UNIVERSIDAD SAN SEBASTIÁN FACULTAD DE INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA INGENIERÍA CIVIL – ESTRUCTURAS METALCAS PROYECTO 1 Diseño ga!"#$ Co%&ai'(e Gonzalo Barrientos Astroza Felipe Felipe Salinas Molina Santiago, 04 de diciembre, 2013 Í#)i*e Introduccin!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!+E,,o,- Ma,*a)o, #o )e.#i)o/ "oncideraciones!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!3 Bases de calculo !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!4 Ane#o!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!$ "onclusin!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!1 +E,,o,- Ma,*a)o, #o )e.#i)o/ %ecomendaciones!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!1$ 2 MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL INFORMACIONES GENERALES &ro'ecto( A/MA"+AMI+* )"*+S%-""I.+ GA/&*+ "omuna( "*AI5-! &ropietario( M-+I"I&A/IA "*AI5- 1/0 INTRODUCCIN l presente estudio tiene como 6nalidad realizar el dise7o ' la 8eri6cacin de los elementos resistentes 9ue componen la construccin de un galpn de almacenamiento, considerando las capacidades del suelo, cerc:as, riostras, 8igas ' pilares de acero estructural! 2/0 CONSIDERACIONES l galpn ser; construido de acero estructural, con paneles de acr'lit &<4 1,4 mm apernados a los pilares, 9ue tendr;n la =uncin de separar el e#terior ' el interior del galpn ' a la 8ez proteger a este de las condiciones clim;ticas del e#terior! /as cerc:as a su 8ez, estar;n apo'adas sobre pilares ' 8igas de acero! /as cerc:as ser;n estructuradas en acero estructural "100#$>#$,4 , con costaneras de acero "12>#>0#?,@, sobre la 9ue ir; una cubierta de &<@ de 0, mm! /os pilares ser;n construidos con per6les 200#1>0#44,3 de la =orma ' dimensiones indicadas en pro'ecciones de planta ' ele8aciones de las estructuras! 3 3/0 BASES DE CÁLCULO ste tem in=orme tiene como obCeto mostrar un resumen de los criterios, mDtodos ' materiales empleados, los cuales controlan el dise7o de las obras ci8iles para este pro'ecto! Su desarrollo est; basado en las normas c:ilenas emitidas por el Instituto +acional de +ormalizacin! 3!1!E "riterios de ise7o 3!1!1! Suelo( e acuerdo a los antecedentes recopilados, se supone una tensin m;#ima admisible para el suelo de 1,>> gcm2! 3!1!2! Materiales( Acero "lase A 3@E2$ con una tensin de Huencia mnima =' J 2$00 Kgcm2! &ara el dise7o de los elementos de acero sometidos a es=uerzos a#iales de compresin ' He#in se utilizar; el mDtodo de dise7o de elementos en compresin con =orma /%F ' el mDtodo de dise7o de elementos en He#in con =orma /%F, respecti8amente, ' para a9uellos sometidos a es=uerzo a#iales de traccin se utilizara el mDtodo las tensiones admisibles del manual del instituto c:ileno del acero LI"A! 3!2! "argas /as cargas ' sobrecargas se estiman segNn la norma +c: 1>3$ *=!@, +c:! 432, +c:! 433 ' +c:! 434! &ara e=ectos de an;lisis las cargas se consideran segNn su naturaleza! E "argas &ermanentes ( &eso &ropio ' Sobrecarga! E "argas 8entuales ( Sismo, <iento ' +ie8e! 3!2!1! "argas &ermanentes Se consideran en este tem del presente estudio los pesos propios de todos los elementos estructurales incorporados, de los materiales ' de los accesorios 6Cos! 3!2!1!1! &eso &ropio 4 /as cargas de peso propio consideradas en el dise7o est;n constituidas por el peso de la estructura ' todo el material unido ' soportado permanentemente por ella! &ara e=ectos de c;lculo de los pesos propios de los materiales, se consideran los siguientes pesos espec6cos( Acero $00 Kgm3 +ota ( /os pesos de los dem;s materiales, 9ue en general no son estructurales ' solo actNan como pesos muertos, estar;n especi6cados por cat;logos ' deber;n cumplir con los 8alores dados en la +orma respecti8a! 3!2!1!2! Sobrecarga /as Sobrecargas se determinan segNn ablas de la +c: 1>3$ *=!@ ' depender; del uso 9ue se le dar; al sector considerado! ec:umbre i! ( $,> Kgm2 %educcin de las sobrecargas a! &or Orea tributaria Se puede reducir en =uncin del ;rea tributaria total A 9ue incide sobre el elemento estructural, segNn( "a J 1 P para A Q 20 m2 3!2!2! "argas 8entuales 3!2!2!1! <iento l marco =ormado por pilares ' cerc:as deber; estar dise7ado para soportar los es=uerzos originados por el 8iento durante su construccin ' despuDs de terminada! &ara este propsito se considera una presin b;sica del 8iento segNn +c: 432 de 9 J 12> Kgm2! odo el c;lculo debido a las =uerzas pro8ocadas por el 8iento se :ar; segNn la +orma +c:!432! 3!2!2!2! Sismo l c;lculo ssmico de las distintas estructuras 9ue el pro'ecto, se :ar; segNn la +orma +c: 433 *=!?@, para lo cual se emplear; el mDtodo > de las =uerzas laterales e9ui8alentes tambiDn conocido como mDtodo est;tico! l es=uerzo de corte basal se determin segNn( nde( 5o J " # I # & 5o ( s=uerzo de "orte Basal! " ( "oe6ciente Ssmico, usaremos " JSAog! Ao ( "oe6ciente de Aceleracin Lzona Ssmica E, Ao J S ( I< S J 1,2! "oe6ciente segNn tipo de suelo de Fundacin Lipo 0,2g! I ( "oe6ciente de Importancia, usaremos I J 1,2! & ( &eso de estrutura, 9ue ser; calculado como la suma del peso de todos los elementos estructurales J 3?34? g /uego( 5o J 1,2#1,2#0,2#3?34?J11333 g , el cual ser; distribuido e9uitati8amente por la cantidad de marcos 9ue componen la estructura! 10 marcos! SJ 1133,3 g 3!2!2!2!1! istribucin de "argas "ada elemento 8a a estar solicitado segNn las cargas 9ue actNan sobre Dl! i! &eso &ropio L&& stas se e#presaron en Kgm2, ' se deduCeron multiplicando el 8olumen del elemento por el peso espec6co de este! ii! Sobrecarga LS" @ sta se distribu'e por ;reas tributarias, segNn el elemento estructural considerado! iii! <ientoL< SegNn +c:!432! i8! Sismo LS SegNn +c:!433 *=!?@! 4/0 PARAMETROS DE DISE5O 4!1 "ombinaciones de "arga 4!1!1! &eso propio ' cargas e8entuales &ara las cerc:as ' costaneras i! 5s J 1,2R1,@SR0, &ara pilares ' 8igas i! 5sJ1,2R1,@SR0, ii! 5sJ1,2R1,0R1,0/R0,2S 4!2 "riterios de Falla Se :an utilizado los siguientes criterios( i! &or e=ormaciones M;#imas! ii! &or ensiones Admisibles! ANE6OS I!E <%IFI"A"I*+ "*/-M+AS &%FI/ I+ 2001>012> atos de &er6l 728891:8944;: E a,ea I9 I% ,9 ,% 2100000 >@40,00 42$0>20, 00 ?001$>0,0 0 $,02 3?,?> Kgcm2 mm2 mm4 mm4 mm mm $ PESO <9= G 44,2$ 4$@, $$200 41$2@@,@@ @$ 313>@,1?4 34 >,?4?12E 0@ 42$,0>2 > 61 62 S9 gEm cm3 mm4 mpa 1mpa2 cm3 <eri6cacin por medio del mDtodo de dise7o elementos en compresin con =orma /%F! "argas de ise7o &u 1>?3? g <eri6cacin de ala ' alma Ala 4,$ Q 11, +o esta a=ecto a pandeo Alma 33,@ Q 3>,> +o esta a=ecto a pandeo +o es necesario calcular =actores de minoracin Ce LdDbil T'J2,$1 T' √ Q J 2,$1 T' √ Q> 1,5 0,877 Fy Fcr J λ 2 J 31@,4> gcm2 &cr J Fcr # An J 31@,4> gcm2 # >@,4 cm2 J 1$4g F- J Pu ϕpn 15939 J 0,9 x 17848 # 100 J ?? U E !e,. ,esis?e a)e*(a)a@e#?e as soi*i?a*io#es/ II!E <%IFI"A"I*+ <IGA &%FI/ I+ 200100>> 7288618861:;3 E 2100000 Kgcm2 A,ea 1?>0,00 mm2 I9 123@@2>0, mm4 00 I% 3>312,>0 mm4 R9 $?,@3 mm R% 20,$0 mm PESO 1>,31 Kgm <9 142,@3 cm3 G $$200 > 1@4>,333 mm4 33 61 12@4>,34@ mpa 4 62 0,0003>?3 1mpa2 43 S9 123,@@2> cm3 <eri6cacin por medio del mDtodo de dise7o elementos en He#in simple! MuJ >$ gEm &andeo global por He#in Mn i Tb Tp Tr ???1 V >$ gEm &andeo local del ala 141, 4?,> 22?,$ ? /a seccin resiste a He#in &or lo tanto Tp W Tb W Tr Momento M;#imo Momento en a Momento en b Momento en c >$ gEm 21 gEm $,$> gEm 2?$ gEm "bJ 2,2$ Mn J ???1 gEm XMn Mu "umple con el <olcamiento ii &andeo local del ala T= @ Tp 10,$ T= W Tp Mn J ???1 gEm XMn Mu "umple con el pandeo local del ala iii &andeo lateral del alma TY Tp TY W Tp 3>,2 103,3 Mn J ???1 gEm XMn Mu "umple con el pandeo lateral del alma i %esistencia al corte <u J 211 g h tw 3>,2 10 h < 260 tw <nJ 0,@ # F' # AY J 13??2 g "umple la resistencia al corte +o e#iste per6l m;s pe9ue7o en el manual I"A por lo tanto no se puede optimizar m;s el elemento estructural! E !e,. ,esis?e a)e*(a)a@e#?e as soi*i?a*io#es/ III!E <%IFI"A"I*+ MIMB%*S "%"A &%FI/ " 100$>>> C1886:6;1 Kgcm E 2100000 2 a,ea 11>$,0 mm2 1?$?, I9 ?@ mm4 @$11?@,4 I% ? mm4 ,9 40,41 mm ,% 24,0 mm PESO ?,0 gEm <9= E cm3 G $$200 ?@42,330 > 2$2 mm4 243?3,0? 61 @> mpa 1,@?2?4E 1mpa 62 0> 2 <eri6cacin por medio del mDtodo de dise7o de tensiones admisibles &u Z %' 1@0 g 0,? 24,1 &n J 11,@ cm2 # 2$00 gcm2 J 31320 g <eri6cacin por medio del mDtodo de dise7o elementos en compresin con =orma /%F! 11 "argas de ise7o &u 12$4@ g <eri6cacin de ala ' alma Ala 12,> 11, sta a=ecto a pandeo Alma 33,@ Q 3>,> +o esta a=ecto a pandeo 5J0,?$3 Ce [ LdDbil T'J1,2@ T' √ Q J 1,24 T' √ Q> 1,5 Fcr J Q x 0,658 Qxλ 2 x Fy =1437,29 kg / cm 2 &cr J Fcr # An J 143$,2? gcm2 # 11,@ cm2 J 1@@$3g F- J Pu ϕpn J 12746 0,9 x 16673 # 100 J > U l per6l resiste adecuadamente las solicitaciones de compresin! E !e,. ,esis?e a)e*(a)a@e#?e os es(e,os )e *o@!,esi"# % ?,a**i"#/ I<!E <%IFI"A"I*+ "*SA+%AS &%FI/ "12>>0@@ E A,ea I9 I% C12:9:89;: 2100000 Kgcm2 121@,1? mm2 2@0@>1,@ mm4 1 2@?41>,> mm4 12 R9 R% PESO <9 G > 4@,30 14, ?,>> >1,04 $$200 14>?4,33@ 0> 2$1,4 0? 1,413$E 0> 41,$0?@2> $3 61 62 S9 mm mm Kgm cm3 mm4 mpa 1mpa2 cm3 <eri6cacin por medio del mDtodo de dise7o elementos en He#in simple! <eri6cacin por medio del mDtodo de dise7o elementos en He#in simple! MuJ 10?3,@ gEm i! Mn ii! Momento nominal 13$ V <olcamiento 10?3,@ gEm /a seccin resiste a He#in /a cubierta se encuentra arriostrando toda la costanera, por lo 9ue no est; a=ectada al 8olcamiento! Mn J 13$ gEm "umple con el <olcamiento iii! &andeo local del ala T= 4,@ Tp 10,$ T= W Tp Mn J F' # \J 13$ gEm XMn Mu 13 "umple con el pandeo local del ala i8! &andeo lateral del alma TY Tp TY W Tp 1, 103,3 Mn J 13$ gEm XMn Mu "umple con el pandeo lateral del alma ii %esistencia al corte <u J $3@ g h tw 1, h < 260 tw <nJ 0,@ # F' # AY J 130@ g <uW]<n "umple la resistencia al corte E !e,. ,esis?e a)e*(a)a@e#?e as soi*i?a*io#es/ <!E <%IFI"A"I.+ %I*S%AS &%FI/ / >0>0> A !eso F% ,% L:86:86: 40 3,$$ 2$00 1>,1 mm2 gm Kgcm2 mm <eri6cacin por medio del mDtodo de dise7o a tensin admisible! 14 &u X r' 10@2> g 0,? 1>,1 &n J 4, cm2 # 2$00 gcm2 J 12?@0 g ϕ Pn F!-J ¿ # 100 J ?1U Pu ¿ <I!E IS^* F-+A"I*+S σ J1,>>_Kgcm2` Fma#J 1??$,?4KgE= ≈ 1?000KgE= "arga m;#ima al suelo 19000 Kg− f A <1,55 [ Kg −f cm 2 ] 2 2 12258 cm < A 12258 cm < b 110,71 cm < b 2 ∴ 1,11 m= b "arga m;#ima lateral 2657 Kg −f h∗111 cm ∴ 16 cm < 1,55 [ Kg −f cm 2 ] ❑ 23,93 ( kg − f )/ cm =h 1> < h∗1,55 [ Kg − f 2 cm ] 15,44 cm < h <istas de las ele8aciones Ce [E\ Ce \E 1@ Ce [E altura \J12 <isin 3 galpn 1$ CONCLUSIONES &ara la edi6cacin de un galpn tener en cuenta el siguiente procedimiento! &rimero es necesario realizar la cimentacin, luego escoger el tipo de material 9ue se utilizar; para la estructura, la cubierta ' las paredes de Dste, tomando en consideracin la utilidad 9ue se le dar;, ' 6nalmente se e8alNan a9uellos re9uerimientos para el meCor e9uipamiento del galpn! el dise7o estructural de los elementos es posible concluir 9ue es necesario realizar un considerable nNmero de iteraciones de c;lculo antes de obtener las dimensiones de los per6les para los distintos elementos del galpn, como cerc:as, costaneras ' columnas, 9ue cumpla con todas las normas ' re9uisitos establecidas ' 9ue a la 8ez sea lo m;s ptimo, li8iano ' econmico posible! Adem;s es necesario destacar 9ue 9ueda abierta la posibilidad de repetir los c;lculos tantas 8eces como sea necesario para apro#imarse a los es=uerzos admisibles de los materiales con el obCeti8o 9ue buscar una meCora constante! l arriostrar una 8iga o columna en tramos m;s cortos puede producir disminucin de la seccin el cual disminuira costos, pero al arriostrar demasiado el peso de la estructura aumentara por estos al e#istir en e#ceso! Se 8ieron aplicados ' =ueron necesarios para la modelacin del galpn todos los conocimientos ad9uiridos durante el curso ' cursos anteriores! RECOMENDACIONES Siempre consultar a las normas c:ilenas para cumplir con los re9uerimientos de estas! mpezar el dise7o desde arriba :acia abaCo! Siempre tomar en cuenta el lugar donde se realiza el pro'ecto de construccin, para poder obtener las distintas cargas ' las caractersticas 9ue posee el ambiente ' suelo! Siempre es necesario probar las distintas combinaciones para 8er si cu;l de ellas es la 9ue controla nuestro dise7o! 1