ANALISIS ESTRUCTURAL DE ESTRUCTURA METALICA COBERTURA DE ALMACEN

Para el cálculo de las armaduras se deberán asumir las siguientes hipótesis:

Los nudos de las estructuras constituyen articulaciones sin rozamiento.

Todas las cargas se consideran aplicadas en los nudos y están contenidas en el plano del a

estructura.

Todas las barras son rectas.

Se considera el esquema inicial de la estructura y cargas a pesar de las deformaciones

elásticas de barras y apoyos por ser variaciones pequeñas.

Las cargas que se consideran son las siguientes:

Fuerza ejercida por el viento. (Fv)

Peso de las coberturas del techo. (Fcob)

Peso de las correas (Fc)

Peso propio del tijeral (Ftij)

Sobrecarga adicional que se toman en cuenta como margen e seguridad. (Fsc)

Los cálculos serán hechos según el método LRFD y las consideraciones de carga hechas

según el RNE (Reglamento Nacional de Edificaciones).

Características del Terreno

Para efectos de cálculo se ha considerado, uno de los galpones, el terreno es rectangular, cubierto

por 7 tijerales espaciados cada 12.5 m, tal como se muestra en el esquema siguiente:

Características del terreno para efectos de calculo:

Área de planta techada: 33x76m2= 2508m2

- Cobertura Aluzinc: 2065 m2

- Cobertura fibra de vidrio: 870 m2

1. Cargas sobre el techo:

Considerando la ecuación A4.2 del método LRFD

Ftot= 1.2*(Fv + Fcob + Fc + Ftij) +1.6*Fsc

A. Fuerza del viento.

La ocurrencia de presiones o succiones p debidas al viento en superficies verticales horizontales o inclinadas de una edificación serán consideradas simultáneamente y se supondrán perpendiculares a la superficie sobre la cual actúan. La carga de viento depende de la forma. Dicha sobrecarga p sobre la unidad de superficie es un múltiplo de la presión dinámica q y se expresa así: p = Cp . Cr . q (kg /m2) Donde: Cp = coeficiente de presión y Cr = es un coeficiente de ráfaga (ambos son números abstractos) q = 0.005 V2 (kg /m2)

en donde V está en kilómetros por hora. La velocidad básica del viento se obtendrá de los Mapas Eólicos. En ningún caso se tomarán presiones dinámicas menores de q = 15 kg/m2. Si la construcción no tiene aberturas, se tomará Cpi = ± 0.3 Es una edificación sin abetura:

Coeficiente de Presión Exterior Para los muros: C1 = -0.90 C2 = -0.70 C3 = -0.50 Superficie Barlovento: C4 = -0.8 Superficie de Sotavento: C5 = -0.70

El efecto combinado de las presiones exteriores e interiores se toma aplicando: C1 = 0.90 - (+0.3) = 0.6 ó C1 = 0.90 - (-0.30) = 1.2 ; C1 = 1.2 C2 = -0.70 - (+0.3) = -1.0 ó C2 = -0.70 - (-0.30) = -0.4; C2 = -1.0 C3 = -0.50 - (+0.3) = -0.8 ó C3 = -0.50 - (-0.30) = -0.2; C3 = -0.8 C4 = -0.8 - (+0.3) = -0.5 ó C4 = -0.80 - (-0.30) = -1.10; C4 = -1.1 C5 = -0.70 - (+0.3) = -1.0 ó C5 = -0.70 - (-0.30) = -0.4; C5 = -1.0 Velocidad del viento según mapa eólico del Perú, en la zona costera (Arequipa). V=65 Km/h, a 10m de altura.

- Carga de viento: q=0.005*V2

q= 0.005*652

q= 21 kg/m2

Con el valor de q ya obtenido y considerando los coeficientes de presión que produzcan el

mayor efecto se tiene: p1 = 21*1.2 = 25.2 kg/m2 p3 = 21*(-0.8) = -16.8 kg/m2

p2 = 21*(-1.0) = -21 kg/m2 p4 = 21*(-1.1) = -23.1 kg/m2

p5 = 21*(-1.0) = -21 kg/m2

Las fuerzas sobre el techo son de succión.

Hay que considerar el cálculo e presión del viento

A.2 VIENTO LONGITUDINAL A LA CONSTRUCCION.

Velocidad del viento: 55 km/h

Presion dinamica:

15.125 kg/m2

-PARA LOS MUROS:

Coeficientes de presion:

-0.70

0.90

-0.70

-PARA EL TECHO: (Angulo de Techo=10°)

Superficie de Barlovento:

-1.00

Superficie de sotavento:

-1.00

Como la estructura se considera cerrada:

El efecto combinado de las presiones:

C (critico)

1 -0.70 0.30 -1.00 1 -0.70 -0.30 -0.40 -1.00

2 0.90 0.30 0.60 2 0.90 -0.30 1.20 1.20

3 -0.70 0.30 -1.00 3 -0.70 -0.30 -0.40 -1.00

4 -1.00 0.30 -1.30 4 -1.00 -0.30 -0.70 -1.30

5 -1.00 0.30 -1.30 5 -1.00 -0.30 -0.70 -1.30

CALCULO DE PRESIONES:

P1= -15.1 kg/m2 SUCCION

P2= 18.2 kg/m2 PRESION

P3= -15.1 kg/m2 SUCCION

P4= -19.7 kg/m2 SUCCION

P5= -19.7 kg/m2 SUCCION

=

=

=

=

=

= 0.30

(+) C CC (-)

- Peso de cobertura:

Fcob= 10 Ton

- Peso de correas:

Fc = 12 Ton

- Peso propio del tijeral:

Ftij= 20.8 Ton

- Fuerza de sobrecarga:

Fsc= 50 Ton

- Fuerza de viento:

Fv= 15Ton

Fuerza total sobre el techo:

Ftot= 1.2*(Fv + Fcob + Fc + Ftij) +1.6*Fsc

Ftot= 1.2*(15+10+12+20.8)+1.6*50 = 145 Ton

2. Calculo Estructural.

3.1 Calculo de Tijeral:

Las fuerzas se distribuyen de la siguiente manera sobre un tijeral:

Marco tijeral, perfil U 4.5x115x450x115mm

Diagonales i montantes perfiles C 2.5x20x37x75x37x20mm

Perfiles de acero estructural: Fy=2530 kg/cm2 ; E=2.1x104

- Fuerza sobre tijeral extremo:

Numero de tijerales: 5

- Fuera sobre los nudos:

N= número de nudos en el tijeral.

= 12 Ton

Estas fuerzas irán distribuidas según se muestra en el grafico siguiente.

Fuerzas obtenidas en elementos de tijeral: (+) Tracción (-) Compresión:

Nro Elem. Fuerza (kg) Elemento

Elemento Fuerza (kg) Elemento

1 -15.3 Marco Tij.

27 -0.1 Diagonal

2 -22.2 Marco Tij.

28 17.9 Diagonal

3 -25.0 Marco Tij.

29 -8.3 Montante

4 -25.4 Marco Tij.

30 -8.4 Diagonal

5 -24.3 Marco Tij.

31 -5.0 Montante

6 -24.3 Marco Tij.

32 3.7 Diagonal

13 -11.9 Marco Tij.

33 -2.5 Montante

14 -18.0 Marco Tij.

34 0.6 Diagonal

15 -3.1 Marco Tij.

35 -0.4 Montante

16 3.8 Marco Tij.

36 -1.7 Diagonal

17 6.5 Marco Tij.

37 -2.0 Montante

18 6.9 Marco Tij.

38 3.9 Diagonal

19 3.8 Marco Tij.

39 0.0 Montante

3. Análisis de elementos a tracción (crítico):

La resistencia de diseño de un miembro: Pn, será la más pequeña de los valores

obtenidos DE LAS SIGUIENTES FORMULAS:

A. Para la sección bruta del elemento en tensión:

Pn=Fy*Ag → Pu=t*Fy*Ag con t=0.90

Ag= Área de la sección.

Fy= Esfuerzo de fluencia

1 Ton

B. Para el nudo de unión (diseño por fractura).

Pn=Fu*Ae → Pu=t*Fu*Ae con t=0.75

Fu=Esfuerzo de rotura.

Ae= área efectiva

Ae=Ag*U

En nuestro caso:

l ≥ 2*w > U=1.0

2*w ≥ l > 1.5*w U=0.87

1.5*w ≥ l > w U=0.75

l=longitud de cordón de soldadura.

w= distancia entre soldaduras

4. Análisis de elementos sometidos a compresión

Fy = 2530 kg/cm2

E=2.1*106 kg/cm2

Se debe cumplir: Pn>= Pu con Pn=A*Fcr ; =0.85

c =(K* L)/(r*)*(Fy/E)^0.5 = función de esbeltez

r=radio de giro mínimo

Si c <= 1.5 Fcr = (0.658) ^ (c)*Fy /A)^0.5

c > 1.5 Fcr = (0.8779)/(c)*Fy /A)^0.5

5. CALCULO DE ELEMENTOS DEL MARCO DEL TIJERAL

Marco de tijeral: Perfil U 4.5x115x450x115mm; Área=33.75cm2, rmin = 3.40 cm, K=1

5.1 Elementos a compresión:

Elemento Longitud(m) c Fcr Pn (ton) Felem (ton) Pu Felem <Pu

1 2.73 0.88712429 1.81997829 55.0543432 -15.3 46.7961917 ok

2 2.73 0.88712429 1.81997829 55.0543432 -22.2 46.7961917 ok

3 2.73 0.88712429 1.81997829 55.0543432 -25.0 46.7961917 ok

4 2.73 0.88712429 1.81997829 55.0543432 -25.4 46.7961917 ok

5 2.73 0.88712429 1.81997829 55.0543432 -24.3 46.7961917 ok

6 2.73 0.88712429 1.81997829 55.0543432 -24.3 46.7961917 ok

13 2.69 0.87412613 1.83750091 55.5844026 -11.9 47.2467423 ok

14 2.69 0.87412613 1.83750091 55.5844026 -18.0 47.2467423 ok

15 2.69 0.87412613 1.83750091 55.5844026 -3.1 47.2467423 ok

5.2 Elementos a tracción:

6. CALCULO DE DIAGONALES Y MONTANTES

Perfiles C 2.5x20x37x75x37x20mm Área= 5.1 cm2, r min = 1.5cm

6.1 Elementos a tracción, calculo critico en los nudos

Fu= 3.29 Kg/cm2 l = 10 cm U= 0.75

w= 7.5 cm Elemento A Ae Pu Felem (Ton) Felem <Pu

28 10.7 8.025 19.8 17.9 ok

6.2 Elementos a compresion

A=10.14cm2, rmín=2.8, k=1

Elemento Longitud(m) c Fcr Pn (ton) Felem (ton) Pu (Ton) Felem <Pu

27 1.46 0.31 2.43 24.65 0.1 20.96 ok

29 1.97 0.42 2.35 23.86 8.3 20.28 ok

31 2.46 0.52 2.26 22.91 5.0 19.48 ok

33 2.96 0.63 2.15 21.78 2.5 18.52 ok

35 3.45 0.73 2.03 20.54 0.4 17.46 ok

37 3.94 0.83 1.89 19.20 2.0 16.32 ok

7. Calculo de Columnas

La columna es un tubo de 16” de diámetro, espesor de pared 9.57mm; y 10.0 m de

longitud, la columna está empotrada 2.5 m bajo piso

Las solicitaciones en toneladas:

Carga vertical, reacción de la fuerza aplicada a los tijerales (columna que soporta dos

tijerales: 25 Toneladas

Seccion Circular:

- Diametro exterior: 16” (40.64cm)

- Espesor de pared: 0.952 cm

- Radio de giro= 28.4 cm A=240.2cm2, Fy=2530Kg/cm2

- Empotrada en el piso: K=2.1

Elemento Longitud(m) Felem (Ton) Pu (Ton) Felem <Pu

16 2.69 3.8 76.84875 ok

17 2.69 6.5 76.84875 ok

18 2.69 6.9 76.84875 ok

19 2.69 3.8 76.84875 ok

Rc

Rc= 30 Ton

FS=3

Entonces: Rc=90 Ton

E = 2.1x106 ton/cm2

Área sección: 240.2 cm2

Factor de longitud efectiva: K=2.1

Longitud: 10m

KL= 21m

c = L/(r*)*(Fy/E)^0.5

c =0.01 <= 1.5 Fcr = (0.86)^(c )*Fy

Elemento Longitud(m) c Fcr Pn (ton) Felem (ton) Pu (Ton) Felem <Pu

27 10.00 0.01 2.53 607.69 90 516.54 ok