Diseño de Galpon

Galpon Reticulado

Galpon en Base Perfiles de Seccion Cajon

ESTRUCTURAS DE ACERO

PROFESOR : J. SILVA L.

INTEGRANTE : S. SOUBLETT R.

(e-mail: [email protected])

ESTRUCTURAS DE ACERO

DISEÑO GALPON

ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL EN OBRAS CIVILES FACULTAD DE CIENCIAS FISICAS Y MATEMATICAS UNIVERSIDAD CENTRAL DE CHILE

2

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


3

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


4

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.


5

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.


6

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


7

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


8

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


9

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


10

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


11

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


12

Por lo tanto la carga de sismo tiene un valor de 56,62 kgf/m para el reticulado.


13

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.


14

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


15

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


16

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


17

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


18

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


19

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


20

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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