diseño de galpon metalico

UNIVERSIDAD AUTONOMA “TOMAS FRIAS”

FACULTAD DE INGENIERIA

CARRERA DE INGENIERIA CIVIL

UNIIV.: FABIOLA FIGUEROA GONZALES

DOCENTE: ING. MARCO SINGURI

AUXILIAR: UNIV. CLADIMIR PACO

DISEÑO DE GALPON ESTRUCTURAS METALICAS

SEGUNDO PARCIAL

DISEÑO DE GALPON

ESTRUCTURAS METALICAS

SEGUNDO PARCIAL

UNIV.: FABIOLA FIGUEROA GONZALES

1

DISEÑO DE GALPON

1. OBJETIVO:

El objetivo del trabajo es aplicar los conocimientos (adquiridos en el curso) en el diseño y análisis de

ESTRUCTURAS METÁLICAS, para poder comprender las características y comportamiento de las mismas.

Para cumplimiento de este objetivo principal se van a realizar los siguientes objetivos parciales:

- Recopilación de la información necesaria para el planteamiento del cálculo estructural.

- Modelación de la estructura.

- Realización del análisis estructural.

- Desarrollo de los documentos técnicos necesarios para la ejecución de la solución adoptada.

- Modelación de la estructura en un programa asistido por computadora (SAP).

2. FUNDAMENTACION TEORICA:

FUNCIONALIDAD:

Una estructura industrial es un “conjunto de elementos resistentes capaz de mantener sus formas y

cualidades a lo largo del tiempo, bajo la acción de las cargas y agentes exteriores a que ha de estar

sometido”.

Para resolver con acierto la estabilidad industrial de un edificio, es imprescindible entender el

funcionamiento de su estructura, conocer la disposición estructural, las solicitaciones que le llegan y el

material utilizado, con el fin de elegir los detalles y disposiciones constructivas más adecuados, así como

resolver los puntos singulares de la misma.

Las construcciones ejecutadas con estructuras metálicas permiten luces mayores, especialmente para

locales comerciales, industrias, donde se requieran edificios sin pilares intermedios, así como para edificios

de grandes alturas, sin pilares excesivamente gruesos, evitando ocupar espacios importantes.

VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA ESTRUCTURA METÁLICA:

El empleo del acero en las estructuras industriales tiene una serie de ventajas sobre otros materiales que

hace que las estructuras metálicas monopolicen la construcción de naves industriales. A continuación se

enumeran algunas de sus propiedades más destacadas:

- Las estructuras metálicas, al tomar grandes deformaciones, antes de producirse el fallo definitivo

“avisan”.

El material es homogéneo y la posibilidad de fallos humanos es mucho más reducida que en estructuras

construidas con otros materiales. Lo que permite realizar diseños más ajustados, y por tanto más

económicos.

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2

- Ocupan poco espacio. Los soportes molestan muy poco, para efectos de la distribución interior, por lo que

se obtiene buena rentabilidad a toda la superficie construida. Los cantos de las vigas son reducidos y los

anchos aún son menores. En general las estructuras metálicas pesan poco y tienen elevada resistencia.

- Las estructuras metálicas no sufren fenómenos reológicos que, salvo deformaciones térmicas, deban

tenerse en cuenta. Conservan indefinidamente sus excelentes propiedades.

- Estas estructuras admiten reformas, por lo que las necesidades y los usos pueden variar, adaptándose con

facilidad a las nuevas circunstancias. Su refuerzo, en general, es sencillo.

- Las estructuras metálicas se construyen de forma rápida, ya que al ser elementos prefabricados, en parte,

pueden montarse en taller. Asimismo tienen resistencia completa desde el instante de su colocación en

obra.

- Al demolerlas todavía conserva el valor residual del material, ya que este es recuperable.

Si bien, también presentan algunas desventajas que obligan a tener ciertas precauciones al emplearlas. Las

principales son:

- Son necesarios dispositivos adicionales para conseguir la rigidez (diagonales, nudos rígidos, pantallas, etc.)

- La elevada resistencia del material origina problemas de esbeltez.

- Es necesario proteger las estructuras metálicas de la corrosión y del fuego.

- El resultado de las uniones soldadas es dudoso, especialmente en piezas trabajando a tracción. (Defectos:

falta de penetración, falta de fusión, poros y oclusiones, grietas, mordeduras, picaduras y

desbordamientos)

- Excesiva flexibilidad, lo que produce un desaprovechamiento de la resistencia mecánica al limitar las

flechas, y produce falta de confort al transmitir las vibraciones.

Debido a las importantes ventajas que presentan las estructuras metálicas, en lo que sigue centraremos

nuestro estudio en este tipo de construcciones.

EL ACERO:

Los metales que se emplean en estructuras metálicas son principalmente el acero ordinario, el acero

autopatinable, el acero inoxidable y el aluminio

El acero es el material estructural por excelencia para grandes alturas, puesto que resuelve con éxito los

planteamientos estructurales de: soportar el peso con pilares de dimensiones reducidas, resistir el empuje

ante el vuelco y evitar movimientos debidos a la acción del viento.

CARGAS ACTUANTES SOBRE ESTRUCTURAS:

El diseño de una estructura, comienza con aquellos elementos que están sometidos a las cargas principales

que debe tomar la estructura, y procede en secuencia con varios elementos de soporte hasta llegar a la

cimentación.

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3

Una vez concebida una estructura, el paso previo a su resolución es el establecer bajo que cargas se supone

que se va a encontrar sometida a lo largo de su vida.

Por lo tanto, para diseñar una estructura, es necesario especificar primero las cargas que actúan sobre ella.

Generalmente una estructura está sometida a varios tipos de carga, que por su naturaleza, variación en el

espacio o permanencia en el tiempo pueden ser clasificadas en distintos grupos.

SOBRECARGAS DE USO:

Estas cargas pueden variar en magnitud y localización, y son debidas al peso de todos los objetos que

pueden gravitar sobre la estructura debido al uso de la misma, o incluso durante su ejecución (sobrecargas

de ejecución). Por tanto, estas cargas pueden ser causadas por el peso de los objetos colocados

temporalmente sobre una estructura, por vehículos en movimiento, personas, maquinaria, instalaciones,

mobiliario, tabiquería.

Para calcular el valor de estas acciones se deben calcular las cargas debidas de cada una de ellas, si bien, en

cualquier caso, nunca podrán ser inferiores a las indicadas por las normas de edificación.

En ocasiones, puede resultar complicado predecir con exactitud el valor de todas y cada una de estas

acciones, por lo que suele recurrirse al estudio de la historia de estructuras existentes de similares

características y funcionalidad, con el fin de obtener una estimación lo más aproximada posible de la

realidad.

SOBRECARGAS DE NIEVE:

Estas cargas son debidas al peso de la nieve que puede acumularse sobre la estructura como consecuencia

de nevadas en la zona. La acción de la nieve depende fundamentalmente de que una nevada no se deshiele

antes de la siguiente.

Su determinación vendrá ligada a la zona geográfica en que se proyecta la ejecución de la estructura,

principalmente la altura topográfica, así como al tipo de cubierta que se pretende utilizar, la pendiente de

la cubierta y su rugosidad o existencia de petos que favorezcan la acumulación de nieve.

En resumen, para la determinación de la sobrecarga de nieve, deberán ser considerados: forma general de

la estructura y particularmente la geometría de la cubierta, exposición al viento, pues este puede provocar

o impedir el desprendimiento de la capa de nieve, y su localización, en este caso se suele recurrir a mapas

de zona.

SOBRECARGA DE VIENTO:

Las acciones que provoca el viento vienen determinadas como fuerzas por unidad de superficie, que

dependen de la zona eólica, de la altura sobre el terreno, de la situación topográfica (normal o expuesta),

de la construcción (abierta o cerrada) y de la forma, posición y orientación de los elementos con respecto

al viento. Cuando las estructuras impiden el flujo de viento, la energía cinética de éste seconvierte en

energía potencial de presión, lo que causa la carga de viento.

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CARGAS DE SISMO:

Un sismo es una sacudida o movimiento brusco de la corteza terrestre. La tierra puede temblar por

distintas causas, como impacto de meteoritos, colapso de cavernas, actividad volcánica... Con todo, el

origen principal de los movimientos sísmicos más importantes está en la liberación súbita de energía

acumulada por movimientos relativos entre fallas, produciéndose el sismo cuando la fuerza de rozamiento

es superada por la tensión acumulada.

Los sismos producen cargas sobre una estructura por medio de la interacción del movimiento del suelo y

las características de respuesta de la estructura.

CÁLCULO ESTRUCTURAL:

De todos es conocida la dificultad de aplicar los distintos métodos de cálculo estructural en casos prácticos.

Surge entonces la necesidad de buscar métodos prácticos de cálculo estructural, que basándose en las

teorías más o menos complejas y en una serie de hipótesis simplificativas de las mismas, permitan el

análisis de estructuras por complicadas que puedan ser sus respectivas geometrías o los estados de carga a

que éstas se ven sometidas.

La base utilizada para el diseño del proyecto es el manual LRFD.

ANALISIS DE ELEMENTOS SOMETIDOS A TRACCION:

- Por fluencia:

Pur = ØPn = ØAn fy

- Por fractura:

Pur = ØPn = ØUAe fu

ANALISIS DE ELEMENTOS SOMETIDOS A COMPRESION:

El procedimiento es el siguiente.

ECUACIONES DE AISC:

a) Dato Pus, L. aproximar K.

Asumir kL/r = 50

b) Cálculo de fcr.

Pus = ØAg fcr Ag = Pus/Øfcr

c) Elegir un perfil: Ag, Ix, Iy, rx, ry.

d) Calcular kL/r y λc del perfil.

e) Verificar el tipo de falla.

λc < 1.5 o λc > 1.5

f) Cálculo de fcr.

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𝑓𝑐𝑟 = 0.877

𝜆𝑐2 𝑓𝑦 si λc > 1.5

𝑓𝑐𝑟 = 0.658𝜆𝑐2 𝑓𝑦 si λc < 1.5

g) Cálculo de carga última resistente y comprobamos con Pus.

Pur = ØAg fcr

SI Pur > Pus Termina el diseño.

Pur < Pus Volver al paso c).

TABLAS DEL CAPITULO 3 DEL MANUAL LRFD:

a) Dato Pus, L, Kaprox, material.

b) Como Pus < ØPn y las tablas del capítulo 3 nos muestran ØPn, entonces el diseño se resume en

elegir un perfil con ØPn > Pus.

TABLAS DEL CAPITULO 6 DEL MANUAL LRFD:

a) Dato Pus, L, Kaprox, material.

b) Asumir kL/r =50.

c) Cálculo de Ag.

Ag = Pus/Øfcr

d) Elegimos un perfil: Ag, Ix, Iy, rx, ry.

e) Calcular kL/r.

f) Cálculo de Øfcr con las tablas del capítulo 6 del manual LRFD .

g) Calcular: Pur = ØAg fcr.

h) Verificar:

Pur > Pus Termina el diseño.

Pur < Pus Volver al paso d).

MODELACIÓN DE ESTRUCTURA:

Para analizar apropiadamente una estructura, deben hacerse ciertas idealizaciones sobre cómo están

soportados y conectados los distintos elementos entre sí. Una vez que se haya determinado esto y se han

especificado las cargas, las fuerzas en los elementos y sus desplazamientos pueden encontrarse bien

utilizando la teoría de la mecánica estructural aplicada directamente sobre la estructura idealizada, bien

mediante un programa informático. En este apartado abordaremos algunas técnicas básicas que nos

permitirán simplificar los trabajos del método de resolución elegido, ya sea este un método analítico, bien

unos numéricos.

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REQUISITOS DEL PROYECTO:

EL MATERIAL: que se usara para la obra es:

ACERO A36

fy = 36 (klb/in2)

LUZ: El galpón tendrá una luz de 20.0 m entre columnas

ALTURA: Según norma la altura del galpón deberá ser de 5.0 m

LUGAR DEL PROYECTO: El proyecto será ejecutado en una zona de llano.

PLANOS ARQUITECTONICOS:

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VISTA EN 3D:

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DETALLES DE LA ESTRUCTURA METALICA:

DETALLE DE LA CANALETA: DETALLE DE LA CUBIERTA:

DETALLE COLUMNA CENTRAL: DETALLE COLUMNA LATERAL:

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DIMENSIONES DEL GALPÓN:

Separación entre cerchas = 3.0m

Área de influencia = A = 18 * 1.02 = 18.36 m2

3. CARGAS, ANALISIS DE CARGAS Y ESTADOS DE CARGA:

3.1. CARGAS:

CARGAS MUERTAS:

Carga Cubierta.

CARGAS TRANSITORIAS:

Carga de Mantenimiento.

Carga de Viento.

La carga de NIEVE no será analizada debido a que en la zona del proyecto no nieva.

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3.2. ANALISIS DE CARGAS:

CARGA CUBIERTA:

Cubierta BC 30: permite aumentar la separación entre apoyos respecto a la chapateja. Es utilizado para

cubiertas con separaciones entre apoyos entre 1.40/1.60m.

CARGA CUBIERTA:

DETALLE DE CARGAS:

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DETALLE DE CARGAS

Realizamos el diseño con el peso más crítico:

Carga cubierta = 7.44 kg/m2.

b = 1.02m Ancho del área de influencia

Carga en correas centrales:

𝑞𝑐 = 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑐𝑢𝑏𝑖𝑒𝑟𝑡𝑎 ∗ 𝑏

𝑞𝑐 = 7.44 ∗ 1.02

𝑞𝑐 = 7.59 𝑘𝑔/𝑚

Carga distribuida en correas laterales:

𝑞𝑐

2=

7.59 𝑘𝑔/𝑚

2

𝑞𝑐

2= 3.79 𝑘𝑔/𝑚

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CARGA DE MANTENIMIENTO:

DETALLE DE CARGA

Carga de mantenimiento = 150 kg/m2.

b = 1.02 m Ancho del área de inf

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𝑞𝑚 = 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑚𝑎𝑛𝑡 ∗ 𝑏

𝑞𝑚 = 150 ∗ 1.02

𝑞𝑚 = 153.00 𝑘𝑔/𝑚

Carga en correas laterales:

𝑞𝑚

2=

153.00 𝑘𝑔/𝑚

2

𝑞𝑚

2= 76.50 𝑘𝑔/𝑚

CARGA DE VIENTO:

Se tomó como mínimo tres pendientes para realizar los cálculos.

ANGULOS:

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VELOCIDAD DEL VIENTO:

V = 120 Km/h

COEFICIENTE DE PRESIÓN Cd:

LADO BARLOVENTO:

Si 0 <= α >=20 entonces Cd = - 0.7

Si 20 <= α >=30 entonces Cd = 0.07 α - 2.1

Si 30 <= α >=60 entonces Cd = 0.03 α - 0.9

Si 60 <= α >=90 entonces Cd = 0.9

LADO SOTAVENTO:

Cd = - 0.6

CARGA DE VIENTO:

𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 = 0.00483 ∗ 𝑉2

𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 𝐶𝑑 ∗ 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛

𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 0.00483 ∗ 𝐶𝑑 ∗ 𝑉2

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ANGULO α = 45°:

Barlovento: Cd = 0.03*45 – 0.9

Cd = 0.45


𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 0.00483 ∗ (0.45) ∗ 1202

𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 31.30 𝑘𝑔/𝑚2

ANGULO α = 31°:

Barlovento: Cd = 0.03*31 – 0.9

Cd = 0.03


𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 0.00483 ∗ (0.03) ∗ 1202

𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 2.09 𝑘𝑔/𝑚2

ANGULO α = 15°:

Barlovento: Cd = - 0.7


𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 0.00483 ∗ (−0.7) ∗ 1202

𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = −48.69 𝑘𝑔/𝑚2

LADO SOTAVENTO:

Cd = - 0.6


𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 0.00483 ∗ (−0.6) ∗ 1202

𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = −41.73 𝑘𝑔/𝑚2 (succión)

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DETALLE DE CARGA (BARLOVENTO)

LADO BARLOVENTO TRAMO 1:

𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 31.30 𝑘𝑔/𝑚2 (presión)


𝑞𝑣 = 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 ∗ 𝑏

𝑞𝑣 = 31.30 ∗ 1.02

𝑞𝑣 = 31.93 𝑘𝑔/𝑚


𝑞𝑣

2=

31.93 𝑘𝑔/𝑚

2

𝑞𝑣

2= 15.96 𝑘𝑔/𝑚


𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 2.09 𝑘𝑔/𝑚2 (presión)



𝑞𝑣 = 2.09 ∗ 1.02

𝑞𝑣 = 2.13 𝑘𝑔/𝑚

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𝑞𝑣

2=

2.13 𝑘𝑔/𝑚

2

𝑞𝑣

2= 1.07 𝑘𝑔/𝑚


𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = −48.69 𝑘𝑔/𝑚2 (succión)



𝑞𝑣 = −48.69 ∗ 1.02

𝑞𝑣 = −49.66 𝑘𝑔/𝑚


𝑞𝑣

2=

−49.66 𝑘𝑔/𝑚

2

𝑞𝑣

2= −24.83 𝑘𝑔/𝑚

DETALLE DE CARGA (SOTAVENTO)

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LADO SOTAVENTO:



𝑞𝑣 = −41.73 ∗ 1.02

𝑞𝑣 = −42.56 𝑘𝑔/𝑚


𝑞𝑣

2=

−42.56 𝑘𝑔/𝑚

2

𝑞𝑣

2= −21.28

𝑘𝑔

𝑚

CARGA DE VIENTO PARA COLUMNA:

Velocidad del viento: V= 120 km/h

Se utiliza:

60 <= α >=90 entonces Cd = 0.9


𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 0.00483 ∗ 0.9 ∗ 1202

𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 62.59 kg/m2

Área de influencia:

Separación entre columnas = 3m

A = 0.5*3 = 1.5 m2

CARGA PUNTUAL PARA COLUMNA:

Columna central:

𝑃𝑣 = 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 ∗ 𝐴

𝑃𝑣 =62.59 kg/m2* 1.5m2

𝑃𝑣 = 93.88 𝑘𝑔

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Columna lateral:

𝑃𝑣

2= 93.88 𝑘𝑔

𝑃𝑣

2= 46.94𝑘𝑔

RESUMEN DE CARGAS: ESTADOS DE CARGA:

CARGA SIGLA VALOR UNIDAD DETALLE

CUBIERTA qc 7,59 kg/m Carga distribuida en correas centrales

qc/2 3,79 kg/m Carga distribuida en correas laterales

MANTENIMIENTO qm 153 kg/m Carga distribuida en correas centrales

qm/2 76,5 kg/m Carga distribuida en correas laterales

VIENTO

SOTAVENTO (X)

qvs -30,09 kg/m Carga distribuida en correas centrales TRAMO 1

qvs/2 -15,045 kg/m Carga distribuida en correas laterales TRAMO 1



BARLOVENTO (X)

qvb 22,57 kg/m Carga distribuida en correas centrales TRAMO 1

qvb/2 11,285 kg/m Carga distribuida en correas laterales TRAMO 1


qvb -47,98 kg/m Carga distribuida en correas centrales TRAMO 3

SOTAVENTO (Y)





BARLOVENTO (Y)





COLUMNAS Pv 93,88 kg Carga puntual en columnas centrales

Pv/2 46,94 kg Carga puntual en columnas laterales

Cargas:

𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑢𝑏𝑖𝑒𝑟𝑡𝑎 = 7.59 𝑘𝑔/𝑚

𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑚𝑎𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 153 𝑘𝑔/𝑚

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BARLOVENTO:

Tramo 1: α=45°

𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 31.93𝑘𝑔/𝑚 presión perpendicular a la cubierta

𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 22.57𝑘𝑔/𝑚 presión en dirección vertical

Tramo 2: α=31°

𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 2.13𝑘𝑔/𝑚 presión perpendicular a la cubierta

𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 1.10𝑘𝑔/𝑚 presión en dirección vertical

Tramo 3: α=15°

𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = −49.66𝑘𝑔/𝑚 succión perpendicular a la cubierta

𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = −12.85𝑘𝑔/𝑚 succión en dirección vertical

SOTAVENTO:

𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = −42.56𝑘𝑔/𝑚 succión perpendicular a la cubierta

Tramo 1: α=45°


Tramo 2: α=31°


Tramo 2: α=15°


CARGAS:

𝐷 = 7.59 𝑘𝑔/𝑚

𝐿𝑟 = 153𝑘𝑔/𝑚

𝑊 = −30.09𝑘𝑔/𝑚 (más crítico)

Utilizaremos los estados de carga:

1) U = 1.4 (D + F)

2) U = 1.2 (D + F + T) + 1.6 (L+H) +0.5 (Lr or S or R)

3) U = 1.2 D + 1.6 (Lr or S or R) + (L or 0.8 W)

4) U = 1.2 D + 1.6 W + L + 0.5 (Lr or S or R)

5) U = 1.2 D + 1.0 E + L + 0.2 S

6) U = 0.9 D + 1.6 W + 1.6 H

7) U = 0.9 D + 1.0 E +1.6 H

Se tiene:

1) U = 1.4 D = 10.626 kg/m

2) U = 1.2 D +0.5 Lr = 85.608 kg/m

3) U = 1.2 D + 1.6 Lr + 0.8 W = 219.836 kg/m

4) U = 1.2 D + 1.6 W + 0.5 Lr = 37.464 kg/m

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5) U = 1.2 D = 9.108 kg/m

6) U = 0.9 D + 1.6 W = - 41.313 kg/m

7) U = 0.9 D = 6.831 kg/m

El estado de carga : U = 1.2 D + 1.6 Lr + 0.8 W

Nos muestra la carga más crítica:

Pu S = 219.836 kg/m

4. ANALISIS ESTRUCTURAL:

5. DISEÑO MANUAL DE UN ELEMENTO A TRACCIÓN Y OTRO A COMPRESIÓN:

DISEÑO A TRACCION:

DISEÑO DE GALPON


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Tenemos los siguientes datos:

Acero A36

Fy = 36 Ksi

fu = 58 Ksi

E = 29000 Ksi

Longitud del elemento:

L = 0.51029m

L =20,04 in

L = 1,67 ft

Carga solicitante:

Pu = 30774,76 Kgf

Pu = 67,86 Klb

Ø = 0.9

La estructura será construida con uniones soldadas:

𝐴𝑔𝑚𝑖𝑛 = 𝑃𝑢

∅ ∗ 𝑓𝑦

𝐴𝑔𝑚𝑖𝑛 = 2,09 𝑖𝑛2

Revisamos el manual de la LRFD y seleccionamos un perfil con un área aproximada:

DISEÑO DE GALPON


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El perfil W con área más aproximada es:

Perfil W 6x9

DISEÑO DE GALPON


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1ra ITERACION:

DATOS DEL PERFIL:

Ag= 2,68 in2

Ix = 16,4 in4

Iy = 2,19 in4

rx =2,47 in

ry = 0,905 in

DISEÑO DE GALPON


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PRUEBA A TRACCION FALLA POR FLUENCIA:

Pus = 67,86 Klb Fy = 36 Ksi Ag= 2,68 in2

∅𝑃𝑢 = ∅ ∗ 𝐴𝑔 ∗ 𝑓𝑦

∅𝑃𝑢 = 86,83 𝐾𝑙𝑏

ØPu > Pus se acepta

PRUEBA A TRACCION FALLA POR SOLDADURA:

∅𝑃𝑢 = ∅ ∗ 𝐴𝑒 ∗ 𝐹𝑢

𝐴𝑒 = 𝑈 ∗ 𝐴𝑛

Se tiene:

Utilizamos el más crítico: U= 0,75

Como no hay pernos: An = Ag= 2,68 in2

Fu = 58 Ksi

∅𝑃𝑢 = ∅ ∗ 𝐴𝑒 ∗ 𝐹𝑢

∅𝑃𝑢 = 116,58𝐾𝑙𝑏

ØPu > Pus se acepta

VERIFICACION DE ESBELTEZ:

L = 20,04 in rmin = ry = 0,905 in

𝐿

𝑟𝑚𝑖𝑛≤ 300

𝐿

𝑟𝑚𝑖𝑛= 22,14 se acepta

PERFIL ADOPTADO: W6x9

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DISEÑO A COMPRESION:

Tenemos los siguientes datos:

Acero A36

Fy = 36 Ksi

fu = 58 Ksi

E = 29000 Ksi

Longitud del elemento:

L = 0,48748m

L =19,19in

L = 1,60 ft

K = 1

KL = 19,19in

Carga solicitante:

Pu = 5454,07 Kgf

Pu = 12,03 Klb

Ø = 0,85

PREDISEÑO:

DISEÑO DE GALPON


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Podemos asumir:

𝜆𝑐 = 0,56 para fy = 36 Ksi cuando 40 ≤𝐾𝐿

𝑟≤ 70

Calculamos el esfuerzo crítico:

𝜆𝑐 ≤ 1,5 falla por pandeo inelástico

𝐹𝑐𝑟 = (0,658𝜆𝑐2) 𝑓𝑦

𝐹𝑐𝑟 = 31,57 𝐾𝑙𝑏/𝑖𝑛2

1ra ITERACION:

Pu = 12,03 Klb Ø = 0,85

𝐴𝑔𝑚𝑖𝑛 = 𝑃𝑢

∅ ∗ 𝐹𝑐𝑟

𝐴𝑔𝑚𝑖𝑛 = 0,45 𝑖𝑛2

Buscamos un perfil:

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El perfil W con menor área del manual es

W6x9

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29

DATOS DEL PERFIL:

Ag= 2,68 in2

Ix = 16,4 in4

Iy = 2,19 in4

rx =2,47 in

ry = 0,905 in

DISEÑO DE GALPON


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PRUEBA DE COMPRESION:

Fy = 36 Ksi E = 29000 Ksi

KL = 19,19in ry = 0,905 in

Pu = 12,03 Klb Ø = 0,85

Ag= 2,68 in2

Determinamos el tipo de falla:

𝜆𝑐 = 𝐾𝐿

𝜋𝑟 √

𝐹𝑦

𝐸

𝜆𝑐 = 0,24

𝜆𝑐 ≤ 1,5 falla por pandeo inelástico

Calculamos el esfuerzo crítico:

𝐹𝑐𝑟 = (0,658𝜆𝑐2) 𝑓𝑦

𝐹𝑐𝑟 = 35,14 𝐾𝑙𝑏/𝑖𝑛2

Carga resistente:

∅𝑃𝑛 = ∅ ∗ 𝐹𝑐𝑟 ∗ 𝐴𝑔

∅𝑃𝑛 = 80,05 𝐾𝑙𝑏

ØPn > Pus se acepta

VERIFICACION DE ESBELTEZ:

L = 19,19 in rmin = ry = 0,905 in

𝐿

𝑟𝑚𝑖𝑛≤ 300

𝐿

𝑟𝑚𝑖𝑛= 21,20 se acepta

PERFIL ADOPTADO: W6x9

DISEÑO DE GALPON


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31

6. DISEÑO CON EL USO DE UN PROGRAMA DE DISEÑO ESTRUCTURAL (SAP2000):

SE IMPORTA LA ESTRUCTURA DE AUTOCAD AL PROGRAMA DE DISEÑO SAP:

Para este procedimiento es muy importante que la estructura este ubicada en un punto de referencia (0,0)

y los ejes de referencia coincidan con los ejes del programa SAP 2000 antes de ser importada.

DEFINIMOS LAS SECCIONES PARA LOS DISTINTOS TRAMOS DE CARGADO:

DISEÑO DE GALPON


SEGUNDO PARCIAL


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RESUMEN DE CARGAS PARA CARGADO EN EL PROGRAMA SAP.

CARGA SIGLA VALOR UNIDAD DETALLE

CUBIERTA qc 7,59 kg/m Carga distribuida en correas centrales

qc/2 3,79 kg/m Carga distribuida en correas laterales

MANTENIMIENTO qm 153 kg/m Carga distribuida en correas centrales

qm/2 76,5 kg/m Carga distribuida en correas laterales

VIENTO

SOTAVENTO (X)





BARLOVENTO (X)





SOTAVENTO (Y)





BARLOVENTO (Y)





COLUMNAS Pv 93,88 kg Carga puntual en columnas centrales

Pv/2 46,94 kg Carga puntual en columnas laterales

CREAMOS COMBINACIONES DE CARGA:

DISEÑO DE GALPON


SEGUNDO PARCIAL


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1) U = 1.4 D = 10.626 kg/m

2) U = 1.2 D +0.5 Lr = 85.608 kg/m

3) U = 1.2 D + 1.6 Lr + 0.8 W = 219.836 kg/m

4) U = 1.2 D + 1.6 W + 0.5 Lr = 37.464 kg/m

5) U = 1.2 D = 9.108 kg/m

6) U = 0.9 D + 1.6 W = - 41.313 kg/m

7) U = 0.9 D = 6.831 kg/m

SE REALIZA EL CARGADO DE LAS CORREAS:

CARGA CUBIERTA:

DISEÑO DE GALPON


SEGUNDO PARCIAL


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CARGA DE VIENTO:

DISEÑO DE GALPON


SEGUNDO PARCIAL


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CARGA DE MANTENIMIENTO:

DISEÑO DE GALPON


SEGUNDO PARCIAL


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CARGA DE VIENTO PARA COLUMNAS:

𝑃𝑣 = 93.88 𝑘𝑔

𝑃𝑣

2= 46,94 𝑘𝑔

DISEÑO DE GALPON


SEGUNDO PARCIAL


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CREAMOS LA ENVOLVENTE:

PARA QUE LOS MOMENTOS SEAN IGUAL A CERO EN LOS NUDOS SE DEBE SEPARAR TODAS LAS BARRAS

DE LA ESTRUCTURA:

DISEÑO DE GALPON


SEGUNDO PARCIAL


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LIBERAMOS LOS NUDOS:

FINALMENTE HACEMOS CORRER EL PROGRAMA:

DISEÑO DE GALPON


SEGUNDO PARCIAL


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ENVOLVENTE:

EL MOMENTO EN LOS NUDOS ES CERO:

DISEÑO DE GALPON


SEGUNDO PARCIAL


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FUERZA AXIALES:

ELEMENTOS A TRACCION Y ELEMENTOS A COMPRESION:

DISEÑO DE LA SECCION:

Primeramente se debe escoger un catálogo de perfiles

que el programa ya posee, se escogió el perfil W:

Luego creamos una lista de perfiles con los cuales el

programa realizara el diseño mediante iteraciones, para

DISEÑO DE GALPON


SEGUNDO PARCIAL


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esto seleccionamos un perfil inicial.

Podemos observar los coeficientes de diseño con los que el programa realiza los cálculos y añadimos

las combinaciones de carga:

DISEÑO DE GALPON


SEGUNDO PARCIAL


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CALCULO DE SECCIONES:

Asignamos inicialmente todas las barras de la estructura e iniciamos el diseño mediante iteraciones:

1ra ITERACION:

DISEÑO DE GALPON


SEGUNDO PARCIAL


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2da ITERACION:

Se verifica que todos los elementos han sido analizados. El perfil de diseño calculado por el programa

es:

Perfil W 6x9

DISEÑO DE GALPON


SEGUNDO PARCIAL


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PODEMOS VER LAS SECIONES DE LA CERCHA Y LAS CORREAS:

7. ANÁLISIS COMPARATIVO DE DISEÑO MANUAL Y POR COMPUTADORA:

Con el diseño en el programase pudo observar que este posee normas ya incorporadas que permiten

facilitar el trabajo. El diseño manual también se realizó en base a la norma LRFD con la que realizamos los

cálculos de elementos a tracción y compresión.

Los resultados de ambos análisis son iguales, por lo que decimos que el diseño del galpón fue satisfactorio,

las herramientas como los programas asistidos por computadora tienen gran presión en el cálculo y diseño

de estructuras.

8. CONCLUSIONES :

Podemos concluir:

El diseño con el programa asistido por computadora es completamente eficiente en los

cálculos y el modelado de estructuras.

Los programas facilitan los cálculos y diseño, reduciendo el tiempo que se necesita en un

diseño manual.

Es importante conocer el procedimiento que sigue el ordenador ya que sin el conocimiento

necesario se puede hacer un mal uso de los programas.

Con el diseño particular de este proyecto se pudo confirmar que el acero es un material muy

eficiente, ya que posee gran resistencia y es muy liviano en comparación de otros materiales.

DISEÑO DE GALPON


SEGUNDO PARCIAL


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La gran variedad de perfiles nos permite escoger el más eficiente para una determinada

estructura.

El tipo de acero tiene gran influencia en el diseño se la estructura.

9. RECOMENDACIONES:

Se recomienda:

Hacer el diseño en base a las normas establecidas.

Para realizar el modelado en un programa primeramente se debe conocer el buen manejo de

este para evitar cometer errores en el diseño.

Realizar siempre una verificación manual del diseño para comprobar los resultados.

Evitar sobre dimensionar la estructura.

Utilizar perfiles que se encuentren en el mercado, ya que fabricar un determinado perfil puede

resultar muy costoso.

10. PLANOS:

diseño de galpon metalico

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estructuras industriales

estructuras construidas

estructura industrial

ms reducida

estructura metlica

ms econmicos

propiedades ms destacadas

anlisis estructural