diseño de galpon
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Galpon Reticulado
Galpon en Base Perfiles de Seccion Cajon
ESTRUCTURAS DE ACERO
PROFESOR : J. SILVA L.
INTEGRANTE : S. SOUBLETT R.
(e-mail: ssoublett@gmail.com)
ESTRUCTURAS DE ACERO
DISEÑO GALPON
ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL EN OBRAS CIVILES FACULTAD DE CIENCIAS FISICAS Y MATEMATICAS UNIVERSIDAD CENTRAL DE CHILE
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INDICE
Contenidos Pag.
1. Generalidades 4
1.1. Introducción 4
1.2. Dimensiones del Proyecto 4
1.3. Sistema de Unidades 5
1.4. Sistema de Referencia 5
1.5. Normas, Códigos y Referencias. 5
1.5.1. Cargas 5
1.5.2. Diseño 5
1.5.3. Materiales 5
1.5.4. Ejecución 5
1.5.5. Referencias
2. Bases de Diseño 6
2.1. Antecedentes Generales 6
2.2. Estructuración 6
2.3. Materiales 6
2.3.1. Acero Estructural 6
2.3.2. Soldadura 6
2.4. Estados de Carga 7
2.5. Combinaciones de Carga. 7
2.6. Mecánica de Suelos 7
2.7. Software Utilizados 7
3. Modelación Estructural 8
3.1. Estados de Carga 8
3.1.1. Peso Propio 8
3.1.2. Sobrecarga 9
3.2. Análisis Sísmico 9
3.2.1. Parámetros principales para el Cálculo sísmico 9
3.2.1.1. Categoría de la Edificación 9
3.2.1.2. Factor de Importancia 9
3.2.1.3. Otros Parámetros del Análisis Sísmico 10
3.2.1.3.1. Factor de modificación de respuesta 10
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3.2.1.3.2. Aceleración Efectiva 10
3.2.1.3.3. Coeficiente Sísmico Máximo 10
3.3. Viento 11
3.4. Nieve 11
4. Resultados 12
5. Conclusión 13
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1. GENERALIDADES
1.1. Introducción
El trabajo que se detalla a continuación presentara el cálculo comparativo de dos diseños
de estructuras de acero. Los diseños de galpones a evaluar estarán compuestos por
distintas configuraciones estructurales, de manera tal de poder comparar cual es la
configuración más adecuada y eficiente.
El primer diseño será modelado como un galpón reticulado, mientras que el segundo
diseño estará dado por una estructuración en base a perfiles de sección cajón.
El proceso de cálculo abarcara el planteamiento de los estados de carga al que estará
sometido el galpón, obtención de las solicitaciones y dimensionado estructural de los
elementos.
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1.2. Dimensiones del Proyecto
Las dimensiones se indican en la siguiente figura:
Galpón 1
Las dimensiones
se disponen en
metros.
Se colocarán 5
marcos cada 6
metros.
La unión entre
Marcos será
realizada con
perfiles de
sección cajón
200x150x4 para
ambos casos.
Galpón 2
Las costaneras
serán ubicadas
con un
espaciamiento
de 84
centímetros y el
perfil a usar será
de sección CA
150x50x15x3.
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1.3. Sistema de Unidades
El sistema de unidades utilizado en el cálculo estructural corresponde a MKS (SI).
1.4. Sistema de Referencia
Corresponde al sistema cartesiano dando referencia al eje X como la luz del marco, el eje Y
a la profundidad del galpón y el eje Z a la altura de la estructura.
1.5. Normas, Códigos y Referencias.
1.5.1. Cargas
Las cargas que afectan el diseño del galpón son las siguientes:
Nch431.Of77 – Sobrecargas de Nieve
Nch432.Of71 – Calculo de la Acción del Viento Sobre las Construcciones
Nch433.Of96 – Diseño Sísmico de Edificios
NCh1537.Of1986 – Cargas permanentes y Sobrecargas de uso
Nch3171.Of2010 – Disposiciones Generales y Combinaciones de Carga
1.5.2. Diseño
Nch427.cR1977 – Especificaciones para el cálculo de estructuras de acero para
edificio
AISC 2005 – Manual de construcción en acero
1.5.3. Materiales
Nch203 – Acero para uso estructural – Requisitos
ICHA – Manual de estructuras de acero para edificios. 2° Edición
ASTM A242 – High-Strength Low-Alloy Structural Steel
1.5.4. Ejecución
Nch428 – Ejecución de construcciones de acero
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1.5.5. Referencias
Filosofías de diseño método por diseño de tensiones admisibles (ASD).método de diseño
por factores de carga y resistencia (LRFD).especificaciones y normas para el diseño de
estructuras de acero vigentes en Chile.
2. Bases de Diseño
2.1. Antecedentes Generales
El emplazamiento de la estructura será en la Región Metropolitana, específicamente en la
comuna de La Reina. El galpón será diseñado para ser utilizado como bodega industrial.
2.2. Estructuración
- Marcos reticulados
- Marco en Base a Perfiles de sección Cajon
-
2.3. Materiales
2.3.1. Acero Estructural
2.3.2. Soldadura
- Estándar de Definiciones y Términos de Soldadura ANSI/AWS A3.0
- Soldadura con electrodos A 6011
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2.4. Estados de Carga
Los valores de diseño dados por el mandante, son las siguientes:
Sobrecargas en Techumbre :
- 3 Cargas Puntuales : P= 800 kgf
- Carga Distribuida : P= 100 kgf/m
2.5. Combinaciones de carga
Las combinaciones carga utilizadas son las siguientes, de acuerdo a la norma
Nch3171.Of2010:
COM1: 1.4D
COM2: 1.2D + 1.6L + 0.5 S
COM3: 1.2D + 1.6S + L
COM4: 1.2D + 1.6S + 0.8W
COM5: 1.2D + 1.6W + L + 0.5S
COM6: 1.2D + 1.4 E + L + 0.2S
COM7: 0.9D + 1.6W
COM8: 0.9D + 1.4E
2.6. Mecánica de Suelos
Suelo fino arcillo limoso color café claro, de consistencia media, estructura homogénea y
vesicular, con gravas aisladas.
Este horizonte es atravesado localmente por estratos de grava arenosa, con algunos
bolones, de 1 m a 2 m de espesor, y lentes de arena fina limosa.
Corresponde a la clasificación CL- ML y CL en el Sistema U.S.C.S.
Fuente: Dirección de Obras Municipales Municipalidad de la Reina
2.7. Software Utilizados
AutoCAD 2012
Sap2000 V.14.0.0
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3. Modelación Estructural
3.1. Estados de Carga
3.1.1. Peso Propio
PESO PROPIO ESTRUCTURA RETICULADA
TIPO PERFIL UBICACIÓN LARGO
(m) PESO
(Kg/m) CANTIDAD
Ud.
PESO TOTAL
(kg)
C 200x75x6
PILAR EXT. 5,50
15,40
2,00 169,40
PILAR INT. 5,01 2,00 154,31
CORDON SUPERIOR 5,75 2,00 177,10
CORDON INFERIOR 5,02 2,00 154,62
2 C 200X75X5 UNIONES 0,70
26,20 1,00 18,34
0,85 2,00 44,64
2L 40x40x3
PILARES
3,54
Horizontal 0,70 10,00 24,78
Riostra 0,86 10,00 30,44
TECHO
Vertical 0,70 12,00 29,74
Riostra 0,92 12,00 39,08
CAJON 200x150x4 Unión entre marcos 6,00 21,00 4,00 504,00
CA 150x50x15x3 Costanera 6,00 6,10 15,00 549,00
PESO MARCO RETICULADO (Kg) = 1895,45
PESO PROPIO ESTRUCTURA PERFILES SECCION CAJON
TIPO PERFIL UBICACIÓN LARGO
(m) PESO
(Kg/m) CANTIDAD
Ud.
PESO TOTAL
(kg)
CAJON 200x200x4
PILAR EXT. 5,50
24,20
2,00 266,20
PILAR INT. 5,01 2,00 242,48
CORDON SUPERIOR 5,75 2,00 278,30
CORDON INFERIOR 5,02 2,00 242,97
CAJON 200x150x4 Unión entre marcos 6,00 21,00 4,00 504,00
CA 150x50x15x3 Costanera 6,00 6,10 15,00 549,00
PESO MARCO SECCION CAJON (Kg) = 2082,95
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3.1.2. Sobrecarga
3.2. Análisis Sísmico
3.2.1. Parámetros Principales para el Cálculo Sísmico
3.2.1.1. Categoría de la Edificación
Categoría D: La estructura analizada está destinada a uso de bodegaje
industrial.
3.2.1.2. Factor de Importancia
Según la norma NCH433.Of96, Tabla 6.1 : I = 0.6
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3.2.1.3. Otros parámetros del Análisis Sísmico
3.2.1.3.1. Factor de Modificación de Respuesta
Según la norma NCH433.Of96, Tabla 5.1: R = 7
R₀ = 11
3.2.1.3.2. Aceleración Efectiva
Según norma NCH433.Of96, Tabla 6.2: A₀ = 0.30 g (g = 9.8 m/s2)
3.2.1.3.3. Parámetros que dependen del tipo de suelo
Según Norma NCH433.Of96 Tabla 6.3: S = 1.00
T₀ = 0.30
T’ = 0.35
n = 1.33
p = 1.50
3.2.1.3.4. Coeficiente Sísmico Máximo
Según Norma NCH433.Of96 Tabla 6.4: Cmáx = 0.35 SA₀/g = 0.105
Cm n = A₀/6g = 0.05
Detalle cálculo carga sismo para Reticulado
Se toman los valores de las sobrecargas, de las cuales se tomara un 25%
SOBRECARGAS DE USO
3 PUNTUAL 800
1 DISTRIBUIDA 100
Con el 25% de SC más el Peso propi de la estructura se obtuvo Q0
P ESFUERZO DE CORTE BASAL RETICULADO
RETICULADO Pp (Kg)
SC (25%) (Kg)
C I P Q0 (Kgf)
1895,45 875 0,034 0,6 2770,45 56,62
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Por lo tanto la carga de sismo tiene un valor de 56,62 kgf/m para el reticulado.
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Detalle cálculo carga sismo para Galpón de sección cajón
Con el 25% de SC más el Peso propi de la estructura se obtuvo Q0
P ESFUERZO DE CORTE BASAL ESTRUCTURA DE CAJON
Pp (Kg) SC (25%)
(Kg) C I P Q0 (Kgf)
2082,95 875 0,034 0,6 2957,95 60,45
Por lo tanto la carga de sismo tiene un valor de 60,70 kgf/m para el marco de sección
cajón.
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3.3. Viento
De acuerdo al emplazamiento de la estructura, inclinación del techo (17 grados) y altura
del galpón, se obtuvo la siguiente distribución de cargas: (valores tributados a 6 metros)
RETICULADO Y SECCION CAJON
Altura (m)
Qb (Kg/m2)
Presión Viento Kg/m2
Ancho tributario (m)
Kgf/m Tf/m Clasificación
PIL
AR
ES
IZQ
.
0,8
q
0,00 55,00 44,00
6,00
264,00 0,264 Presión
1,83 57,44 45,95 275,73 0,276 Presión
3,67 59,89 47,91 287,46 0,287 Presión
5,50 62,33 49,86 299,18 0,299 Presión
DER
.
-0,4
q
0,00 55,00 -22,00
6,00
-132,00 -0,132 Succión
1,83 57,44 -22,98 -137,86 -0,138 Succión
3,67 59,89 -23,95 -143,73 -0,144 Succión
5,50 62,33 -24,93 -149,59 -0,150 Succión
TEC
HU
MB
RE IZ
Q.
(1,2
sen
α-0
,4)q
5,50 62,33 -3,06
6,00
-18,38 -0,018 Succión
6,08 63,08 -3,10 -18,60 -0,019 Succión
6,70 63,82 -3,14 -18,82 -0,019 Succión
7,18 64,57 -3,17 -19,04 -0,019 Succión
DER
.
-0,4
q
5,50 62,33 -24,93
6,00
-149,59 -0,150 Succión
6,08 63,08 -25,23 -151,38 -0,151 Succión
6,70 63,82 -25,53 -153,18 -0,153 Succión
7,18 64,57 -25,83 -154,97 -0,155 Succión
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3.4. Nieve
De acuerdo al emplazamiento de la estructura, inclinación del techo (17 grados) y altura
del galpón, se obtuvo la siguiente distribución de cargas: (valores tributados a 6 metros)
Por Tabla 1 NCH 431 indica que no aplica no coeficiente de amplificación de
carga (K) , Por lo tanto K=1
Presión Básica de Nieve = 25 Kgf/m2
LATITUD LONGITUD ALTITUD
(m) θ (º) K
N0 (Kgf/m2)
N (Kgf/m2)
Ancho Tributario
(m) Kg/m
33º 27' 70º 40' 558 17,0 1,00 25,00 25,00 6,00 150,00
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4. Resultados
La combinación de carga que presento las mayores tensiones para ambas
configuraciones corresponde a:
1.2D + 1.6L + 0.5S
Barras que poseen mayor solicitación a compresión ubicadas en el marco
numero 4
La cantidad de datos mostrada
en la tabla se debe a que
distintos tipos de seccione
presentaban tensiones máximas
variables, lo que permitirá
discriminar de manera más
asertiva como se diseñara
dependiendo del tipo de sección
a la cual corresponda la tensión.
La imagen presenta la región del
marco 4 con las tensiones más
críticas.
Las tensiones de esa sección se
Tabulan en tabla resumen
obtenida de SAP 200
Identificación Elementos
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TABLE: Element Forces - Frames
Frame Station OutputCase CaseType P
Text m Text Text Tonf
413 0 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -12,0185 412 0 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -11,0148 411 0 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -9,7247 410 0 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -8,4714 417 0 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -8,4102 393 0 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -7,5042 409 0 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -7,2132 408 0 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -5,9563 401 0 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -4,9264 400 0 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -4,7285 407 0 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -4,7 402 0 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -4,4839 415 0 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -3,4411 418 0 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -2,9751 414 0 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -2,1882 403 0 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -1,7544 386 0 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -1,7235 384 0 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -1,7199 382 0 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -1,7192 388 0 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -1,7127 390 0 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -1,6881 392 0 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -1,5756 404 0 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -1,4281 405 0 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -1,1057 406 0 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -0,9173 399 0 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination 1,1172 398 0 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination 1,5361 391 0 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination 1,6828 397 0 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination 1,8831 387 0 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination 2,114 383 0 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination 2,1206 385 0 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination 2,1229 389 0 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination 2,1789 396 0 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination 2,305 419 0 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination 2,3532 420 0 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination 4,4632 395 0 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination 5,8471 394 0 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination 5,8795 421 0 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination 6,1863 416 0 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination 6,4654
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A diferencia del marco anterior, este marco presento tensiones mucho menor,
difiere en las tensiones internas al menos con 2 ton de diferencia.
En este caso como el tipo de sección con que se elaboró el marco es uno solo, se
colocaran los esfuerzos correspondientes a la sección cajón 200x200x4.
Identificación Elementos
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TABLE: Element Forces - Frames
Frame Station OutputCase CaseType P
Text m Text Text Tonf
185 0 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -10,4595
187 0 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -10,4595
185 2,5 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -9,8567
187 2,5 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -9,8567
185 2,5 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -9,7023
187 2,5 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -9,7023
185 2,75 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -9,642
187 2,75 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -9,642
185 5 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -9,0995
187 5 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -9,0995
185 5 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -8,9422
187 5 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -8,9422
185 5,5 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -8,8216
187 5,5 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -8,8216
188 0 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -6,3072
188 0,73193 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -6,2054
188 0,73193 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -6,1929
188 1,56842 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -6,0765
188 1,56842 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -6,064
188 2,40491 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -5,9477
188 2,40491 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -4,8133
188 2,87543 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -4,7479
188 3,24139 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -4,697
188 3,24139 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -4,6844
188 4,07788 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -4,568
188 4,07788 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -4,5554
188 4,91437 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -4,4391
188 4,91437 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -4,4265
188 5,75086 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination -4,3101
172 0 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination 0,0196
172 0,75 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination 0,0196
172 1,5 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination 0,0196
172 2,25 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination 0,0196
172 3 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination 0,0196
172 3,75 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination 0,0196
172 4,5 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination 0,0196
172 5,25 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination 0,0196
172 6 1.2D + 1.6L + 0.5S Combination 0,0196
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5. Conclusión Entrega 1
Desde el punto de la Funcionalidad se puede decir que debido a la estructuración
reticulada de dicho galpón, se puede observar que las influencias de las distintas
fuerzas externas no producen grandes deformaciones, es decir, este tipo de
estructuración permite soportar mejor las luces de gran espaciamiento.
El peso de la estructura es bastante bajo desde el punto de vista de las cargas que
son aplicadas, lo cual se puede traducir en que la estructura es más económica. Esta
economía tendrá un límite dado por la seguridad que debe prestar la estructura frente
a la resistencia de servicio.
Con respecto al dimensionamiento de los elementos que se realizó se puede decir
que a pesar de la simplicidad de las distintas secciones, estos satisfacen las
condiciones de servicio, lo que permite asumir que a esta configuración reticulada se
le puede agregar más cargas. También se puede asumir desde este punto que ante la
incertidumbre inherente del criterio probabilístico de las acciones sísmicas, viento o
nieve la estructura cumpliría de una manera aceptable estas cargas.
A futuro se espera verificar si aplicando los conceptos de diseño los perfiles
seleccionados cumplen o no los requisitos de las cargas solicitantes, o también se
podría decidir que los elementos están sobre dimensionados, lo cual implicaría que sus
costos serian elevados.
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