Bases de Calculo Dem 001 2014

CAPITULO I

CRITERIOS DE DISENO

PROFESOR : CARLOS RAMIREZ V.INGENIERO CIVILREVISION DOC. : REV 0FECHA : MARZO DEL 2014

PROYECTO DE ESTRUCTURAS

DOC : DEM-001

1. ALCANCE

2. MATERIALES

3. NORMAS Y CODIGOS DE DISENO

4. METODOS DE DISENO

5. CARGAS DE DISENO

6. COMBINACIONES DE CARGA

7. DEFORMACIONES

INDICE CONTENIDOS

I. ALCANCE

El presente documento entregas las bases tcnicas con las cuales es factible disear una estructura.

I. ALCANCE CONTENIDOS

II. MATERIALES ACERO ESTRUCTURAL

II. ACERO ESTRUCTURAL !NORMA AISC 2010


Adicional a los materiales entregados por la norma AISC, existen otros tiposde acero cuyas caractersticas tcnicas son distintas a las citadas en dichanorma, por ejemplo, en Chile existen aceros de produccin nacional(Huachipato) de uso habitual en las construcciones.

II. ACERO ESTRUCTURAL !NORMA AISC 2010


A continuacin se presentan algunos tipos de aceros de uso estructural deprocedencia extrajera y nacional, con las correspondientes propiedadesmecnicas.

Acero Fy Fu Fy / Fu Uso principal del acero DescripcinKg/cm2 Kg/cm2 ( en Chile )

Planchas NacionalesA52-34 3400 5200 0.65 Puentes Acero alta resistenciaA42-27 2700 4200 0.64 Estructuras Acero al carbonoA37-24 2400 3700 0.65 Estructuras Acero al carbono

Planchas ImportadasA36 2530 4080 0.62 Estructuras Acero al carbono

A572 gr 42 2960 4232 0.70 Puentes y Estructuras Acero alta resistenciaA572 gr 45 3164 4232 0.75 Puentes y Estructuras Acero alta resistenciaA572 gr 50 3515 4591 0.77 Puentes y Estructuras Acero alta resistenciaA572 gr 55 3874 4943 0.78 Puentes y Estructuras Acero alta resistenciaA572 gr 60 4232 5252 0.81 Puentes y Estructuras Acero alta resistenciaA572 gr 65 4591 5610 0.82 Puentes y Estructuras Acero alta resistencia

Planchas ImportadasA588 3515 4943 0.71 Puentes y Estructuras Acero alta resistencia con

Perfiles W Laminados propiedades anticorrosivasA992 3515 4591 0.77 Estructuras Acero dualA36 2531 4078 0.62 Estructuras Acero al carbono

A572 gr 50 3515 4591 0.77 Estructuras Acero alta resistencia

PROPIEDADES MECANICAS DEL ACERO

II. ACERO ESTRUCTURAL !PROPIEDADES MECANICAS

Nadia Paola Mahuca Aguayo






II. MATERIALES ACERO ESTRUCTURAL / TIPO DE PERFILES

II. ACERO ESTRUCTURAL !TIPO DE PERFILES

A. Perfiles plegados:

Generalmente son de espesores pequeos y se obtienen de un procesode doblado en fro. (Secciones L y C)

Son econmicos pero generan tensiones residuales en las zonas dedoblado, lo que !disminuyen su calidad".



B. Perfiles laminados:

Se obtienen haciendo pasar planchas de acero, a alta temperatura, por rodillos que le dan la forma deseada. (Su cantidad de secciones es limitada).

Estos perfiles presentan concentraciones de tensiones debidas a cambios trmicos, sin embargo, son los de !mejor calidad".



C. Perfiles armados o soldados.

Este tipo de perfiles es formado a travs de planchas soldadas entre s.

Tpico de produccin nacional:



#Principalmente los pernos de alta resistencia usados en los proyectos estructurales corresponden a: ASTM A325 y A490.

#Los pernos A325 estn disponibles en dos tipos, denominados Tipo 1y Tipo 3, siendo los dimetros usuales "y 1". El Tipo 1 es de usogeneral y en casos con temperatura elevada. El Tipo 3 tiene mejorresistencia a la corrosin y a la intemperie.

A. Pernos alta resistencia

II. MATERIALES PERNOS DE CONEXION

II. MATERIALES !PERNOS DE CONEXION

B. Pernos corrientes

Los pernos corrientes son utilizados principalmente para conexiones de elementos secundarios y/o miscelneos.

Los pernos corrientes usados en los proyectos desarrollados en Chile corresponden a: ASTM A307.

NotaNota: Resistencias de los pernos de alta resistencia y pernos corrientes sern entregados en detalle en el Capitulo de Conexiones.

II. MATERIALES PERNOS DE CONEXION

II. MATERIALES !PERNOS DE CONEXION

Los principales aceros usados para pernos de anclaje en proyectos desarrollados en Chile corresponden a:

II. MATERIALES PERNOS DE ANCLAJE

II. MATERIALES !PERNOS DE ANCLAJE

Calidad del Electrodos (Uniones Soldadas):

Acero ASTM A36 : Electrodo E70Acero ASTM A572 : Electrodo E70Acero A 42-27 : Electrodo E70

E70 : Electrodo de Tensin de Ruptura de 70000 ( psi ) para efectos del calculo de soldaduras.

NotaNota: Resistencias y clculos de soldaduras sern entregados en el Capitulo de Conexiones

II. MATERIALES SOLDADURAS

II. MATERIALES !ELECTRODOS

- Hormign de fundaciones

- Hormign de losas de piso

- Acero de conectores de corte ( losas colaborantes )

- Acero de placas de losas colaborantes

- Revestimientos laterales de edificios

-Insertos de hormign

-Albailera

II. MATERIALES OTROS MATERIALES

II. MATERIALES !OTROS

III. NORMAS Y CODIGOS DE DISENO LISTADO

A continuacin se entregan algunas normas usadas habitualmente en los diseosestructurales:

3.1. NCh 1537 Of. 2009, Diseo Estructural de Edificios, Cargas Permanentes ySobrecargas de Uso.

3.2. NCh 432 Of. 71, Efecto de la Accin del Viento sobre las Construcciones.

3.3. NCh 433 Of. 96, Diseo Ssmico de Edificios.

3.4. NCh 427 Of. 77, Especificacin para el Clculo de Edificios en Acero.

3.5. NCh 2369 Of.2003, Diseo Ssmico de Estructuras e InstalacionesIndustriales.

3.7. NCh 431 Of.77, Sobrecarga de Nieve.

3.8. NCh 3171 Of.2010, Combinaciones de carga

III. NORMAS Y CODIGOS DE DISENO

-3.8. !Building Code Requirements for Reinforced Concrete" del AmericanConcrete Institute. ACI 318, ltima edicin.

3.9. Structural Weliding Code, AWS, American Welding Society.

3.10. Specifications for Structural Joints Using ASTM A325 or A490 Bolts, AISC.

3.11. ASCE 7-10: Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures

3.12. Specification for Structural Steel Buildings, AISC (2010).

3.13. Specification for the Desing of Cold-Formed Steel Structural Members, AISI,1986.

3.14. Uniform Building Code, UBC.

III. NORMAS Y CODIGOS DE DISENO LISTADO

IV. METODOS DE DISENO ESTRUCTURA AISC - 2010

Nota: En este curso se diseara por el mtodo de tensiones admisibles ASD para las estructuras metlicas.

4.1. METODO DE DISENO ESTRUCTURA METALICA !AISC 2010

IV. METODOS DE DISENO HORMIGON ARMADO - ACI

4.2. METODO DE DISENO HORMIGON ARMADO - ACI

Para el diseo de zapatas aisladas, pedestales, insertos (si aplica) y losas de piso de hormign, se utiliza el mtodo a la rotura en conformidad a la ultima edicin del ACI.

Para el clculo de las cargas de diseo, se deben tomar aquellos valores de carga que representan la situacin ms desfavorable correspondiente a los requerimientos establecidos por las normas respectivas.

5.1. CARGA MUERTA ( D )

A continuacin se indican algunas cargas muertas que se presentan en proyectos industriales:

- Peso propio de cubiertas (de techo y laterales)- Peso propio de costaneras (de techo y laterales)- Peso propio de tuberas- Peso propio de equipos elctricos - Peso propio de sistemas motrices - Peso propio de sistemas de refrigeracin- Peso propio de equipos de aire acondicionado- Peso propio de puente gra (incluidos carros)

V. CARGAS DE DISEO CARGA MUERTA D

V. CARGAS DE DISEO

- Peso propio de tabiques- Peso propio de losa de hormign (con deck o sin deck)- Peso propio terminacin de piso (baldosas, parquet, etc.)- Peso propio de cielo falso- Acero estructural: El peso asociado a los perfiles principales de la estructura, es calculado en forma general internamente por los programas estructurales, por ejemplo, RAM. El peso especifico del acero equivale a 7850 [Kg/m3]

V. CARGAS DE DISENO CARGA MUERTA D

NotaNota: Peso de otros materiales pueden ser encontrados en la norma Nch 1537 2009 / Anexo B.

5.2. CARGA VIVA (SOBRECARGA).

La norma chilena de sobrecargas ( cargas vivas ) corresponde a la Nch 1537.

A. Carga viva de piso ( L )

La carga viva de piso debe ser determinada de acuerdo al punto 5.2 de la Nch 1537 2009, Tabla 4 y aplicacin de reducciones segn punto 8.1.

V. CARGAS DE DISENO CARGAS VIVAS DE PISO L

B. Carga viva de techo ( Lr ).

La carga viva de techo debe ser determinada segn Nch 1537 2009, punto 5.2., Tabla 4 y aplicacin de reducciones segn punto 8.2. La reduccin indicada depende del rea tributaria y de la pendiente de techo.

V. CARGAS DE DISENO CARGAS VIVAS DE TECHO Lr

La accin del viento sobre la estructura esta abordada por la norma chilena Nch 432Of71 (existe norma actualizada pero para fine del curso se usara la Nch432 indicada).

Para la determinacin de las cargas de viento es fundamental el clculo de la Presin Bsica del viento ( q ).

Para calcular la presin antes mencionada se pueden presentar dos situaciones:

A. Presin bsica de viento ( q ).

A.1. No existen estadsticas del viento

La norma Nch 432 establece para este caso usar la Tabla 1 de dicha norma ! Presin Bsica para diferentes alturas sobre el suelo !. Esta entrega valores para estructuras situadas en ciudad o campo abierto.

V. CARGAS DE DISENO CARGA DE VIENTO W

5.3 CARGAS DE VIENTO (W)

V. CARGAS DE DISENO CARGAS DE VIENTO W

A.2. Existen estadsticas de la velocidad mxima instantnea

La norma Nch 432 indica usar ecuaciones bsicas 6.1) y 6.2) mas Apndice A3.1.

V. CARGAS DE DISENO CARGAS DE VIENTO W

B. Coeficientes de forma

Los coeficientes de formas tienen por objeto considerar la forma de la estructura expuesta a la carga de viento.

La Nch432 entrega una serie de casos de coeficientes de forma que se encuentran en la practica. A continuacin se muestran algunos ejemplos:

V. CARGAS DE DISENO CARGAS DE VIENTO / COEF. DE FORMA

Fig. a: Estructura simtrica completamente cerrada


Fig. b y c: Estructura asimtrica completamente cerrada


Fig. a" y b": Estructura simtrica abierta lateralmente


Fig. c" y d": Estructura simtrica abierta en un costado lateral


Fig. : Muro aislado sometido a carga de viento

La accin ssmica sobre la estructura esta abordada por las sgtes. normas chilenas :

Edificios habitacionales con diafragma rgido : Nch433 Edificios Industriales : Nch 2369 (Norma a aplicar en este curso)

En general el diseo ssmico debe establecer por lo menos los sgtes. parmetros de diseo bsicos :

- Tipo de anlisis ( Mtodo Elstico Esttico o Mtodo Dinmico)- Tipo de estructura- Tipo de suelo- Zona ssmica - Coeficiente ssmico mnimo - Coeficiente ssmico mximo- Coeficiente de importancia ( I ).

V. CARGAS DE DISENO CARGA SISMICA E

5.4. CARGAS SISMICA (E)

A. Mtodo elstico esttico

Corte basal: Q = C W I

W1

Ma

Movimiento del suelo

W2

V. CARGAS DE DISENO CARGA SISMICA E / METODO ESTATICO

W1

Q1 + Q2 = Q

Cortante basal

W2Q2

Q1

A.1. Coeficiente ssmico esttico Nch2369 (norma a aplicar en este curso).

N, T$ : son parmetros relativos al tipo de suelo de fundacin

Ao : aceleracin efectiva mxima del suelo

R : factor de modificacin de la respuesta

T* : es el periodo del modo con mayor masa trasnacional equivalente en la direccin de anlisis

: razn de amortiguamiento


La Nch2369 establece en el punto 5.3.3 la expresin para calculo de coeficiente ssmico esttico:

Nota: Para mayor informacin ver Nch2369.

Segn Nch2369 punto 5.3.3.2, en ningn caso el valor de C ser menor que 0.25Ao/g

Por otra parte Nch2369 punto 5.3.3.1, establece que el valor de C no necesita ser mayor que el indicado en la tabla 5.7 de dicho documento, la cual se muestra a continuacin:.


En el caso que utilice metodo de diseo modal espectral, la Nch2369 en punto 5.4.2 establece el espectro:

V. CARGAS DE DISENO CARGA SISMICA E / METODO DINAMICO

5.5. CARGAS DE IMPACTO

5.5.1. Nch 1537: la norma en punto 9.1 entrega algunos valores de cargas de impacto, los cuales se detallan a continuacin.

V. CARGAS DE DISENO CARGAS DE IMPACTO

V. CARGAS DE DISENO CARGAS DE IMPACTO

5.6. OTRAS CARGAS

R : Carga debida a lluvia

T : Gradiente de temperatura.

S : Carga de nieve (Nch 431).

V. CARGAS DE DISENO OTRAS CARGAS

6.1. COMBINACIONES DE CARGA ESTRUCTURAS METALICAS

6.1.1.- Combinaciones entregadas por Nch 3171 ( Mtodo ASD)

1.- D2.- D + L3.- D + ( Lr o S o R )4.- D + 0.75L + 0.75( Lr o S o R )5a.- D + W5b.- D + E 6a.- D + 0.75W + 075L + 0.75 ( Lr o S o R )6b.- D + 0.75E + 0.75L + 0.75S7.- 0.6D + W8.- 0.6D + E

A continuacin se indican las combinaciones de carga entregadas por el UBC, ASIC - DG 07 y Nch 2369 para el mtodo ASD (a utilizar en el curso).

VI. COMBINACIONES DE CARGA NCH - AISC - DG 07

NOTA: Para el diseo de fundaciones superficiales aisladas con las combinaciones (7) y (8) delmtodo ASD, se debe asegurar un factor de seguridad al volcamiento mayor que 1,5 y/o unrea comprimida mnima de 50%


A estas combinaciones se deben agregar las excepciones siguientes:

a) Cuando las cargas F y T estn presentes, ellas se deben incluir con el mismofactor de la carga D en todas las combinaciones excepto la (7).

b) Cuando la carga H est presente, su factor debe ser 1,0 en lascombinaciones (2), (3) y (4), y cuando la accin de H se suma al efecto de lascargas E o W en las combinaciones (5), (5b), (6a) y (6b). Asimismo su factordebe ser 0 en las combinaciones (6) y (7) cuando la presin lateral del suelocontrarresta la accin de E o W. Cuando la presin lateral del suelo proporcionaresistencia a las acciones de otras fuerzas, no debe ser incluida en H pero sdebe ser incluida en la resistencia de diseo.

c) En las combinaciones (3), (4), (6a) y (6b), la carga concurrente S debe sertomada ya sea como la carga de nieve para techo plano (pf) o como la carga denieve para techo inclinado (ps).


Los efectos ms desfavorables de cargas del viento y del terremoto deben serconsiderados, cuando sea apropiado, pero no necesitan ser consideradas queactan simultneamente.

No deben ser utilizados incrementos en las tensiones admisibles con lascombinaciones de cargas dadas en esta norma a menos que pueda serdemostrado que tal aumento es justificado por el comportamiento estructuralcausado por la rapidez o la duracin de la carga, tales aumentos, deben estarindicados en la norma de diseo de cada material.

En zonas donde la presencia de viento y nieve no es eventual, por ejemplo,zonas montaosas o ubicadas en las regiones XI o XII, se deben estudiarcombinaciones especiales que reemplacen la combinacin (6), anteriormenteindicada, pero que no sean menores que la original.

NOTAS:-La norma Nch 3171 adems entrega combinaciones que incluyen hielo einundaciones (para mayor informacin ver norma respectiva).

-Para las combinaciones entregadas por la norma Nch3171 no se permiteaumentar en un 33% las tensiones admisibles.

6.1.2.- Combinaciones entregadas por AISC - DG 07 - ASD ( Estructuras Industriales )

Las siguientes combinaciones de cargas son validas para edificio industrial conun puente gra:

9.- D + L + ( Lr o S o R ) + Cv + Civ + Cit + Cil10.- D + L + ( Lr o S o R ) + Cv + Civ + W11.- D + L + ( Lr o S o R ) + Cv + Civ + Cit + 0.5W12.- D + L + ( Lr o S o R ) + Cd + E

Para las combinaciones de carga entregadas por AISC DG7 que contengancargas de viento o sismo, se permite aumentar en un 33% las tensionesadmisibles para la verificacin de elementos.


6.1.3.- Combinaciones entregadas por Nch2369 - ASD (EstructurasIndustriales)

13.- D + a*Lc + La + Lo + Eh + Ev14.- D + La + Eh + Eva : factor que toma en cuenta la probabilidad de ocurrencia simultanea de Lc y E.

La Nch2369 entrega los sgtes. valores :

Para las combinaciones entregadas en Nch2369 se permite aumentar lastensiones admisibles en un 33% en el caso que la combinacin contenga cargaseventuales ( E o W ).


VI. COMBINACIONES DE CARGA HORMIGON ARMADO

Combinaciones de carga utilizando Apndice C del ACI 318-05 y NCh 2369.

6.2. COMBINACIONES DE CARGA PARA HORMIGON

Nomenclatura:

D : Peso propio de la estructura y otras cargas permanentes ( cargas muertas )L : Carga viva o sobrecargaLr : Carga viva de techo o sobrecarga de techoW : Carga de vientoE : Carga ssmicaEh : Carga ssmica horizontal Nch 2369Ev : Carga ssmica vertical Nch 2369S : Carga de nieveCv : Carga vertical de izajeCiv : Carga de impacto verticalCit : Carga de impacto transversalCil : Carga de impacto longitudinalCd : Carga muerta de puente gra en posicin mas desfavorableLc : Sobrecarga normal de operacin en estructuras industriales (Nch 2369)Lo : Sobrecarga especial de operacin en estructuras industriales: impactos, temperaturas, etc.(Nch 2369)La : Sobrecarga accidental : explosiones, sobrellenados y cortocircuitosR : Carga debida a lluviaF : Carga debido a los lquidos con presiones y alturas mximas bien definidasT : fuerzas internasH :Carga debido a la presin lateral de tierra, a la presin del agua subterrnea, o a la presinlateral de materiales a granel, ms el empuje ssmico de suelo u otros materiales en lascombinaciones que incluyan el efecto ssmico

VI. COMBINACIONES DE CARGA NOMENCLATURA

7.1. Estructuras Metlicas: Deformaciones extradas de ICHA Edicin 2001.

VII. DEFORMACIONES ICHA EDICION 2001

7.2. Estructuras Metlicas: Deformaciones ssmicas extradas de Nch 2369, punto 6.1.

VII. DEFORMACIONES Nch 2369

Cuando el anlisis se hace con las solicitaciones ssmicas reducidas por el factor R, las deformaciones se deben determinar de:.

d: deformacin ssmica.

do: deformacin debida a carga de servicio no ssmicas.

R1: factor que resulta de multiplicar R obtenido de la Tabla 5.6 por el cuociente Qo/Qmin, siempre que sea menor o igual a 1. Sin embargo, para cuociente Qo/Qmin no se debe usar un valor inferior a 0.5. en caso que este cuociente sea mayor a 1, se debe usar R=R1.

dd: deformacin calculada con solicitaciones ssmicas reducidas por el factor R.

Si se usan los mtodos anelsticos, la deformacin d se debe obtener directamente del anlisis.

VII. DEFORMACIONES Nch 2369

Deformaciones Ssmicas Mximas: extradas de Nch 2369, punto 6.3.

h: altura del piso o entre dos pisos ubicados sobre una misma vertical

De acuerdo a Nch 2369 punto 6.4, el efecto P-Delta debe ser considerado si las deformaciones ssmicas exceden d = 0.015 h.

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