Diseño Estructural de Un Galpon

1

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

ESTRUCTURAS METÁLICAS

PROYECTO:

DISEÑO ESTRUCTURAL DE UN GALPÓN PARA UN

TALLER MECÁNICO EN LA CUIDAD DE MACHALA

JAVIER BARBA

JOSÉ SANDOVAL

2

INDICE

OBJETIVOS ..................................................................................................................................................... 3

1. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA ............................................................................................................... 3

1.1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................. 3

1.2 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS ESTRUCTURAS DE ACERO ...................................................... 4

1.3 APLICACIONES ............................................................................................................................... 5

1.4 ACERO ESTRUCTURAL ................................................................................................................... 6

1.5 TIPO DE PERFILES UTILIZADOS EN ESTRUCTURAS METALICAS ..................................................... 7

1.6 TIPOS DE CARGAS .......................................................................................................................... 8

1.6.1 Carga muerta o permanente ................................................................................................. 8

1.6.2 Cargas de uso o cargas vivas ................................................................................................. 8

1.6.3 Combinación de cargas ....................................................................................................... 10

2. DISEÑO DEL GALPON .......................................................................................................................... 11

2.1 PROCEDIMIENTO ......................................................................................................................... 11

2.2 DIMENSIONES ............................................................................................................................. 11

2.4 PERFILES UTILIZADOS EN EL DISEÑO DEL GALPON ..................................................................... 14

2.5 PESO TOTAL DE LA ESTRUCTURA ................................................................................................ 16

2.6 DETERMINACION DE CARGAS ..................................................................................................... 17

2.6.1 Carga viva ............................................................................................................................ 17

2.6.2 Carga muerta....................................................................................................................... 17

2.6.3 Carga de viento ................................................................................................................... 20

2.6.4 Carga de Sísmica ................................................................................................................. 23

2.7 DISEÑO DE LA SOLDADURA ......................................................................................................... 24

2.7.1 ANALISIS DE LA SOLDADURA EN LAS VIGAS IPE 500 ........................................................... 25

2.7.2 ANALISIS DE LA SOLDADURA EN LAS CORREAS .................................................................. 27

2.7.3 ANALISIS DE LA SOLDADURA EN LAS RIOSTRAS .................................................................. 28

2.8 RESULTADOS DE LA SOLDADURA ................................................................................................ 28

RESULTADOS DEL SAP 2000 ........................................................................................................................ 29

DISEÑO DE COLUMNAS ............................................................................................................................... 33

CIMENTACION ............................................................................................................................................. 37

DISEÑO DE LA PLACA BASE ......................................................................................................................... 40

ANALISIS DE LOS COSTOS DE LA CONSTRUCCION DEL GALPON ................................................................. 42

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES...................................................................................................... 55

3

OBJETIVOS

Diseñar un galpón para un taller mecánico en la cuidad de Machala.

Utilizar un software de diseño estructural para la realización del galpón.

Diseñar el galpón con las consideraciones de la norma ecuatoriana de la

construcción.

Aplicar los conocimientos adquiridos de la materia de Estructuras Metálicas para

el desarrollo del proyecto.

1. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA

1.1 INTRODUCCIÓN

Una estructura industrial es un “conjunto de elementos resistentes capaces de

mantener sus formas y cualidades a lo largo del tiempo, bajo la acción de las

cargas y agentes exteriores a los que son sometido”.

Los materiales empleados en su construcción suelen ser metales y/u hormigón,

pudiéndose recurrir al empleo de materiales compuestos para determinados

elementos estructurales o para aplicaciones especiales.

Las construcciones ejecutadas con estructuras metálicas permiten luces

mayores, especialmente interesantes para locales comerciales, industrias, donde

se requieran edificios sin pilares intermedios, así como para edificios de grandes

alturas, sin pilares excesivamente gruesos, evitando ocupar espacios

importantes.

Las estructuras es de acero son conformadas mediante uniones soldadas o

empernadas.

4

FIG. 1. ESTRUCTURA DEL GALPÓN

1.2 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS ESTRUCTURAS DE ACERO

El empleo del acero en las estructuras industriales tiene una serie de ventajas sobre otros

materiales que hace que las estructuras metálicas ocupen un margen amplio de la

industria, entre las principales ventajas tenemos:

o Las estructuras metálicas tienen deformaciones, antes de producirse el fallo

definitivo.

o 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.

o 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 son reducidos y los anchos aún son menores.

En general las estructuras metálicas pesan poco y tienen elevada resistencia.

o Las estructuras metálicas no sufren fenómenos geológicos que, salvo

deformaciones térmicas, deban tenerse en cuenta.

5

o Las estructuras metálicas se construyen de forma rápida, ya que al ser elementos

prefabricados, en parte, pueden montarse en taller.

o Al demolerlas todavía conserva el valor residual del material, ya que este es

recuperable.

También presenta algunas desventajas que obligan a tener ciertas precauciones al

emplearlas. Las principales son:

o Son necesarios dispositivos adicionales para conseguir la rigidez como

diagonales, nudos rígidos, etc.

o La elevada resistencia del material origina problemas de esbeltez.

o Es necesario proteger las estructuras metálicas de la corrosión y del fuego.

o El resultado de las uniones soldadas es dudoso, especialmente en piezas

trabajando a tracción y los defectos producidos en la misma como: falta de

penetración, falta de fusión, poros e inclusiones, grietas, mordeduras, picaduras

y desbordamientos

1.3 APLICACIONES

Debido a que las estructuras metálicas tienen favorables ventajas se las utiliza para:

Cubiertas para coliseos, centros comerciales, puentes

Figura # 02. ESTRUCTURAS PARA TECHOS

6

FIGURA # 03. ESTRUCTURAS DOMESTICAS

FIGURA # 04. ESTRUCTURAS DE PUENTES Y JUEGOS MECANICOS

1.4 ACERO ESTRUCTURAL

El acero es una aleación basada en hierro, que contiene carbono y pequeñas

cantidades de otros elementos químicos metálicos. Generalmente el carbono

representa entre el 0.5% y el 1.5% de la aleación

El Acero estructural es uno de los materiales básicos utilizados en la construcción

de estructuras, tales como edificios industriales y comerciales, puentes y muelles.

Se produce en una amplia gama de formas y grados, lo que permite una gran

flexibilidad en su uso. Es relativamente barato de fabricar y es el material más

fuerte y más versátil disponible para la industria de la construcción.

7

1.5 TIPO DE PERFILES UTILIZADOS EN ESTRUCTURAS METALICAS

El acero que sale del horno alto de colada de la siderurgia es convertido en acero

bruto fundido en lingotes de gran peso y tamaño que posteriormente hay que

laminar para poder convertir el acero en los múltiples tipos de perfiles comerciales

que existen de acuerdo al uso que vaya a darse del mismo.

El proceso de laminado consiste en calentar previamente los lingotes de acero

fundido a una temperatura que permita la deformación del lingote por un proceso

de estiramiento y desbaste que se produce en una cadena de cilindros a presión

llamado tren de laminación.

FIGURA # 05. TIPO DE PERFILES

8

1.6 TIPOS DE CARGAS

1.6.1 Carga muerta o permanente

Las cargas permanentes están constituidas por las masas de todos los

elementos fijos de la construcción como partes estructurales, muros, tabiques,

recubrimientos, instalaciones sanitarias, eléctricas, de acondicionamiento,

máquinas o equipos y todo artefacto integrado permanentemente a la

estructura.

1.6.2 Cargas de uso o cargas vivas

Las sobrecargas de uso dependen de la ocupación a la que está destinada la

edificación y están conformadas por la masa de las personas, muebles,

equipos y accesorios móviles o temporales, mercadería en transición.

También las cargas de viento, de sismo y de nieve o granizo, que son las

más importantes a tomar en cuenta en el diseño de las estructuras.

Las cargas vivas que excedan 4,8 kN/m2 no pueden ser reducidas, excepto

cuando el elemento soporte dos o más pisos en que se podrá reducir hasta

en un 20 %.

1.6.2.1 Cargas de viento

Cuando las construcciones comienzan a elevarse sobre el terreno, o

cuando ‚éstas, a pesar de ser bajas son muy livianas, a las acciones

derivadas del peso propio y del uso, se le suma la provocada por el viento.

En determinadas circunstancias esta acción suele adquirir valores tales

que pueden llegar a condicionar el diseño, tal es el caso de chimeneas

que se elevan muy por encima del terreno, donde el viento es la única

acción externa. Como se verá más adelante, la forma más conveniente

para este tipo de estructuras (por tener coeficientes de forma más bajos)

son las cilíndricas o las que se aproximan a ella, con lo cual se logra que

9

la carga por viento sea 1/3 menor que la producida sobre una forma

prismática.

1.6.2.2 Cargas de sismo

El efecto producido por los movimientos sísmicos en las estructuras

depende de la situación de la edificación con respecto a las zonas de

actividad sísmica en el mundo. Los movimientos del terreno le transmiten

a las construcciones aceleraciones, que producen en las estructuras

reacciones de “inercia”, según la masa y su distribución en la estructura.

La fuerza total de inercia se considera igual al denominado “cortante de

base”, el cual es un porcentaje del peso total de la construcción.

FIGURA # 06. CARGAR DE SISMO

1.6.2.3 Cargas de granizo o nieve

No se consideran cargas de nieve en el Ecuador, pero deben establecerse

las cargas de granizo adecuadas de acuerdo a la arquitectura particular

de cada edificación. Esto es particularmente importante en aquellos

diseños que no permitan un flujo libre del granizo y en los miembros que

soportaran canales para agua lluvia. En estos casos la carga deberá

considerarse solamente en los miembros afectados.

10

1.6.3 Combinación de cargas

FIGURA # 07.CUADRO DE COMBINACIONES DE CARGAS

11

DISEÑO DEL GALPON

1.7 PROCEDIMIENTO

El procedimiento que se sigue en el diseño estructural consiste en los

siguientes pasos:

Selección del tipo, dimensiones y distribución de la estructura.

Determinación de las cargas que actúan sobre ella.

Determinación de los momentos y fuerzas internas en los componentes

estructurales.

Selección del material y dimensionamiento de los miembros secundarios y

conexiones para lograr seguridad y economía

Revisión del comportamiento de la estructura en servicio.

Revisión final.

1.8 DIMENSIONES

Las dimensiones del galpón son de 25 m de ancho 12 m de alto y 30 m de

luz, estas dimensiones se han tomado ya que se tiene un espacio de 750 m2

para la construcción del mismo.

FIGURA # 08.DIMENSIONES DEL GALPON

12

FIGURA # 09.VISTA FRONTAL

FIGURA # 10.VISTA LATERAL

13

FIGURA # 11.VISTA ESQUINERA

FIGURA # 12.VISTA SUPERIOR

14

1.9 CONSIDERACIONES PARA LA COSTRUCCION DEL GALPON

La Carga puntual en los nudos inferiores de la celosía de cubierta = 8.9 𝑘𝑁/𝑚2

La velocidad del viento = 56 mph

Las cargas vivas que excedan 4,8 kN/m2 no pueden ser reducidas, excepto

cuando el elemento soporte dos o más pisos en que se podrá reducir hasta en

un 20 %.

Se considerara los tres primeros combos de carga de la tabla #

Como el diseño está orientado para una posible construcción en la cuidad de

Machala, la cimentación estará diseñada para suelos arcillosos.

1.10 PERFILES UTILIZADOS EN EL DISEÑO DEL GALPON

16

1.11 PESO TOTAL DE LA ESTRUCTURA

17

1.12 DETERMINACION DE CARGAS

1.12.1 Carga viva

Tabla 1. Cargas vivas mínimas para cubiertas en Kg/m²1

De la tabla se determina que correponde a una pendiente menor 1:3 por lo que la carga

viva es:

𝑊𝐶𝑉 = 60 𝑘𝑔

𝑚2

1.12.2 Carga muerta

La estructura va a ser construida con perfiles IPE 500 para columnas y vigas

Para perfil estructural se selecciona un IPE de 500

1 Instituto Ecuatoriano de Normalización Inen, “CÓDIGO ECUATORIANO DE LA CONSTRUCCIÓN”, Tomo 1.

18

Para perfil estructural canal tipo u de 50x25x3 mm

19

Determinación del peso propio de la estructura:

- Peso del perfil IPE 500 = 90.70 [Kg/m]

FIG. 12 DISPOSICION DE LOS PERFILES IPE Y COLOCACION DEL TECHO

Perfil IPE de 12.65 [m]

Q1= 42.20 [Kg/m]

Peso del canal “U” de 100x50x3 mm= 4.48 [Kg/m]

100 correas espaciadas a 1.25 m: 100x (12.72/2)=636[Kg]

Q2= 636[Kg]/(2*6)[m]=53[Kg/m]

Peso de la cubierta metálica: 5.75 [Kg/m2]

FIG. 13. DATOS CUBIERTA GALPÓN

Perfil tipo C

Perfil tipo IPE

Espesor 0.25 m

Medidas a pedido

Peso: 5.75 kg/m2

20

12.65x7x5.75=509.16 [Kg]

Q3=509.16/(12.65x2+6x2)=13.65[Kg/m]

𝑊 M = Q1+Q2+Q3= 78.85 [Kg/m2]

1.12.3 Carga de viento

Se asume una velocidad del viento promedio de 27 Km / h

P=q x G x Cp

Nomenclatura:

P= presión del viento sobre una superficie en Kg/m2

q= presión de velocidad en Kg/m2

G= coeficiente de respuesta de ráfaga

Cp= coeficiente para presión externa

Además se considera la siguiente ecuación para el cálculo de la presión de la

Velocidad

Q= K* (IV) 2

Donde:

Kz = coeficiente de exposición a la velocidad que tiene en cuenta la variación de la

velocidad con la altura y con la aspereza del terreno

I = coeficiente de importancia asociado en el tipo de ocupación de acuerdo con la

siguiente tabla:

Tabla 2. Coeficiente de importancia

21

Asumimos la Exposición C.- para terreno plano, campo abierto o terreno expuesto

con obstrucciones de menos de 10 metros de altura.

Para una exposición de tipo C, se calcula el coeficiente Kz de acuerdo con la siguiente

ecuación

𝐾𝑧 = 0.00256 (𝑧

32.8)

27

Donde:

z = altura del edificio en pies.

El coeficiente de respuesta de ráfaga G, se calcula a partir de la siguiente ecuación:

𝐺𝑜 = 0.65 +8.58𝐷

(𝐻30)

𝑛 ≥ 1

Donde:

D = 0.07 para exposición C.

n = 1/7 para exposición C.

h = altura del edificio en pies.

De las ecuaciones mencionadas, se procede al cálculo de las cargas de viento:

Coeficiente de importancia de ocupación, I = 1

Coeficiente de exposición, K:

𝐾𝑧 = 0.00256 (39.37

32.8)

27

𝐾𝑧 = 0.0026

22

Tabla 3. Coeficiente de presion externa

𝐺𝑜 = 0.65 +8.58 ∗ 0.07

(39.37

30 )1/7

1.227 ≥ 1

La presión del viento se cuantifica como sigue:

Q= 0.0026* (1*50)2 = 6.5 lb/ft2

Coeficiente de presión externa

ℎ

𝑑=

12

10= 1.2 ≥ 1

Cp=-0.9

𝑊𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 6.5 ∗ 1.227 ∗ 0.9

𝑊𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 35.04 𝑘𝑔

𝑚2

23

1.12.4 Carga de Sísmica

Para establecer la carga de sismo se considera la siguiente ecuación:

V = Z * I *K *C * S *W

Tabla 4. Coeficientes sismicos.

Donde:

V = Fuerza lateral sísmica mínima

Z = Es el coeficiente numérico de situación geográfica (tabla 4).

K = es el coeficiente numérico de geometría estructural,

24

Tabla 5. Coeficiente numérico de geometría estructural.

Reemplazando valores en las ecuaciones se determina la carga de sismo:

Z = 0,75 (se calcula para zona 3)

K = 1

Para efectos de diseño, C = 0,12

I = 1 Factor de importancia de ocupación

S = 1 Coeficiente de perfil del suelo Roca, material con una velocidad de onda que sobre

pasa los 2500 ft/seg, o depósitos duros y estables de arena, grava, o arcillas duras por

encima de roca a una profundidad menor que 200 ft.

W= 78.85 Kg/m2 * 750 m2 = 59137.5Kg

V = 59137.5 * 0,75 * 1 * 0,12 * 1 * 1

V = 5322.37 Kg

1.13 DISEÑO DE LA SOLDADURA

La ubicación y tipo de los empalmes soldados y otras soldaduras requeridas

en las barras de refuerzo deben estar indicados en los planos de diseño o en

las especificaciones del proyecto. Las normas INEN para barras de refuerzo,

excepto INEN 2167:2003, deben ser complementadas para requerir un

informe de las propiedades necesarias del material para cumplir con los

requisitos de AWS D 1.4.

25

FIG. 14. CARGAS EN LA ESTRUCTURA

1.13.1 ANALISIS DE LA SOLDADURA EN LAS VIGAS IPE 500

𝟒𝑷 = 𝟑𝟎𝟖. 𝟗𝟔 𝒌𝒈𝒇 𝒎⁄ (𝟐𝟓 𝒎)

𝑷 = 𝟏𝟗𝟑𝟏. 𝟏 𝒌𝒈𝒇

𝑷 = 𝟏. 𝟗𝟑 𝑻

𝑷 𝟐⁄ = 𝟎. 𝟗𝟕 𝑻

∑ 𝑴𝟏 = 𝟎

(𝟐𝟓) 𝑽𝟐 = 𝟐 (𝟏𝟎) + 𝟕. 𝟕 (𝟏𝟐. 𝟓)

𝑽𝟐 = 𝟒. 𝟔𝟓 𝑻

∑ 𝑭𝒚 = 𝟎

𝑽𝟏 + 𝑽𝟐 = 𝒒 𝑳

𝑽𝟏 = [𝟎. 𝟑𝟎𝟖 𝑻 𝒎⁄ (𝟐𝟓 𝒎)] − 𝟒. 𝟔𝟓 𝑻

𝑽𝟏 = 𝟑. 𝟎𝟓 𝑻

∑ 𝑭𝒚 = 𝟎

𝑽𝟏 = 𝑷 𝟐⁄ + 𝑭𝟏 𝐜𝐨𝐬 𝜽

𝟑. 𝟎𝟓 𝑻 = 𝟎. 𝟗𝟕 𝑻 + 𝑭𝟏 𝐬𝐢𝐧 𝟗. 𝟏

𝑭𝟏 = 𝟏𝟑. 𝟐 𝑻

26

∑ 𝑭𝒙 = 𝟎

𝑭𝟐 − 𝑭𝟏 𝐜𝐨𝐬 𝜽 = 𝟎

𝑭𝟐 = 𝟏𝟑. 𝟐 𝑻 𝐜𝐨𝐬 𝟗. 𝟏

𝑭𝟐 = 𝟏𝟐. 𝟗 𝑻

Análisis de la soldadura

∑ 𝑭𝒙 = 𝟎

𝑭𝟐 = 𝑭𝑨 + 𝑭𝑩

∑ 𝑴𝒎𝒏 = 𝟎

𝑭𝑨(𝟏𝟗. 𝟔 𝒊𝒏) = 𝑭𝟐 (𝟏𝟗. 𝟔 − 𝟓. 𝟑𝟕)

𝑭𝑨 = 𝟏𝟐. 𝟖𝟔 (𝟏𝟗. 𝟔 − 𝟓. 𝟑𝟕)

(𝟏𝟗. 𝟔 𝒊𝒏)

𝑭𝑨 = 𝟗. 𝟑𝟒 𝑻

𝑭𝑩 = 𝟏𝟐. 𝟗𝑻 − 𝟗. 𝟑𝟒 𝑻

𝑭𝑩 = 𝟑. 𝟓𝟔 𝑻

Calculo del área

𝑨𝒄𝟏 = 𝑭𝑨

[𝝉]𝑨𝟑𝟔

𝑨𝒄𝟏 = 𝟗. 𝟑𝟒 × 𝟐. 𝟐

𝟏𝟐. 𝟐𝟕= 𝟏. 𝟔𝟕 𝒊𝒏𝟐

𝑨𝒄𝟐 = 𝟑. 𝟓𝟔 × 𝟐. 𝟐

𝟏𝟐. 𝟐𝟕= 𝟎. 𝟔𝟒 𝒊𝒏𝟐

SE ASUME UN 𝒂𝒔𝒐𝒍𝒅 = 𝟏 𝟒⁄ 𝒊𝒏

𝒈 = (𝟎. 𝟐𝟓) 𝐜𝐨𝐬(𝟒𝟓)

27

𝒈 = 𝟎. 𝟏𝟕𝟔 𝒊𝒏

𝑨𝒄𝟏 = 𝑳𝑺𝟏 × 𝒈

𝑳𝑺𝟏 = 𝑨𝒄𝟏

𝒈

𝑳𝑺𝟏 = 𝟏. 𝟔𝟕 𝒊𝒏𝟐

𝟎. 𝟏𝟕𝟔= 𝟗. 𝟓 𝒊𝒏

𝑳𝑺𝟐 = 𝟎. 𝟔𝟒 𝒊𝒏𝟐

𝟎. 𝟏𝟕𝟔= 𝟑. 𝟔 𝒊𝒏

1.13.2 ANALISIS DE LA SOLDADURA EN LAS CORREAS

∑ 𝑭𝒙 = 𝟎

𝑭𝑪𝑶𝑹𝑹𝑬𝑨 = 𝑭𝑺𝟑 + 𝑭𝑺𝟒

∑ 𝑴𝒎𝒏 = 𝟎

𝑭𝑨(𝟕. 𝟖𝟕 𝒊𝒏) = 𝑭𝟐 (𝟕. 𝟖𝟕 − 𝟐. 𝟏𝟑)

𝑭𝑺𝟑 = 𝟒. 𝟔𝟑 (𝟕. 𝟖𝟕 − 𝟐. 𝟏𝟑)

(𝟕. 𝟖𝟕 𝒊𝒏)

𝑭𝑺𝟑 = 𝟑. 𝟒 𝑻

𝑭𝑺𝟒 = 𝟒. 𝟔𝟑 𝑻 − 𝟑. 𝟒 𝑻

𝑭𝑺𝟒 = 𝟏. 𝟐𝟓 𝑻

Calculo del área

𝑨𝑺𝟑 = 𝑭𝑨

[𝝉]𝑨𝟑𝟔

𝑨𝑺𝟑 = 𝟑. 𝟒 × 𝟐. 𝟐

𝟏𝟐. 𝟐𝟕= 𝟎. 𝟔𝟏 𝒊𝒏𝟐

𝑨𝑺𝟒 = 𝟏. 𝟐𝟓 × 𝟐. 𝟐

𝟏𝟐. 𝟐𝟕= 𝟎. 𝟐𝟐 𝒊𝒏𝟐

SE ASUME UN 𝒂𝒔𝒐𝒍𝒅 = 𝟏 𝟒⁄ 𝒊𝒏

28

𝒈 = (𝟎. 𝟐𝟓) 𝐜𝐨𝐬(𝟒𝟓)

𝒈 = 𝟎. 𝟏𝟕𝟔 𝒊𝒏

𝑨𝒄𝟏 = 𝑳𝑺𝟏 × 𝒈

𝑳𝑺𝟏 = 𝑨𝒄𝟏

𝒈

𝑳𝑺𝟏 = 𝟎. 𝟔𝟏 𝒊𝒏𝟐

𝟎. 𝟏𝟕𝟔= 𝟑. 𝟓 𝒊𝒏

𝑳𝑺𝟐 = 𝟎. 𝟐𝟐 𝒊𝒏𝟐

𝟎. 𝟏𝟕𝟔= 𝟏. 𝟐𝟓 𝒊𝒏

1.13.3 ANALISIS DE LA SOLDADURA EN LAS RIOSTRAS

𝑨 = 𝑭

𝝈

𝑨 = (𝟏. 𝟒 × 𝟐. 𝟐)𝒌𝒍𝒃

𝟐𝟏𝟏𝟒 𝒌𝒍𝒃 𝒊𝒏𝟐⁄

𝑨 = 𝟎. 𝟏𝟎𝟑 𝒊𝒏𝟐

𝑳𝑹𝒊𝒐𝒔𝒕𝒓𝒂 = 𝑨𝑺𝑹

𝒈

𝑳𝑺𝟏 = 𝟎. 𝟏𝟎𝟑 𝒊𝒏𝟐

𝟎. 𝟏𝟕𝟔 𝒊𝒏= 𝟎. 𝟔 𝒊𝒏

1.14 RESULTADOS DE LA SOLDADURA

TIPO DE

VIGA

LONGITUD DE LA

SOLDADURA (IN)

NÚMERO DE

ELEMENTOS TOTAL(in) TOTAL(m)

vigas IPE

500 13,1 12 157,2 4

Correas 4,38 120 525,6 13,4

Riostras 0,6 32 19,2 0,5

702 17,9

Tabla 6. Longitud total de soldadura

29

RESULTADOS DEL SAP 2000

33

DISEÑO DE COLUMNAS

Para el diseño de las columnas del galpón se ha tomado en consideración los valores

obtenidos en el software SAP 2000, tomando la columna 4-5 como crítica.

CALCULOS PARA LA COLUMNA 4 - 5

𝑓𝑎 < 𝐹𝑎

𝑓𝑎 < 𝑃𝑐

𝐴< 𝐹𝑎

34

Determinación del factor k de la columna:

𝐺 =

𝐼5−4

𝐿5−4

𝐼2−4

𝐿2−4

𝐼5−4 = 𝐼2−4

𝐺4 =

𝐼5−4

10𝐼2−4

25

= 10

25

𝐺4 = 0,4

𝐺5 = 1,0 Unión rígida a la cimentación

Nomograma

35

Según el nomograma el valor de 𝑘 es aproximadamente 0,53

𝑘 = 0,53

Determinación de 𝑟𝑦−𝑦:

𝜆 = 𝑘 𝐿

𝑟𝑚𝑖𝑛=

𝑘 𝐿

𝑟𝑦−𝑦≤ 𝜆𝑚𝑎𝑥

𝑟𝑦−𝑦 ≥ 1,53 × 393,7 𝑖𝑛

200

𝑟𝑦−𝑦 ≥ 3,01 𝑖𝑛

Del manual de la AISC con el valor de 𝑟𝑦−𝑦 ≥ 3,01 𝑖𝑛 se busca un perfil con un valor

cercano:

Se escoge un perfil del manual de la AISC tipo W, a continuación se detallan las

características más importantes del perfil para el diseño de la columna.

W12x96

Área: 28.2 𝑖𝑛2

𝑡𝑤 = 0.550 𝑖𝑛

𝑏𝑓 = 12.16 𝑖𝑛

𝐼𝑥−𝑥 = 833 𝑖𝑛4

𝑟𝑥−𝑥 = 5.44 𝑖𝑛4

36

𝑟𝑦−𝑦 = 3.09 𝑖𝑛4

𝜆 = 1.53𝑥393.7

3.09= 194.93

Con 𝜆𝑚𝑎𝑥 = 194.3 en la tabla 3-36 del manual de la AISC, para un acero A-36 se

obtiene:

𝐹𝑎 = 6.30

𝑓𝑎 =𝑃𝑐

𝐴=

2029.76 𝑘𝑔

28.2 𝑝𝑢𝑙𝑔2𝑥

2.2 𝑙𝑏

1 𝑘𝑔𝑥

1 𝑘𝑙𝑏

1000 𝑙𝑏= 0.16

𝑓𝑎

𝐹𝑎= 0.03 < 1

37

CIMENTACION

Sumatoria de Fuerzas en las cimentaciones:

∑ 𝐹𝑉 = 0

𝑃 = 𝐹1 + 𝐹2

𝐹1 = 𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑔𝑎𝑛𝑐ℎ𝑜

𝐹2 = 𝑅𝑒𝑠𝑢𝑙𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑎𝑑ℎ𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑒𝑙 𝑝𝑒𝑟𝑛𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑛𝑐𝑙𝑎𝑗𝑒 𝑐𝑜𝑛 𝑒𝑙 ℎ𝑜𝑟𝑚𝑖𝑔ó𝑛

𝑀

𝑑𝑜= 𝑓𝑎 × 𝑎 × ∅𝑝𝑒𝑟𝑛𝑜 × 𝜎 ℎ × 𝐿

DIAMETRO DEL PERNO

𝑓𝑡 ≤ 𝐹𝑡 → 1,66

𝐹𝑡 = 0,65 𝑦 𝑓𝑡 = 𝑃 × 4

𝜋 × ∅𝑝4

En el diseño se consideraran 4 pernos de anclaje

38

𝑀𝑥 = 2 × 𝑃𝑜 × 𝑑𝑜

Tomando pernos ISO 8.8 que tienen un 𝑆𝑦 = 64 𝑘𝑔 𝑚𝑚2⁄ y un 𝑆𝑢𝑡 = 80 𝑘𝑔 𝑚𝑚2⁄ de

varilla corrugada A-42 un 𝑆𝑦 = 4200 𝑘𝑔 𝑐𝑚2⁄

𝑀𝑥 = 4 × 𝑃 × 𝑑

𝑀𝑥 = 4 × 970 × 0.52

𝑃 = 𝑀

4 × 𝑑

𝑑 = 520 𝑚𝑚

𝑀 = 12074,33 𝑘𝑔 ∗ 𝑚

Carga aplicada al perno:

𝑃 = 𝑀

4 × 𝑑=

12074,33 𝑘𝑔 ∗ 𝑚

4 × (520 1000⁄ )= 5804,97 𝐾𝑔𝑓

Diámetro mínimo del perno:

𝑃 × 4

𝜋 × ∅𝑝

≤ 𝑓𝑡

𝑓𝑡 = 0,6 𝑆𝑦 = 0,6 × 64 (𝑘𝑔 𝑚𝑚2⁄ )

𝑓𝑡 = 38,4 [𝑘𝑔 𝑚𝑚2⁄ ]

∅𝑝 = √4 × 𝑃

𝜋 × 𝑓𝑡

∅𝑝 = √4 × 5804,97

𝜋 × 38,4

∅𝑝 = 13,87 𝑚𝑚 ≤ 16

Por lo tanto no cumple

Por facilidad de compra se toma el siguiente valor:

39

∅𝑝 = 13,87 𝑚𝑚 ×1 𝑖𝑛

25,4= 0,546 𝑖𝑛

Por lo tanto se escoge un perno con el siguiente diámetro

∅𝑝 = 0,55 𝑖𝑛

Determinación dela longitud efectiva

𝑃 = 𝐹´𝑐 × 𝑎 × ∅𝑝 + 𝐹´𝐻 × 𝜋 × ∅𝑝 × 𝐿

Donde:

𝐹´𝑐 = 𝐸𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑟𝑒𝑎𝑙 𝑎𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑑𝑜 𝑎𝑙 ℎ𝑜𝑟𝑚𝑖𝑔𝑜𝑛

𝑎 = 55 𝑚𝑚 𝑎𝑙𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑝𝑒𝑟𝑛𝑜

𝐹´𝐻 = 𝐸𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑑ℎ𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎

𝐿 = 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑝𝑒𝑟𝑛𝑜

𝐹´𝑐 = 𝑓´𝑐

𝐹𝑆

𝑓´𝑐 = 210 [𝑘𝑔 𝑐𝑚2⁄ ]

𝐹𝑆 = 4

𝐹´𝑐 = 210 [𝑘𝑔 𝑐𝑚2⁄ ]

4

𝐹´𝑐 = 52,5 [𝑘𝑔 𝑐𝑚2⁄ ]

𝑎 = 0,05 × 𝐿

Longitud total del perno

𝐿𝑇 = 𝐿 + 𝑒𝑝𝑙𝑎𝑐𝑎 + 𝐿𝑟𝑜𝑠𝑐𝑎

𝐿𝑇 = 90 + 2,54 + 7

𝐿𝑇 = 99,54 𝑐𝑚

Longitud del ala del perno

40

𝑎 = 5% × 90

𝑎 = 5% × 90 = 4,5 𝑐𝑚

DISEÑO DE LA PLACA BASE

𝑃 = 𝑃𝑐

𝐴𝑐=

𝑃

𝐵𝐶≤ 𝐹´𝑐

𝐴𝑝 =𝑃𝑐

𝐹´𝑐

Se va asumir que la placa será de 90 𝑐𝑚 × 90 𝑐𝑚

𝐹´𝑐 =970 𝑘𝑔

50 𝑐𝑚2

𝐹´𝑐 = 19,4 [𝑘𝑔 𝑐𝑚2⁄ ]

𝐹´𝑐 =𝑓´𝑐

𝐹𝑆

𝐹𝑆 =𝑓´𝑐

𝐹´𝑐

𝐹𝑆 =240 [𝑘𝑔 𝑐𝑚2⁄ ]

19,4 [𝑘𝑔 𝑐𝑚2⁄ ]

𝐹𝑆 = 12.4 > 4 𝑝𝑜𝑟 𝑙𝑜 𝑡𝑎𝑛𝑡𝑜 𝑠𝑖 𝑝𝑎𝑠𝑎

41

Determinación del espesor de la placa

𝑡𝑝 = √3 × 𝐹´𝑐 × 𝑚2

0,6 𝑆𝑦

𝑚 =(12.16 − 17.96)

2

𝑚 = 2,9

𝑡𝑝 = √3 × 275,35 × 2,92

0,6 (36)

𝑡𝑝 = 17,93 𝑖𝑛

42

ANALISIS DE LOS COSTOS DE LA CONSTRUCCION DEL GALPON

Rubros a considerar en la construcción del galón

RUBROS

1 Limpieza Y desyerbe del terreno 750 m2

2 Reeplanteo y nivelación con equipo topográfico

3 Excavación manual de plintos y cimientos

4 Instalación de hierro para cimentaciones

5 Hormigón en cimentaciones

6 Relleno y compactación

7 Suministros de acero

9 Montaje de la armadura

10 Mampostería

11 Enlucidos

43

RUBRO: Limpieza manual del terreno 750 m2 R 46,9

UNIDAD m2 k0 0,0213

DETALLE

EQUIPOS

CODIGO DESCRIPCION CANTIDAD TARIFA COSTO HORA

COSTO UNITARIO %

E 01 Pala 2 0,5 1 0,0213 15,38

E 02 Rastrillo 1 0,5 0,5 0,0107 7,69

MANO DE OBRA

CODIGO DESCRIPCION UNIDAD TARIFA COSTO HORA

COSTO UNITARIO %

M-O 01 Albañil 1 2 2 0,0426 30,77

M-O 02 Oficial 2 1,5 3 0,0640 46,15

MATERIALES

CODIGO DESCRIPCION UNIDAD CANTIDAD UNIDAD COSTO

COSTO UNITARIO %

TRANSPORTE


COSTO UNITARIO %

COSTO DIRECTO 0,1386

COSTOS INDERECTOS (8%) 8% 0,0111

UTILIDAD (15%) 15% 0,0208

COSTOS ADMINISTRATIVOS (3%) 3% 0,0042

COSTOS DIRECCION TECNICA (6%) 6% 0,0083

COSTOS FINANCIEROS (2%) 2% 0,0028

COSTOS LEGALES (1%) 1% 0,0014

TOTAL 0,1871

44

RUBRO: Reeplanteo y nivelación con equipo

topográfico R 93,8

UNIDAD m2 k0 0,0107

DETALLE

EQUIPOS


COSTO UNITARIO %

E 01 Tractor 1 40 40 0,4264 21,62

E 02 Volqueta 1 35 35 0,3731 18,92

E 03 Equipo topográfico 1 40 40 0,4264 21,62

MANO DE OBRA


COSTO UNITARIO %

M-O 01 Conductor del tractor 1 10 10 0,1066 5,41

M-O 02 Conductor de la volqueta 1 10 10 0,1066 5,41

M-O 03 Topógrafo 1 50 50 0,5330 27,03

MATERIALES


COSTO UNITARIO %

TRANSPORTE


COSTO UNITARIO %



UTILIDAD (15%) 15% 0,2958





TOTAL 2,6626

45

RUBRO: Excavación manual de plintos y cimientos R 2

UNIDAD m3 k0 0,5000

DETALLE

EQUIPOS


COSTO UNITARIO %

E 01 Barra 2 0,5 1 0,5000 8,70

E 02 Pico 2 0,5 1 0,5000 8,70

E 03 Pala 2 0,5 1 0,5000

MANO DE OBRA


COSTO UNITARIO %

M-O 01 Albañil 1 2 2 1,0000 17,39

M-O 02 Oficial 5 1,5 7,5 3,7500 65,22

MATERIALES


COSTO UNITARIO %

TRANSPORTE


COSTO UNITARIO %



UTILIDAD (15%) 15% 0,8625





TOTAL 7,7625

46

RUBRO: Replantillo R 2,4

UNIDAD m3 k0 0,4167

DETALLE

EQUIPOS


COSTO UNITARIO %

E 01 Herramienta menor 8 0,5 4 1,6667 22,47

E 02 Carretilla 3 0,6 1,8 0,7500 10,11

MANO DE OBRA


COSTO UNITARIO %

M-O 01 Albañil 1 2 2 0,8333 11,24

M-O 02 Oficial 2 1,5 3 1,2500 16,85

MATERIALES


COSTO UNITARIO %

MT-0,1 Grava de piedra caliza, de 40

a 70 mm m3 0,1 4 1,6667 22,4719

TRANSPORTE


COSTO UNITARIO %

T-01 Camioneta 1 0,8333 3 1,250 16,85



UTILIDAD (15%) 15% 1,1125





TOTAL 10,0125

47

RUBRO: Armado e Instalación de hierro para

cimentaciones R 11,3

UNIDAD Kg k0 0,0885

DETALLE

EQUIPOS


COSTO UNITARIO %

E 01 Moradora 3 1 3 0,2655 0,52


MANO DE OBRA


COSTO UNITARIO %

M-O 01 Albañil 1 2 2 0,1770 0,35

M-O 02 Oficial 4 1,5 6 0,5310 1,05

MATERIALES


COSTO UNITARIO %

M-01 Varilla de 1/2 in Kg 1 49,26 49,26 97,34

M-02 Alambre galvanizado N 6 Kg 0,0037 4,4 0,01630 0,03

TRANSPORTE


COSTO UNITARIO %



UTILIDAD (15%) 15% 7,5906





TOTAL 68,3150

48

RUBRO: Hormigón en cimentaciones R 0,9

UNIDAD m3 k0 1,1111

DETALLE

EQUIPOS

CODIGO DESCRIPCION CANTIDAD TARIFA COSTO HORA COSTO

UNITARIO %

E 01 Concretera 1 0,5 0,5 0,5556 4,79

E 02 Carretilla 2 0,5 1 1,1111 9,57

MANO DE OBRA

CODIGO DESCRIPCION UNIDAD TARIFA COSTO HORA COSTO

UNITARIO %

M-O 01 Albañil 1 2 2 2,2222 19,14

M-O 02 Oficial 3 1,5 4,5 5,0000 43,07

MATERIALES

CODIGO DESCRIPCION UNIDAD CANTIDAD UNIDAD COSTO COSTO

UNITARIO %

M-01 Tablas de encofrado u 0,012 2,5 0,03 0,25842

M-02 Arena m3 0,03 4 0,12 1,03369

M-03 Ripio m3 0,015 8 0,12 1,03369

M-04 Cemento saco 0,3 8 2,4 20,6738

M-05 Agua m3 0,1 0,5 0,05 0,4307

TRANSPORTE

CODIGO DESCRIPCION CANTIDAD TARIFA COSTO HORA COSTO

UNITARIO %



UTILIDAD (15%) 15% 1,7413





TOTAL 15,6720

49

RUBRO: Relleno y compactación R 0,7

UNIDAD m3 k0 1,4286

DETALLE

EQUIPOS


COSTO UNITARIO %

E 01 Carretilla 3 0,5 1,5 2,1429 22,35

MANO DE OBRA


COSTO UNITARIO %

M-O 01 Albañil 1 2 2 2,8571 29,81

M-O 02 Oficial 2 1,5 3 4,2857 44,71

MATERIALES


COSTO UNITARIO %

M-01 Piedra m3 0,03 10 0,3 3,13

TRANSPORTE


COSTO UNITARIO %



UTILIDAD (15%) 15% 1,4379





TOTAL 12,9407

50

RUBRO: Suministro de vigas de acero R 6625

UNIDAD Kg k0 0,0002

DETALLE

EQUIPOS


COSTO UNITARIO %

E 01 Camión Grúa 2 70 140 0,0211 1,10

MANO DE OBRA


COSTO UNITARIO %

M-O 01 Albañil 1 2 2 0,0003 0,02

M-O 02 Oficial 2 1,5 3 0,0005 0,02

MATERIALES


COSTO UNITARIO %

M-01 Vigas, perfiles de acero A36 Kg 1,05 1,8 1,89 98,81

TRANSPORTE


COSTO UNITARIO %

T-01 Camión u 1,88679E-05 50 0,00094 0,05



UTILIDAD (15%) 15% 0,2869





TOTAL 2,5823

51

RUBRO: Montaje de la Armadura R 662,5

UNIDAD KG k0 0,0015

DETALLE

EQUIPOS


COSTO UNITARIO %

E 01 Camión grúa 1 100 100 0,1509 76,92

E 02 herramienta menor 4 1 4 0,0060 3,08

MANO DE OBRA


COSTO UNITARIO %

M-O 01 Armador 1 10 10 0,0151 7,69

M-O 02 Ayudantes 4 4 16 0,0242 12,31

MATERIALES


COSTO UNITARIO %

TRANSPORTE


COSTO UNITARIO %



UTILIDAD (15%) 15% 0,0294





TOTAL 0,2649

52

RUBRO: Mampostería R 4,2

UNIDAD m2 k0 0,2381

DETALLE

EQUIPOS


COSTO UNITARIO %

E 01 andamios 2 7 14 3,3333 28,11

E 02 Herramienta menor 4 1 4 0,9524 8,03

MANO DE OBRA


COSTO UNITARIO %

M-O 01 Albañil 1 2 2 0,4762 4,02

M-O 02 oficial 4 1,5 6 1,4286 12,05

MATERIALES


COSTO UNITARIO %

M-01 Bloque liviano de 10x20x40 u 13,33 0,3 3,999 33,7294

TRANSPORTE


COSTO UNITARIO %

T-01 camión 1 7 7 1,6667 14,06



UTILIDAD (15%) 15% 1,7784





TOTAL 16,0058

53

RUBRO: Enlucidos R 3,5

UNIDAD m2 k0 0,2857

DETALLE

EQUIPOS


COSTO UNITARIO %

E 01 andamios 2 7 14 4,000 47,85


MANO DE OBRA


COSTO UNITARIO %

M-O 01 Albañil 1 2 2 0,5714 6,84

M-O 02 Oficial 2 1,5 3 0,8571 10,25

MATERIALES


COSTO UNITARIO %

M-01 Arena m3 0,03 4 0,12 1,43541

M-02 Cemento m3 0,03 8 0,24 2,87081

TRANSPORTE


COSTO UNITARIO %

T-01 Camión 1 7 7 2 23,9234



UTILIDAD (15%) 15% 1,2540





TOTAL 11,2860

54

CUADRO DE COSTOS

Rubros Unidad Cantidad

Precio

unitario Precio total

Tiempo

(h) Tiempo(dias)

Tiempo

(semanas) Rendimiento

1

Limpieza manual del terreno 750

m2 m2 750 0,187 140,3 16 2,0 0,40 46,9

2

Reeplanteo y nivelación con

equipo topográfico m2 750 2,663 1997,0 8 1,0 0,20 93,8

3

Excavación manual de plintos y

cimientos m3 12 7,763 93,2 6 0,8 0,15 2,0

4 Replantillo m3 1,2 4,000 4,8 0,5 0,1 0,01 2,4

4

Armado e Instalación de hierro

para cimentaciones kg 540 6,798 3670,9 48 6,0 1,20 11,3

5 Hormigón en cimentaciones m3 7,2 15,672 112,8 8 1,0 0,20 0,9

6 Relleno y compactación m3 3,6 4,136 14,9 5 0,6 0,13 0,7

7 Suministro de vigas de acero Kg 53000 2,572 136331,9 8 1,0 0,20 6625,0

9 Montaje de la Armadura Kg 53000 0,265 14039,7 40 5,0 1,00 1325,0

10 Mampostería m2 1050 16,010 16810,5 252 31,5 6,30 4,2

11 Enlucidos kg 1050 11,286 11850,3 300 37,5 7,50 3,5

12 TOTAL 185066,273 691,5 86,44 17,29

55

CRONOGRAMA VALORADO

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

MES 1 MES 2 MES 3

5906,2

150499,3

16810,5

11850,3

156405,5 16810,5 11850,3

156405,5 173216 185066,3

84,51 93,60 100

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Las cargas debidas a las condiciones de sitio como viento y sismo, se consideran para

el estado de cargas más crítico al que va a estar sometido el galpón. Las consideraciones

de diseño no necesariamente implican que la estructura siempre va a estar sometida a

esas cargas.

El programa SAP permite determinar tanto deformaciones como tensiones y esfuerzos

en los elementos que conforman el modelo de la estructura así como los diagramas de

esfuerzo cortante, momento, que nos facilitan los cálculos para cimentación como de las

columnas.

En el diseño de estructuras metálicas se tiene muchas opciones de diseño,

especialmente en lo que se refiere a cerchas, la habilidad del diseñador esta en encontrar

la opción más económica y funcional que resista las cargas aplicadas en ella.

Para este proyecto se ha considerado una estructura de tipo mixta, es decir, que se

puede encontrar conexiones soldadas. La utilización de conexiones soldadas es para

proporcionar rigidez a la estructura.

56

Los costos asociados al análisis de costos unitarios son específicos pues cada

estimación es propia de cada proceso constructivo, lugar de construcción, grado de

dificultad y es consecuencia de su planificación y ejecución.

BIBLIOGRAFIA

http://allstudies.com/acero-estructural.html

http://aceroarquitectura.blogspot.com/2012/02/perfiles-de-acero.html

http://www.ing.unlp.edu.ar/estruc3a/arq/e3/viento.pdf

http://es.wikipedia.org/wiki/Carga_s%C3%ADsmica

http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4080020/Lecciones/Capit

ulo%202/Cargas%20de%20sismo.htm

http://allstudies.com/acero-estructural.html

http://aceroarquitectura.blogspot.com/2012/02/perfiles-de-acero.html

http://www.ing.unlp.edu.ar/estruc3a/arq/e3/viento.pdf

http://es.wikipedia.org/wiki/Carga_s%C3%ADsmica

http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4080020/Lecciones/Capitulo%202/Cargas%20de%20sismo.htm

http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4080020/Lecciones/Capitulo%202/Cargas%20de%20sismo.htm

Diseño Estructural de Un Galpon

Documents

Transcript of Diseño Estructural de Un Galpon