Utilidad-proyecto Final-mauricio Segovia Usm

USM Proyecto Diseño en Acero. Semestre 1 2013

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Proyecto Diseño en Acero; Galpón para cancha 7x7

Integrantes:

Sasha Schück Mauricio Segovia

2811031-6 2811031-6 2921050-0

Profesor Cátedra: Carlos Aguirre Ayudantes:

Ignacio Bustos Marco Torres

Valparaíso, septiembre del 2013. 1

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1. Especificaciones Generales 1.1. Descripción de la Obra 1.1.1. Descripción del Terreno

El presente proyecto pretende la construcción de un galpón de acero en las dependencias de la Universidad Técnica Federico Santa María, ubicada en el Cerro los Placeres, ciudad y región de Valparaíso particularmente en la esquina de la Avenida Los Placeres con Calle Valdés. Se construirá sobre una cancha con superficie de hormigón existente, siendo el terreno completamente plano. Por el lado oeste colinda con un edificio (Zona 1 en la figura 2), por el este hay una franja de aproximadamente 2 metros con áreas verdes (Zona 2 en la figura 2), mientras que por el lado norte y sur hay una reja divisoria que puede ser removida y reinstalada con posterioridad si es necesario (Zonas 3 y 4, respectivamente, en la figura 2).

Figura 1: Vista satelital de la ubi cación del  proyecto. Cortesía de Bing Maps

Figura 2: Imagen satelital de la cancha existente, donde se realizará el proyecto. Google Maps.

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1. Especificaciones Generales 1.1. Descripción de la Obra 1.1.1. Descripción del Terreno

El presente proyecto pretende la construcción de un galpón de acero en las dependencias de la Universidad Técnica Federico Santa María, ubicada en el Cerro los Placeres, ciudad y región de Valparaíso particularmente en la esquina de la Avenida Los Placeres con Calle Valdés. Se construirá sobre una cancha con superficie de hormigón existente, siendo el terreno completamente plano. Por el lado oeste colinda con un edificio (Zona 1 en la figura 2), por el este hay una franja de aproximadamente 2 metros con áreas verdes (Zona 2 en la figura 2), mientras que por el lado norte y sur hay una reja divisoria que puede ser removida y reinstalada con posterioridad si es necesario (Zonas 3 y 4, respectivamente, en la figura 2).

Figura 1: Vista satelital de la ubi cación del  proyecto. Cortesía de Bing Maps

Figura 2: Imagen satelital de la cancha existente, donde se realizará el proyecto. Google Maps.

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1.1.2. Descripción de las Bases de la l a Obra El proyecto "Galpón de Acero de Marcos de Columnas y Vigas" consiste en el diseño y construcción de una estructura para techar una multicancha de superficie de hormigón de dimensiones 23x36 [m], que permita el desarrollo de deportes como baby fútbol y handball. Bajo estas condiciones, tendrá una altura mínima libre de 5 metros en los bordes y una máxima de 7 metros en la parte central, siendo un requisito un Marco de Columnas y Vigas.

Para el diseño y construcción de esta estructura, se tienen los siguientes requerimientos: - Diseño y construcción en Acero estructural A250ESP, con límite de fluencia de 470 [MPa]. - Las dimensiones exteriores son de 23x36 23x3 6 metros. - Conexión al suelo a través de fundaciones de hormigón armado H30, como se detallan en La sección 2.2.2. - La estructura no debe tener elementos conectados al suelo salvo en los bordes Exteriores. - La estructura debe tener una altura mínima libre de 5 metros en toda la superficie, a Excepción de los bordes. - La cota del nivel del suelo de la estructura es de 30 msnm. - No existen limitaciones económicas, tanto como para el diseño como para la construcción de este proyecto. 1.1.3. Descripción de la Estructura

Como se mencionó anteriormente, el objetivo de la estructura es techar una chancha de babyfútbol de dimensiones 23x36 [m] utilizando para ello una solución de Marcos de Columnas y Vigas, dejando los bordes sin cerrar. La cota basal de la estructura es de 30 msnm, tendrá una altura mínima en los bordes de 5 metros y máxima de 7 metros en el centro para permitir actividades como fútbol o handball, razón por la cual los marcos irán conectados al suelo por los bordes sin apoyos en la zona central. La nave de la estructura será liviana ya que solamente soportará el techo y las luminarias, más posibles carteles de propaganda. Se realizará en acero A250ESP (Acero al carbono para aplicaciones dinámicas, incluidas para cargas sísmicas) con límite de fluencia 470 [MPa]. La inclinación del techo será baja (de 10°) producto de que el proyecto se ubica en la zona costera de la V región, donde la probabilidad de nieve es casi nula según la NCh431. La estructura se basará en 7 marcos rígidos separados por 6 [m], que irán empotrados en las fundaciones de hormigón armado y conectados entre sí por vigas en los bordes superiores y costaneras de techo distribuidas en la zona central. Dichas costaneras de techo soportarán las planchas de zinc industriales, mas no se utilizarán costaneras de muro ya que no se cerrará en los bordes, con la finalidad de facilitar el movimiento de los deportistas. A pesar de no llevar costaneras de muro, sí se utilizará arrostramiento para rigidizar la estructura y poder soportar las cargas sísmicas y de viento. Cabe resaltar que las riostras serán unidas en su mitad para disminuir el largo y con ello su esbeltez y probabilidad de pandeo local. A continuación, de la la figura 3 a la 6, se presentan vistas 3D y planos generales generales de la estructura:

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Figura 3: Vista en 3D con secciones dibujadas en extrusión. Se observa la estructura de marcos de columnas y vigas con los arrostramientos y costaneras de techo.

Figura 4: Vista frontal (Plano XZ) de la estructura,donde se detalla un marco de los 7 que componen el galpón. Plano a escala y medidas en metros.

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Figura 5: Vista lateral (Plano YZ) donde se aprecian los 7 marcos separados cada 6 metros, más la altura mínima de 5 metros en los bordes. Plano a escala con medidas en metros.

En las figura 3 se detalla la vista 3D de la estructura de marcos de columnas y vigas, incluidos las secciones con vista en extrusión, razón por la cual están todas del mismo color. Las figuras 4, 5 y 6 son planos a escala, con medidas en metros, para resaltar las dimensiones más relevantes del galpón y la disposición de los elementos estructurales descritos con más detalle en las secciones 2.2.3. a 2.2.5. del presente informe.

Figura 6: Vista en planta (Plano XY) del galpón, donde se detalla la distribución de las costaneras y el arrostramiento de techo. Medidas en metros y plano a escala.

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1.2 Especificaciones generales de la estructura

1.2.1 Obras preliminares

Cierre perimetral: Se considerara un cierre perimetral equivalente a las rejas que encierran la cancha 7x7, por lo que ningún alumno o persona externa a la obra podrá ingresar Preparación de terreno: Como el terreno es apto para la instalación de columnas, solo se procederá a limpiar y sacar arcos, si es necesario, se removerán las bancas y una vez que termine la obra serán reincorporadas.

Trazado de terreno: se procederá al levantamiento topográfico para delimitar la cancha, marcando donde irán instaladas las columnas.

1.2.2 Estructura de enrejado o marco

La estructura se realizara mediante Marcos columnas y vigas, la cual contara de 7 marcos, conformado solamente por columnas y vigas, estos serán unidos mediante costaneras de techo y se utilizaran riostras (de techo y de muro) para darle rigidez a la estructura.

1.2.3 Instalaciones secundarias

Se deberá instalar una red eléctrica para maquinarias en obra, luz (de ser necesaria), agua potable, baños, oficinas, letrinas, bodega, entre otros servicios básicos para los obreros.

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2. Especificaciones Técnicas

2.1 Especificaciones referentes al cálculo

2.1.1 Documentos complementarios que definen el proyecto

Los documentos que definen el siguiente proyecto son: -NCh427; Especificaciones para el cálculo, fabricación y construcción de estructuras de acero. -NCh432; Cálculo de la acción del viento sobre las construcciones. -NCh1537; Cargas permanentes y sobrecargas de uso. -NCh3171; Diseño estructural-Disposiciones generales y combinaciones de cargas. -NCh2369; Diseño sísmico de estructuras e instalaciones industriales. -ACI 318; Código de requerimientos estructurales para estructuras en concreto, 2011 -AISC 2010; Especificaciones estructurales para construcciones en acero. -Tabla de Perfiles ICHA (Instituto Chile de Acero). 2.1.2 Simplificación en el cálculo

Para calcular las fuerzas internas en los elementos estructurales (perfiles) se utilizara el software SAP2000 V15 (ver figura 7), para lo cual se consideraron los siguientes detalles; todos los apoyos son del tipo empotrado, las riostras del galpón se hicieron tal que estas trabajaran como barras(ver figura 8), es decir, solamente tengan carga axial (esto se demuestra mediante el uso del mismo software, dado que reciben muy poca carga de momento), con lo que se puede evitar diseño a flexión de estos elementos, la estructura posee simetría simple, las uniones entre elementos es tal que la estructura no fallara por estas. Para el cálculo de la carga por viento se consideró la presión básica correspondiente a la parte más alta de la estructura (7 metros), la que luego se aplicó sobre toda la estructura. Se detallara más adelante.

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Figura 7, modelo generado a través del software SAP2000.

Figura 8, riostras trabajando como barras.

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2.1.3 Análisis de esfuerzo

Luego realizar el análisis mediante el programa SAP2000, se procede a identificar, para cada perfil, el elemento con mayor fuerza axial, compresión, momento (M2 y M3) y corte (V2 y V3). Se utilizara el siguiente orden de colores para identificar dichos perfiles. Esfuerzo

Tracción Compresión M2 M3 V2 V3

color

-

Perfil H300x300x83.0

Figura 9, elementos con mayor fuerza axial y momento (M2).

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Figura 10, elementos con mayor momento (M3), corte (V2) y corte (v3).

Perfil H250x250x84.1

Figura 11, elemento con mayor fuerza de tracción.

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Figura 12, elementos con mayor fuerza de compresión, momento (M2), corte (V2) y corte (V3).

Perfil C200x50x11.0

Figura 13, elemento con mayor  fuerza de corte (V2).

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Figura 14, elementos con mayor fuerza de corte (V3) y compresión.

Figura 15, elementos con mayor fuerza de compresión, momento (M3) y tracción.

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Perfil Cajón 75x75x12.0

Figura 16, elementos con mayor fuerza a compresión y tracción.

Barras horizontales

Figura 17, elemento con mayor  fuerza a compresión y tracción.

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2.1.4 Estados de carga por la acción del viento, sismo y/o otras Cargas permanentes:

Las cargas permanentes (peso propio de la estructura) se dividieron en los siguientes: 1) Carga por peso estructura (acero): Calculada mediante el programa SAP2000, como una fuerza distribuida en cada elemento estructura (densidad por volumen). 2) Planchas Zinc Techo: Se calculó usando “Plancha acanalada ondulada” Medidas: 0.3x851x2000 (milímetros) Peso total por plancha: 4.2 [kgr] Calculo de planchas a usar: 12,765[m]

2[m]

23[m]

38[m]

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Nº planchas=15x19x2= 570 planchas Se calculó la fuerza que toma cada costanera (y viga) como carga por área tributaria 7

6 5 4 3 2 1

2

2

2

2

2

1,5

Resultando: q1=2,89[kg/m] q2=q3=q4=q5=q6=,78[kg/m] q7=4,4[kg/m] Sobre carga de uso:

1) Techo: de acuerdo a la norma chilena Ncha 1537 of 86 (tabla 1), se estimó la sobrecarga de techo mediante la inclinación de este y área tributaria por elemento estructural (costaneras y viga), obteniendo:

α

Con α= 9,86º

q1= q2=q3=q4=q5=q6= q7=0,59264[KPa]

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Lluvia:

Se tomó la decisión de no incluir canaletas en el techo del galpón, dado que la cancha cuenta con un sistema estable de alcantarillado de aguas lluvia, la lluvia escurrirá por el techo y caera al suelo. Por lo tanto la carga de lluvia es despreciable. Viento:

Para el cálculo de la acción del viento sobre la estructura, se ocupó la norma chilena Nch0432 of71. Como no se cuenta con estadísticas de la velocidad máxima del viento en la zona y la estructura mide menos de 100 metros, se recurrirá a la tabla 1 de la Nch0432 para obtener la presión básica del viento:

Por lo que qb= 95[kg/m2]

Tabla 1: Tabla 1 de la Nch0432

Se siguió la recomendación de esta misma norma y el cálculo de la acción del viento se realizó mediante la figura 9 de esta misma norma:

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 A

pesar de que se escogió

esta

configuración de carga, la carga que se le aplico a las columnas fue de qb  y no de

0,8*qb , esto debido a que la

estructura será abierta y también es más conservador.

En la dirección “y”, es decir, la dirección perpendicular mostrada en (a), se aplicó una carga directa de qb sobre las columnas y vigas.

Nieve:

De acuerdo a la norma chilena NCh431 of 77 y por ser una zona cercana a la costa, la estructura no presentara cargas por acción de la nieve. 17

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Sismo:

Para la carga considerada por acción de un sismo, se recurrió a la norma chilena Nch2369 of 2003 “instalaciones industriales” y se ocupó la parte de análisis estático:

El esfuerzo de corte horizontal en la base se debe calcular según la siguiente formula:

En donde: I = 1 (conservador) P= peso total del edificio = D+0,25*L

Ao=0,4g (obtenido de la tabla 5.2, figura 5,1) T’=0,2 (debido al tipo de suelo, suelo tipo 1, tabla 5.3-5.4) n=1 (debido al tipo de suelo, suelo tipo 1, tabla 5.3-5.4) ξ=0,003 (tabla 5.7)

R=5 (tabla 5.6) T*=Tx=0,364 [s], Ty=0,092[s], periodo fundamental de la estructura en dirección x e y (calculado mediante un análisis modal en el programa SAP2000) Obteniéndose los siguientes valores de C: Cx=0,20103 Cy=0,23 Luego se utilizó la expresión:

Quedando F1=Q 0 (para la dirección “x”, y otra para la dirección “y”)

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Luego se procedió a distribuir la fuerza sísmica de manera conservadora, esto es; para la dirección x distribuyendo uniformemente la fuerza F1x solo en las vigas que unen los marcos:

De manera análoga se aplicó la carga sísmica en dirección y, en las vigas de los marcos:

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Combinación de cargas:

Se definen las siguientes cargas:

D= carga muerta Lr=sobre carga techo PM=peso muerto (peso planchas de zinc) Vx=viento en dirección x Vy=viento en dirección y Sx=sismo dirección x Sy=sismo dirección y Para el análisis realizado por el programa SAP2000 fue necesario definir las siguientes combinaciones de cargas (se tuvo que ingresar de manera “manual” el valor de PM, ya que SAP200 no posee la opción de agregar planchas de zinc al peso de carga muerta D, por lo que en todas las combinaciones donde aparezca D, se incluirá PM): COMB1=1.4*D+1.4*PM COMB2=1.2*D+1.2*PM+1.6*Lr COMB3=1.3*D+1.3*PM+1*Lr COMB4a=1.2*D+1.2*PM+1*Vx+1*Lr COMB4b=1.2*D+1.2*PM+1*Vy+1*Lr COMB5a=1.2*D+1.2*PM+1*Sx+1*Lr COMB5b=1.2*D+1.2*PM+1*Sy+1*Lr COMB6a=0.9*D+0.9*PM+1*Vx COMB6b=0.9*D+0.9*PM+1*Vy COMB7a=0.9*D+0.9*PM+1*Sx COMB7b=0.9*D+0.9*PM+1*Sy

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2.2. Especificaciones Referentes a la Construcción de la Obra

2.2.1. Documentos que deben mantenerse en la obra

El primer documento que debe estar presente en obra es el de la Identificación de la Obra, en el cual se detalla, entre otras cosas, la empresa contratista, el tipo de obra, la ubicación y el contrato. También es obligatorio que se mantengan copias de los planos y sus respectivas memorias de cálculo, las normas técnicas utilizadas para el diseño y la construcción de la obra, especificaciones y planos de detalle como las conexiones y las fundaciones, junto con las memorias descriptivas. El libro de obra es otro documento que debe estar presente en obra, en el cual se incluyen los informes diarios, semanales y mensuales junto con un informe de cuentas. Otros documentos son el programa de trabajo, actas y certificaciones en casos particulares como de explosivos. 2.2.2. Tipos de Fundaciones

Para la unión de las columnas al suelo se escogió del tipo uniones empotradas, es por ello que se harán fundaciones tipo zapata de hormigón H30 unión mediante placa de fundación, como se detalla en la figura 18:

Figura 18: Detalle de las Fundaciones

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Figura 19: Vista 2D (arriba) y en  planta (izquierda) del galpón, donde cada elemento estructural distinto es representado por un color. El detallamiento se describe en la página siguiente.

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2.2.3. Tipos de Columnas (Colo rojo)

Para todas las columnas se utilizarán secciones H300x300x83.0 de alto 5 [m] unidas rígidamente a la viga en la parte superior, para formar un marco rígido que es fundamental en este tipo de estructura ya que no lleva cercha. La columnas trabajarán en compresión y flexión recibiendo las cargas de las vigas para transmitirlas a las fundaciones, es por tanto que se escoge este perfil por su resistencia y por su baja tendencia a presentar pandeo local. En la figura 19 se encuentran representadas en color rojo. Para cada arrostramiento de las columnas se utilizarán 4 perfiles Cajón 75x75x6.5 de longitud 3,91 [m] unidas en la intersección para reducir su esbeltez. La función de las riostras de columna es aportar rigidez en la dirección Y ante cargas de viento y/o sismos, trabajando siempre en tracción y compresión. En la figura 19 de la página anterior se encuentran representadas por color verde. 2.2.4. Tipos de Viga (Color azul)

Para cada marco se utilizan 2 vigas de sección H250x250x84.1 de longitud 11,67 [m] unidas rígidamente entre sí y a las columnas. Las vigas trabajarán principalmente a flexión recibiendo las cargas del techo por medio de las costaneras y transmitiéndolas a las columnas. De color azul en la figura 19. Para conectar los marcos entre sí, se hará en los extremos por medio de dos secciones H250x250x84.1 de longitud 6 [m], una en cada extremo. Éstas trabajarán a flexión producto de las cargas del techo y a compresión cuando transfieran las cargas del eje Y global entre marcos. En la parte central del galpón, específicamente donde se encuentra la unión entre vigas, se instalará una barra sección C200x50x9 de longitud 5,75 [m] que pretende reducir el esfuerzo en la conexión entre vigas. Esta sección canal trabajará a tracción en todo momento producto de las cargas verticales en el techo. Se representan en color amarillo en la figura 19, ya que preliminarmente se usó de los mismos perfiles que para las costaneras de techo. 2.2.5. Tipos de Costaneras (Color amarillo)

Para las costaneras de techo se escogió secciones C225x75x16.6 de longitud 6 [m] producto de su alto momento de inercia en el eje de simetría (Eje X en el ICHA) ya que trabajarán principalmente a flexión soportando el peso de las planchas de techo, las sobrecargas de uso de techo más las cargas de viento y transmitiéndolas a las vigas. En color amarillo en la figura 19. Para los arrostramientos de techo se utilizarán secciones cajón 75x75x6.5 de longitud 4,28 [m] producto de la unión en la intersección al igual que el arrostramiento de las columnas. Estos perfiles trabajarán a compresión y tracción impidiendo el movimiento relativo entre marcos en el eje X global y por tanto aumentando la rigidez en dicho eje. Se representan en color verde en la figura 19.

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2.2.6. Deflexión Máxima La deformación Δ en los vanos libres se calcula según NCh477, donde se señala que dicha

deformación no puede superar los siguientes límites:

Tabla 2: Corresponde a la Tabla 45 de la NCh477 para las deformaciones máximas.

∆

Considerando el caso B para las costaneras de techo, se comprueba la flecha Δ obtenida del

análisis en software SAP200 v15 con la flecha límite recomendada . Para poder medir la deflexión máxima en el SAP2000, se buscó la costanera con el mayor momento en el eje mayor (Resultando ser el elemento 30) y se obtuvo su deflexión:

∆  ∆   =

=

600

=3[ 200 200 = 2.51 [ ]

]

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∆  ∆ 

Como = 2.51[ ] < = 3[ ], la flecha de la costanera es menor que la recomendada, con lo cual cumple con las especificaciones.

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3. Memoria de cálculo Se especifica el procedimiento de diseño seguido para obtener los perfiles a utilizar en la estructura y las comparaciones con los valores de carga requeridos. Para el diseño se utilizan las consideraciones de las Normas Chilenas descritas previamente y la Normas AISC 2005. Se utiliza los métodos de diseños dados por la LRFD. La calidad del acero a utilizar es A250ESP.

3.1. Datos a utilizar 3.1.1. Perfiles a usar

Los perfiles utilizados son:

Perfil

Especificación

Utilización

Doble T

H300x300x83.0 H250x250x84.1 C225x75x16.6 75x75x6.5 C200x50x9

Columnas Vigas Costaneras Riostras Elemento horizontal

Doble T Canal Cajón Canal

Columnas Elemento H300x300x83.0 Propiedades:

     



=5[ ]

           ℎ      = 0.8 [

2]

= 1057.6 [ = 13.2 [

= 1235 [ = 634 [

]

3]

3]

]

4

= 18500 [ = 7.72[

]

= 420 [

3]

]

= 1.4 [

    ]

4

= 6300 [

= 27.2 [

= 1349 [

]

]

3]

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Vigas Elemento H250x250x84.1 Propiedades:

                       

    

= 11.67 [ ] = 107.12 [

= 10.9 [

= 566 [

2]

3]

3]

Costaneras Elemento C225x75x16.6 Propiedades:



         ℎ    = 1.8 [

]

= 1023 [

=6[ ]

2]

]

4

= 9.49[

]

= 32.2[

3

]

]

= 6.62[

]

= 375 [

3]

     

 ∗   

3]

= 0.834[

]

2]

=6[ ]

2]

= 11.41[

= 7.21[

]

4

= 0.6083[ = 7.68[

]

]

]

]

]

]

= 1136 [

   ℎ   6

4

= 4690 [

3]

     ]

= 1030000 [

= 219[

]

= 160 [

3]

= 9[

4

]

]

]

 ∗   

= 0.4 [

   

= 0.6 [

= 132 [

Canales horizontales Elemento C200x50x9 Propiedades:

]

]



= 0.8 [

= 21.4 [

= 2.21[

= 0.3 [

= 8.33 [

]

= 8992 106  [

Cajón Elemento 75x75x6.5

= 7.81 [ ]

4

= 12800 [

                  

= 2.5394[

Propiedades:

]

= 0.6 [

= 21.16 [

= 8.38[

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]

   ℎ  

 ∗    

= 0.4 [

= 1568 106  [

= 1.39[

]

= 59.3[

3]

= 0.915[

]

6

]

]

= 0.22 106  [

= 196[

]

= 73.3[

3]

= 6[

4

]

]

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3.2. Diseño secciones 3.2.1. Diseño a tracción

Costaneras Elemento C225x75x16.6 Diseño a Tracción

De la sección de análisis de esfuerzos realizada con SAP2000, se determinó que la costanera más solicitada a tracción, corresponde al elemento 12 de la estructura, con:

            ∗  = 3.78[

]

a) Fluencia en tracción en la sección bruta:

=

= 52.9[

]

b)Ruptura en tracción en la sección neta:

=

1,2

=

10[cm]

d=1/8’’

10[cm] 10[cm]

        ∗     ̅   −    ̅      ∗  1

= 19.255[

2

]

2

= 20.755[

2

]

< 0.85

= 17.986[

=1

2

= 17.986[ 2

]

]

= 10[

]

= 1.77[

]

= 0.823 =

= 14.8025[

2

]

28

USM Proyecto Diseño en Acero. Semestre 1 2013

   ∗ =

c)Bloque de corte:

     



= 4700 14.8025 = 69.57[

]

 −  ∗  ∗ ∗ −  ∗ ∗  ∗  ∗  ∗ ∗  ∗  ∗   ∗  ∗  

= (10

)

= 5.04[

= (20 2 2

= 0.6

CA/IB/MT

= 59.7[

2

]

2

3) = 21.1425[

+

]

< 0.6

+

]

Se aprecia que la resistencia a tracción es varias veces mayor que carga aplicada, esto debido a que el elemento se diseñó principalmente para resistir compresión. Se cumple el diseño a tracción.

Cajón Elemento 75x75x6.5 Diseño a Tracción

De la sección de análisis de esfuerzos realizada con SAP2000, se determinó que la riostra más solicitada a tracción, corresponde al elemento 107 de la estructura, con:



= 1.23248[

a) Fluencia en tracción en la sección bruta:



]

          ∗  =

= 20.825[

]

b) Ruptura en tracción en la sección neta:

=

=

29

USM Proyecto Diseño en Acero. Semestre 1 2013

CA/IB/MT

An será igual a Ag, dado las condiciones de conexión, en este caso, perfil soldado de la siguiente manera: Placas soldadas al perfil

 −  ̅ ̅ ∗      ∗   ∗  =1

 ; = 4

2

( + )

, donde B=H=7.5 [cm] y L=10[cm]

Luego U=0.90625

2]

= 7.54906[

=

= 4700

= 34.8[

]

Se puede apreciar que el elemento resiste por mucho la solicitación. Cumple diseño a tracción.

Canales horizontales Elemento C200x50x9 Diseño a Tracción

De la sección de análisis de esfuerzos realizada con SAP2000, se determinó que el elemento más solicitado a tracción, corresponde al elemento 142 de la estructura, con:

            ∗  = 22.147[

]

a) Fluencia en tracción en la sección bruta: =

= 28.525[

]

b) Ruptura en tracción en la sección neta:

=

1,2

=

10[cm]

10[cm] 10[cm]

d=1/8’’

30

USM Proyecto Diseño en Acero. Semestre 1 2013

        ∗     ̅   −    ̅      ∗     1

= 10.1[

2

]

2

= 10.4[

2

]

< 0.85

2

= 9.69[

2

= 9.69[

=1

CA/IB/MT

]

]

= 10[

]

= 1.09[

]

= 0.891 =

2

= 8.64[

]

=



= 40.614[

]

c) Bloque de corte:

   −  ∗    ∗ ∗ −  ∗ ∗   ∗  ∗  ∗ ∗  ∗  ∗   ∗  ∗     ∗     = (10

)

= 3.365[

= (20 2 2

= 0.6

= 39.792[

2

]

3) = 14.095[

+

< 0.6

2

]

+

]

Luego

= 25.672[

]=

Pdis>Pu

Por lo que el diseño a tracción se cumple.

31

USM Proyecto Diseño en Acero. Semestre 1 2013

CA/IB/MT

Cabe destacar que el elemento no se diseñará a compresión, ya que este tiene una carga a compresión despreciable. 3.2.2. Diseño a compresión

Columnas Elemento H300x300x83.0 Diseño a Compresión

De la sección de análisis de esfuerzos realizada con SAP2000, se determinó que la columna más comprimida corresponde al elemento 6 de la estructura, con:



Clasificación de Secciones

Alma:

ℎ        ∗ ℎ  →  ∗        ∗ ∗    ℎ�    �   →  ∗ =

27.2 0.8

 Como

Alas:

= 1.49

30

2 1.4

= 41.406

0.686 2.04 10 6

= 0.64

=

 Como <

2500

= 10.714

= 0.64

∴

2.04 10 6

 Alma Esbelta.

<

=

]

= 34

= 1.49

∴



= 11.051 [

4

=

2500

4

27.2

= 15.142

= 0.686

0.8

 Alas Esbeltas.

Caso E2. AISC 2005

Limitaciones a la esbeltez:

=

Caso E3. AISC 2005

0.65 500 7.72

= 42.098 < 200  Cumple

   =

Como



  

= 42.098 < 4.71

= 134.545:

32

USM Proyecto Diseño en Acero. Semestre 1 2013



    = 0.658

Con

=

2

=



 2

2

2

=

(42.098 )2

= 11360.5

2

= 2280.02 105.76 = 241134.9 [

=

Como

2500

0.65811360 .5 2500 = 2280.02

     ∴    ∗     ∗      =

Verificación

CA/IB/MT

] = 241.1349 [

= 0.9 241.1349 = 217.021 [

= 11.051 [

]<

= 217.021 [

]

]

]

Se cumple el diseño por el método LRFD. Cabe resaltar que la flexión controla el diseño de las columnas, por eso la capacidad excede tantas veces a la demanda.

Vigas Elemento H250x250x84.1 Diseño a Compresión

De la sección de análisis de esfuerzos realizada con SAP2000, se determinó que la viga más solicitada a compresión, corresponde al elemento 114 de la estructura, con:



Clasificación de Secciones

Alma:

ℎ     ℎ  →  ∗     =

21.4 0.8

Alas:

 Como

  

∗

2.04 10 6

= 1.49

2500

= 41.406

 Alma Esbelta.

<

=

]

= 26.75

= 1.49

∴



= 30.053 [

25

2 1.8

= 6.944

= 0.64

  

= 0.64

∗ ∗

0.664 2.04 10 6 2500

= 14.893

33

USM Proyecto Diseño en Acero. Semestre 1 2013

∴



 Como <

Caso E2. AISC 2005

  →

=

  ℎ�    � 4

=

4

19

CA/IB/MT

= 0.664

0.5

 Alas Esbeltas.

 ∗

Limitaciones a la esbeltez:

=

0.65 1167 6.62

= 114.585 < 200 

Cumple

Caso E3. AISC 2005

                      ∴    ∗     ∗      =

Como

= 114.585 < 4.71

= 134.545:

2500

= 0.658

Con

2

=

=

0.6581533.478 2500 = 1263.564

2

2

2

=

(114.585)2

=

= 1533.478

2

= 1263.564 107.12 = 135352.9 [

=

] = 135.353 [

= 0.9 135.353 = 121.818[

]

]

Verificación

Como

= 30.053 [

]<

= 121.818 [

]

Se cumple el diseño. Cabe resaltar que en este perfil de viga, la flexión controla el diseño, por eso quedó sobredimensionado a la compresión.

34

USM Proyecto Diseño en Acero. Semestre 1 2013

CA/IB/MT

Costaneras Elemento C225x75x16.6 Diseño a Compresión

De la sección de análisis de esfuerzos realizada con SAP2000, se determinó que la costanera más solicitada a compresión, corresponde al elemento 49 y 50 de la estructura, con:





= 4.3665[

]

Clasificación de Secciones

Alma:

ℎ     ℎ  →        →  225

=

6

= 12.5

= 1.49

∴

 Como

Alas:

75 6

 Como <

Caso E3. AISC

la recomendación

2500

= 41.406

= 12.5

= 0.56

∴

∗

2.04 10 6

 Alma no Esbelta.

>

=

  

= 1.49

= 16

 Alas no Esbeltas.

< 200 no se tomara en cuenta, ya que el elemento no está solo sometido a

cargas de compresión.

    ∗  =

Caso b)

Con



Luego



  

> 4.71

  2

=

 

2

= 134.545

    

= 273.156

= 1224.5

= 239.558

2

= 0.887

( 34)

( 45)

2

2

35

USM Proyecto Diseño en Acero. Semestre 1 2013

      ∗    =

= 5069,05[

]

= 4562.151[

=

Como



] = 4.562[

<

CA/IB/MT

]

Se cumple el diseño por método LRFD.

Cajón Elemento 75x75x6.5 Diseño a Compresión

De la sección de análisis de esfuerzos realizada con SAP2000, se determinó que la Riostra más solicitada a compresión, corresponde al elemento 106 de la estructura, con:

  = 1.81[

Clasificación de Secciones

 − ∗ − ∗ −       →

Alma y alas:

=

= 1.4

Caso E3

∴

 Como <

75 2 3 2 4 5 3

= 20

= 39.9

 Alma y alas no esbeltas

     ∗           > 4.71

]

   =

= 134.545

Caso b)

= 0.887 2

=

2

= 279.5

= 245.14

( 34)

2

2

Luego =

= 2.04201[

]

36

USM Proyecto Diseño en Acero. Semestre 1 2013

CA/IB/MT

 ∗     ]=

= 1.83781[

Como

>

Cumple diseño a compresión.

3.2.3. Diseño a flexión

Columnas Elemento H300x300x83.0 Flexión Eje Mayor (M3)

De la sección de análisis de esfuerzos realizada con SAP2000, se determinó que la columna más solicitada a flexión, corresponde al elemento 26 de la estructura, con:

  3

Propiedades adicionales de la sección: Clasificación de Secciones

Alma:

ℎ     ℎ  →  ∗       → =

27.2 0.8

 Como

Alas:

30

2 1.4

 Como <

= 5.83 [m] (Por puntos fijos al volcamiento)

= 107.407

= 10.714

= 0.38

∴

]

 Alma Compacta.

<

=

 ∗

= 34

= 3.76

∴

= 23.869[

= 10.855

 Ala compacta.

Corresponde al caso F2 AISC 2005 (Secciones compactas con doble simetría) 1. Fluencia

   →  ∗  ∗ =

=

= 2500 1349.168 = 3372920 [

∗

] = 33.73 [Tf  m]

37

USM Proyecto Diseño en Acero. Semestre 1 2013

CA/IB/MT

2. Pandeo Flexotorsional

          ℎ          ℎ       →           −  −  −−≤        ≤ →  →   ∗  ∗   ∗  ∗      ∗      ∗ = 500 [cm] = 1.76

= 388.068 [cm]

= 1.95

0.7

2

Como

<

<

1+

0

=

= 8.309 [

0

2

= 1265.65 [

]

]

 es el caso b): =

con:

0.7

1 + 6.76

=

0.7

12.5

2.5

+3

+4

3.0

+3

= 7253151 [

= 2.254

] = 72.532 [

]<

= 33.73 [

]

Finalmente, la resistencia a la flexión en el eje mayor, que corresponde al mínimo entre los casos 1. y 2.: = 33.73 [Tf  m]

3

=

= 0.9

= 30.357 [

]

Verificación a la flexión eje mayor:

Como

3

= 23.869 <

= 30.357 [

]

Se cumple el diseño a flexión en el eje mayor. Como se observa, es esta solicitación que manda por sobre la compresión, razón por la cual la resistencia a la compresión excede en varias veces la solicitación. Flexión Eje Menor (M2) 1. Fluencia

   ≤   ∗  ∗  ∗ ∗ ∴   ∗ =

= 2500 634 = 15.85 [

=

1.6

] < 1.6 2500 420 = 16.8 [

= 15.85 [

]

 ∗

]

38

USM Proyecto Diseño en Acero. Semestre 1 2013

CA/IB/MT

2. Pandeo local del ala

(a) No aplica para secciones con ala compacta. Finalmente, la resistencia a la flexión en el eje menor:

     ∗  ∗   ∗ 2

=

= 0.9

= 14.264 [

]

Verificación a la flexión eje menor:

Como

 2

= 0.336 [

]<

= 14.264 [

]

Se cumple el diseño a flexión en el eje menor.

Vigas Elemento H250x250x84.1 Flexión Eje Mayor (M3)

De la sección de análisis de esfuerzos realizada con SAP2000, se determinó que la viga más solicitada a flexión, corresponde al elemento 152 de la estructura, con:

  3

Propiedades adicionales de la sección: Clasificación de Secciones

Alma:

ℎ     ℎ  →  ∗       → =

21.4 0.8

Alas:

 Como

25

2 1.8

 Como <

= 5.83 [m] (Por puntos fijos al volcamiento)

= 107.407

= 6.944

= 0.38

∴

]

 Alma Compacta.

<

=

 ∗

= 26.75

= 3.76

∴

= 23.867 [

= 10.855

 Ala compacta.

Corresponde al caso F2 AISC 2005 (Secciones compactas con doble simetría)

39

USM Proyecto Diseño en Acero. Semestre 1 2013

1. Fluencia

CA/IB/MT

   →  ∗  ∗  =

=

= 2500 1136 = 2840000 [

∗

] = 28.4 [Tf  m]

2. Pandeo Flexotorsional

          ℎ          ℎ       →           −  −  −− ≤        ≤ →  →   ∗  ∗   ∗   ∗      ∗     ∗ = 583.3 [cm] = 1.76

= 332.610 [cm]

= 1.95

0.7

2

Como

<

<

1+

0

=

1 + 6.76

= 6.998 [

0

2

= 1515.271 [

]

]

 es el caso b): =

con:

0.7

=

0.7

12.5

2.5

+3

+4

3.0

+3

= 5897561 [

= 2.254

] = 58.976 [

]<

= 28.4 [

]

Finalmente, la resistencia a la flexión, que corresponde al mínimo entre los casos 1. y 2.: = 28.4 [Tf  m]

3

=

= 0.9

= 25.56 [

]

Verificación a la flexión:

Como

3

= 23.867 <

= 25.56 [

]

Se cumple el diseño a flexión del eje mayor. Como se observa, es esta solicitación que manda por sobre la compresión, razón por la cual la resistencia a la compresión excede en varias veces la solicitación. Flexión Eje Menor (M2)

Del análisis de esfuerzos, el perfil más solicitado corresponde al perfil 105 con:

   ∗ 2

= 1.12 [

]

40

USM Proyecto Diseño en Acero. Semestre 1 2013

1. Fluencia

CA/IB/MT

   ≤   ∗  ∗ ∗ ∗ ∴   ∗ =

=

= 2500 634 = 14.15 [

1.6

 ∗

] < 1.6 2500 375 = 15 [

= 14.15 [

]

]

2. Pandeo local del ala

(a) No aplica para secciones con ala compacta. Finalmente, la resistencia a la flexión en el eje menor:

     ∗  ∗    ∗ 2

=

= 0.9

= 12.735 [

]

Verificación a la flexión eje menor:

Como

 2

= 1.12 [

]<

= 12.735 [

]

Se cumple el diseño a flexión en el eje menor.

Costaneras Elemento C225x75x16.6 Flexión Eje Mayor (M3)

De la sección de análisis de esfuerzos realizada con SAP2000, se determinó que la costanera más solicitada a flexión, corresponde al elemento 30 de la estructura, con:

  3

= 1.2958[

 ∗

]

= 5.83 [m] (Por puntos fijos al volcamiento), se tuvo Propiedades adicionales de la sección: que agregar atizadores de rigidez al modelo. Clasificación de Secciones

Alma:

ℎ     ℎ  →  225

=

6

= 37.5

= 3.76

∴ Alas:

 Como

<

=

75 6

= 107.407

 Alma Compacta.

= 12.5

41

USM Proyecto Diseño en Acero. Semestre 1 2013

    ∴   → = 0.38

 Como <

CA/IB/MT

= 10.855

 Ala no compacta.

Corresponde al caso F2 AISC

1. Fluencia

   →  ∗ =

=

= 4 [Tf  m]

2. Pandeo Flexotorsional

          ℎ          ℎ       →           −  −  −− ≤        ≤ →  →   ∗   ∗  ∗      ∗ = 300[cm] = 1.76

= 111.1 [cm]

= 1.95

0.7

2

Como

<

<

1+

0

=

1 + 6.76

= 2.7 [

0

2

= 362.4 [

]

]

 es el caso b): =

con:

0.7

=

0.7

12.5

2.5

+3

+4

3.0

+3

= 4.00119[

]<

= 1.46585

=4[

]

Finalmente, la resistencia a la flexión en el eje mayor, que corresponde al mínimo entre los casos 1. y 2.: = 4 [Tf  m]

3

=

= 0.9

= 3.6 [

]

Verificación a la flexión eje mayor:

42

USM Proyecto Diseño en Acero. Semestre 1 2013

Como

CA/IB/MT

   3

<

Se cumple el diseño a flexión en el eje mayor.

Flexión Eje Menor (M2) 1. Fluencia

   ≤    ∗    ∗ ∴   ∗ =

= 0.805 [

=

1.6

] < 1.6

= 0.724 [

= 0.724 [

2. Pandeo local del ala

(b)

]

]

  −  − −− ≤    ∗ ≤       ∗ =

0.7

= 0.686162[

]

Finalmente, la resistencia a la flexión en el eje menor: 2

=

= 0.9

= 0.617546 [

]

Verificación a la flexión eje menor:

Como

   ∗   2

= 0.121 [

]<

Se cumple el diseño a flexión en el eje menor. 3.2.4. Diseño al Corte

Columnas Elemento H300x300x83.0 La resistencia de las columnas al corte, es de:

 ∗ ∗ ∗   ∗  = 0.6

= 36.0 [

= 32.4 [

]

]

43

USM Proyecto Diseño en Acero. Semestre 1 2013

CA/IB/MT

No se requiere el uso de atiesadores. Verificación

   ∗  = 9.083 [

Se cumple el diseño a corte.

]<

= 32.4 [

]

Vigas Elemento H250x250x84.1 La resistencia del elemento al corte es de:

 ∗ ∗ ∗   ∗     ∗  = 0.6

= 28.2 [

= 25.38 [

]

]

No se requiere el uso de atiesadores. Verificación

= 6.89 [

]<

= 25.38 [

]

Se cumple el diseño a corte de las vigas.

Costaneras Elemento C225x75x16.6 Diseño a Corte

De la sección de análisis de esfuerzos realizada con SAP2000, se determinó que la costanera más solicitada a corte, corresponde al elemento 246 de la estructura, con:

        = 1.02[

= 0.112[

Diseño para el eje mayor

 ∗  ∗ ∗ ℎ − ∗ − ∗  ∗ 

] (

] (

) )

= 0.6

Como el elemento no posee atiesadores ->Kv=5 =

225

2 6 6

2 9

= 32.5

= 63.87

44

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CA/IB/MT

Caso i) Cv=1 Luego

 ∗ ∗  ∗∗  = 0.6 = 18.23 [

= 20.25 [

]

]

Se aprecia que Vdiseño es mucho mayor que la solicitación.

Fluencia local del alma: Se utilizaran apoyos de 10 [cm] Caso b), para a0.2

  = 26.5 [

]

Se aprecia que el elemento posee una gran capacidad a la resistencia de corte, siendo esta mucho mayor que la aplicada, por lo que no será necesario hacer un diseño para el eje menor (carga demasiado pequeña). Se cumple el diseño a corte.

3.3. Verificación de interacción 3.3.1. Verificación columnas y vigas

Columnas Elemento H300x300x83.0 Interacción

Se considera el caso H1. del AISC 2005, producto de que las columnas presentan simetría doble  junto con flexión y compresión. Cabe resaltar que lo casos verificados anteriormente para compresión y flexión en ambos ejes no ocurren en el mismo elemento ni en la misma combinación

45

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CA/IB/MT

de carga, razón por la cual no coinciden con las resistencias requeridas del presente capítulo, donde se escogió el caso más desfavorable que es el elemento 26 combinación de carga COMB2: Como



=

9.381 217.021

= 0.043226 < 0.2

    ≤  ≤ ∗  2

9.381

2 217.021

∴

+

+

23.869 30.357

+

+

1.0

0.01178 14.264

= 0.809

1.0

 Se cumple el diseño del elemento columna.

Vigas Elemento H250x250x84.1 Interacción

Se considera el caso H1. del AISC 2005, producto de que las vigas presentan simetría doble junto con flexión y compresión. El caso más desfavorable, corresponde al elemento 152 combinación de carga COMB2: Como



=

9.339 121.818

= 0.0767 < 0.2

  ∗  2

9.339

2 121.818

∴

+

+

23.867 25.56

+

+

  ≤  ≤ 1.0

0.241

12.735

= 0.991

1.0

 Se cumple el diseño del elemento viga.

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