Proyecto Estructuras Metálicas.docx

Proyecto estructuras metálicas

1. Introducción: Una estructura es un conjunto de partes unidas entre si que forman un cuerpo, una forma o un todo, destinadas a soportar los efectos de las fuerzas que actúan sobre el cuerpo. Las Estructuras Metálicas son las que la mayor parte de los elementos o partes que la forman son de metal (más del 80%), normalmente acero. En el siguiente documento detallaremos la construcción de un edificio de 3 plantas para la ciudad de sucre con las normas de construcción adoptadas en la construcción y cálculo de del edificio. Las estructuras metálicas de alguna significación se empezaron a desarrollar a finales del siglo XVII, siendo la primera gran obra de importancia el puente Severn en Coalbrookdale, Inglaterra, concluido en 1.779. De aquella época a nuestros días han pasado un poco más de 200 años, en los cuales las edificaciones metálicas se han desarrollado ampliamente, en obras como puentes, casas, edificios comerciales, hospitales, fábricas y rascacielos, contribuyendo todos ellos a cambios sustanciales en la Arquitectura y en los métodos y técnicas de construcción.

1.1. Especificaciones: el proyecto a realizarse es de una edificación metálica, el cual consta de cuatro pisos, este edificio será construido de vigas de metal para lo cual se hará el uso de acero estructural A36, las vigas serán unidas por mediante soldadura, se tomaran en cuenta las cargas que actuarán sobre el proyecto de acuerdo al lugar de la edificación. 1.2. Ubicación: el proyecto a realizar es para la ciudad de Sucre, del cual se tomaran los datos meteorológicos que se dan por esta región para crear los perfiles para las vigas a ser utilizadas en la edificación.

1.3. Antecedentes: debido a la falta de espacio para oficinas en la ciudad de Sucre, y la mala adaptación de viviendas para el uso de oficinas ocasiona un mal servicio a la población y x eso decidimos hacer el diseño de un edificio de 3 plantas para oficinas, el cual su construcción seria rápida y eficiente. 2. Justificación: En el sector de edificios de varias plantas, las ventajas de la construcción en acero están ampliamente relacionadas con la naturaleza “fast track” del proceso de construcción, que ofrece gran cantidad de ventajas financieras y de proceso. Un gran número de innovaciones asociadas con el proceso de construcción han mejorado aún más estas ventajas inherentes, habiendo aumentado la eficiencia y la productividad. Resulta de gran importancia en proyectos en el interior de ciudades, en los que la falta de espacio para el almacenamiento de materiales y para otros edificios, las limitaciones en las entregas y en la logística, y las restricciones de

planificación resultan en la necesidad de que una mayor parte de trabajo se lleve a cabo en fábrica, y menos in situ. Las ventajas del acero en la construcción de edificios de varias plantas derivan principalmente de la facilidad de prefabricación, de su reducido peso y de la facilidad para llevar a cabo las diferentes actividades del proceso de construcción en serie en lugar de en paralelo. En las secciones siguientes se exploran dichas ventajas.

2.1.

Velocidad de construcción

La velocidad de construcción es la ventaja más importante que ofrece la construcción en acero, lo que se traduce en ventajas financieras, de gestión y facilidades desde un punto de vista logístico. Éstas, a su vez, resultan en beneficios económicos y de sostenibilidad. En un edificio de oficinas de ocho plantas la construcción en acero puede ser hasta un 20% más rápida que la de hormigón armado, pero, lo que es más importante es que la construcción de la estructura primaria y los forjados es hasta un 40% más rápida, permitiendo adelantar el comienzo de ejecución de las instalaciones, del cerramiento de fachada y otras actividades.

2.2.

Proceso de construcción

La velocidad de construcción se consigue mediante una entrega “justo a tiempo” de los componentes y mediante el montaje rápido de la estructura de acero. Se estima que una sola grúa pluma puede instalar hasta 20 elementos de acero al día, lo que corresponde a una superficie en planta de unos 300 m2.

2.3.

Estructuras ligeras y eficiencia de recursos

Cualquier tipo de construcción en acero es de poco peso, incluso considerando el peso de los forjados de hormigón. El peso propio de un forjado mixto suele ser aproximadamente del 40 % del de una losa de hormigón armado. Si se considera el peso total de un edificio, un edificio con estructura de acero es hasta un 30 % más ligera que el edificio de hormigón equivalente, lo cual permite un ahorro en los costes de cimentación.

2.4.

Ventajas de la adaptabilidad

Las expectativas generales de todos los edificios de varias plantas cambian sustancialmente durante sus vidas útiles. Es probable también que la ocupación de un edificio cambie varias veces a lo largo de su vida. El sentido y naturaleza de la ocupación puede cambiar cada vez más, por ejemplo, en numerosas grandes ciudades europeas, hay una tendencia cada vez mayor a transformar edificios de oficinas en apartamentos.

3. Objetivos: 3.1. General: diseñar una edificación de metal (vigas metálicas) como oficinas para la ciudad de Sucre.

3.2.

Especifico: 

obtener los datos meteorológicos de fuerzas naturales (lluvia, nieve, granizo y viento) que se producen en esta ciudad.

  

Obtener la carga total que soportara la estructura tomando en cuenta también la carga viva y muerta aparte de las cargas del medio ambiente. Diseñar los distintos elementos que se necesitan para formar la estructura final. Hacer un pequeño diseño de maqueta de la edificacion.

4. Marco teórico: 4.1. Fundamento científico: Según el diseño de estructuras de acero con el método LRFD, en el análisis de edificios por cargas verticales gravitatorias se divide en dos clases: Estructuración simple.- si se usa una estructura simple, el diseño de las trabes resulta bastante sencilla, porq los cortantes y los momentos en cada viga pueden determinarse por estatica. Las cargar de gravedad aplicadas a las columnas son fáciles de estimar, pero no los momentos, que serán más difíciles de determinar.

Estructuración rígida.- para los edificios con juntas resistentes a momento, es mas difícil calcular los momentos de la trabe y hacer el diseño preliminar. Si los extremos en cada viga se consideran como empotrados, los momentos para cargar uniformes son como se indica en la figura:

4.2.



Funcionamiento:

En los siguientes cálculos a hacer se tomaran las siguientes cargas y combinaciones las cuales se obtuvieron de tablas según el Reglamento Boliviano de la Construcción Tipo de carga Valor (lb/ft2) Sigla Carga viva de servicio 52 L Plancha acalonada 0.8 D Carpeta de nivelación 22.2 D Granizo 8.4 S Lluvia 41 R Carga de mozaico 45 D Vidrio de separación 3.07 D Cielo falso 40.9 D Combinaciones de Carga. Se consideran las siguientes combinaciones de carga entregadas por el método LRFD. 𝑃𝑢 = 1.2𝐷 + 1.6𝐿 + 0.5(𝐿𝑟 𝑜 𝑆 𝑜 𝑅) 𝑃𝑢 = 1.4 × 𝐷

4.3.

Descripciones

Una estructura metálica es cualquier estructura donde la mayoría de las partes que la forman son materiales metálicos, normalmente acero. Las estructuras metálicas se utilizan por norma general en el sector industrial porque tienen excelentes características para la construcción, son muy funcionales y su coste de producción suele ser más barato que otro tipo de estructuras. Normalmente cualquier proyecto de ingeniería, arquitectura, etc utiliza estructuras metálicas. Para que una estructura funcione bien tiene que ser estable, resistente y rígida. Estable para que no vuelque, resistente para que soporte esfuerzos sin romperse y rígida para que su forma no varíe si se le somete a esfuerzos, como por ejemplo el propio peso y el de las personas. Cada estructura metálica está formada por la estructura metálica principal y la estructura metálica secundaria. Estructura Metálica Principal: La estructura metálica principal se compone de todos aquellos elementos que estabilizan y transfieren las cargas a los cimientos (que normalmente son de hormigón reforzado). La estructura metálica principal es la que asegura que no se vuelque, que sea resistente y que no se deforme. Normalmente está formada de los siguientes elementos: - Vigas metálicas: Las vigas metálicas son los elementos horizontales, son barras horizontales que trabajan a flexión. Dependiendo de las acciones a las que se les someta sus fibras inferiores están sometidas a tracción y las superiores a compresión. Existen varios tipos de vigas metálicas y cada una de ellas tiene un propósito ya que según su forma soportan mejor unos esfuerzos u otros como pueden ser:



 

Viguetas: Son las vigas que se colocan muy cerca unas de otras para soportar el techo o el piso de un edificio por ejemplo; cuando vemos un edificio que está sin terminar, suelen ser las vigas que vemos. o Dinteles: Los dinteles son las vigas que se pueden ver sobre una abertura, por ejemplo, las que están sobre las puertas o ventanas. Vigas de Tímpano: Estas son las que soportan las paredes o también parte del techo de los edificios. Largueros: También conocidas como travesaños o carreras son las que soportan cargas concentradas en puntos aislados a lo largo de la longitud de un edificio.

-Pilares metálicos: Los pilares metálicos son los elementos verticales, todos los pilares reciben esfuerzos de tipo axil, es decir, a compresión. También se les llama montantes.

Estructura Metálica Secundaria: Esta estructura corresponde fundamentalmente a la fachada y a la cubierta, lo que llamamos también subestructura y se coloca sobre la estructura metálica principal, y ésta puede ser metálica o de hormigón. 

Transmisión de cargas en estructuras metálicas

Las fuerzas o cargas que soportan las estructuras se van repartiendo por los diferentes elementos de la estructura, pero las cargas siempre van a ir a parar al mismo sitio, a los cimientos o zapatas. Se distribuye la fuerza del peso sobre las viguetas de un piso superior hasta llegar a los cimientos en la siguiente figura:

El peso sobre las viguetas superiores va a parar a las vigas horizontales y desde de ellas se transmiten a los pilares bajando por ellos hasta llegar al final al terreno o cimientos.

Ingeniería del proyecto:

Conclusiones y recomendaciones:

Anexos: SIMULACION: Carga continua: 1 Tipo de carga Magnitud Sistema de coordenadas de vigas Ángulo de plano Ángulo en plano Qx Qy Qz Desfase Longitud Magnitud final

Carga continua 21,139 N/mm No 270,00 gr 90,00 gr 0,000 N/mm -21,139 N/mm 0,000 N/mm 0,000 mm 18000,000 mm 21,139 N/mm

Carga continua: 2 Tipo de carga Magnitud Sistema de coordenadas de vigas Ángulo de plano Ángulo en plano Qx Qy Qz Desfase Longitud Magnitud final

Carga continua 42,268 N/mm No 270,00 gr 90,00 gr 0,000 N/mm -42,268 N/mm 0,000 N/mm 0,000 mm 18000,000 mm 42,268 N/mm

Carga continua:3 Tipo de carga Magnitud Sistema de coordenadas de vigas Ángulo de plano Ángulo en plano Qx Qy Qz Desfase Longitud Magnitud final

Carga continua 63,268 N/mm No 270,00 gr 90,00 gr 0,000 N/mm -63,268 N/mm 0,000 N/mm 0,000 mm 18000,000 mm 63,268 N/mm

Desplazamiento:

Resumen de resultados estáticos

Diagrama de momentos en Y

Nombre Desplazamiento Fuerzas

Momentos

Tensiones normales

Tensión de corte Tensiones de torsión

Fx Fy Fz Mx My Mz Smax Smin Smax(Mx) Smin(Mx) Smax(My) Smin(My) Saxial Tx Ty T

Mínimo 0,000 mm -4529,577 N -71834,129 N -1865,260 N -66718368,179 N mm -7969615,429 N mm -0,000 N mm -66,730 MPa -81,459 MPa -0,000 MPa -52,544 MPa 0,000 MPa -70,388 MPa -67,105 MPa -1,675 MPa -24,209 MPa -0,000 MPa

Máximo 5,095 mm 4529,577 N 71834,129 N 431916,509 N 59336028,225 N mm 7969615,429 N mm 0,000 N mm 61,923 MPa 0,000 MPa 52,544 MPa 0,000 MPa 70,388 MPa -0,000 MPa 0,186 MPa 1,675 MPa 24,209 MPa 0,000 MPa

FUERZAS EN X

MOMENTOS EN X

FUERZAS EN Y

MOMENTOS EN X

SIMULACION EDIFICIO

Propiedades físicas Masa Área Volumen Centro de gravedad

42513,318 kg 8709804,698 mm^2 5415709,296 mm^3 x=0,000 mm y=1259,101 mm z=9000,000 mm

sumen de resultados estáticos Nombre Desplazamiento Fuerzas

Momentos

Tensiones normales

Tensión de corte Tensiones de torsión

Fx Fy Fz Mx My Mz Smax Smin Smax(Mx) Smin(Mx) Smax(My) Smin(My) Saxial Tx Ty T

Mínimo 0,000 mm -4529,577 N -71834,129 N -5798,295 N -66718368,179 N mm -7969615,429 N mm -0,000 N mm -129,446 MPa -142,244 MPa 0,000 MPa -52,544 MPa -0,000 MPa -70,388 MPa -129,821 MPa -1,675 MPa -24,209 MPa -0,000 MPa

Máximo 7,044 mm 4529,577 N 71834,129 N 835587,035 N 59336028,225 N mm 7969615,429 N mm 0,000 N mm 104,879 MPa 0,000 MPa 52,544 MPa -0,000 MPa 70,388 MPa 0,000 MPa 0,578 MPa 1,675 MPa 24,209 MPa 0,000 MPa