Proyectos Específicos_Granja Avícola

ESTRUCTURAS DE MADERA CAPÍTULO VII

CAPITULO 7

PROYECTOS ESPECÍFICOS

PROYECTO #2: GRANJA AVÍCOLA

Se pretende diseñar una granja avícola, para la zona del Altiplano, el espacio disponible

para esto es de un terreno de 10 metros de ancho y 35 metros de largo.

SOLUCIÓN

Para el diseño de esta granja avícola, se escoge el uso de una armadura tipo Abanico, que

van de acuerdo a las recomendaciones para proporciones y luces recomendables de

armaduras de madera, para luces entre 6 y 12 metros, como parte de solución al problema,

dicha armadura sustentará las correas, las cuales a su vez sustentarán la cubierta a utilizar.

Finalmente las armaduras se apoyarán sobre las vigas principales las cuales transmitirán las

cargas a las columnas.

Para realizar un diseño que sea efectivo y cumpla con la función destinada de la mejor

manera, será necesario recurrir a la experiencia y de faltar ésta: la observación de proyectos

similares o de características parecidas puede ser una buena forma de realizar un buen

diseño.

Las columnas si son de madera no deben estar separadas más de 4 metros.

Cuando las armaduras son de madera, la separación entre ellas en ningún caso

superará los 2 metros. (Fuente. Ingeniero Oscar Antezana M.).

De acuerdo a las observaciones anteriores se procederá a establecer el siguiente esquema:

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA204


Las armaduras tendrán la siguiente geometría:

Separación entre armaduras: S = 1.17 metros.

Separación entre correas: S1 = 0.35 metros.

Separación entre columnas: S2 = 3.5 metros.

DISEÑO DE CORREAS

Será necesario definir todas las fuerzas que influyen para hacer con esto el respectivo orden

de cargas.

Peso de la cubierta

Peso por efecto de nieve (Altiplano).

Peso por sobrecarga de servicio (Mantenimiento).

Peso propio de la correa

Peso por efecto de viento.

a) Para el peso de la cubierta es posible seleccionar uno de la tabla 7.1.

En nuestro caso escogeremos el peso propio correspondiente a la chapa de metal de 1.5

mm. sobre correas, igual a 15 kg/m2.

b) Para el peso por efecto de nieve, asumiremos un valor de 40 kg/m2.

c) El peso producido por la sobrecarga de servicio correspondiente a un techo inclinado

será de 50 kg/m2 según lo indica la Tabla 13.3. del Manual de Diseño para Maderas del

Grupo Andino.

d) Para el peso propio de la correa asumiremos una escuadría de 2”x 2.5”, al ser una

construcción de no mucha importancia, usaremos madera del Grupo B.

e) La presión originada por el viento es posible estimarla mediante las siguientes

expresiones: p = Cd ۰ q ; q = 0.00483 ۰V2

Donde “p” es la presión o succión perpendicular a la superficie que ejerce el viento, en

kg/m2. “Cd” un coeficiente adimensional que depende de la posición de la superficie con



respecto a la dirección del viento, la cual se supone horizontal (Ver anexos) y “V” es la

velocidad del viento en km/h. Tomaremos para nuestro análisis una velocidad máxima de

120 km/h.

d)

El peso propio será:

Pp = 700 k/m3 . 0.05 m . 0.0635 m = 2.22 k/m

e) De la gráfica sacamos:

Entonces: (Succión lado Barlovento)


b =5 cm

h =6.35 cm

ESCUADRÍA:


Una vez determinadas todas las cargas actuantes procederemos a calcular la influencia de

estos sobre las correas:

PCubierta = 15 k/m2 ۰ 0.35 m = 5.25 k/m ↓

PNieve = 40 k/m2 ۰ 0.35 m = 14 k/m ↓

PMantenimiento = 50 k/m2 ۰ 0.35 m = 17.5 k/m ↓Pp =2.22 k/m ↓

Pviento = 40 k/m2 ۰ 0.35 m = 14 k/m

Combinación de Cargas

Para hacer la combinación de cargas se tendrá que suponer los casos más desfavorables.

Por ejemplo: habrá carga por mantenimiento siempre y cuando las condiciones climáticas

sean apropiadas para éste o sea que sólo podrá presentarse una de las cargas entre la carga

de nieve y la de mantenimiento, entonces escogemos la más desfavorable que será la de

mantenimiento. Siguiendo el mismo razonamiento suponemos que para que el

mantenimiento se realice no tendrá que ser precisamente en las condiciones más

desfavorables de viento, razón por la cuál solamente tomaremos en cuenta el 80% de la

carga por viento anteriormente calculada.

PCubierta + Pp + PMantenimiento ↔ 24.97 ≈ 25 k/m ↓



0.8 ۰ Pviento ↔ 11.2 ≈ 12 k/m (En dirección perpendicular a la superficie que ejerce el

viento)

senφ = 0.37; cosφ =0.93

q1= 23.25 ≈ 24 k/m

q2= 9.25 ≈ 10 k/m

C = 10 k/m

C = 12 k/m

De acuerdo al grado de inclinación de la estructura superior de la granja, el viento actúa

ejerciendo succión sobre la estructura ayudando a soportar las demás cargas, por lo que el

caso más desfavorable será cuando no haya presencia de viento.

Entonces:

C = 10 k/m

C = 24 k/mFLECHA:

La flecha admisible será:

=

La flecha que produce la carga será:

La escuadría asumida para la correa es adecuada, pero ligeramente sobredimensionada.



DISEÑO DE LAS ARMADURAS

Las armaduras sólo están sometidas a esfuerzos en los nudos, los esfuerzos externos son

iguales a la mitad que los del medio debido a su área de influencia. No es conveniente

modificar la combinación de carga a no ser que se desee incluir otra carga (Por Ej.

Cielo Raso), tratándose de una granja avícola no es necesaria esta inclusión.

La separación entre armaduras será mayor a 60 cm. por lo que se usará para el diseño

un módulo de elasticidad mínimo igual a Emin = 75000 kg/cm2.

Combinación de Cargas

Considerando las siguientes cargas:

Peso cubierta: PCubierta = 15 k/m2.

Peso de las correas: PCorreas ≈ 6.30 k/m2.

o Total carga muerta por m2 de cobertura 21.30 k/m2.

o Proyectado al plano horizontal 21.30 k/m2 ۰ cos21.8º=19.77 ≈ 20

k/m2

Peso propio de la armadura aproximado ≈ 13 k/m2.

Peso por sobrecarga de uso (Mantenimiento): PMantenimiento = 50 k/m2.

Las cargas uniformemente repartidas sobre la cuerda superior serán:

WP = (50+20+13 ) ۰ S = 83 ۰ 1.17 = 97.11 ≈ 98 k/m

Las cargas concentradas equivalentes sobre la cuerda superior serán:

P = WP ۰ L/6 = 98 k/m ۰ 10/6 = 163.33 ≈ 164 k



Tomar los valores máximos de fuerzas de las barras de la salida de datos (Ver anexos):

Cuerda Inferior T = 136.66 (Tracción)

C = 273.31 (Compresión)

Cuerda Superior C= 1103.93 (Compresión)

Diagonales T = 320.25 k (Tracción)

C = 220.74 k (Compresión)

Pendolones C = 164.03 k (Compresión)



a) Cuerda superior.-La longitud efectiva del elemento puede ser tomada como 0.4 (L1+L2)

Para la longitud efectiva, de la tabla 6.2. se saca que para una cuerda la longitud efectiva

puedes ser:

Lefect = 0.4 (L1+L2) = 0.4 ( 1.795+1.795) = 1.436 m.

De la tabla 6.3. se saca que el momento de diseño debido a una carga distribuida para la

cuerda superior para una armadura de este tipo es:

De la figura 6.4. se saca que la longitud L es igual a:

Entonces:

Asumimos una sección:

Se tiene una esbeltez igual a:

De la tabla 4.4 se saca el valor de Ck , que para una columna del Grupo B vale 18.34.

Entonces la columna es larga.

La fórmula que corresponde para hallar la carga admisible para una columna

larga es :


Base (b) = 7.5 cm

Altura (h) = 7.5 cm


donde : Ncr es la carga critica de Euler:

El modulo resistente de la sección es :

Verificando a la flexocompresión:

Por lo tanto la sección de 7.5 cm.x 7.5 cm. resiste las solicitaciones externas.

b) Cuerda Inferior. La compresión es más peligrosa que la tracción por lo tanto

verificaremos la escuadría del elemento que se encuentra a compresión.

Lefect = 0.4 (L1+L2) = 0.4 ( 3.33+3.33) = 2.664 m.


Base (b) = 7.5 cm

Altura (h) = 7.5 cm


Se tiene una esbeltez igual a :

.La fórmula que corresponde para hallar la carga admisible para una columna

larga es :

> 273.31 k BIEN

c) Diseño de Diagonales

Verificando la escuadría:

> 320.25 k BIEN


Base (b) = 7. 5 cm

Altura (h) = 7.5 cm


La longitud efectiva para este elemento será 0.8 ۰ ld. Para este caso: lefec=0.8( 1.795)=1.44 m


> 220.74 k BIEN

d) Diseño de Pendolones

La longitud efectiva para este elemento será 0.8 ۰ ld. Para este caso: Lefec=0.8( 1.33)=1.06 m


Como es mayor que 10 pero menor a 18.34 la columna es intermedia.

La fórmula que corresponde para hallar la carga admisible para una columna

intermedia es :

> 164.03 k BIEN

Se observa que el coeficiente de seguridad para los elementos de la armadura es

relativamente alto, no es posible disminuir la escuadría ya que la base necesaria para evitar

sobrepasar el valor máximo de relación de esbeltez sugerido en el Manual para Diseño para

Maderas del Grupo Andino, en el elemento que se encuentra en compresión de la cuerda



inferior es 7.5 cm, así como el coeficiente de seguridad aceptable para la cuerda superior.

Por efectos de construcción se mantendrá la misma base en toda la armadura.

Será necesario verificar que las deflexiones no sean considerables:

DISEÑO DE UNIONES

NUDO 1

Cuando a un nudo concurren barras en compresión y tracción simultáneamente, es más

conveniente iniciar el diseño a partir de las barras en compresión (puesto que este

fenómeno es muy desfavorable).

Barra 4: C = 1103.93 k

L = 179.5 cm.

Para ingresar a la tabla 5.7. debemos tomar como L a la longitud del elemento central de

madera. (Pág. 12-16 Manual de diseño para Maderas del Grupo Andino). El diámetro de



perno a utilizar será: dp=3/8”=0.95 cm.

Interpolaremos los valores de L = 6.5 cm. y de L = 8.0 cm. Entonces:

P = 488 k

Q = 225 k

El Manual de Diseño de Maderas del Grupo Andino permite mayorar los valores de P y Q

en un 25% cuando se utilizan cubrejuntas metálicas (Pág. 12-16).

P = 1.25 ۰ 488 =610 k

Número de Pernos:

Ubicación de los pernos:

Para la ubicación de los pernos, se necesita determinar algunos valores:

NUDO 2


Diagonal C/P = 1103.93 / 610=1.81 ≈ 2 pernos

Cuerda Inf. C/P = 136.66 / 610= 0.22 ≈ 1 perno

5dp = 4.75 cm.

4dp = 3.80 cm.

2dp = 1.90 cm.

Estas distancias pueden mayorarse hasta un

20% en vistas a facilitar la construcción de la

unión.


Paso 1) El grupo estructural es el B, se utilizarán cartelas de 1”de espesor, también del

grupo B.

Paso 2) De la tabla 5.1 clavos de 3 pulgadas de longitud y 3.7 mm. de diámetro.

Paso 3) Se determinan las cargas admisibles para este tipo de clavos:

De la tabla 5.2 se saca el factor por el que debe ser multiplicada la carga admisible, para

cizallamiento simple, clavo perpendicular al grano es igual a 1.00

Entonces:

Padm = 48 k ۰ 1.00 = 48 k.

Paso 4) Verificar los espesores mínimos:

Longitud de penetración en el elemento adyacente a la cabeza por lo menos 6

veces el diámetro del clavo:

6 ۰ d = 6 ۰ 3.7 mm = 22.2 mm < 25 mm. BIEN

Longitud de penetración en el elemento central debe ser por lo menos 11 veces

el diámetro del clavo:

11 ۰ d = 11 ۰ 3.7 mm = 40.2 mm

El clavo penetrará: 76 mm – 25 mm = 51 mm > 40.2 mm. BIEN.

Paso 5) Determinación de número de clavos:

De acuerdo a la gráfica anterior podemos observar que la mayoría de las fuerzas que

concurren al nudo 2 son de compresión, y no serán preponderantes en el posible colapso de

la unión. En todos los casos se usarán por lo menos 2 clavos.

Para la barra # 11:

Paso 6) Espaciamiento:

De acuerdo a la tabla 5.3. se requiere conocer los siguientes valores:

16 ۰ d = 16 ۰ 3.7 mm = 59.2 mm

20 ۰ d = 20 ۰ 3.7 mm = 74 mm

5 ۰ d = 5 ۰ 3.7 mm = 18.5 mm

8 ۰ d = 8 ۰ 3.7 mm = 29.6 mm

De acuerdo a estos datos acomodamos los clavos y disponemos las medidas de la cartela



NUDO 5

NUDO 7



NUDO 9

Para la barra # 11 y #12:



Las uniones serán simétricas a ambos lados debido a la igualdad de las fuerzas que influyen

en la armadura.

EMPALMES

La longitud libre (entre apoyos libres) de la armadura es de 10 metros, esta longitud no

puede obtenerse en el mercado por tanto es preciso empalmar piezas. Los empalmes

debilitan notoriamente a la estructura, por tanto su ubicación debe corresponder a esfuerzos

mínimos.

Para la barra # 3:

DISEÑO DE VIGAS



Según los resultados del análisis de la estructura vemos que las reacciones de los apoyos de

las armaduras son simétricos y valen:

H = 888.31 k

V = 492 k

Estas cargas serán transmitidas a las vigas de acuerdo se muestra en la figura:

El peso propio será:

Pp = 700 k/m3 . 0.15 m . 0.225 m = 23.63 k/m Pp=24 k/m

;

DISEÑO DE COLUMNAS

Para el cálculo de las reacciones que son transmitidas a las columnas por las vigas no

tomaremos en cuenta la incidencia de las armaduras de los extremos, ya que estas serán

sumadas posteriormente a la carga total que soporta la columna


b =15 cm

h = 27.5 cm

ESCUADRÍA:


Por lo anteriormente dicho, vemos que una columna soportará las cargas tal como se

muestra en el siguiente esquema:

Para las columnas asumiremos una sección de 20x20.


De la tabla 4.4 se saca el valor de Ck , que para una columna del Grupo B vale 18.34

18.34<λ<50, Entonces la columna es larga.

Entonces la carga admisible para una columna larga será:

Si bien la sección elegida parece estar sobredimensionada, la sección será la mínima

necesaria para que la esbeltez se encuentre dentro de los límites anteriormente establecidos.

UNIÓN ARMADURA-VIGA

Una posible tentativa de unión de la cercha y la viga sería el uso de planchas metálicas y

pernos, se prolongarán las planchas metálicas de las uniones de los extremos (nudo 1 y

nudo 4) para así poder lograr una unión efectiva que evite el desplazamiento de la

armadura.

Para ingresar a la tabla 5.7. debemos tomar como L a la longitud del elemento central de



madera. (Pág. 12-16 Manual de diseño para Maderas del Grupo Andino). El diámetro de

perno a utilizar será: dp=3/8”=0.95 cm.

Interpolaremos los valores de L = 6.5 cm. y de L = 8.0 cm. Entonces:

P = 488 k

Q = 225 k

El Manual de Diseño de Maderas del Grupo Andino permite mayorar los valores de P y Q

en un 25% cuando se utilizan cubrejuntas metálicas (Pág. 12-16).

Q = 1.25 ۰ 225 = 281.25 k

Número de Pernos:

Ubicación de los pernos:

Para ubicar los pernos será necesario repartirlos de manera tal que los pernos de la cuerda

inferior mantenga las distancias mínimas según lo especifica el Manual de Diseño para

Maderas del Grupo Andino, en el diseño de la unión 1 sacamos que la cantidad de pernos

necesarios a usarse en la cuerda inferior sería de 1, usando los 2 pernos sacados

anteriormente tendríamos un total de 3 pernos en total que serán repartidos según el

siguiente esquema:


Cuerda Inf. C/Q = 492 / 281.25= 1.75 ≈ 2 pernos

Proyectos Específicos_Granja Avícola

Documents

Transcript of Proyectos Específicos_Granja Avícola