general corresponde a planchas. Para estos fines existen una serie de productos, como por ejemplo: Planchas PV4 Planchas PV6 Ambos productos pertenecen a la línea Cintac. A continuación se entregan las principales características de estos elementos.

III. REVESTIMIENTOS 3.1.1 GEOMETRIA PLANCHAS PV4

3.1.2 GEOMETRIA PLANCHAS PV6

PLANCHAS PV4 Y PV6

III. REVESTIMIENTOS

PLANCHAS PV4 Y PV6

III. REVESTIMIENTOS

PLANCHAS PV4 Y PV6

3.1.3 RESISTENCIA ESTRUCTURAL PLANCHAS PV4 Y PV6

Por sus características geométricas y estructurales, los paneles trapezoidales son especialmente aptos para ser utilizados en cubiertas y revestimientos de edificios metálicos. En el caso de aplicaciones mineras, la geometría del panel PV6 resulta muy adecuada para soportar grandes solicitaciones por acumulación de nieve o polvo. En este caso debe evaluarse el uso de espesores de acero compatibles con la separación de costaneras y sobrecarga de uso.

III. REVESTIMIENTOS

PLANCHAS PV4 Y PV6

 A. CARGA ADMISIBL E PLANCHAS PV4

III. REVESTIMIENTOS

PLANCHAS PV4 Y PV6

B. CARGA ADMISIBLE PLANCHAS PV6

IV. COSTENERAS DE TECHO

ESTADOS DE CARGA D - Lr 

4.1. CARGAS EN COSTANERAS DE TECHO

4.1.1 Cargas permanentes ( D ) Peso propio de la costanera : Qpp ( Kg / m ) Peso propio de la cubierta : Qpl ( Kg / m2 ) 4.1.2 Sobrecarga de techo ( Lr ) La sobrecarga de techo debe ser determinada en base a la Norma Nch 1537. A continuación se presentan los principales puntos a considerar asociados a la sobrecarga de techo.

IV. COSTENERAS DE TECHO

ESTADOS DE CARGA D - Lr 

La NCh1537 - 2009 establece las siguientes sobrecargas de techo de acuerdo a su uso: techos transitables y techos accesibles sólo para mantención. En el presente curso la estructura industrial tiene acceso al techo orientado principalmente a la mantención. - Punto 5.3.2 / Nch1537: Techos accesibles sólo para mantención Para estructuras de techo con cubiertas livianas de planchas metálicas, plegadas, fibrocemento, material plástico, madera, vidrio, etc., se permite que los valores mínimos de carga de uso uniformemente distribuida, Lo (equivalente a Lr) en Tabla 4, puedan ser reducidas de acuerdo al punto 8.2 de la Nch1537, y en ningún caso puede ser menor que 0,3 kPa (30Kg/m2).

IV. COSTENERAS DE TECHO

ESTADOS DE CARGA D - Lr 

Por otra parte según punto 5.3.3 de Nch1537, el diseño de costaneras de techo debe considerar la carga de uso utilizada en el diseño de los elementos principales de la estructura (elementos que soportan y comparten igual pendiente). De acuerdo a Tabla 4 de Nch1537, la sobrecarga de uso para techo con acceso solo para mantención, corresponde a 1kPa (100 Kg/m2).

IV. COSTENERAS DE TECHO

Lr (red)

- Reducción de sobrecarga de techo Lr (red)

La sobrecarga de uso para techos accesibles solo para mantención entregada en Tabla 4 de Nch1537-2009 de 1kPa puede ser reducida por  pendiente y área tributaria de acuerdo a lo indicado a continuación. Lr (red) = Lo , si R1R2 > 0.84 Lr (red) = LoR1R2, si 0.3 < R1R2 < 0.84 Lr (red) = 0.3Lo, si R1R2 < 0.30 Los factores de reducción por área tributaria y pendiente, R1 y R2 respectivamente, deben ser determinados como se indica en los párrafos siguientes.

IV. COSTENERAS DE TECHO

Lr (red)

IV. COSTENERAS DE TECHO

Lr (red)

A continuación se entrega además la Tabla 3 de la Nch1537, la cual resume ambas reducciones (por pendiente y área tributaria).

IV. COSTENERAS DE TECHO

CARGA DE VIENTO W

4.1.3 Carga de Viento ( W ) Para la determinación de las cargas de viento es fundamental el cálculo de la Presión Básica del viento ( q ). Para calcular la presión antes mencionada se pueden presentar dos situaciones: A. No existen estadísticas del viento La norma Nch 432 of 71 establece para este caso usar la Tabla 1 de dicha norma Presión Básica para diferentes alturas sobre el suelo . Esta entrega valores para estructuras situadas en ciudad o campo abierto. B. Existen estadísticas de velocidad de viento máxima instantánea La norma Nch 432 of 71 indica usar ecuaciones básicas 6.1) y 6.2) complementadas con Apéndice A3.1.

IV. COSTENERAS DE TECHO

CARGA DE VIENTO W

CASO A: TABLA 1 / NCH432

IV. COSTENERAS DE TECHO

CARGA DE VIENTO W

CASO B: FORMULA PARA CALCULO DE Pb

En el punto 6.2 de la Nch 432 of 71 entrega una formula para establecer la presión para alturas distintas a la que fue medida. Px = Ph * [ x / h ] ^ [ 2 * a ] Px : Presión a la altura x h : altura a la que fue medida la presión Ph a : Coeficiente de rugosidad a : 0.16 en campo abierto o frente al mar y 0.28 en ciudad o sitios similares

IV. COSTENERAS DE TECHO

CARGA DE VIENTO W

La presión Ph puede ser estimada mediante la sgte. expresión, según formula entrega en punto 6.1. de la Nch 432. Ph = q = [ u ^ 2 ] / 16 q: presión básica, (Kg/m2) u : velocidad máxima instantánea del viento, [ m / seg ]

Para el diseño de costaneras de techo se debe considerar la altura HC ( altura a la cumbrera de la estructura ).

IV. COSTENERAS DE TECHO

CARGA DE VIENTO W

4.1.4 Carga de Montaje ( M ) Se considera una carga puntual M = 100 ( Kg) aplicada en el centro de la costanera ( según Nch 1537 ). 4.1.5 Espaciamiento entre costaneras de techo El espaciamiento entre costaneras depende de las recomendaciones del fabricante de la plancha de techo:PV-4 , PV-6 , Plancha Zinc, etc. ). Para efectos de este curso tal como se indico anteriormente se utilizaran planchas PV4 o PV6.

IV. COSTENERAS DE TECHO

MODELACION

4.2. MODELO ESTRUCTURAL

A continuación modelo estructural de la costanera de techo ( dos corridas de colgadores )

Eje débil Y

Eje fuerte X L

L/3

L/3

L/3

IV. COSTENERAS DE TECHO 4.3. CARGAS UNITARIAS

A. Cargas de peso propio ( D ) D = ( Qpp + Qpl * S ), (Kg/m) B. Sobrecarga de techo ( Lr ) Lr = Lr (red) * S , (Kg/m) C. Carga de montaje ( M ) M = 100 (Kg) S: espaciamiento entre costaneras

CARGAS UNITARIAS

IV. COSTENERAS DE TECHO

CARGAS UNITARIAS

D. Carga de Viento ( W ) Para estructuras cerradas la carga de viento esta dada por:

Pb: presión básica ( igual a q de Nch432) Wbar , Wsot: viento de barlovento y sotavento

Nota: Para otros casos de estructuras cerradas o abierta, ver Nch432.

IV. COSTENERAS DE TECHO

COMBINACIONES DE CARGA

4.4. COMBINACIONES DE CARGA Combinaciones de cargas costaneras de techo a ser usadas en el proyecto, las cuales están extraídas de la Nch 3171 (sin considerar nieve):

C1 : D C2 : D + Lr  C3 : D + W bar  C4 : D + W sot C5 : D + 0.75Lr + 0.75W bar  C6 : D + 0.75Lr + 0.75W sot C7 : D + M D : Carga muerta Lr : Carga viva de techo W bar : Carga de viento de barlovento W sot : Carga de viento de sotavento M : Carga de montaje Nota : Las combinaciones C5 y C6 se sugiere que para cada proyecto se analice su aplicación, pues en algunos casos se acuerda no aplicar por su probabilidad de ocurrencia, esto para techos con acceso solo para mantención.

IV. COSTENERAS DE TECHO

VERIFICACIONES

4.5. VERIFICACIONES DE COSTANERAS - Verificación de tensiones.

La verificación de resistencia por ejes y las correspondientes verificaciones de interacciones biaxiales ( momentos en X e Y ), deben realizarse basados en AISC 2010. a) Análisis de flexión biaxial. b) Interacciones biaxiales para efectos del curso deben cumplir: 0.70 < Interacción < 1.0

IV. COSTENERAS DE TECHO

DEFORMACIONES

- Verificación de deformaciones.

La deformación máxima de la costanera de techo no deberá exceder el valor admisible ( Ver Nch 427 ) : Y ( adm ) = L / 200 , sobre el eje fuerte de la costanera.

IV. COSTENERAS DE TECHO

COLGADORES

4.5. DISEÑO DE COLGADORES

En general para el uso de colgadores se pueden utilizar como criterios : L > 5 mts. : Usar dos colgadores en la costanera L > 10 mts. : Usar tres colgadores en la costanera Estos se disponen en forma cruzada entre costaneras, de tal forma que pueden ser considerados como arriostramientos de flexión tal como se indico en los puntos anteriores en este documento. En general se usan diámetros de barras entre 8 y 12 mm..

IV. COSTENERAS DE TECHO

COLGADORES

La carga para diseñar los colgadores se obtienen de las reacciones del modelo estructural para el Eje Y-Y de las costaneras de techo. Carga nominal de tracción: Pn = Fy Ag Resistencia admisible a tracción: Pn / Verificación del colgador : Pn /

,

= 1.67 ( Método ASD)

R

R = n * Ti Ti : Reacción de apoyo en eje débil de la costanera n : número de costaneras que resiste el ultimo colgador de techo En general se usa acero A 42-23 o SAE 1020 para los colgadores [ Fy = 2300(Kg/cm2)].

V. COSTENERAS LATERALES

CARGAS

5.1. CARGAS EN COSTANERAS LATERALES

5.1.1 Cargas permanentes ( D ) Peso propio de la costanera : Qpp ( Kg / m ) Peso propio de la cubierta : Qpl ( Kg / m2) 5.1.2 Sobrecarga ( Lr ) En general no se consideran sobrecargas para el caso de las costaneras de laterales y de frontones.

V. COSTENERAS LATERALES

CARGA DE VIENTO W

5.1.3 Carga de Viento ( W ) Al igual que para el caso de las costaneras de techo, para la determinación de las cargas de viento de costaneras laterales y de frontones se requiere el cálculo de la Presión Básica del viento (q). Para la determinación de Pb referirse al punto 2.7.1.3 de costaneras de techo, pero considerando las sgtes. alturas de cálculo :

Costaneras laterales : HH Costaneras frontales : HC

V. COSTENERAS LATERALES

CARGA DE MONTAJE M

5.1.4 Carga de Montaje ( M) Se considera una carga puntual M = 100 ( Kg) aplicada en el centro de la costanera ( según Nch 1537 ). 5.1.5 Espaciamiento entre costaneras de techo El espaciamiento entre costaneras depende de las recomendaciones del fabricante de la plancha de techo:PV-4 , PV-6 , Plancha Zinc, etc. Para efectos de este curso tal como se indico anteriormente se utilizaran planchas PV4 o PV6.

V. COSTENERAS LATERALES

MODELO ESTRUCTURAL

5.2. MODELO ESTRUCTURAL

Eje débil y

Eje fuerte X

L

L/3

L/3

L/3

V. COSTENERAS LATERALES 5.3. CARGAS UNITARIAS

A. Cargas de peso propio ( D ) D = ( Qpp + Qpl * S ), (Kg/m) B. Carga de montaje ( M ) M = 100 (Kg) S: espaciamiento entre costaneras

CARGAS UNITARIAS

V. COSTENERAS LATERALES

CARGA DE VIENTO W

C. Carga de Viento ( W ) C.1 Costaneras Laterales Para estructuras cerradas la carga de viento distribuida esta dada por :

Pb: presión básica ( igual a q de Nch432) S : Espaciamiento entre costaneras

V. COSTENERAS LATERALES

CARGA DE VIENTO W

C.2 Costaneras Frontales Para estructuras cerradas la carga de viento distribuida esta dada por :

Pb: presión básica ( igual a q de Nch432) S : Espaciamiento entre costaneras

V. COSTENERAS LATERALES

COMBINACIONES

5.4. COMBINACIONES DE CARGA

Combinaciones de cargas costaneras de techo a ser usadas en el proyecto, las cuales están extraídas de la Nch3171: C1: D C2 : D + W bar  C3: D + W sot C4 : D + M D : Carga muerta W bar : Carga de viento de barlovento W sot : Carga de viento de sotavento M : Carga de montaje

V. COSTENERAS LATERALES

VERIFICACIONES

5.5. VERIFICACIONES DE COSTANERAS - Verificación de deformaciones.

La deformación máxima de la costanera de techo no deberá acceder el valor admisible ( ver Nch 427 ) : Y ( adm ) = L / 120 , sobre el eje fuerte de la costanera. Y max = [ 5 * V * L ^ 4 ] / [ 384 * E * Ix ] < Y ( adm ) V = máximo [ W bar  , W sot ]