MEMORIA
DE
CÁLCULO
1.D
ATOS GENERALES DEL PROYECTOEl análisis y diseño estructural del proyecto “CONSTRUCCION TINGLADO U.E. SANTISIMA TRINIDAD” que se encuentra ubicada en el Departamento de Chuquisaca, Gobierno Autónomo Municipal de Sucre"
2.J
USTIFICACIÓN DE LA SOLUCIÓN ESTRUCTURAL ADOPTADALa consideración de una estructura simplemente apoyada o restringida en su totalidad a rotaciones y desplazamientos, no puede plasmarse sobre la estructura real, por la siguientes razones:
a) La dimensiones transversales de columnas convencionalaes para este tipo de estructuras, en su generalidad no logran un comportamiento ideal de articulación fija o empotramiento perfecto, conociendo que las mismas se apoyan sobre un suelo medio compresible como es el suelo.
b) El asentamiento de las fundaciones en el tiempo, erradica concebir estructuras completamente empotradas.
c) La exposición del campo deportivo, a efectos climáticos de consideración, como correponde a la carga de granizo en nuestra ciudad, son de magnitud importante para su análisis y diseño posterior.
Todas las razones mencionadas anteriormente, coinciden en que la cubierta debe apoyar considerando la rigidez parcial que ofrecen las columnas y en lo posible debe procurarse reducir la longitud entre apoyos.
La cubierta está conformada por perfiles ligeros de pared delgada, que son una opción satisfactoria debido a su reducido peso propio, respecto de otros materiales usados en la construcción de cubiertas.
2.1. CONSIDERACIONES Y EFECTOS SOBRE EL RETICULADO, SEGÚN LAS CONDICIONES DE BORDE (APOYOS).
La inadecuada concepción de los apoyos en el análisis de estructuras en general, conduce a solicitaciones erradas que pueden sobre dimensionar elementos estructurales en desmedro de los presupuestos de cada proyecto o sub dimensionar elementos estructurales en contra de la seguridad global de la estructura.
Apoyo considerando la rigidez de columnas.- Esta consideración representa un comportamiento real de la estructura, siendo por tanto la correcta para este tipo de análisis.
2.2.MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO
El método de Análisis y Diseño Estructural, debe ser realizado de acuerdo a las estipulaciones de emite la Norma Americana ACI en estructuras de concreto reforzado y en estructuras de acero las que corresponden a Elementos de Perfiles Conformados en Frío, denominado Diseño por Factores de Carga y Resistencia.
Para este análisis y diseño, se asumirán los siguientes códigos de Diseño: - ACI – 99
- LRFD – 96
2.2.1.ACERO ESTRUCTURAL
Para la obtención de las solicitaciones se ha considerado los principios del Análisis Estático e Lineal y las teorías clásicas de la Resistencia de Materiales y Elasticidad. El método aplicado para el diseño es el de LRFD para un estado en el límite de fluencia.
Definidos los estados de carga según su origen, se procede a calcular las combinaciones posibles con los coeficientes de mayoración y minoración correspondientes de acuerdo a los coeficientes de seguridad y las hipótesis básicas definidas en la norma.
La obtención de los esfuerzos en las diferentes hipótesis simples del sistema, se harán de acuerdo a un cálculo lineal de primer orden, es decir admitiendo proporcionalidad entre esfuerzos y deformaciones; Esto solamente si la concepción estructural no permite grandes desplazamientos que pueden conducir a análisis de segundo orden.
Como se observa por las diferentes combinaciones de diseño según LRFD, se puede concluir que la condición más desfavorable para la estructura es aquella que corresponde a la consideración de carga permanente y sobrecarga de granizo, que en nuestro medio es la más preponderante para este tipo de cubiertas y sobrecarga de viento.
2.3.CÁLCULOS POR ORDENADOR
Para la obtención de las solicitaciones y dimensionado de los elementos estructurales, se ha dispuesto de un programa informático de ordenador denominado SAP 2000. Es imposible conocer los esfuerzos reales sobre cada elemento sino es a partir del Método de los Elementos Finitos y más aún considerando la interacción estructura de concreto, acero y suelo.
3.C
ARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES A UTILIZARLos materiales a utilizar así como las características definitorias de los mismos, niveles de control previstos, así como los coeficientes de seguridad, se indican en el siguiente cuadro:
Coeficientes de Ponderación y/o Factores de Seguridad
Los coeficientes de seguridad son establecidos en la Norma LRFD en la sección 7.3 en los estados límites últimos.
En miembros a flexión:
Coeficiente de seguridad acero por fluencia con alas rigidizadas
0.95En miembros a tensión: E = fy = fu = 200000 MPa 248 MPa (36 Ksi) 330 MPa
Coeficiente de seguridad del acero por fluencia
0.95Coeficiente de seguridad del acero por bloque de cortante
0.75 . En miembros a compresión:Coeficiente de seguridad del acero
0.853.1.ACERO
3.2.LÍMITES DE DEFORMACIÓN
El
cálculo de deformaciones es un cálculo de estados límites últimos de utilización con las cargas de servicio.Para el control de deflexiones en la estructura se hace uso de la siguiente expresión: 𝑓 ≤ 𝐿
300
Se tendrán en cuenta las deformaciones instantáneas, calculándose las inercias equivalentes de acuerdo a lo indicado en la norma. Se verificara el pandeo en miembros sujetos a compresión y para el proceso constructivo, a partir de estos supuestos se estiman los coeficientes de fluencia pertinentes para la determinación de los pandeos generales como locales.
3.2.1.SOBRECARGA DE GRANIZO
Planta Zona Carga en KN/m2
Cubierta Toda VARIABLE
La carga de granizo máxima, alcanzará en proyección horizontal un valor de 250 Kg/m², la cual irá disminuyendo a medida que la cubierta incremente la pendiente. Y la carga de viento es de 93 km/h
ANÁLISIS ESTRUCTURAL
CONTROL DE DEFLEXIONES
𝑓 ≤
𝐿
300
; 𝑓 ≤
25
300
= 0.0833 𝑚 = 8.33 𝑐𝑚
𝑓 = 8.33 𝑐𝑚
CONDICIÓN APOYO CONSIDERANDO RIGIDEZ DE COLUMNAS
La estructura ha sido modelada, considerando la rigidez de las columnas y realizando un análisis completo de la estructura, que evaluamos a continuación. La columna ha sido modelada con elementos bidimensionales con objeto de representar de mejor manera la restricción lateral.
Fuerza axial sobre las columnas 35x80 cm parte superior
Fuerza axial en la base de la columnas
Verificación de tensiones
Tensión del suelo según estudio de suelos 1.5kg/cm2 adoptado para el diseño Resultados obtenidos en el ordenador 38.858𝑘𝑔
5𝑐𝑚 𝑋 5𝑐𝑚= 1.554 𝑘𝑔
𝑐𝑚2< 1.25 ∗ 𝜎𝑎𝑑𝑚𝑖 1.554 kg/cm2 < 1.25*1.5
Momento m11 en las fundaciones
Momentos flectores en vigas 25x40cm
El modelo contempla la interacción estructura de concreto reforzado y cubierta de perfiles conformados en frío. Este modelo representa con mayor aproximación la verdadera restricción que ejercerán las columnas al desplazamiento lateral.
Puede observarse que la transferencia de carga vertical por peso propio y de granizo, que genera elevadas fuerzas de compresión y tracción sobre los elementos.
Fuerza axial en el tramo apoyo derecho
Puede observarse que la transferencia de carga vertical por peso propio y de granizo, que genera momentos de flexión correas de perfiles conformados en frio.
REALIZANDO LA SEMEJANZA DE LA CARGA DE VIENTO
DATOS:
𝐻
𝐿
⁄ =
7.46𝑚
25𝑚
⁄
= 0.2984𝑚
ANGULO β=29.14
EL EFECTO DE LA CARGA DE VIENTO NO ES PREPONDERANTE. L1= 10.40m 29.14 º H1=5.79m H=7.46m L= 25m
DISEÑO DE LOS PERFILES CONFORMADOS EN FRIO
PERFIL C100X50X15X2 MM
DISEÑO DE LOS PERFILES CONFORMADOS EN FRIO
PERFIL C150X50X15X2 MM
Generalidades
Las barras no presentarán defectos superficiales, grietas ni sopladuras.
Los miembros estructurales de paredes delgadas se forman en frío, a partir de láminas o tiras de acero, con espesores que fluctúan más o menos entre 0.5mm y 7mm.
Se considerará como límite elástico del acero, el valor de la tensión que produce una deformación remanente del 0.2%.
Los perfiles formados en frío pueden ser fabricados con todas las clases de acero que se procesen en forma de fleje, que permitan un doblado en frío. Preferiblemente se utilizan aceros sin aleación o acero de baja aleación.
Hierro para estructuras
En las producciones básicas de perfiles estandarizados que se producen, se utilizan básicamente las siguientes calidades de acero, aceros de baja y alta resistencia que responden a la norma ASTM (Sociedad Americana para ensayos y materiales) A570-85 Grado 50.
Además los siguientes tipos de aceros:
- Aceros de baja aleación laminados en caliente o en frío. Ofrecen inconfundibles ventajas en cuanto a dureza y resistencia a la corrosión atmosférica. Se utilizan par disminuir considerablemente el peso y reducen el costo final del producto.
- Aceros inoxidables laminados en caliente o en frío. Ofrecen una excelente resistencia a la corrosión en casi todos los ambientes y combinaciones de propiedades no fáciles de encontrar en otros materiales.
- Aceros galvanizados. Es el revestimiento más común y de más bajo costo, aplicado generalmente al acero de bajo contenido en carbono. La capa de zinc ofrece una resistencia excelente a la corrosión atmosférica donde no exista azufre y otros productos químicos.
Características mecánicas de los aceros Grado 36 según Norma ASTM-A570-85:
Grado de Acero Límite de fluencia (kN/cm2) Resistencia máxima a tracción (kN/cm2) Elongación 36 22.7 34.08 35
