DISENO DE ESTRUCTURAS METALICAS CAPITULO II DISENO DE COSTANERAS DOC : DEM-002 PROFESOR : CARLOS RAMIREZ REVISION : REV 0 FECHA : MARZO DEL 2009 DISENO DE ESTRUCTURAS METALICAS 2.1 VISTA TRIDIMENSIONAL PROFESOR : CARLOS RAMIREZ REVISION : REV 0 FECHA : MARZO DEL 2009 DISENO DE ESTRUCTURAS METALICAS 2.2 COSTANERAS LATERALES PROFESOR : CARLOS RAMIREZ REVISION : REV 0 FECHA : MARZO DEL 2009 DISENO DE ESTRUCTURAS METALICAS 2.3 COSTANERAS DE TECHO PROFESOR : CARLOS RAMIREZ REVISION : REV 0 FECHA : MARZO DEL 2009 DISENO DE ESTRUCTURAS METALICAS 2.4 COSTANERAS DE FRONTONES PROFESOR : CARLOS RAMIREZ REVISION : REV 0 FECHA : MARZO DEL 2009 DISENO DE ESTRUCTURAS METALICAS 2.5 ALGUNOS DETALLES PROFESOR : CARLOS RAMIREZ REVISION : REV 0 FECHA : MARZO DEL 2009 DISENO DE ESTRUCTURAS METALICAS 2.6 TIPO DE PERFILES ( MAS USADOS ) Canal simple Canal alas atiesadas Perfil Z Canal laminada Nota : En casos especiales de cargas, por ejemplo, cuando existen cargas de nieve pueden resultar costaneras de techo compuestas de perfiles H. PROFESOR : CARLOS RAMIREZ REVISION : REV 0 FECHA : MARZO DEL 2009 DISENO DE ESTRUCTURAS METALICAS 2.7 COSTANERAS DE TECHO 2.7.1 Cargas en costaneras de techo 2.7.1.1 Cargas permanentes ( CM ) Peso propio de la costanera : Qpp ( Kg / m ) Peso propio de la cubierta : Qpl ( Kg / m2 ) 2.7.1.2 Sobrecarga de techo ( Lr ) De acuerdo a Nch1537 se considera una sobrecarga trasmitida mínima Lr = 1KPa, pudiendo reducirse según norma de la sgte. forma : PROFESOR : CARLOS RAMIREZ REVISION : REV 0 FECHA : MARZO DEL 2009 DISENO DE ESTRUCTURAS METALICAS A: Área tributaria sobre costaneras de techo PROFESOR : CARLOS RAMIREZ REVISION : REV 0 FECHA : MARZO DEL 2009 DISENO DE ESTRUCTURAS METALICAS 2.7.1.3 Carga de Viento ( W ) Para la determinación de las cargas de viento es fundamental el cálculo de la Presión Básica del viento ( Pb ). Para calcular la presión antes mencionada se pueden presentar dos situaciones: A. No existen estadísticas del viento La norma Nch 432 establece para este caso usar la Tabla 1 de dicha norma “ Presión Básica para diferentes alturas sobre el suelo “. Esta entrega valores para estructuras situadas en ciudad o campo abierto. B. Existen estadísticas de la velocidad máxima instantánea La norma Nch 432 indica usar ecuaciones básicas 6.1) y 6.2) mas Apéndice A3.1. PROFESOR : CARLOS RAMIREZ REVISION : REV 0 FECHA : MARZO DEL 2009 DISENO DE ESTRUCTURAS METALICAS CASO A : TABLA 1 / NCH 432 PROFESOR : CARLOS RAMIREZ REVISION : REV 0 FECHA : MARZO DEL 2009 DISENO DE ESTRUCTURAS METALICAS CASO B : FORMULA PARA CALCULO DE Pb En el punto 6.2. de la Nch 432 entrega una formula para establecer la presión para alturas distintas a las que fue medida. Px = Ph * [ x / h ] ^ [ 2 * a ] Px : Presión a la altura x h : altura a la que fue medida la presión Ph. a : Coeficiente de rugosidad a : 0.16 en campo abierto o frente al mar y 0.28 en ciudad o sitios similares PROFESOR : CARLOS RAMIREZ REVISION : REV 0 FECHA : MARZO DEL 2009 DISENO DE ESTRUCTURAS METALICAS La presión Ph puede ser estimada mediante la sgte. expresión, según formula entrega en punto 6.1. de la Nch 432 : Ph = q = [ u ^ 2 ] / 16 q : Presión básica, [Kg / m2 ] u : velocidad máxima instantánea del viento, [ m / seg ] Para el diseñó de costaneras de techo debemos considerar la altura HC ( altura a la cumbrera de la estructura ). PROFESOR : CARLOS RAMIREZ REVISION : REV 0 FECHA : MARZO DEL 2009 DISENO DE ESTRUCTURAS METALICAS 2.7.1.4 Carga de Montaje ( M ) Se considera una carga puntual M = 100 ( Kg) aplicada en el centro de la costanera ( según Nch 1537 ). 2.7.2 Espaciamiento entre costaneras de techo El espaciamiento entre costaneras depende de las recomendaciones del fabricante de la plancha de techo:PV-4 , PV-6 , Plancha Zinc, etc. ). Para efectos de este curso debe considerarse PV4 o Pv6. Nota : Para efectos del curso no existe carga de nieve PROFESOR : CARLOS RAMIREZ REVISION : REV 0 FECHA : MARZO DEL 2009 DISENO DE ESTRUCTURAS METALICAS 2.7.3 Modelo estructural de la costanera de techo ( dos corridas de colgadores ) Eje débil y Eje fuerte X L L/3 L/3 L/3 PROFESOR : CARLOS RAMIREZ REVISION : REV 0 FECHA : MARZO DEL 2009 DISENO DE ESTRUCTURAS METALICAS 2.7.4 Cargas Unitarias en costaneras de techo [ Kg / m ] A. Cargas de peso propio ( CM ) B. Sobrecarga ( Lr ) C. Carga de montaje ( M ) PROFESOR : CARLOS RAMIREZ REVISION : REV 0 FECHA : MARZO DEL 2009 D. Carga de Viento ( W ) Para estructuras cerradas la carga de viento esta dada por ( Ver Nch 432 ). S: espaciamiento entre costaneras. Pb: presión básica Wbar , sot: viento de barlovento y sotavento PROFESOR : CARLOS RAMIREZ REVISION : REV 0 FECHA : MARZO DEL 2009 DISENO DE ESTRUCTURAS METALICAS 2.7.5. Combinaciones de cargas costaneras de techo C1 : DD + Lr C2 : 0.75DD + 0.75Wbar C3 : 0.75DD + 0.75Wsot C4 : DD + M DD : Carga muerta Lr : Carga viva de techo Wbar : Carga de viento de barlovento Wsot : Carga de viento de sotavento M : Carga de montaje Nota : Revisar diagramas de momentos que traen manuales de diseñó: AISC y/o ICHA. PROFESOR : CARLOS RAMIREZ REVISION : REV 0 FECHA : MARZO DEL 2009 DISENO DE ESTRUCTURAS METALICAS 2.7.6 Verificación de la sección La verificación de resistencia por ejes y las correspondientes verificaciones de interacciones biaxiales ( momentos en X e Y ), deben realizarse basados en AISC 2005: a) Análisis de flexión biaxial en los tramos A-B, B-C y C-D. b) Interacciones biaxiales para efectos del curso deben cumplir : 0.70 < Interacción < 1.0 PROFESOR : CARLOS RAMIREZ REVISION : REV 0 FECHA : MARZO DEL 2009 DISENO DE ESTRUCTURAS METALICAS 2.7.7 Verificación de deformaciones La deformación máxima de la costanera de techo no deberá acceder el valor admisible ( Ver Nch 427 ) : Y ( adm ) = L / 200 , sobre el eje fuerte de la costanera. PROFESOR : CARLOS RAMIREZ REVISION : REV 0 FECHA : MARZO DEL 2009 DISENO DE ESTRUCTURAS METALICAS 2.7.8 DISENO DE COLGADORES En general para el uso de colgadores se pueden utilizar como criterios : L > 5 mts. : Usar dos colgadores en la costanera L > 10 mts. : Usar tres colgadores en la costanera Estos se disponen en forma cruzada entre costaneras, de tal forma que pueden ser considerados como arriostramientos de flexión tal como se indico en los puntos anteriores en este documento. En general se usan diámetros de barras entre 8 y 12 mm.. PROFESOR : CARLOS RAMIREZ REVISION : REV 0 FECHA : MARZO DEL 2009 DISENO DE ESTRUCTURAS METALICAS 2.7.8.1 Aspectos Generales La carga para diseñar los colgadores se obtienen de las reacciones del modelo para el Eje Y-Y de las costaneras de techo - Carga nominal de tracción - Resistencia admisible a tracción - Verificación del colgador PROFESOR : CARLOS RAMIREZ REVISION : REV 0 FECHA : MARZO DEL 2009 DISENO DE ESTRUCTURAS METALICAS R = n * Ti Ti : Reacción de apoyo en eje débil de la costanera n : número de costaneras que resiste el ultimo colgador de techo En general se usa acero A 42-23 o SAE 1020 para los colgadores [ Fy = 2300(Kg/cm2)]. PROFESOR : CARLOS RAMIREZ REVISION : REV 0 FECHA : MARZO DEL 2009 DISENO DE ESTRUCTURAS METALICAS 2.8 COSTANERAS LATERALES Y DE FRONTONES 2.8.1 Cargas en costaneras laterales y de frontones 2.8.1.1 Cargas permanentes ( CM ) Peso propio de la costanera : Qpp ( Kg / m ) Peso propio de la cubierta : Qpl ( Kg / m2 ) 2.8.1.2 Sobrecarga ( LL ) En general no se consideran sobrecargas para el caso de las costaneras de laterales y de frontones. PROFESOR : CARLOS RAMIREZ REVISION : REV 0 FECHA : MARZO DEL 2009 DISENO DE ESTRUCTURAS METALICAS 2.8.1.3 Carga de Viento ( W ) Al igual que para el caso de las costaneras de techo, para la determinación de las cargas de viento de costaneras laterales y de frontones se requiere el cálculo de la Presión Básica del viento (Pb ). Para la determinación de Pb referirse al punto 2.7.1.3 de costaneras de techo, pero considerando las sgtes. alturas de cálculo : Costaneras laterales : HH Costaneras frontales : HC PROFESOR : CARLOS RAMIREZ REVISION : REV 0 FECHA : MARZO DEL 2009 DISENO DE ESTRUCTURAS METALICAS 2.8.1.4 Carga de Montaje ( M ) Se considera una carga puntual M = 100 ( Kg) aplicada en el centro de la costanera ( según Nch 1537 ). 2.8.2 Espaciamiento entre costaneras de techo El espaciamiento entre costaneras depende de las recomendaciones del fabricante de la plancha de techo:PV-4 , PV-6 , Plancha Zinc, etc. Para efectos de este curso debe considerarse PV4 o PV6. Nota : Para efectos del curso no existe carga de nieve PROFESOR : CARLOS RAMIREZ REVISION : REV 0 FECHA : MARZO DEL 2009 DISENO DE ESTRUCTURAS METALICAS 2.8.2 Modelo estructural de las costaneras de laterales y de frontones Eje débil y Eje fuerte X L L/3 L/3 L/3 PROFESOR : CARLOS RAMIREZ REVISION : REV 0 FECHA : MARZO DEL 2009 DISENO DE ESTRUCTURAS METALICAS 2.8.3 Cargas Unitarias en costaneras de laterales [ Kg / m ] A. Cargas de peso propio ( CM ) B. Carga de montaje ( M ) PROFESOR : CARLOS RAMIREZ REVISION : REV 0 FECHA : MARZO DEL 2009 DISENO DE ESTRUCTURAS METALICAS C. Carga de Viento ( W ) C.1 Costaneras Laterales Para estructuras cerradas la carga de viento distribuida esta dada por : Pb : Presión básica del viento s : Espaciamiento entre costaneras PROFESOR : CARLOS RAMIREZ REVISION : REV 0 FECHA : MARZO DEL 2009 DISENO DE ESTRUCTURAS METALICAS C.2 Costaneras Frontales Para estructuras cerradas la carga de viento distribuida esta dada por : Pb : Presión básica del viento s : Espaciamiento entre costaneras PROFESOR : CARLOS RAMIREZ REVISION : REV 0 FECHA : MARZO DEL 2009 DISENO DE ESTRUCTURAS METALICAS 2.8.4 Combinaciones de carga C1 : DD C2 : 0.75DD + 0.75Wbar C3 : 0.75DD + 0.75Wsot C4 : DD + M DD : Carga muerta Lr : Carga viva de techo Wbar : Carga de viento de barlovento Wsot : Carga de viento de sotavento M : Carga de montaje Nota : Revisar diagramas de momentos que traen manuales de diseñó: AISC y/o ICHA. PROFESOR : CARLOS RAMIREZ REVISION : REV 0 FECHA : MARZO DEL 2009 DISENO DE ESTRUCTURAS METALICAS 2.8.5 Verificación de deformaciones La deformación máxima de la costanera de techo no deberá acceder el valor admisible ( ver Nch 427 ) : Y ( adm ) = L / 120 , sobre el eje fuerte de la costanera. Y max = [ 5 * V * L ^ 4 ] / [ 384 * E * Ix ] < Y ( adm ) V = máximo [ W bar , W sot ] PROFESOR : CARLOS RAMIREZ REVISION : REV 0 FECHA : MARZO DEL 2009 DISENO DE ESTRUCTURAS METALICAS 2.8.6 Verificación de la sección La verificación de resistencia por ejes y las correspondientes verificaciones de interacciones biaxiales ( momentos en X e Y ), deben realizarse basados en AISC 2005. a) Análisis de flexión biaxial en los tramos A-B, B-C y C-D. b) Interacciones biaxiales para efectos del curso deben cumplir : 0.70 < Interacción < 1.0 2.8.8 Calculo de colgadores Referirse el punto 2.7.8 ( costaneras de techo ) PROFESOR : CARLOS RAMIREZ REVISION : REV 0 FECHA : MARZO DEL 2009
