1.- Aspectos Generales.-
El mundo de hoy tiene al acero como uno de sus principales elementos tanto en los aspectos estructurales como arquitectónicos. arquitectónicos. El acero día a día se está convirtiendo en un material que debido a sus altas especificaciones técnicas, se ajusta a los más exi gentes y modernos diseños estructurales y arquitectónicos arquitectónicos que requieren las grandes g randes obras. 2.- Antecedentes.-
Los progresos del arte de la construcción y en particular la construcción metálica durante las últimas décadas han sido notables. Esta evolución tiene como fundamento la normalización, siendo sus puntos básicos, el perfeccionamiento perfeccionamiento de los métodos de cálculos, el estudio físico químico del acero de construcción y los modernos métodos de ensamblaje, con los que se s e obtienen estructuras livianas y de poco volumen. De esta normalización, los aceros más usados en construcciones constr ucciones metálicas son, el T, el doble T, el U, los ángulos o cantoneras y los aceros redondos y cuadrados; todos estos aceros son de fabricación “standard” “standard” y empleados en el mundo entero, excepto Inglaterra y los Estados Unidos
de Norteamericano, donde poseen sus perfiles propios, con dimensiones expresados en pulgadas. 3.- Objetivos.-
Se tiene como objetivo principal el diseño de los elementos que compondrán la estructura reticular que soportara una cubierta de calamina para un almacén de materiales que se encuentra en el parque industrial, está cubierta debe abarcar 10 metros de ancho por 35 metros de profundidad. Se utilizara el software de Análisis Estructural SAP2000 para la obtención de esfuerzos y verificación de deformaciones. Se diseñaran las conexiones. Se presentara un resumen general de los materiales necesarios para la construcción de la estructura. 4.-Limitaciones.-
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 g randes 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. - 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 vi gas 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. 5.- Normas Empleadas.-
Las Normas empleadas para el diseño de la cubierta son: Normas AISC (American Institute of Steel Construction) Manual of Steel Construction Normas ASCE/SEI 7 Minimum Design Loads For Buildings and Other Structures Normas IBNORCA ANTEPROYECTO NORMA BOLIVIANA APNB 1225002-1 Acciones sobre las estructuras Norma ANSI/TIA-222-G-1-2007 (Structural Standards for Steel Antenna Towers and Antenna Supporting Structures) Velocidad basica 6.- Programas de Cálculo.-
Los programas de cálculo a utilizar son: SUTStructor (Análisis Estructural de Vigas, Cerchas y Armaduras) SAP2000(Análisis y diseño de estructuras) 7.- Definición del modelo estructural.-
Partes y magnitudes de una armadura (cercha o cuchillo)
Tipos de Armaduras: a) Armadura tipo económico N°1
b) Armadura tipo económico N°2
c) Armadura tipo Malla Inglesa Cuando la luz de la nave a cubrir es grande, la armadura más indicada es el de la malla inglesa.
d) Armadura tipo Americano.
La única variación que existe entre este tipo y el anterior es, la posición de las barras inclinadas. Las barras así trabajan a tracción, y por lo tanto se arm aran con un solo angular
e) Armadura Polonceau Este tipo de armadura, tiene la ventaja sobre los cuchillos tipo Inglés o Americano, de que las piezas que están sometidas a compresión son de m enor longitud que la de los referidos sistemas, y por lo tanto son menores sus perfiles.
f)
Armaduras Polonceau de 3 manguetas par y tirante Horizontal Esta armadura es similar a la anterior, la diferencia es que este tipo de armadura se ocupa en cerchas de mayor longitud (sobre los 9 más)
Como se puede observar se eligió el tipo de armadura Económico N°1 8.- Propiedades de los materiales.-
Acero A36
Inglesa 7.85 g/cc 36 ksi 58 ksi 20% 29000 ksi 22 ksi 20300 ksi 0.26 11500 ksi
Densidad Tensión de Fluencia Tensión Ultima Elongación a ruptura Módulo de elasticidad Límite elástico a la compresión Módulo de compresibilidad Relación de Poisson Módulo de corte
MKS 7860 kg/m³ 2552.14 Kgf/cm2 4077.8 Kgf/cm2 2038901.69 Kgf/cm2 1427231.19 Kgf/cm2 808529.98 Kgf/cm2
Calamina Calamina Ondulada
Ancho Total: 900 mm +- 6 mm Ancho Útil: 800 mm +-1mm Cantidad de ondas: 11 ondas Altura de onda: 18mm +- 1.5 mm Longitud de onda: 76 mm +- 1 mm Pendiente mínima recomendada: 10º Solape longitudinal recomendado: una onda y media Solape transversal recomendado: de 100 a 200 mm Largos a Pedido. Calibre Espesor Peso teórico 30 0,30 mm 2,15 Kg/mt L. 28 0,35 mm 2,35 Kg/mt L. 27 0,40 mm 2,70 Kg/mt L. 26 0,43 mm 2,95 kg/mt L. Pernos Propiedades mecánicas Grade Tensile (ksi) Yield (min) ksi Elong % (min)
A B C*
60 min 60 - 100 58 - 80
--36
18 18 23
9.- Definición de la geometría y etiquetado de los elementos.-
Conclusiones y recomendaciones.-
Después de haber realizado el diseño de la estructura metálica podemos asegurar que el uso de herramientas informáticas es de vital importancia para poder perfeccionar y ejecutar de manera óptima el diseño del proyecto que tengamos que realizar. Es por eso que se recomienda enfáticamente que el proyectista tenga una formación completa en el uso de dichos programas, esto sumado a sus conocimientos serán de vital importancia para lograr un diseño óptimo.