Sidetur - Proyecto y Construccion de Galpones Modulares

CTO

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Ing. Eduardo Arnal Ing. Arnaldo Gutierrez Arq. Felipe Montemayor Ing. Felix Achabal

Excelencia Siderurgica

Ing. Eduardo Arnal Ing. Arnaldo Gutierrez Arq. Felipe Montemayor Ing. Felix Achabal

FONDO EDITORIAL SIDETUR Caracas, abril 2007 Cl Eduardo Amal 2005 HECHO EL DEPOSITO DE LEY Dep6sito legal 1162820076201408 ISBN 978-980-6403-69-7 Producci6n Grafica Abaco Arte

Pre-prensa Representaciones Film Art Impresi6n Impresos Venegraf

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Dedicatoria

Plenamente identificado con los objetivos del Programa de Ell/ace Tecnico de la Comisi6n Tecnica Asesora de SIDERURGICA DEL TURBIO S. A. SlDETUR, se dedica este texto docente a los estudiantes de Arquitectura e Lngenieria, a los profesionales y a sus indi pensables asistentes tecnicos, para orientarlos en el proyecto y la construcci6n de estas utiles estructuras de acero.

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Prologo

En las actividades de fonnacion profesional para el proyecto y construccion de estructuras de acero que se adelantan en el Programa de Enlace Tecnico de SIDERURGICA DEL TURBIO S. A SIDETUR se ha detectado una ausencia de publicaciones adecuadas a la nomlativa vigente sobre la materia, en fonna similar ala observada en 1945 en la Catedra de Concreto de la Facultad de Ingenieria de la Universidad Central de Venezuela, que motivo la publicacion del texto docente Lecciones de Concreto, el cual cumplio con exito esa mision por muchos aiios y justifica el acuerdo con SlDETUR para la redaccion y edicion de este nuevo texto docente, orientado al proyecto y la construccion de gal pones modulares de acero, de amplia aplicacion en nuestra industria. En este texto se detallan las relaciones estaticas en que se fundamenta el analisis estructural siguiendo la nonnativa vigente, se exponen metodos ordenados de proyecto de los diversos componentes estructurales y se ofrecen sencillos programas de computacion, orientados, fundamentalmente, a facilitar los anteproyectos comparativos y el predimensionado de los miembros estructurales de acero, para la seleccion heuristica de las soluciones mas adecuadas. Para cubrir todos los aspectos relacionados con el proyecto y la construccion de los galpones modulares de acero, han colaborado con ellng. Eduardo Amal , profesionales de alta calificacion, con el aporte del Arq . Felipe Montemayor en la concepcion y desarrollo del proyecto arquitectonico, dellng. Amaldo Gutierrez, con su amplia experiencia en la docencia y en la nonnativa de las estructuras de acero, y del Ing. Felix Achabal , con dilatada experiencia en la fabricacion y el montaje de esas estructuras, lograndose asi un texto coordinado, de elevada utilidad para estudiantes y profesionales involucrados en el tema. Dada la extensa bibliografia referente al proyecto de miembros y conexiones de acero, se suministran, en un CD anexo, y se citan en la Bibliografia, numerosos recursos e informacion complementaria. EI Programa de Enlace Tecnico de la COMISIGN TECNICA ASESORA de SIDETUR esta orientado a la preparacion y mejora de los profesionales y tecnicos de la construccion, en todas las aplicaciones de esta indispensable actividad economica, aun mas alia del alcance de la produccion de esta empresa y sus filiales. En las publicaciones, charlas y Seminarios Tecnicos anuales incluidos en dicho Programa colaboran distinguidos profesionales de la docencia y del ejercicio profesional, asi como los autores de las publicaciones del Fondo Editorial SIDETUR.

VII

Contenido

DEDICATORIA PR6l0GO CAPiTULO 1 - GENERALIDADES 1.1 INTRODUCCION 1.2 COMPONENTES DE UN GALPON 1.3 CLASIFICACION Y TIPOLOGiA 1.4 ESTUDIOS DE SUELO Y FUNDACIONES 1.5 IMPORTANCIA DE EQUIPO INTERDISCIPLINARIO

CAPiTULO 2 - LA ARQUITECTURA DE lOS GALPONES 2.1 INTRODUCCION 2.2 ACTIVIDADES EN EL PROYECTO DE GALPONES . 2.3 ESPECIFICACIONES PARA LA CONSTRUCCION Y EL MANTENIMIENTO DE GALPONES 2.4 COMPONENTES A CONSIDERAR EN LA PREPARACION DEL PROYECTO DE GALPONES Volodizos Escoleros Cielorroso lIuminoci6n naturol Ventiloci6n naturol Drenaje y remote perimetral de los techos Aislamientos Protecci6n contra 10 condensaci6n Protecci6n contra 10 corrosi6n Protecci6n contra descargas electricas Proteccl6n contra incendio

2.5 GALPONES PARA USOS ESPEciFICOS 2.5.1 Galpones para animales

CAPiTULO 3 - PRODUCTOS V NORMAS 3.1 PRODUCTOS PARA EL PROYECTO DE GALPONES 3.1.1 Introducci6n 3.1 .2 Perfiles 3.1.3 Cerramientos 3.1.4 Techos 3.1.5 Paredes 3.1.6 Pernos de anclaje 3.1.7 Equipo para 10 movilizaci6n de cargos IX

3.2 NORMAS PARA EL PROYECTO, LA CONSTRUCClON, LA INSPECCION Y EL MANTENIMIENTO DE GALPONES

3.2.1 Estados limites 3.2.2 Clasificaci6n de las acciones 3.2.3 Hip6tesis de solicitaciones 3.2.4 Acciones permanentes, cp 3.2.5 Acciones variables, cv Y CVl 3.2.6 Acciones variables debido a impactos 3.2.7 Acciones reologicas y de temperatura, ct 3.2.8 Acclones accidentales debidas 01 viento, W Ejemplo 3.1

3.2.9 Acciones accidentales debidas a sismos, s Ejemplo 3.2

3.2.10 Estado limite de servicio

CAPiTULO 4 - CRITERIOS GENERALES PARA EL PROYECTO ESTRUCTURAL DE GALPONES 4.1 INTRODUCCION 4.2 NOCIONES DE ESTABILIDAD DE LOS SISTEMAS ESTRUCTURALES EN ACERO Estobilidod verticol Estabilldad lateral Estabilidad longitudinal Estabilidad global de 10 estructura

4.3 CONSIDERACIONES DE ESTABILIDAD PARA LAS ACCIONES DEL VIENTO 4.4 CONSIDERACIONES DE ESTABILIDAD PARA LAS ACCIONES DEL SISMO Elempl04.1

4.5 CORREAS Y LARGUEROS 4.5.1 Correas Ejempl04.2

4.5.2 Correas continuos 4.5.3 Largueros Ejempl04.3

4.6 EQUIPO PARA LA MOVILIZACION DE CARGAS 4.6.1 Vigas carrileras Ejempl04.4

4.6.2 Polipastos Ejempl04.5

4.7 MEZZANINAS Predlseno de vigas mixtas acero - concreto Ejemplo 4.6 Conectores de corte Control de vibraciones por transito peotonal Ejemplo 4.7

4.8 CONEXIONES Ejempl04.8

x

CAPiTULO 5 - FUNDAMENTOS TEORICOS DEL METODO V El PROGRAMA PARA EL PROVECTO ESTRUCTURAL DE GALPONES 5.1 INTRODUCCION 5.2 CORREAS Coso 1 Cargos variables verticales Coso 2 Presi6n horizontal del viento

5.3 PORTICOS 5.3.1 Vigas maestras . Determinaci6n de las constantes elasticas Calculo de las solicitaciones Hip6tesis de cargos determinantes del diseno

5.3.2 Vigas de celosia 5.4 COLUMNAS 5.4.1 Columnas de acero 5.4.2 Columnas de concreto reforzado 5.5 FUNDACIONES 5.5.1 Fundaciones directas 5.5.2 Vigas de riostra 5.5.3 Losa de fundaci6n 5.5.4 Pilotes 5 .6 PAVIMENTOS

CAPiTULO 6 - METODO ORDENADO DE PROVECTO 6.1 INTRODUCCION 6.2 PREDIMENSIONADO ESTRUCTURAL 6.2.1 Predimensionado de las correas 6.2.2 Predimensionado de los p6rticos modulares Definicion de las caracteristicas generales del p6rtico Calculo de las dimensiones de las vigas Calculo de las dimensiones de las columnas

6 .2.3 Predimensionado de las vigas de celosia 6.3 PARAMETROS DE DISENO 6.3.1 Materiales 6.3.2 Cargas de calculo Acciones del Viento segun 10 Norma Venezolana 2003 Acciones slsmicas segun 10 Norma Venezolana 1756

6.3.3 Hip6tesis combinatorias 6.4 CATALOGOS DE SECCIONES USUALES DE ACERO 6.5 METODOS DE DISENO DE LOS COMPONENTES DEL GALPON 6.5.1 Diseno de la lamina de cubierta Selecci co

E

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I'-

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Figura 3.6 Distribucion de los largueros en funcion de las resistencia de las laminas de cerramiento 3-8

3.1.6 Pernos de anclaje Los pernos de anc\aje cumplen varios roles en la interaccion columna - fundacion. Ademas de trasmitir las cargas verticales y horizontales, sirven para lIevar a su posicion corrccta a las columnas durante el montaje. Tambien mantienen las columnas mientras se instal an los arriostramicntos de la estructura. Normalmente se utilizan pernos ASTM A307 0 A325, 0 barras ca li bradas de acero SAE 10200 1045 tratadas termicamente. La N0n11a Venczolana 1618 en su Articulo C-5.8 no permite el uso de barras de refuerzo para concreto como pernos de anc\aje. Por otra parte, la pnlctica ha demostrado que el incumplimiento de las disposiciones de la Norma Venezolana 316 respecto a la soldadura de cabillas, produce fall as en los dispositivos de anc\aje, aim antes de entrar en servicio. Usua lmente para facilitarel montaje, los pernos de anc\aje se preinstalan en una plantilla 0 caja, como la mostrada en la Figura 3.7.

Figura 3.7 Pre-ensamble de pernos de anc\ajes

3.1.7 Equlpos para la movilizacl6n de cargas En galpones industriales se utilizan equipos fijos 0 moviles, 0 ambos, para manejar las cargas que el proceso productivo requiere. Como el costo de estos equipos representa un porcentaje muy importante del costo total del galpon, adem as de su incidencia en la estructura del mismo, a continuacion se suministra la informacion basica comim que tiene como principal objetivo facilitar la interaccion entre todos los involucrados en el proyecto para que puedan interac tuar.

3-9

--~----~~~--~~~~~~ ~ ------------------

TABLA 3.1 INFORMACION NECESARIA PARA EL D1SENO DE UNA ESTRUCTURA CON PUENTE GRUA 1. Usuario y/o Suplidor__________________________________________________________ 2. Numero de Puentes Grua

3. Carga de Servicio (no incluye el peso de los accesorios necesarios para ellevantamiento de la carga) Carga util a elevar Gancho Principal kgf. Gancho auxiliar kgf. 4 . Elevaci6n Normalizada del Gancho (maxima , incluyendo profundidad del foso) . Gancho Principal m. Gancho auxiliar m. 5. Longitud aproximada del Riel m. 6. Numero de Puentes Grua sobre los Riele s._ _ _ _ __ _ __ _ __ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ 7. Condiciones de Servicio Gancho Principal : Altura promedio de elevaci6n____________________________________,m . Numero de alzadas por hora._ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ___ Horaspordia _ _ _ _ _ _ __ _ __ _ __ _ _ _ __ __ _ ___ Gancho Magneto,_ _ _ _ _ _~Cuchara _ _ _ _ _~ Tamaiio y peso del magneto 0 cuchara _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ___ Altura promedio de elevaci6n, ____________________ m. Numero de alzadas por hora,__________________________ Horaspordia ________________________________

Gancho Auxiliar:

Gancho Magneto._ _ _ _ _ _~Cuchara _ _ _ _ _~ Tamaiio y peso del magneto 0 cuchara _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ___ Numero de movimientos por hora _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ Horaspord ia _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ ___

Puente

Duraci6n efectiva de utilizaci6n _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ Numero de movimientos por hora _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ Horas pordia _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ___

Carro

Duraci6n efectiva de utilizaci6n _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __

8. Condiciones Especiales

0 Excepcionales. tales como gases temperaturas, polvo, cargas de manejo delicado, etc.

corrosiv~s,

9. Temperatura Ambiente en el Edificio Max ______________oC Min

gases explosivos, vapores, altas

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _oC

10. Material Manejado _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ _ 11 . Velocidades y Aceleraciones medias de los Movimientos Velocidad nominal de elevaci6n de la carga Desplazamiento longitudinal del puente Desplazamiento lateral del carro

Gancho Principal __________,m/s GanchoAuxiliar Velocidad nominal Aceleraci6n media Velocidad nominal Acelera ci6n media

m/s m/s mis' m/s mis'

12. Operaciones del Puente Grua en : Interiore s_________ .Exteriores._ _ _ _ _ _--'Ambas _ _ _ _ ___ 3 - 10

13. Servicio Electrico Voltaje. _ _ _ _ _ _Fases_ _ _ _ _ Frecuencia _ _ _ _ C. A ._ _ _ _C. C. 14. Metodos de Control Cabina _ _ _ _ _ _ _Desde el piso_ _ _ _ _ _ _ Remoto_ _ _ _ __ 15. Localizaci6n del Control Final de la gnla,_ _ _ _ _ _,Centro._______ ,En el carro _ _ _ _ __ Otro_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ___ 16. Tipo de Control (Informaci6n completa. incluyendo rango de velocidades y aceleraciones)

17. Condiciones de Accesibilidad al Recinto de Control _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ 18. Tipo de Motores (dar informaci6n completa) _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ 19. Especificaciones de la Instalaci6n Electrica del Puente Gnla _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ 20. Accesorios. Equipos y Requerimientos Especiales _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ __ 21. Complete las FigurasAnexas . sustituyendo la letra X por 19S valores numericos que correspondan . Indique. especialmente. cualquier obstaculo que interfiera con el trabajo del equipo.

Ver detalle C

Puente

X

~Ef-i,;-:_,~a·_;~_:_,'-X'I ·- _-- .'-

" ___

"

X

,

X

-,-!. lJ~

L i"GCaanbcihnOa"A ' uXlllar

'

, "

_ _'____p_is_O _ _ _ _ _ _ _·_-

X

.

I_ Foso

Elevaci6n Riel X Perfil ____ - -0

X

X I------

Conductor~ X electricos ----./ -. Indicar tipo -Detalle C

3 - 11

o f}

EI polipasto que levanta y baja las cargas.

EI carro desplaza el polipasto a 10 ancho de la griJa.

EI carro de traslacion que desplaza toda la estructura del puente-griJa (y ~ por 10 tanto el polipasto y cl carro) a 10 largo de la viga carri lera.

Q

o

Viga carrilera. Perfil de acero estructural, laminado 0 soldado.

"

Riel.

~ I

Las vigas transversales de acero estructural laminado 0 so ldado .

fj

La electrificacion del puente, que proporciona las seiiales de control a la grua y transmi te la corri ente electrica al polipasto y al carro del polipasto.

•

~

La electrificacion de la carrilera, que proporciona la energia de la fttbrica a lagrua.

Figura 3.8 Componentes de un puente-grua para gal pones

3 - 12

3.2 NORMAS PARA EL PROYECTO, LA CONSTRUCCION, LA INSPECCION Y EL MANTENIMIENTO DE GALPONES Las normas decantan la experiencia profesional de metodologias de anal isis, diseiio y construccion que han resultado seguras y economicas, y tienen como principal objetivo evitar la repeticion sistematica de errores. Pero nunca suplantan la experiencia profesional capaz de plantear modelos predecibles en cuanto a su comportamiento y seguridad, de jerarquizar e interpretar las disposiciones normativas.

3.2.1 Estados Limltes Una obra civil se plantea a partir del diagnostico de necesidades que justifica el empleo de recursos para lIevarla a cabo. Los criterios que se establezcan para materializarla deben considerar el cumplimiento de las funciones para las cuales se concibe en la fonna mas adecuada en consonancia con los recursos disponibles y con el nivel de seguridad compatible con las consecuencias que una eventual falla pudiera provocar. EI proyecto estructural implica entonces algo mas que la definici6n de las caracteristicas de las partes y componentes de una edificaci6n. Significa tambien la definici6n de los Iimites mas alia de los cuales el comportamiento de un miembro 0 de toda la estructura es inaceptable. Estos Estados Limites constituyen el fundamento de los metodos de proyecto de las normas estructurales intemacionales como nacionales. Establecidos los Estados Limites relacionados con la seguridad (Estado Limite de Agotamiento Resistente) y el funcionamiento adecuado (Estado Limite de Servicio) entre otros, se deben estlldiar todos aquellas acciones que pueden lIevar a la edificaci6n a un Estado Limite. En la revisi6n de la segllridad de una estructura debera considerarse el efecto combinado de todas las accione que puedan ocurrir simultaneamente, tomandose para el amilisis y el diseiio las combinaciones que produzcan los efectos mas desfavorables . Vease la Tabla No.3 de la Norma Venezolana 2004, y el Capitulo C.8 de la Norma Venezolana 1618.

3.2 .2 Claslflcacl6n de las acclones Para poder formar las hip6tesis de solicitaciones 0 las combinaciones de cargas, como tambien se las identifica, en la Norma Venezolana 2002, se clasifican las acciones en funci6n de la variaci6n de su intensidad maxima en el tiempo en: Acciones Permanentes, CP, y Acciones Variables (CV y CVt); Norma Venezolana 2002 AccionesAccidentales: Viento, W; Norma Venezolana 2003 Sismo, S; Norma Venezolana 1756 Acciones reol6gicas y acciones termicas, CT, Norma Venezolana 2002

3.2.3 HIp6tesls de sollcltaclones Para las estructuras de acero, las combinaciones de diseiio estan definidas en el Capitulo lOde Norma Venezolana 1618, tal como se indican a continuaci6n; en algunas estructuras para uso industrial, es necesario especificaradicionalmente, hip6tesis de solicitaciones durante elmontaje, la pmeba de los equipos, y las condiciones particulares de operaci6n.

3 - 13

Hipotesis de solicitaciones 1.4 CP 1.2 CP + 1.6 CY + 0.5 CYt 1.2 CP + 1.6 CYt + (0.5 CY 0 0.8 W) 1.2 CP ± 1.3 W + 0.5 CY + 0.5 CYt 0.9 CP ± 1.3 W 1.2 CP + y CY ± S 0.9CP ± S 1.2 (CP+CF+CT) + 1.6 (CY+CE)+ 0.5 CYt

Formula (10-1 ) ( 10-2) ( 10-3) ( 10-4) (10-5) (10-6) (10-7) (10-8)

Nota: Cuando en el calculo de las acciones del viento, W, se considere el factor de direccionalidad, se usan! 1.6 W en lugar de 1.3 W, en las combinaciones (10-4) Y(I 0-5).

En la Figura 3.9 a) se indican las cargas que deben considerarse en el proyecto de un galpon con puente grim: Las cargas gravitacionales, representadas por el peso propio del techo, CP, y las cargas variables de techo, CYt, que acruan en proyeccion horizontal, las del viento, W, en el techo y en las paredes es normal a las superficies donde acrua. Conservadoramente, se ha supuesto que el viento en la fachada de barlovento (Iado desde donde sopla el viento) es uniformemente distribuido. Se indican tambien las reacciones verticales y horizontales producidas por la operacion del puente grim (no se han representado las fuerzas longitudinales de la grim), y finalmente el peso propio de las columnas. En las Figuras 3.9 b) Y c) se representa la distribucion de las cargas uniformes en cargas puntuales sobre los nodos de la viga de celosia. Notese que las magnitudes de las presiones del viento son diferentes en magnitud en techos que en fachadas, y normal mente los maximos val ores no se alcanzan simultaneamente. Tambien son diferentes las magnitudes en barlovento que en sotavento (lado opuesto al de donde sopla el viento). Por esta razon se prefiere hacer un anal isis por separado, para la estructura del techo y otro para la estructura de las fachadas. Adicionalmente, el proyectista debera con iderar si e factible que e pre ente la maxima carga variable sobre el techo, CYt, simultaneamente con la maxima velocidad del viento, W; 10 mas probable es que cuando el viento alcance cierta velocidad, por razones de seguridad industrial se suspendan las labores de mantenimiento del techo. En la Figuras 3.9 d) y c) se representan los diagramas de momenta sobre las co lumna para el caso de viento y grua vertical, respectivamente. Esta situacion justifica la conveniencia y practica de analizar por separado cada caso de carga y luego, a criterio del ingeniero, combinarlos para formar las hipotesis de solicitaciones. Nuevamente se plantea la necesidad de tener un viento de servicio y un viento de agotamiento, porque es poco probable que bajo un temporal , con fuertes rafagas de viento, la grua est€: operando. En el casu particular de las reacciones de la grim, bay que considerar si esta en movimiento 0 estacionaria. Cuando esta en operacion, las cargas verticales deben incrementarse para tomar en cuenta el efecto de impacto vertical. Cuando la grua frena , acruan las reacciones horizon tales, y las cargas verticales se consideran no impactadas. Tambien hay que considerar que en cada apoyo, las magnitudes de las fuerzas verticales, impactadas 0 no, son diferentes, es decir cuando en un apoyo, digamos el derecho, actua la maxima reaccion de la grua, en el otro apoyo, el izquierdo, acrua la menor reaccion de la grila. Luego hay que hacer varias combinaciones, para garantizar que se han considerado todos los posibles estados de cargas. Tanto al ingeniero estructual como al de fundaciones, les interesa considerar los casos maximos y minimos sobre las columnas y sus fundaciones . 3 - 14

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W

W

~ •

g¥t

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••

Reacciones de la grua

CP ~

Articulada

~

• •

• Viento

..

• ~.

.

.

.

CP Empotrada

Barlovento

b) Cargas verticales, CP + CVt

Sotavento

a) Acciones

,..~ r

c) Viento, W

Diagrama de momentos en la columna

P,

d)Viento sobre fachadas

L, - (L, ! 2)

· ~~·r

• °i~ ~M l

• P,

M,

0, ~

..

I

L, M, > M,

M,

L,j

••

V

D"9"m,

de momentos en la columna

e) Momentos producidos por la grua

Figura 3.9 Acciones sobre las estructuras

3.2.4 Acclones permanentes. CP Para la determinacion de las cargas permanentes se utilizanin los pesos reales de los materiales y los componentes constructivos. En ausencia de una infonnacion mas precisa por parte de los fabricantes , se adoptaran los valores de la Norma Venezolana 2002. Cuando en las mezzaninas la posicion y tipo de tabiques no este definido, se usara una carga di stribuida equivalente de 150 kgf/m' sobre la losa. Cuando los tabiques scan de tipo liviano con un peso menor de 150 kgf/m, la carga distribuida equivalente podra reducirse a 100 kgf/ ml Para efectos del predisefio de un galpon pueden considerarse los siguicntes valores: Peso de techos con lamina metalica, 7 kgf/Il1'; peso de los arriostrall1ientos del techo, 5 kgf/ m' . Antes del advenimiento del cOll1putador, era frecuente encontrar en la Iitcratura tecnica muchas propuestas de formulas para estimar el peso propio de las vigas de celosia utilizadas en los gal pones, desde las mas si mpl e de considerar que el peso propio es igual a la luz entre apoyos verticales, pero expresada en kgf/m', hasta las mas elaboradas [Beyer y Gutierrez, 1990] . Hoy en dia, los programas incorporan automaticamente los pesos de todos los componentes del modelo estructural. 3 - 15

3.2.5 Acclones variables, CV y CVt Las cargas, CV, que repre entan las accione variable debido al uso y ocupaci6n de la edificaci6n, incluyendo las cargas debidas a objetos m6viles y el equipamiento que puede cambiar de sitio, estan definidas en el Capitulo 5 de la Norma Venezolana 2002. Vease su Figura C-5.2. Las cargas variables para azoteas y techos, CVt, estan definidas en la Secci6n 5.2.4 de la mencionada Norma, y por su importancia en el diseiio de gal pones se transcriben a continuacion:

Uso del techo 0 azotea

CVt, en kgf/m'

I. Destinado a un uso determinado

CV correspondiente al uso, pero no menor de 100 kg£lm'

2. Techos inaccesibles salvo con fines de mantenimiento 2.1 Techos metalicos livianos, peso propio menor de 50 kgf/m' . Ver Nota. 2.2 Otros tipos de tech os Peso propio igual 0 mayor de 50 kgf/m' Pendiente ::o 15 % Pendiente > 15 % Nota:

40

100 50 Las correas deben verificarse para una carga concentrada de 80 kgf ubicada en la posicion mas desfavorable. Esta carga no debe considerarse actuando simultaneamente con la

carga uniforme indicada.

3.2.6 Acclones variables debldas a Impacto En ausencia de los datos tecnicos del fabricante de los equipos, las cargas variables se incrementaran para tomar en cuenta los efectos de impacto y frenado en los rieles de las gruas y en la estructura que los soporta, segun 10 dispuesto en el Articulo 5.4 de la Norma Venezolana 2002.

3.2.7 Acclones reolOglcas y de temperatura, CT Por 10 general las acciones reologicas y termicas son poco significativas en edificaciones que no exceden los 60 a 80 m en cualquiera de sus dimensiones, cuando se exceda este valor limite, pueden disponerse juntas de expansion 0 colocar arriostramientos, como se muestra en la Figura 3.10 Sin embargo por buena practica de ingenieria se tomaran las precauciones necesarias para compatibilizar los cambios de temperatura con las condiciones de servicio de la estructura, como se indica en la Seccion 8.6.4 Delalles conslructivos de la presente publicacion. Cuando sea necesario calcular las solicitaciones debidas a los cambios de temperatura pueden utilizarse los valores de la Tabla 3.2.

3 - 16

Junta de expansi6n

rx

IX

[X

~ [X

[X

a) Usa de juntas de expansi6n Vista en elevaci6n

rx rx

[X [X

IX

[X

b) Usa de arriastramienta

Figura 3.10 Edi ficios de mas de 60 a 80 m de longitud

TABLA 3.2 COEFIC IE TE DE DI LATAC IO

TERMICA DE ALGUNOS MATE RI ALES

MATERIAL Acero Aluminio Concreto Granito Mamposteria (ladrillos) Marmol

f. , 1/ °C 12.0 x 10" 23.1 xlO" 14.3 x 10" 8.0 x 10" 5.5 x 10" l.Ox 10"

3.2.8 Acclones accldentales debldas al vlento, W EI efecto del viento sobre las canstrucciones se refiere ala acci6n accidental que produce el aire en movimiento sobre los objetos que se Ie interponen, y consiste, de empujes y succiones, como se muestra en la Figura 3.11.

3 - 17

Succi6n

Barlovento

Sotavento

Elevaci6n Succi6n

I

~ /V~

Isomelria Barlovento

.L.---'''Ir-t

F1 ____ __________ ir=----------,i I

U

4m 3m 8m

Fuerzas : Sismicas I. Pan\metros sismicos De la Tabla 4.1 • Ao = 0.30 De la Tabla 5.1 , forma espectral S2 con factor de correcci6n De la Tabla 7.1 , ~ = 2.6 To = 0.17 seg. T* = 0.7 seg. p = 1.0 De la Tabla 6.1, a = I De la Tabla 6.2, ND3 De la Tabla 6.4, R = 6

-l9~~

-+--'---+V1

Corte Sismico

ql =

0.90

2. Valores espectrales de diseiio Periodo fundamental , segtin la F6rmula (9.6). I De la geometria del galp6n, se obtiene h = 15 - 3 (4) = 13.7 " 14 m. T. = C, h. 01S = 0.08 x 140 1S = 0.579 seg. Como R > 5, seg(m la Tabla 7.2, T· = 0.4 Tomando T = T. , la orden ada Ad del espectro de diseiio quedadefinida por la F6rmula (7.2) porque T' ::: T ::: T* 3 - 26

Ad = a N u= 52700 kgf. 3.2 Diseiio por traeeion Supondremos pemos de ';" pig. de diametro. A.readel agujero = (3/4 + 1/8)2.54 = 2.06 cm A, = 46.6 2 x 0.9 x2.06 = 42.9 em' ; A, = 0.85A, = 36.5 COl' F, = 0.75 F, A, = 0.75 x 4080 x 36.5 = 111690 kgf > 52700 kgf

4 - 22

1.2 x 1.0 x 52700 = 0 566 111690 .

Ae A

:e =

l~

. J = 0.921 > 0.566

EI perfil seleccionado tambien veri fica por traccion . 4. Disefio de las conexiones EI disefio de la union del arriostramiento comprende: Conexion del arriostramiento a la cartel a de union. Conexion de la cartela a la columna. Conexion de la cartela a la viga. Conexion viga-columna. La conexion del arriostramiento a la cartela de union consiste en: Disefio de los pemos. Verificacion por bloque de corte en los angulares. Verificacion por bloque de corte en la cartela. Verificacion por seccion de Whitmore (anchura efectiva). Verificacion por area neta efectiva.

4.5 CORREAS Y LARGUEROS 4 .5.1 Correas Las correas se fijanin al cordon superior por medio de angulos soldados al cordon yatomillados en cad a una de las correas. En techos con inclinacion igual 0 mayor al25 % se usaran tirantes form ados por barras de acero de diametro entre 3/8 y 5/8 pIg., con rosca y tuerca en cada uno de sus extremos. Para luces menores de 6 m se usara un tirante intermedio en el medio de las correas. Para correas mayores de 6 m se usaran dos tirantes situados en los tercios de la luz de las correas. Como se aprecia en la Figura 4.15b y c, los tirantes se comportan como soporte intennedio para la direccion mas debil (flexion alrededordel eje Y-Y), como se muestra en la Figura 4.20 y en el Ejemplo 4.2.

4 - 23

•

correa

3q cos

O.125q cos

e L' / 32

e L'

Ll6

O.125q cos 0 L' Ll3 Ll2 (a) Componentes del momento perpendicular

--'

~c 1 Q) M,y= 13 .24 m kgf Veri fica So licitaciones combinadas

M..x M,y - - +- $. Mtx

$. Mty

=

13.24 288

+

315 385

= 0,046 + 0,818 = 0.864 < 1.00

EI perfil VPL seleccionada veri fica por resistencia. 4. Verificacion en el Estado Limite de Servicio. EI uso de las tirantillasjustifica solamente la verificacion de flecha por flexion alrededordel eje X-X:

_ 5qyL4 _ 5M L' L Am'" - 384-E~ - 48 I, S 360

t

A."" =

5x54x6x600' 384x2.1 xlO'x266

=

163 ,

600 em S 360

= 1,66em Verifiea.

EI perfil VPL 120 es satisfactorio como larguero.

4.6 EQUIPOS PARA LA MOVILIZACI6N DE CARGAS 4.6.1 V1gas carrlleras Compete allngeniero estructural el analisis y el diseiio de las vigas carrileras que soportan los puentes gruas que se utilizan para la movilizacion de cargas dentro del galpon. Usualmente se trata de gruas operadas electricamente mediante controles colgantes y soportada sobre cuatro ruedas. EI riel al igual que otros accesorios de las gruas no forman parte del proyecto estructural, si n embargo la posicion y fijacion del riel sobre la viga debe revisarse, pues un mal detalle acarrea problemas de desalineamiento de la grua y por ende fuerzas desiguales, y en el caso de gruas de gran capacidad, problemas de fatiga. La Figura 4.23 muestra las partes esenciales de una grua y como se modelan las cargas que solicitan las vigas carrileras, que luego son transmitidas a la estructura del galpon.

4 - 31

P6rtico de grua o viga viajera """"'-----

minima

Ruedas de la grua +

carga

a} Elementos de un puente - grua

o

.

o :o"a.. co ro 0'0 Q)

o ro

3. 15 m EI momento maximo se.?rodu~e cuando la rueda I esta en

3.~5 ] = 2.2125m

x = + [6-

Caso 1.- Ca rgas verticales + gru a vertica l impactada + frenado a tope de r iel Carga maxima de rued a impactada = 1.6 x 4675 = 7480 kgf M. =

~ [ 6 - 3215]~ 12205 mkgf

Efecto de peso propio perfil + riel: 1.2 (53.8 + 9.42) = 75.9 kgf/m M . = q L' / 8 = 75 .9 x 62 / 8 = 342 m kgf ",350m kgf

Caso 1

1

7480

2~

I

f480 kgf

I

75 .9 kgf/m

Ii

6. e

I,

2.125

3.15

0.6375

6m

Frenado longitudinal = 1.6 x 425 = 680 kgf Distancia entre el baricentro y el tope del riel = 0.5 ~,.. + altura riel = 15 + 3 = 18 em En el siguiente esquema se muestran todas las solicitaciones del Caso I . . Verificacion por solicitaciones simultaneas:

M.,YI= O 4 - 35

-

M uX ,::::

4> , C, M,. Veri fica

Caso 2.- Cargas ve rtica les si n impactar 1.2 CP + 1.6 Gv En la siguiente figura se muestran las solicitaciones de este caso. Caso2

68001

1 4250 x 1.6 = 6800 kgf

----'--------'-----_j

e-

j

;/ 552 kgf

M••,= 4250x 2x6 1.6[6 M.",

=34~ ~ ~.6

75 .9 kgf/m

~16

3.I..2l 2 ~ 11446 m kgf _<

[6 - \15

.

= 552 k:f

'"'f', Mix

r=900 m kgf :::: 4>, Mty

Adicionalmente debe cumplirse con las siguientes verificaciones:

• MuJ(2 + M.,,_ < 1.0

4>M,x $M,y -

• Corte • Cargas concentradas • Flechas: vertical con cargas impactadas, con Ll800 • Lateral sin impactar, Ll400 • Fatiga

La capacidad de la grua dictara el tipo de apoyo, como los mostrados en la Figura 4.24. En el caso de las mensulas, se indican las fuerzas a considerar en su anal isis y diseiio . La columna del p6rtico que soporta las mensulas, se verificara en su plano con 0.85 L, medido L hasta el tope de la viga carrilera. En la direcci6n longitudinal del galp6n, L de la columna se calculan\ desde la posici6n don de se intercepta con el arriostramiento longitudinal. 4 - 36

Reacci6n Excemtrica

Fuerzas inducidas por la carga excemtrica Agujero ovalado

...

~

~

l

/ A u--

=.J

~4-

a) Tipos de apoyos en columnas

\

)

~

v

---

b) Solicitaciones

Figura 4.24 Apoyo de vigas carri leras Complementando 10 expuesto anteriormente en el numeral 4.2 sobre la estabilidad de los sistemas estructurales, el frenado de las gruas produce desplazamientos laterales y longitudinales en el galpon, ilustrados es la Figura 4.25, los cuales deben controlarse con arriostramientos como los mostrados en la Figura 4.26 En las Figuras 4.26 b) se muestran las modificaciones de los arriostramientos cuando por razones arquitectonicas 0 del proceso productivo del galpon deba pennitirse el paso. En el Steel Solutions Center / Steel Tools de la pagina web del AISC esta disponible la hoja Excel Opening Calculator para el calculo de las dimensiones de las aberturas para puertas 0 pa os en porticos arriostrados.

4 - 37

•

a)

b)

Figura 4.25 Control de desplazamientos en gal pones con puente-grim

Viga de celosia como arriostramient horizontal

Al 0.5 , y su frecuencia, f" es menor de 4 Hz. Se confirma que el sistema no es satisfactorio cuando al entrar al gnifico de la Figura 4.30; se veri fica que no alcanza a posicionarse por encima de la linea correspondiente a Oficinas y Residencias. Antes de rediseiiar 0 modificar el sistema, debe evaluarse el criterio de rigidez. 2. Criterio de rigidez Laflechadelsistemaes6 = 6 )+ 0.5 6 ,= 0.104 + (0.0671 /2) = 0.138cm EI criterio de rigidez se cumple cuando K = 1000/ 6 > 1000 kgflcm Entonces K = 1000 I 0.138 = 7246 kgf Icm > 1000 kgflcm .Veri fica

4 .8 CONEXIONES EI importante rol quejuegan las conexiones en el comportamiento y la respuesta de la estructura se sintetiza en la Figura 4.31. Las experiencias recientes de incendios en edificios de acero han demostrado que la hiperestaticidad de las estructuras influye notablemente en su capacidad resistente en condiciones de fuego. En la seleccion de las conexiones la facilidad de la comunicacion en el equipo de proyecto es fundamental, para 10 cual debe perseguirse: '" '" '" '"

Diseiio basado en un modele comprensible. Detallado simple. Fabricacion balanceada. Facilidades de montaje.

Las decisiones que inciden sobre el proyecto de las conexiones son : • Fabricacion en taller 0 en obra. • Conexiones soldadas y/o empemadas. • Requisitos esteticos, de montaje, de usn, etc. • La inspeccion. • Pericia del taller y los montadores. • Estandarizacion (repetitividad, sirnplicidad, simetria, etc). • Conceptos de costos (kgflm' versus economia global). • Estructuracion y comportamiento versus conexi ones. (Costos , factibilidad). La clasificacion de las conexiones es fundamental para el proyecto 0 la revision de las mismas . Al presente no se dispone de una cIasificacion internacional linica, pero todas las que se han propuesto contemplan la resistencia, la rigidez y la ductilidad, las cuales a su vez estan condicionadas por la longitud del miembro conectado y de su diagrama de momentos. Por este motivo, y sin pretender ser exhaustiva, la clasificacion que se presenta en la Tabla 4.8 es suficiente para los aIcances de la presente publicacion.

~~

L

___ 4-48

ACCIONES

Esque ma estructural

, ,

. ..... . . r·

N•

v. -

~r-' -

Conexion

SOLICITACIONES: Momentos Corte Fuerzas

T = M. _ .!:!... h 2

D= M. _~ h

2

Fuerzas Internas : Tracci6n . T Compresi6n. C Corte, V

j Juntas: Soldaduras Pernos Perfiles Planchas

Juntas (Empernados; soldados)

Figu ra 4.31 Las juntas y conexiones como sinles is del comportamiento y la respuesta estructural

4 - 49

TABLA 4.8 CLASIFICACION DE CONEXIONES

TIPO DE CONEXION

SUBCLASIFICACION

EJEMPLOS

• Traccion directa. Conexiones a traccion

• Miembros colgados. • Arriostramientos.

• Empalmes de columnas. Simple

Conexiones a compresion

• Planchas bases de vigas y columnas.

• Con uno 0 dos angulares al alma de la viga. Conexiones a corte, en porticos

• Con una plancha al alma de la viga. • Plancha extrema con perfil T. • Conexiones de asiento.

Totalmente restringidas (TR)

• Mediante planchas soldadas o empemadas a las alas. • Mediante perfil T. • Plancha extrema.

Parcialmente restringida (PR)

Conexion al alma de la viga mediante: angular simple 0 doble; plancha de corte, plancha extrema; angular de asiento.

De momento

E1 disefto de las juntas y conexi ones se realiza ana1izando los posib1es modos de fana en los miembros 0 cartelas y en los medios de union, como se indica en las Tablas 4.9 a 4.13, aplicando las disposiciones normativas para el disefio de las conexi ones se encuentran en los Capitulos 20 y 21 de la Norma Venezolana 1618:98. Vease el Ejemplo 4.8. y el Anexo A5 de la presente publicacion. Los ejemplosA5.1 y A.5 .2.

Para mejor aprovechamiento de las Tablas 4.9 a 4.13, vease en elAnexo 5la informacion sobre la Escultura Didactica donada por SIDETUR a la Universidad Catolica "Andres Bello", sede Caracas.

4 - 50

TABLA 4.9 TIPIFICACION DE CONEXIONES SIMPLES 0 DE CORTE IDENTIFICACION

ESTADOS LIMITES

COMENTARIOS

Corte en los pemos. Resistencia al aplastamiento. Bloque de corte. Cedencia por flexion . Pandeo local del alma. Ruptura por corte. Cedencia por corte.

Puede ser dificil de hacer en el alma de las columnas Cuando las alas de la viga deben estar a la misma cota, la viga debe destajarse.

Cedencia por corte. Ruptura por corte. Resistencia de la soldadura.

Soldadura en taller y en obra.

Bloque de corte. Resistencia al aplastamiento. Corte en los pemos. Cedencia por flexion . Pandeo local del alma. Ruptura por corte. Cedencia por corte. Resistencia de la soldadura.

La soldadura se hace en taller.

Bloque de corte Resistencia al aplastamiento. Corte en los pernos. Ruptura por corte. Cedencia por corte. Resistencia de la soldadura.

La plancha se suelda en taller a la viga . Solo se recomiendan planchas de acero A36. Requiere vigas cortadas a longitud exacta.

1. Con doble angular 1.1Conexiones empemadas

1.2 Conexiones soldadas

1.3 Conexiones empemadas y soldadas

2. Plancha extrema

Continua en la proxima pagina

4 - 51

TABLA 4.9 TIPIFICACION DE CONEXIONES SIMPLES 0 DE CORTE (Continuacion) IDENTIFICACION

ESTADOS LIMITES

COMENTARIOS

3. Conexiones de asiento 3.1 No rigidizado 3.1.1 Empemada Resistencia al aplastamiento. Corte en los pernos. Ruptura por flexion Cadencia local del alma. Ruptura por corte. Cadencia por corte. Aplastamiento local del alma.

Resistencia limitada. Requiere de ui:J. angular para estabilidad lateral.

Ruptura por flexion. Cedencia por flexion. Cedencia local del alma. Ruptura por corte. Cadencia por corte. Aplastamiento local del alma. Resistencia de la soldadura.

Soldada en taller a la columna. EI angular en e\ tope de la viga es para surninistrar estabilidad. Todo el corte 10 toma el angular de asiento.

3.1.2 Soldada

3.2 Rigidizado Cedencia del alma de la viga. Aplastamiento local del alma de la viga. Resistencia del rigidizador. Resistencia del alma de la columna. Corte en los pernos 0 soldaduras, incluyendo excentricidad.

Requiere angular para estabilidad lateral. EI rigidizador obliga a considerar el Estado Limite del alma de la columna.

4. Plancha simple Bloque de corte. Resistencia al aplastamiento. Corte en los pemos. Cedencia por flexion. Cedencia local del alma. Ruptura por corte. Cedencia por corte. Resistencia de la soldadura.

Plancha soldada en taller y empernada en obra. Solo se permiten planchas en acero A36.

Continua en la proxima pagina

4 - 52

-

----

TABLA 4.9 TIPIFICACION DE CONEXI ONES SIMPLES 0 DE CO RTE (Continuaci6n) IDE TIFICACIO

ESTADOS LiMlTES

COME TARIOS

S. Angulo simple 5.1 Empemado y soldado

5.2 Soldado y empemado

Bloque de corte. Resistencia a1 aplastamienlO. Corte en los pemos. Ruprura por corte Cedeneia por corte. Resisteneia de la soldadura.

Tiene menos resistencia que la conexi6n con dos angulares. Debe tomarsc en cuenta la exeentrieidad en el plano fuera del plano de la eonexion. Requiere angularcs, pcmos y soldaduras, grandes. No se rccomienda en vigas no arriostradas lateral mente.

Bloque de corte. Resistencia al aplastamiento. Corte en los pemos. Ruptura por flexion . Ruptura por corte. Cedeneia por corte. Resisteneia de la soldadura.

Soldado en taller para ser empemado en obra. Debe considerarsc la flexion del ala de la te y la excentricidad de las eonexiones. Requiere perfiles T pesados.

o o o

6. Conexiones con perfil te

4·53

TABLA 4.10 T1PIFICACIO IDENTIFICACI6N

DE CONEXIONES DE MOMENTO

ESTADOS LiMlTES

COME TARIOS

1. Totalmente restringidas

1.1 Planchas en las a las I. I . I. Empernad.s 810que de corte. Resistencia al aplastam iento.

Corte en los pernos. Pandeo de placas. Ruptura por traccion . Cedencia por tracci6n . Resistencia de la soldadura.

La geometria de las planchas elimina 13 concentraci6n de tensiones.

I. I .2 Soldadas

Resistencia al aplastamicnto. Pandeo de placas. Ruptura por traction. Cedencia por tracci6n. Resistencia de la soldadura.

I. 1.3 Planch. extrema

Corte en los pernos. Traccion en los pemos. Pandeo por compresi6n del alma. Flexion local de las alas. Cedencia local del alma. Ruptura por corte. Cedencia por cortc. Resistencia de la soldadura.

4 - 54

Deben colocarse planchas de continuidad en las colurnnas.

TABLA 4.11 TIPIFICACION DE CONEXIONES EMPALMES ESTADOS LiMITES

rDENTJFICACION

COME TARIOS

l.Empalmes de vigas

Bloque de corte. Resistencia al aplastamiemo. Corte en los pernos. Ruptura por flexion . Cedencia por flexion . Ruptura por corte. Cedencia por corte.

Ruptura por tracci6n. Cedencia por traccion .

2. Empalmes de columnas Resistencia al aplastamicnto. Corte en os pernos. o o o

o o o

Ruptura por corte. o

o

Cedencia por cortc. Ruptura por traccion. Cedencia por traccion.

Resistencia de la sold.dura.

4 - 55

TABLA 4.12 TlPIFICACION DE CONEXJONES PLACAS BASES DE VlGAS Y COLUMNAS IDENTIFICACI6N

ESTADOS LiMlTES

COMENTARIOS

I.Placas base de vigas 2.Placas bases de column as Tipificaci6n de los nodos de falla

Fig. 4. 12.1 Fractura de 1a soldadura

Fig. 4. 12.2 Flexion de la plancha base

Fig. 4.12.3 Ruptura de los perno, de anclaje

Fig. 4. J 2.4 Pandeo de los pemos de anclaje

i

Fig. 4. 12.5 Pemos de anc1aje perforan la plancba base

Continua en la pr6xima pagina

.......... 4·56 ___

TABLA 4.12 TIPIFICACIO

IDENTIFICACI6N

DE CONEXlONES PLACAS BASES DE VIGAS Y COLUMNAS (Continuacion) ESTADOS LiMITES

COMENTARIOS

2.Placas bases de columnas Tipificaci6n de los nodos de falla Fig. 4. 12.6 Desprendimiento del concreto alrededor del perno de anclaje fraccionado

Fig. 4. 12.7 Enderezamiento del ganclto de los pernos de anclaje

Fig. 4. 12.8 Des prendimiento del concreto alrededor del perno de anclaje comprimido

Fig. 4. 12.9 Ruptura del Pedestal

Continua en la proxima pagin. 4 - 57

TABLA 4.12 TlPIFICACION DE CONEXI ONES PLACAS BASES DE VIGAS Y COLUMNAS (Continuacion) IDENTIFICACI6N

COMENTARIOS

ESTADOS LiMITES

2.Placas bases de columnas Tipifieaei6n de los nodos de falla

Fig. 4.12.10 Flexion del pedestal

Fig. 4. 12. 11 Volcamiento de la fundacion

2.1.Placas bases rigidizada

La placa base debe suministrar el area adeeuada para no aplastar al concreto de la fundaci6n.

Nota.- Vease el Anexo 0 Anclajes en e/ concreto, de la Norma Venezolana 1753:2006.

...... 4 - 58 ____

l~iiiiio

-

--

-----

TABLA 4.13 TIPIFICACI6N DE CONEXIO ES VARIAS IDE TIFICACI6N

ESTADOS LiMITES

COME TARIOS

1. Vigas de celosia

Resistencia al aplastamiento Corte de los pernos Pandeo de placas Cedencia por traccion Resistencia de la soldadura Secci6n de Whitemore (Anchura efectiva).

2.Plancha esviada

Bloque de corte. Resistencia al aplastamiento.

Corte en los pernos. Ruptura por corte. Cedencia por corte. Resistencia de 13 soldadura.

La soldadura se hace en taller y se cmpema en obra. Deben considerarse las excentricidades en el plano y fuera del plano de la conexi6n.

3. Tensor

Aplastamiento en el pasador. Corte en el pasador. Ruptura por tracci6n. Cedencia por tracci6n. Resistencia de 13 soldadura.

EI pasador esta en la condici6n de corte doble.

4 - 59

EJemplo 4.8

Calcular la resistencia de la conexi6n mostrada segim la Nonna Venezolana 1618:1998. Dimensiones en mm . E70XX

16 mm

----;;:> 136 :,,:: 200 N. = 7248 A FyI (k L I r) ' Y debe satisfacer las siguientes relaciones, establecidas por Bresler: Para Nu ~ 0.20 22 ~ 136 ,= 0.33 1 A (Fy)KI'

Cuando

k.LI r > 136 ~ 200 N, = 7248 . A Fy / (k.LI r)2 Y debe satisfacer las siguientes relaciones, establecidas por Bresler :

Para N. + _8.0 [M UX + ~Uy ] < 1.00 0.80 N, 8.1 M TX MTY Para

Ny< 0 20 4> N,

N...

1.70N,

+ 1.1 I I[M \lX.+ Muv ] < 1.00 M TX M TY -

Para las columnas rectangulares de concreto reforzado Para columnas de lados b y h, solicitadas simultaneamente por una fuerza axial p. y momentos flectores M~ y M" segun sus ejes 0 , yO" se cumplen las relaciones estudiadas por Marin yGuell, las cuales permiten determinar eI porcentaje del acero de refuerzo que requierc la seccion de area A = b.iI para cad a una de las hip6tesi s combinatorias exigidas por las normas, y asi, seleccionar el max imo porcentaje p requerido y fijarel area de refuerzo A, = p.b.h.

A tal fin , a partir de los valores auxiliares a = 1.0/ (0.85 . f,! . b . h) Ym = 1.0 / (0.85 . f,! . b . h' para cada hipotesis combinatoria se pueden obtener los valores de . v = a. Pu ; I! = m. Mv

A.= O. 500. v-0.7143. v' B. =: 0.243 - 0.369. v + 0.4 15. v' Para ca lcu lar el porcentaje de refuerzo :

.....

Cuando

I! S. A•. .... P = 0.0 I

Cuando

I! > A, .... P = (I! - AJ / (m . BJ

Y seleccionar el mayor valor de ese porcentaje, el eual, segun la exceder de 0.06.

0011a de Concreto, no debe

6 - 29

OFICINA TECNICA EDUARDO ARNAL H. PAG INA: 30

PROYECTO DE:

GALPONES

EJEMPLOS ILUSTRATIVOS

-Ejemplo 6.5.- Columnas de acero. Para apoyar las vigas se requieren column as de acero, formadas por cajas de perfiles CPN, de 3.00 m. de altura, las cuales recibiran las siguientes reacciones determinantes, calculadas en el proyecto de esas vigas: Por cargas permanentes: Por cargas variables gravimetricas: Por acciones sismicas: segun O-x segun O-y

P = 0.660 P = 4.400

P = 1.550 P = 1.550 2 Pa,,!lmetros usuales de proyecto, para Fy = 2500 kgflcm .

ton. Mx = 0.775 Mx = 5.425 Mx = 1.250 My = 1.250

m-ton.

COMBINACIONES DETERMINANTES DE DISENO Hipotesis

Fuerza axial

Mux

Muy

7,832 ton

9.610 m-ton

0,0

2

7,424 ton

8.458 m-ton

0,0

1

-

-

L

3

-0 ,956 ton

-0.553 m-ton

4

7,424 ton

7.208 m-ton

1,250 m-ton

5

-0,956 ton

0.697 m-ton

-1,250 m-ton

0,0

PERFIL SELECCIONADO : 2 CC 240 X 65

---~

Revision del perfil seleccionado: As 56,78 em' r 5,20 em' A 56,78 em' ZX = 481,9 em' ; Zy = 267 ,9 em'

=

=

=

Relaci6n de esbeltez = 57,62 ; I.. e = 0,635 para I.. e < 1,622 I.. e' = 0,403 0 40 Fer = (0.658 . ' ) 2500 = 1374 kg!/em' Nt = 0.85 x 1374 x 56.78 = 66322 kg! Mtx = 0.90 x 2500 x 481 .9 = 1.084275 em - kg! Mty = 0.90 x 2500 x 267 .9 = 602725 em - kg! En Hip6tesis # 4 : Relaei6n de Bresler: Para Nu = 7424 kg! < (0,20 x 66 .322) 7424 + 720200 + 125000 = 0.928 < 1.00 2 x 66322 1084275 602725 Perfil aeeptable.

6 - 30

"

,'65mm. E

240 mm.

o

-1-+-.

240mm.-+

~

'"

OFICINA TECNICA EDUARDO ARNAL H. PAGINA: 3 1

PROYECTO DE:

GALPONES

EJEMPLOS ILUSTRATIVOS

Ejemplo 6.6.- Columnas de concreto. Las vigas se apoyan en columnas de concreto, rectangulares, de 3.00 m. de alto, con una secci6n predimensionada de 35 x 35 em, las cuales reciben las siguientes reacciones de esas vigas: Por cargas permanentes: Por cargas variables gravimfietricas: Por acciones sismicas: segun O-x segun O-y

P = 0.650 P= 4.400 P = 1.550 P = 1.550

ton. Mx = Mx = Mx = My =

0.775 5.425 1.250 1.250

m-ton.

Parametros usuales de proyecto, para el concreto: f~ = 250.0 kgf!cm COMBINACIONES DETERMINANTES DE DISENO Fuerza axial ton.

Mo~~nto Mu x ton

Mom~~to Mu

1

7.828

9.455

0.000

2

7.032

7.091

0.938

I

3

4.708

7.091

- 0.938

I

4

4.033

8.029

0.000

5

4.708

6.154

0.000

r

I

1 135em

CALCULO DEL PORCENTAJE DE REFUERZO: Hip6tesis # 1

v

liJ

B.= 0.232

m = 19.765

=1!....:.Al! ; si ~ < 0.014444- - - P = .!!! =0.01 m . B~ m

As =0.01

X

35 2

r

,. .,.,

.-~1

1 / "

,

/

-~

E 0 0

M

7.828 - 0 030 212.5 x 35>- . 9.455 - 0 1038 212.5 x 35' - .

Av = 0.014'll-

35 em J

J

Hip6tesis

2 •

~ t-~ t-~

r-

I" t-1 L l_J

= 12.25 em 2 suplida eon 8 barras de 5/8"

6 - 31

5 Fljar los detalles constructivos y preparar los dlbujos estructurales correspondientes

En la pllblicacion Edijicacianes Sismarresislenles de Concreto Armada [Amal, 2002] se suministran detalles de la di sposicion del accro de refuerzo, tanto longitudinal como transversal , en las columnas de concreto.

6.6 DISENO DE LAS FUNDACIONES EI di seiio del proyecto de fllndaciones requiere un conocimiento previo d~s pan\metros de la Mecanica de Slielos, y del diseiio de concreto reforzado. Para el tratamiento de fundaciones fuera del alcance de esta publicacion, vease la publicacion SIPlC Aplicaciones del Compliladora 10 Ingenieria .

o

Secci6n A-A

A

Pernos de anclaje Ir'----'.!..L--\

~Columna

~

~~:S§:S:;S~~- Plancha soldada a la columna

'.:' I;,' "

'.

". . I

a.

Pedestal

Figura 6.15 Planchas de base Para el proyecto de las fund aciones extendidas, usualmente aplicadas a las columnas aisladas, de uso comun en los ga lpones, se recomienda seguir el siguiente metodo ordenado de proyecto concebido para evitar olllisiones 0 errores, a partir de valores prelilllinares aproxilllados, a fin de reducir los tanteos y facilitar la revis ion de los calculos. lSeleccl6n del tlpo estructural y su predimenslonado

Para una cOlllparacion heuristica de las soluciones factibles, y partiendo de relaciones sencillas, ode experiencias previas se procede a determinar las dimensiones y tipo adecuados. A tal efecto resultan utiles los nomogramas que relacionan las cargas actuantes con las dimensiones requeridas para la fundacion, de acuerdo con la capacidad soporte del suelo, como se Illuestra en la Figura 6.16. Notas.- Las fundaciones cuadradas se han normalizado intercalando, debajo de la col umna, un pedestal, euyo lado e es igual a Y. del lado de la fundaci6n. Este pedestal no sera necesario si el lado de la columna es igual 0 mayor que 0.25 b. Cumplida esta eondiei6n, se pueden utilizar los abaeos adjuntos, siguicndo el procedimientodescrito a continuacion. Cuando las condiciones locales no permiten el empleo del

pedestal indieado, puede apliearse igualmente el metodo siguiente. utilizando las expresiones generales alii dadas.

6 - 32

-

---

-

- --------==-----"' - - - = - -

200 150

'"~ Q)

100

"0

70

-'"" '"cc Q)

.8 ...i

---

I I ~v~./

50 40

i= .=>

30



Capitulo 7 PROYECTO DE GALPONES ASISTIDO POR COMPUTADOR 7.1 CONSIDERACIONES Y CONDICIONES GENERALES Para contribuir al proyecto de los galpones modulares, objeto de esta publicaci6n, facilitando la comparaci6n heuristica de varias soluciones, se han seleccionado e incluido en esta publicaci6n unos sencillos programas de computaci6n del Sistema SIPlC. Sistema Integrado de Proyectos de Ingenieria can el COlllputador, desarrollados y publicados por el lng. Eduardo Amal, ajustandolos al metoda ordenado de proyectos descritos en el Capitulo 6 de esta publicaci6n. Estos procesos, cuyas versiones ejecutables se incluyen en los Anexos contenidos en el disco compacto adjunto, se apoyan en los archivos de datos alii contenidos y, para su operaci6n, todos ellos deben ser copiados a un directorio accesible del computador del usuario. Los programas derivados del Sistema SIPIC estan escritos en el lenguaje algoritmico FORTRAN, muy sencillo y de bajas exigencias de computaci6n. En general, deben operarse con las siguientes restricciones: Seleccionar, al micio, la forma de presentaci6n de los resultados, escogiendo entre la pantalla, una impresora de lineas 0 un archivo tipo .oAT, facilmente reproducible y editable. • Utilizar siempre mayusculas para los mcnsajcs, titulos 0 dircccioncs que requiera el procesamiento . • Definir los datos reales con su punto decimal, y los datos enteros (ordinales, nwneracion, etc.) sin el punto decimal, separando los datos contiguos con dos 0 tres espacios en blanco. Todos los programas que se describen mas adelante se inician con el emblema del Sistema Sf PIC Ysolicitan la definici6n del metoda de impresi6n de los resultados, asi: PRIMERA PAGINA : DAR el encabezamiento DAR control de impreslon En la~ntalla = 0 ; en la impresora

= 1 , en el diskette = 9

Si se ha optado por registrar los resultados en el diskette, se solicita la definici6n del archivo .oAT: DAR el nombre del archivo . DAT (10 caracteres):

7-1

"

Para facilitar el procesamiento, todos los programas permiten usar panimetros de proyecto prede finidos , 0 modificarlos ajuicio del proyectista, con la opci6n: ~Estan

registradas las especificaciones? SI / NO :

Con la cual se establecen sus valores, si fuere necesario, procediendo, seg(m el mateRaI estructural, a: En las estI1lcturas de acero: ESPEC1FICACIONES DE LOS MATER1ALES : DAR la tension cedente especificada (kgf/cm2) DAR el modulo de elasticidad (kgf /cm2 ) =

En las estI1lcturas de concreto reforzado : ESPEC1FICACIONES DE LOS MATER1ALES : Resistencia caracteristica del concreto (kgf/cm2) = Peso unitario del concreto (ton /m3 ) = Limite elastica convencional del refuerzo (kgf/cm2)

La continuaci6n del procesamiento dependera del miembro estructural que se de sea proyectar, lIamando los programas especificos que se describen a continuaci6n.

7.2 PROYECTO DE LAS CORREAS EI programa PO 10 I. EXE para el diseiio de las correas se inicia con el encabezamiento y las caracteristicas de impresi6n del in forme correspondiente, con la especificaci6n del los parametros del proyecto y continua seg(m las disposiciones siguientes: PROYECTO DE CORREAS DE TECHO, CON PERFILES USUALES DE ACERO . DAR la ubicacion de la correa (20 car .) : DEFINIR la separacion y la luz de la correa : DAR la pendiente del techo (en %) =

Para reproducir esa informaci6n PROYECTO DE LA CORREA EN ' **** ' LUZ LIBRE: **** m. can PENDIENTE , SEPARADA A ' **** ' m.

*** %

EI procesamiento continua con la definici6n de las solicitaciones de carga y el calculo de los cortes y momentos correspondientes a cad a caso:

7-2

ACCIONES PERMANENTES SOBRE-IMPUESTAS Y PESO PROPIO DAR las cargas (kgf/m ) ACCIONES VARIABLES: DAR las cargas (kgf/m2) ACCIONES DE VIENTO : DAR preslon (kgf/m2) ACCIONES SiSMICAS : DAR factor CS =

Para predimensionar la secci6n, verificando, en primer temlino, si se desea usar un perfil predeterminado: GESTA SELECCIONADA la secci6n? SI/NO : DAR el numero del registro (NSEL) =

o se procede a su determinaci6n, escogiendo el tipo de perfil a utili zarse, para buscar sus datos en el archivo FD I D.DAT, Yverificarcual es suficiente: Este archivo contiene las caracteristicas de los siguientes tipos de perfiles de acero usuales 1 . - Angulos aislados de S IDETUR, 2 . - Angulos pareados de SIDETUR , 3.- Angulos pareados AISC , 4. - Vigas I de SIDETUR , 5 . - Vigas normales IPE , 6 . - Vigas C de SIDETUR , 7 . - Vigas normales UPN , 8 . - Cajas con vigas C de SIDETUR , SELECCIONE el tipo a utilizar (Para terminar DAR 0)

Hasta encontrar un perfil adecuado, para deftnirlo: SE ENCONTR6 UN PERFIL ADECUADO : REQUIERE UN PERFIL'**' Peso = ' ** kgf/m. Zx =*** cm3 .,

Zy = *** cm3 .

Si en esta busqueda no se encuentra un perfil suficiente, se recibe un mensaje de error, para cambiar de tipo:

Ii NO

TIENE SOLUCI6N AUTOMATICA

Con el perfil asi predimensionado, se verifican todas las hip6tesis determinantes calculadas antes, corrigiendo las deficiencias encontradas, para reproducir las acciones de disefio: HIPOT~IS

11 1

2 3 4

5

DE CALCULO: CORTE ***

MX

MY

**** ****

****

****

****

****

**** ****

**** ****

7-3

AI completarse el proceso de diseiio, se imprime el in forme correspondiente, con: PROYECTO DE LA CORREA EN ---------- . LUZ LIBRE m. PENDIENTE SOLICITACIONES DETERMINANTES : CORTE = PERFIL ADECUADO # PESO M6DULO PLAsTICO kgf / m.

% MOMENTO =

cffil

En todo caso, antes de terminar se solicita la decision del operador sobre la continuacion del proceso: ~DESEA

CALCULAR OTRA CORREA? SI/NO : CALCULAR OTRA ESTRUCTURA SIM ILAR? TERMINADO EL PROCESO . ~DESEA

SI/NO

Para cerrar el programa y sus archi vos .

7.3 PROYECTO DE LOS P6RTICOS TRILATEROS EI programa PDI02 .EXE para el di seiio de porticos segiln el formulario debido a Kleinloge l, una vez defi nida la impres ion del infomle correspondiente y los panirnetros del proyecto, se opera segun las di sposiciones siguientes: PROGRAMA PD102 .- P6RTICOS Y MARCOS SIMPLES EL PROYECTO DE ESTE TIPO DE ESTRUCTURA NO SE HA ADAPTADO A LA NORMA COVENIN/MINDUR 1618/1998 .Este programa utiliza las relaciones matematicas derivadas por Kleinlogel en su texto "P6RTICOS Y MARCOS SIMPLES" para calcular las solicitaciones en los tipos usuales de estas estructuras , para analizar los porticos trilateros , con apoyos articulados , que se utili zan en los galpones modulares estudiados en esta publicacion . Dado el proceso simplificado que utiliza , solo debe aplicarse segun las disposiciones transitorias , cuando se consolidan las acciones permanentes y variables en un solo caso , combinandolas segun su relacion L/D ; DAR esa relacion =

Para solicitar los datos parti culares: P6RTICO CON CUBIERTA INCLINADA Y APOYOS ARTICULADOS . DAR la ubicacion del p6rtico GEOMETRiA : Para cada miembro , DAR su largo (m) e inercia (m4) , asi : Columna = Cubierta: Abertura Flecha =

7-4

------

-

-

A continuacion se definen los casos de carga. Caso cHAY cHAY Caso cHAY Caso cHAY

de cargas # 1: 1 .- ACCIONES GRAVIMETRlCAS : CARGAS actuantes en la cubierta inclinada? Sl/NO : MOMENTOS debidos a los aleros? Sl/NO: de cargas # 2 : 2 .- PRESl6N DEL VlENTO : PRESlONES en la columna izquierda? Sl/NO : de cargas 3.3. - ACClONES SiSMlCAS : FUERZAS horizontales en el nodo B? sl/NO :

Es preciso advertir que en el diseiio por el Metodo de Estados Limites, las acciones actuantes en el caso # 2 seran mayoradas por un factor unico de 1.60. De acuerdo con la interpretacion de las Nornlas vigentes sobre edi fi caciones sismorresistentes, las acciones sismicas que se utili zan corresponden al estado limite de agotamiento resistente y se las aplica en su totalidad. En esa forma, se completa la definicion del sistema de cargas y el calculo de las acciones que regiran para la seleccion de los perfiles adecuados para la columna y la cubierta. AI finalizar la definicion de las cargas actuantes y realizado el anal isis de las solicitaciones de corte y mom en to en los miembros de cada tipo descrito antes, en todos e llos se procede al diseiio de las secciones determinante de los elementos que los fornlan, con un proceso comun para todos los tipos, el cual se inicia con la seleccion del perfil a utili zarse, con el siguiente MENU , para proceder ala busqueda en el archivo FD 10.DAT: Este archivo contiene las caracteristicas de los siguientes tipos de perfiles de acero usuales 1 . - Angulos aislados de SIDETUR , 2 . - Angulos pareados de SIDETUR , 3 . - Angulos pareados AlSC , 4. - Vigas I de SlDETUR , 5 . - Vigas normales lPE , 6 . - Vigas C de SIDETUR , 7 . - Vigas normales UPN , 8 . - Cajas can vigas C de SlDETUR , SELECClONE el tipo a utilizar (Para terminar DAR 0)

Del perfil que satisfaga los requerimientos de las hipotesis determinantes del diseiio, el eual puede cambiiltse luego, si no resulta adecuado . Cuando se ha pre-seleccionado la secci6n, se la define por su numero de registro NSEL:

I c ESTA

SELECClONADA La secci6n? sl/NO :

7-5

En caso contrario, la rutina pre-dimension a cada miembro, indicado :

PERFIL # M6dulo

Peso =

kgf/m .

Area =

em