Nave-industrial.docx

UNIVERSIDAD CATÓLICA SANTA MARÍA

ESCUELA PROFESIONAL DE ARQUITECTURA, INGENIERÍA CIVIL Y DEL AMBIENTE PROGRAMA PROFESIONAL: INGENIERÍA CIVIL DISEÑO EN ACERO Y MADERA

DISEÑO DE LOS ELEMENTOS DE LA ARMADURA DE UNA CUBIERTA

Arequipa– Perú 2018 Diseño de la Armadura de la Cubierta de Nave Industrial

Contenido 1.

Introducción ................................................................................................................................ 3

2.

Descripción del Proyecto............................................................................................................. 3 2.1

Ubicación del Proyecto........................................................................................................ 4

3.

Metrado de Cargas ...................................................................................................................... 5

4.

Metrado de Carga de Viento ....................................................................................................... 7

5.

Análisis de la Estructura .............................................................................................................. 8

1. Introducción El presente informe expone brevemente la memoria de cálculo y los procedimientos realizados para poder diseñar los elementos que conforman la armadura que sostiene la cubierta de una nave industrial localizada en la Ciudad de Arequipa. Se hizo uso del software de estructuras SAP2016 v16 y Microsoft Excel para realizar el análisis y los cálculos correspondientemente. Es así que de esta manera se reduce el tiempo de diseño y además podremos hacer la comprobación de resistencia de los materiales, de estructuras complicadas, estructuras con forma curva, y con detalles complicados de construcción. La realización del proyecto de diseño y construcción de estructuras metálicas, son muy detalladas, y se trabajan a través de normas. Las normas nos ayudaran a prevenir futuros problemas en la construcción, antes, durante y después.  Antes de la construcción: Prevenir la utilización de equipos especiales para la construcción.  Durante la construcción: Equipos de seguridad Detallado de colores de pintado de la estructura Después de la construcción: Evitar el colapso de la estructura frente a desastres naturales, que a su vez nos permitirán:  Evitar pérdidas de vidas  Asegurar la continuidad de los servicios básicos  Minimizar los daños a la propiedad. Las normas de seguridad, son dadas y actualizadas continuamente, es decir estas normas, no son para siempre. Un claro ejemplo de la actualización de las normas, es la actualización de las normas de construcción de edificios públicos y privados, estas normas son para prevenir el colapso precoz de las estructuras frente a incendios. A continuación, se describirán los procedimientos realizados para el diseño.

2. Descripción del Proyecto El presente proyecto consta del diseño de un techo estructural tipo galpón para ser utilizado como almacén de alimentos, el techo estará cubierta por calamina y la parte de la estructura metálica, conformada por vigas y columnas.

2.1 Ubicación del Proyecto

OPCIONAL (solo en un área plana) El proyecto de diseño de una estructura metálica tipo galpón fue seleccionado, para un uso adecuado de conservación de alimentos y facilitar la distribución y montaje de equipos a ser instalados. Para desarrollar el proyecto se tomaron en cuenta las siguientes necesidades.  Estética de la estructura, la estructura será de tipo galpón para darle un mejor uso de funcionamiento y seguridad, además dará una buena imagen por el mismo diseño realizado vista del exterior.  Infiltración de luz, el techo tendrá entradas de luz por la cobertura que dejará pasar la luz solar, para tener buena iluminación durante la mañana.  El proyecto de diseño cuenta con las siguientes dimensiones de 34.2 metros de largo y 30.9 metros de ancho. La forma del techo está formada por dos pendientes en forma de dos aguas a las que estas se unen la estructura galpón.  La cobertura del techo es de tipo calamina, liviano se ha seleccionado para cubrir las necesidades del proyecto. El proyecto estará unido por medio de soldadura y pasada por dos manos de pintura anticorrosiva como se detalla A) SOLDADURA El proyecto se regirá a las normas de soldadura que se da dentro de un proyecto estructural, por lo cual se recomienda utilizar el tipo de Electrodo especificado en los planos. Se usará electrodo E - 7018 para las placas de apoyo, armaduras. Para el resto se usará electrodo E - 6013 o E- 6011 que sarán destinados a los miembros secundarios. B) PINTADO Las vigas estructurales se cubrirán con dos manos de Pintura – Anticorrosiva de color Azul Metálico. Una vez instalado las estructuras, estas serán unidas por medio de soldadura con las demás Vigas estructurales y demás perfiles lo cual generara puntos soldados, que estos también después serán cubiertos por la misma Pintura Anticorrosiva por todo el techo estructural.

3. Metrado de Cargas

A partir de un catálogo de perfiles comerciales seleccionaremos un perfil adecuado para la armadura. Metraremos las cargas para el perfil y procederemos a diseñar.

Perfil Pre-Seleccionado Peso/long 12.8

Cant Longitud m 8 2.42 10 2.62 1 4.00 2 3.85 2 3.00 2 3.14 2 2.00 2 1.00 29

#Nudos Ext. #Nudos Int.

Long pie 7.94 8.59 13.12 12.64 9.84 10.30 6.56 3.28

2 7

2L 4x4x1/2 Lb/pie

Factor lb/pie 12.80 12.80 12.80 12.80 12.80 12.80 12.80 12.80

Carga Punt. 57.83 lb 115.65 lb

Peso Lb 101.63 109.94 167.98 161.85 125.98 131.86 83.99 41.99 925.23

Comprob. 115.65 lb 809.57 lb 925.23 lb

-

La cubierta seleccionada es de Tipo Sándwich, el peso por metro cuadrado de la cubierta sea de 0.58kgf/m2.

Factor

Cubierta Kg/m2 0.58 Metros

Separación

Lb/pie2 0.12 Pies 5 16.40

Para Armadura Interna Factor Área T. Lb/pie 0.1185 16.40 1.94 Nudo Int. Nudo Ext.

16.70 lb 8.35 lb

Carga Muerta Nudo Int. 132.35 lb Nudo Ext. 66.18 lb

S/C

Carga Viva de Montaje kgf/m2 Lb/pie2 30 6.13 Para Armadura Interna Factor Área T. Lb/pie 6.13 16.40 100.58

Carga Viva de Montaje Nudo Int. 863.94 lb Nudo Ext. 431.97 lb

4. Metrado de Carga de Viento

Ubicación V V diseño

Arequipa 85 km/h 85 km/h

1 2

1 2

C. exterior 0.7 -0.3 -0.6

Viento 1 C. interior -0.6 -0.6 -0.6

C. exterior -0.7 -0.7

Viento 2 C. interior 0.8 0.8

C 1.3 0.3 0

Viento 3 C. exterior C. interior -0.7 0.8 -0.7 0.8 Según zapata baglietto

1 2

q=

36.82 kgf/m²

Ph 46.96 10.84 0.00

C -1.5 -1.5

Ph -54.19 -54.19

C -1.5 -1.5

Ph -54.19 -54.19

θ= ψ=

22° 0°

Presión exterior Barlovento Sotavento -0.32 -0.7

Presión interior Barlovento Sotavento ±0.3 ±0.3

Barlovento -22.83 -0.74

Sotavento -36.82 -14.73

1 2

1 2

En pórticos externos Barlovento -59.77 : kgf/m² -96.41 Sotavento : kgf/m²

-

En pórticos internos Barlovento -96.41 : kgf/m² -38.56 Sotavento : kgf/m²

Considerando solo la Presión Positiva

C. de Viento Nudos Int. Nudos Ext.

Kgf/m 46.96 25.13 lb 12.56 lb

Lb/pie 9.60

5. Análisis de la Estructura A continuación, se explica brevemente el proceso de análisis de la armadura empleando el programa SAP2016 v16:

Figura Nº1.- Modelización de la armadura. -

Se idealizó la armadura simplemente apoyada como se muestra en la imagen y se dibujó cada elemento según las especificaciones de los planos.

-

Se definieron las secciones seleccionadas para el cálculo, cabe resaltar que el uso del software solo fue para poder calcular las fuerzas internas de la armadura, mas no para el diseño de los elementos de la estructura.

Figura Nº2.- Vista en 3D de la armadura con las secciones seleccionadas.

-

Se Definieron los patrones de carga: Carga Muerta, Carga Viva y Carga de Viento. Posteriormente se definieron las Combinaciones de Cargas especificadas en la norma E090 las cuales incluyen los tres patrones mencionados y además se añadió una envolvente para obtener las fuerzas axiales críticas presentes en los elementos.

Figura Nº3.- Envolvente de Fuerzas Axiales. -

Se tomaron las fuerzas axiales más significativas del análisis para poder diseñar los miembros de la armadura.

Los miembros fueron agrupados según su longitud y la carga que resisten para simplificar los cálculos y a la vez proporcionar cierto margen de seguridad a la armadura para acciones no previstas o improbables. La agrupación de los elementos se muestra a continuación:

Elem. ESTADO L (m) 1 4 6 2 3 5 7

C C C T T T T

2.62 3.14 3.85 2.42 2.00 3.00 4.00

L A (pulg) (plug2) 103.15 7.5 123.60 7.5 151.75 7.5 95.28 7.5 78.74 7.5 118.11 7.5 157.48 7.5

Dónde: -

C significa que el elemento se encuentra a compresión. T significa que el elemento se encuentra a tracción.

Pu (klib) 14.195 2.441 2.996 13.136 0.777 1.555 4.644

Figura Nº4.- Agrupación de elementos de diseño.

En la Imagen se muestran resaltados los elementos que se repites y que fueron agrupados según su longitud y carga que soportan. Los cálculos realizados para el diseño de los elementos se muestran en las siguientes páginas del informe.

-

Se diseñaron los elementos a compresión calculando la carga de pandeo crítico. Las cargas se dividieron en dos, ya que se trata de ángulos dobles, diseñamos un elemento solo para posteriormente unirlos.

Para un solo elemento Elem. ESTADO 1 C 4 C 6 C

4x4x1/2 L (m) 2.62 3.14 3.85

L (pulg) 103.15 123.60 151.75

A (plug2) 3.75 3.75 3.75

Pu (klib) 7.0975 1.2205 1.498

K 1 1 1

Rx Ry Fcr 1.22 1.22 40.04 1.22 1.22 27.88 1.22 1.22 18.50

<36 No Ok Ok

Lambda Fcr Pu 0.95 24.71 78.76 1.14 20.97 66.85 1.39 15.94 50.82

Debido a que la carga que soporta el perfil seleccionado es muy alta, por economía escogeremos un perfil de menores dimensiones. Con otro Perfil Elem. ESTADO 1 C 4 C 6 C

2.5x2.5x1/2 L (m) 2.62 3.14 3.85

L (pulg) 103.15 123.60 151.75

A (plug2) 2.25 2.25 2.25

Pu (klib) 7.0975 1.2205 1.498

K 1 1 1

Rx Ry Fcr 0.74 0.74 14.69 0.74 0.74 10.23 0.74 0.74 6.79

<36 Ok Ok Ok

Lambda Fcr Pu 1.57 12.88 24.64 1.88 8.97 17.16 2.30 5.95 11.39

<36 Ok Ok Ok

Lambda 1.95 2.33 2.87

De igual manera, el perfil soporta mucho más de lo requerido, escogeremos un nuevo perfil. Con otro Perfil Elem. ESTADO 1 C 4 C 6 C

-

L2x2x3/8 L (m) 2.62 3.14 3.85

L (pulg) 103.15 123.60 151.75

El perfil seleccionado es el: L 2x2x3/8.

A (plug2) 1.36 1.36 1.36

Pu (klib) 7.0975 1.2205 1.498

K 1 1 1

Rx Ry 0.59 0.59 0.59 0.59 0.59 0.59

Fcr 9.49 6.61 4.39

Fcr 8.32 5.80 3.85

Pu 9.62 6.70 4.45

-

Los elementos a tracción fueron diseñados siguiendo tres criterios: Falla por Fluencia, para la cual se trabaja con un factor de reducción de 0.9, el área gruesa, área neta, y las áreas respectivas para cortante y tracción serán iguales al área de la sección transversal del elemento ya que este se soldara a una placa; Falla por Fractura y Falla por Bloque de Cortante.

Para un solo elemento Elem. ESTADO 2 T 3 T 5 T 7 T

4x4x1/2 L (m) 2.42 2.00 3.00 4.00

L (pulg) 95.28 78.74 118.11 157.48

A (plug2) 3.75 3.75 3.75 3.75

Fluencia

Fractura

Bloque V

Pu (klib) 121.50 121.50 121.50 121.50

Pu (klib) 118.97 118.97 118.97 118.97

Pu (klib) 162.00 162.00 162.00 162.00

Fy = Fu = w= l= x' =

36 60 4 4 1.18

ksi ksi pulg pulg pulg

Pu (klib) 6.568 0.3885 0.7775 2.322

Fluencia Pu (klib) 44.06 44.06 44.06 44.06

Fractura Pu (klib) 51.47 51.47 51.47 51.47

Bloque V Pu (klib) 81.00 81.00 81.00 81.00

Fy = Fu = w= l= x' =

36 60 2 3 0.636

ksi ksi pulg pulg pulg

Pu (klib) 6.568 0.3885 0.7775 2.322

Fluencia Pu (klib) 15.68 15.68 15.68 15.68

Fractura Pu (klib) 18.81 18.81 18.81 18.81

Bloque V Pu (klib) 60.75 60.75 60.75 60.75

Fy = Fu = w= l= x' =

36 60 2 2 0.546

ksi ksi pulg pulg pulg

Pu (klib) 6.568 0.3885 0.7775 2.322

La carga que soporta el perfil es muy elevada, escogeremos otro perfil. Para un solo elemento Elem. ESTADO 2 T 3 T 5 T 7 T

L (m) 2.42 2.00 3.00 4.00

2x2x3/8 L (pulg) 95.28 78.74 118.11 157.48

A (plug2) 1.36 1.36 1.36 1.36

Por economía seleccionaremos otro perfil de menores dimensiones. Para un solo elemento Elem. ESTADO 2 T 3 T 5 T 7 T

L (m) 2.42 2.00 3.00 4.00

El perfil seleccionado es el L 2x2x1/8.

2x2x1/8 L (pulg) 95.28 78.74 118.11 157.48

A (plug2) 0.484 0.484 0.484 0.484