Ejemplos de Dimensionamiento de Estructuras Livianas de Acero Segun La Recomendacion Cirsoc 303

 

Ejemplos de Dimensionamiento

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- ESTRUCTURAS DE BARRAS DE  ACERO DE SECCIÓN CIRCULAR 

EJEMPLOS DE DIMENSIONAMIENTO DE ESTRUCTURAS LIVIANAS DE ACERO SEGUN LA RECOMENDACION CIRSOC 303  Edición Mayo de 1988 

- Publicación Complementaria -

"El INTI-CIRSOC INTI-CIRSOC y ERREPAR S.A no se hacen responsables de d e la utilización que el e l usuario haga de la información contenida en el presente archivo y/o página INTERNET.  A efectos legales, tiene validez como Reglamento Nacional el texto impreso editado por INTI-CIRSOC"  

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INDICE  1. ESQUEMA ESTRUCTURAL DE LA NAVE  2. ACCIÓN DEL VIENTO  2.1. Coeficiente de reducción por dimensiones di mensiones cd  2.2. Coeficiente de presión exterior e interior 2.3. Coeficientes de presión c 

3. ANÁLISIS DE CARGAS EN PÓRTICOS   3.1. Viento 3.2. Carga permanente 3.3. Sobrecarga 

4. CÁLCULO DE SOLICITACIONES EN PÓRTICOS  4.1. Superposición de solicitaciones 

5. ESQUEMAS ESTRUCTURALES  5.1. Arco 5.2. Columnas 

6. DIMENSIONAMIENTO  6.1. Verificación de las relaciones geométricas y esbelteces admisibles de arco y columnas 6.2. Acero utilizado - Tensión admisible 6.3. Columnas 6.4. 6.5. Arco Correas 

BIBLIOGRAFÍA  

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ESTRUCTURA LIVIANA DE ACERO PARA NAVE INDUSTRIAL   1. ESQUEMA ESTRUCTURAL DE LA NAVE   VISTA FRONTAL 

Separación entre:  Correas - 1,30 m  Llaves - 5,20 m*  * sobre el desarrollo del arco 

2. ACCIÓN DEL VIENTO  Estructura reticulada de hierro redondo para un edificio industrial con bajo factor de ocupación  Ubicación: Provincia Buenos Aires Reglamento CIRSOC de 102)  

= 27,2 m/seg (Tabla 1 -

Coeficiente de velocidad probable: cp= 1,45 (Tabla 2 - Reglamento CIRSOC 102)  Rugosidad: Tipo III  Vo = cp .

1,45 . 27,2 m/seg = 39,44 m/seg 

qo = 0,000613 . 

= 0,000613 (39,44)2 = 95 kN/m2 

qz = qo . cz . cd  Pag. 3

 

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cz = 0,446 (de tabla 4, Reglamento CIRSOC 102)  

2.1. COEFICIENTE DE REDUCCION POR, DIMENSIONES c d  (Tabla 5 Reglamento CIRSOC 102)  - Viento transversal 

- Viento longitudinal 

Para simplificar los cálculos tomaremos c d = 0,93 en ambas direcciones de viento:  qz = 0,95 kN/m2 . 0,446 . 0,93 = 0,39 kN/m2 

2.2 COEFICIENTES DE PRESION EXTERIOR E INTERIOR (c e,ci)  Viento longitudinal  Factor de forma

o 

(figura 13 - Reglamento CIRSOC 102)  

Coeficientes de presión exterior c e:  - paredes : d de e ta tabla bla 6 y figura 1 16 6 con = 0 0ºº  - cubierta: cubierta: d de e tabla 7 y figura 17 a a)) con = 0º'

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y 

Coeficiente de presión interior c i: de tabla 8. (I c i l

0,2) 

Viento transversal  Factor de forma

o 

(figura 13 - Reglamento CIRSOC 102)   Pag. 5

 

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• Coeficientes de presión exterior c e: 

- paredes: de tabla 6 y figura 16 con co n a = 0º   - cubierta: de tabla 7 y figura 18 con a variable y 

• Coeficientes de presión interior c i: de tabla 8 (I c i l

Pag. 6

0,2) 

 

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2.3 COEFICIENTES DE PRESION c  Viento longitudinal  •

Coeficientes de presión c = c e - ci (l c l

0,3) 

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Viento transversal  . Coeficientes de presión c = c e - ci (I c l

Pag. 8

0,3) 

 

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3. ANALISIS DE CARGAS EN PORTICOS   3.1 VIENTO  Tomados los estados de viento más desfavorables se simplificaron para adaptarlos a las posibilidades de cálculo manual de los pórticos. p órticos.   viento longitudinal: 

Viento Transversal: 

Viento Transversal:  caso c) 

3.2. CARGA PERMANENTE  • Chapa acanalada 01  

(Datos del «Catálogo de Productos Siderúrgicos para la Edificación Instituto Argentino de Siderúgia - Buenos Aires - 1985).  Cantidad de hondas: 13 1/2  longitud: 3 m  Pag. 9

 

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espesor: 0,40 mm  peso: 0,0420 kN/m  ancho: 1026 mm  peso por unidad de superficie:  

peso de la chapa sobre el pórtico:   0,05 kN/m2 . 5 m = 0,25 kN/m   • Dintel 

Estimación del peso propio según   CIRSOC 303, anexos al capítulo 2,   figura A.4  para H = 45 cm ____________________peso del dintel = 0,21 kN/m   • Correas 

longitud del arco = 20,82 m  separación entre correas = 1,30 m (17 correas)   Estimando el peso propio según figura A . 4  de CIRSOC 303, anexos al capítulo 2:   para h = 20 cm________peso correa = 0,04 kN/m  incidencia de las correas sobre el dintel:  

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CARGA PERMANENTE ADOPTADA 0,70 kN/m  

3. 3. SOBRECARGA  Cubiertas inaccesibles, según artículo 4.1.7 del Reglamento CIRSOC 101  

Se adopta para el cálculo una sobrecarga uniforme de 0,22 kN/m2  Sobrecarga sobre el dintel - 0,22kN/m2 . 5 m = 1,1 kN/m 

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4. CALCULO DE SOLICITACIONES EN PORTICOS  El cálculo de los pórticos se realizó en forma manual, utilizando el método propuesto por C.P. Filipch en la referencia 12.   Las operaciones realizadas para la obtención de las solicitaciones sobre los pórticos no se incluyeron por no ser el objeto de este apunte.   Se dan solamente los valores de las superposiciones más desfavorables.   Valores de esfuerzos en tensores, reacciones r eacciones y corte en las columnas:  

Carga permanente + sobrecarga + viento transversal 

carga permanente transversal 

+

viento

Carga permanente longitudinal 

+

viento

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4.1. SUPERPOSICION DE SOLICITACIONES   • Carga permanente + sobrecarga + viento transversal  

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Ejemplos de Dimensionamiento • Carga permanente + viento transversal  

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Ejemplos de Dimensionamiento • Carga permanente + viento longitudinal  

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5. ESQUEMAS ESTRUCTURALES  5.1. ARCO 

 AT = 19,63 cm    A 25 = 4,91 cm2   A 12 = 1,13 cm2   A 10 = 0,78 cm2 

5.2 COLUMNAS 

 AT = 19,63 cm    A 25 = 4,91 cm2   A 16 = 2,01 cm2   A 10 = 0,78 cm2 

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6.DIMENSIONAMIENTO  6.1. VERIFICACION DE LAS RELACIONES GEOMÉTRICAS Y ESBELTECES ADMISIBLES SEGUN EL ARTICULO 5.4.4. DE LA RECOMENDACION CIRSOC 303  6.1.1. Arco: 

6.1.2. Columnas:  (ver punto 3.2. por cálculo de

i) 

6.2. ACERO UTILIZADO - TENSION ADMISIBLE  F - 22 (Al - 220)

F =

220 N/mm2 

Coeficiente de seguridad según el capítulo 3 de la Recomendación CIRSOC 303  = 1,6 

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6.3. Columnas  6.3.1. Verificación del pandeo local en cordones   - Carga permanente + viento v iento longitudinal:  M = + 22,10 kNm  N = + 14,01 kN  según el artículo 5.5.2. de la Recomendación CIRSOC 303  

(número de barras del cordón) 

Verificación del esfuerzo de tracción  

Verificación del esfuerzo de compresión  

de tabla 2, del Reglamento CIRSOC 302 - (F-22)

- Carga permanente + sobrecarga + viento transversal  M = 18,9 kNm  N = -24,85 kN 

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= 2,02 

 

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6.3.2. Pandeo generalizado en el plano  De acuerdo con el articulo 5.5.14 de la Recomendación CIRSOC 303, se calcula la longitud de pandeo de !a columna del pórtico:  rigidez del dintel curvo -------------------

rigidez de la columna ---------------------

 

 

de la figura 12 se obtiene, para un pórtico empotrado  

- Carga permanente + sobrecarga + viento transversal   N = -24,85 kN  M = 18,9 kNm  Según el articulo 2.2.5.2 del Reglamento CHSOC 302, debe calcularse:  

con

1 de

la figura 4 del mismo reglamento.  

Para el caso d) de la figura 4:  

 A = AT = 19,63 cm2  s1 = 60 cm   Ad = A

16 =

2,01 cm2  a = 45 cm  Pag. 19

 

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(Reglamento CIRSOC 303, art. 4.4.5)  

6.3.3. Verifícación de las diagonales contenidas en el plano del pórtico   Según el artículo 5.5.11. deben superponerse los esfuerzos de corte provocados por las cargas Qz  con los producidos por efectos del pandeo Qpy  (pandeo perpendicular al plano x-y) 

El estado de carga considerado será la superposición - Carga permanente + sobrecarga + viento transversal- que produce la máxima compresión sobre la columna.  Pag. 20

 

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N = -24,85 kN h = distancia entre cordones en la dirección dirección z  M = 18,9 kNm

= longitud de la pieza entre ejes de apoyo  

Qz = 9,03 kN 

Este valor es menor que el Qz producido por la superposición - Carga permanente + viento longitudinal ® Q z = 12,52 kN. Esta superposición produce tracción sobre la columna Según el artículo 5.5.2.2. de la Recomendación CIRSOC 303 el esfuerzo en la diagonal es: 

: ángul ángulo o entre la diagona diagonall y el cordón = 56º

sen = 0,832 

: ángulo entre la diagonal y el eje de la sección correspondiente al esfuerzo de corte cor te act actuan uante; te; = 0 cos = 1  n : 2 (número de planos en que existen diagonales)  

sK = 0,75 sd = 40,6 cm 

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De acuerdo con el artículo 5.5.15 de CIRSOC 303 para lograr el centrado de los ejes de diagonales y cordones, el zig-zag de las diagonales debe curvarse con un diámetro interior di = k dd  k se obtiene de la figura 13 en función de y . 1,6 = 4 cm. 

= 1,56

k = 2,5

di = 2,5

Por otra parte el diámetro mínimo del mandril de doblado según la Tabla 23 del Reglamento CIRSOC 201  dimín = 2,5 . dd = 2,5 . 1,6 = 4 cm   Por lo tanto la diagonal debe doblarse con ese diámetro interior.  

6.3.4. Verificación de las diagonales perpendiculares al plano y pertenecientes al cordón comprimido.  Estas diagonales, en piezas sin ejes materiales, deben verificarse para el esfuerzo de corte ideal según el Reglamento CIRSOC 302, artículo 2.2.5.5.1  

- Carga permanente + sobrecarga + viento transversal.   N = 24,85 kN  My = 18,9 kNm 

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longitud de las diagonales

10 : d = sd =

(caso b - figura 4,

Reglamento CIRSOC 302) 

para

la

diagonal

Diámetro interior de doblado según la Recomendación CIRSOC 303, artícuIo 5.5.15 

Diámetro mínimo del mandril de doblado según tabla 23 del Reglamento CIRSOC 201  dimín = 2,5 . dd = 2,5 . 1 = 2,5 cm  Por lo tanto el diámetro de doblado será de 10,5 cm.  

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6.3.5. Verificación adicional  Según el Reglamento CIRSOC 302, artículo 2.2.5.4., deben verificarse las condiciones: 

Se verifica solamente para el estado de cargas más desfavorable (carga permanente + sobrecarga + viento transversal) 

6.4. ARCO  6.4.1. Verificación del pandeo local en cordones.   - Carga permanente + viento longitudinal   M = 22,10 kNm  N = 17,64 kN  Según el artículo 5.5.2. de la Recomendación CIRSOC 303  

n1 = 2 

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Ejemplos de Dimensionamiento

Verificación del esfuerzo de tracción  

Verificación del esfuerzo de compresión  

= 1,74 (Tabla 2, Reglamento CIRSOC 302, fig. 22)  

- Carga permanente + sobrecarga + viento transversal  M = 18,9 kNm  N = - 44,92 kN  

6.4.2. Pandeo generalizado en el plano  La verificación no se realiza según el artículo 5.5.13.2. de CIRSOC 303 por no encontrar el ejemplo entre los estados de carga allí tratados. Por lo tanto, se aplica el capítulo 3 del Reglamento CIRSOC 302.  

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carga permanente + sobrecarga + viento transversal  

valores en el cuarto de la luz del arco  

(caso d - figura 4 - Reglamento CIRSOC 302)  

6.4.3. Pandeo generalizado fuera del plano   Los métodos indicados en el Reglamento CIRSOC 302 y en la Recomendación CIRSOC 303 para la verificación el pandeo fuera de su plano de un arco bien empotrado, se limitan a unos pocos estados de carga sencillos.   Sin embargo, los arcos que soportan cubiertas de naves industriales tienen, en general, impedido el pandeo generalizado fuera de su plano por los arrostramientos longitudinales.   Pag. 26

 

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6.4.4. Verificación de las diagonales contenidas en el plano del pórtico   Según el artículo 5.5.11 de CIRSOC 303 se superponen los esfuerzos de corte provocados por las cargas Q z  han los producidos por efecto del pandeo Q py  (pandeo perpendicular al plano x-y)  

- Carga permanente + sobrecarga + viento transversal   N = - 44,92 kN  M = 18,9 Mm  Q = 4,25 kN 

T = Qz + Qpy = 4,25 + 1,07 = 5,32 kN   Este valor es menor que el Q z producido por la superposición - carga permanente + viento longitudinal Q z = 6,47 kN  El esfuerzo de corte en la diagonal según la Recomendación CIRSOC 303, artículo 5.5.2.2. es: 

Se ado adopta ptan n diagona diagonales les 12

A = 1,1 1,13 3 cm2 

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Ejemplos de Dimensionamiento

El diámetro interior de doblado de las diagonales, según CIRSOC 303, artículo 5.5.15, debe ser:  di = k . dd 

Diámetro mínimo del mandril de doblado según tabla 23 del Reglamento CIRSOC 201.  dimín = 2,5 dd = 2,5 . 1,2 = 3 cm  Por lo tanto di = 3. 

6.4.5. Verificación de las diagonales perpendiculares al plano como parte del cordón comprimido del arco  - Carga permanente + sobrecarga + viento transversal   M = 18,9 kMm  N = -44,92 kN 

longitud de las diagonales

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10

d = sd =

= 35,35 cm 

 

Ejemplos de Dimensionamiento

(caso b - figura 4 Reglamento CIRSOC 302)  

El esfuerzo de corte ideal, para el que se debe verificar estas diagonales según el Reglamento CIRSOC 302, artículo 2.2.5.5.1. es: 

El esfuerzo en la diagonal  

6.4.6. Verificación adicional  Deben realizarse las verificaciones indicadas en el Reglamento CIRSOC 302, artículo 2.2.5.4.  Se verifica solo para el estado de carga más desfavorable (carga permanente + sobrecarga + viento transversal)  

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6.5. CORREAS  6.5.1. Esquema estructural 

Vista Lateral 

 A 16 = 2,01 cm2   A 6= 0,28 cm2   AT = 6,03 cm2 

Vista Superior  

6. 5. 2. Verificación de las relaciones geométricas y esbelteces admísibles según CIRSOC 303, artículo 5. 4. 4. 

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Ejemplos de Dimensionamiento

6.5.3. Estados de carga   Se analizarán solo para la correa ubicada en extremo del arco y sometida a flexión oblicua. 

- Carga permanente del análisis hecho para los pórticos:   • peso de la chapa ------- 0,05 kN/m2 . 1,3 m = 0,07 kN/m  • peso propio de las correas  = 0,04 kN/m 

carga permanente = 0,11 kN/m  

Qz = Q . cos 28º = 0,28 . 0,88 = 0,24 kN  Mz = M . sen 28º = 0,34 . 0,47 = 0,16 kNm  Qy = Q . sen 28° = 0,28 . 0,47 = 0,13 kN  My = M . cos 28º = 0,34 . 0,88 = 0,30 kNm  - Sobrecarga  carga útil adoptada ------ 0,22 kN/m2  carga útil sobre las correas ----- 0,22 kN/m2 . 1,3 m = 0,29 kN/m 

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Qz = 0,63 kN

Mz = 0,42 kNm 

Qy = 0,34 kN

My = 0,79 kNm 

- Sobrecarga de 1 kN (Reglamento CIRSOC 101, artículo 4.1.7.3.)  

Qz = 0,44 kN

Mz = 0,59 kNm 

Qy = 0,24 kN

My = 1,10 kNm 

- Viento  Se consideran como más desfavorables los casos c (succión) y d (presión) de viento longitudinal.  No se consideraron las acciones locales que deben tomarse en cuenta según CIRSOC 102, artículo 6.6.   • Succión 

acción sobre una correa : c . qz . 1,3 m = 1,08 . 0,39 . 1,3 = 0,55 kN/m 

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Ejemplos de Dimensionamiento

la acción es perpendicular a la cubierta   Qz = -1,38 kN

Mz = 0 

Qy = 0

My = -1,71 kNm  

• Presión 

acción sobre una correa : c . qz . 1,3 m = 0,30 . 0,39 . 1,3 = 0,15 kN/m 

Qz = 0,38 kN

Mz = 0 

Qy = 0

My = 0,48 kNm 

6.5.3. Verificación de los cordones    Ac = 2,01 cm2  s = sK = 30 cm  para ambos cordones: 

las superposiciones más desfavorables son:  - Carga permanente + sobrecarga 1 kN + viento presión   Mz = 0,16 + 0,59 + 0 = 0,75 kNm   My = 0,30 + 1,10 + 0,48 = 1,88 kNm   • Cordón superior  

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Ejemplos de Dimensionamiento

•. Cordón inferior  

- Carga permanente + viento succión    

Mz =

0,16 + 0 = 0,16 kNm   My = 0,30 - 1,71 = -1,41 kNm k Nm  • Cordón superior  

• Cordón inferior  

6.5.4. Verificación de las diagonales laterales    Ad= 0,28 cm2  ( 6) 

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Ejemplos de Dimensionamiento

sKd = 0,75 sd = 0,75 . 24,19 = 18,14 cm  

El máximo corte se produce para la superposición   - Carga permanente + sobrecarga + viento presión   Qz = 0,24 + 0,63 + 0,38 = 1,25 kN  

6.5.5. Verificación de las diagonales superiores    Ad = 0,28 cm2  ( 6) 

SKd = 0,75 . sd = 0,75 . 19,21 = 14,41 cm 

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Ejemplos de Dimensionamiento

La máxima solicitación se produce para - Carga permanente + sobrecarga-   Qy = 0,13 + 0,34 = 0,47 kN  

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Ejemplos de Dimensionamiento

BIBLIOGRAFÍA  1. Recomendación CIRSOC 303 "Estructuras Livianas de Acero", Buenos Aires,  julio 1982, Actualización ' 84.  2. Reglamento CIRSOC 301 "Proyecto, cálculo y ejecución de estructuras de acero para edificios", Buenos Aires, julio 1982, Actualización ' 84.   3. Reglamento CIRSOC 302 "Fundamentos de cálculo para los problemas de estabilidad del equilibrio en las estructuras de acero", Buenos Aires, julio 1982,  Actualización ' 84.  4. Reglamento CIRSOC 101 "Cargas y sobrecargas gravitatorias para el cálculo de las estructuras de edificios", Buenos Aires, julio 1982, Actualización ' 84.   5. Reglamento CIRSOC 102 "Acción del viento sobre las construcciones", Buenos  Aires, julio 1982, Actualización ' 84.  6. Informe I-82-1 "Estudio experimental de estructuras metálicas livianas construídas con barras de acero de sección circular", Laboratorio de Estructuras, Instituto de Ingeniería Civil, F.C.E.T, U.N..T, Tucumán, T ucumán, 1982.  7. M. Soboleosky "Estructuras metálicas livianas de hierro redondo". I.M.A.E., U.N.R., Rosario, 1982.   8. E. Deza "Antecedentes para la reglamentación de estructuras metálicas livianas"  9. Zignoli "Construcciones metálicas", Madrid, 1978.   10. Cudos Samblancat "Cálculo de estructuras de acero", Madrid 1978.   11. C. Filipich "Una estructura metálica liviana para cubierta industrial", Dpto. Ing., U.N.S., Bahía Blanca, 1969.   12. C. Filipich "Pórticos atensorados de dintel curvo biempotrados", Bahía Blanca, 1981. 

Pag. 37