entrega 2

1

FJP Estructuras Industriales

Edificio Industrial con Viga Porta Gra

Grupo 2

Entrega 2

Fecha: 25 de abril de 2015

Entrega 2 Galpn: Determinacin de estados de carga. Pre diseo

elemento principal. Diseo elementos secundarios

PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DE CHILE ESCUELA DE INGENIERIA

Departamento de Ingeniera Estructural y Geotcnica


Entrega 2



Grupo: 2

Pedro Atenas

Jos Jimnez

Francisco Soto

ICE-2820 Proyecto de Diseo en Acero 1 Semestre 2015 Profesor: Ral lvarez Medel

2



Grupo 2

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Contenido

1. Descripcin del proyecto................................................................................................................... 5

i. Descripcin del sistema estructural .............................................................................................. 5

Sistema de marcos longitudinales ............................................................................................. 6

Sistemas de marcos transversales ............................................................................................ 6

Sistema de arrostramiento de techo ........................................................................................ 7

Sistema de revestimiento y costaneras .................................................................................... 8

Propiedades y especificaciones tcnicas de la viga porta gra ................................................. 9

ii. Descripcin de las fundaciones ................................................................................................... 10

2. Materiales ....................................................................................................................................... 11

Acero ....................................................................................................................................... 11

Hormign ................................................................................................................................. 11

Soldadura ................................................................................................................................ 11

3. Normas y documentos de referencia .............................................................................................. 11

4. Estructuracin ................................................................................................................................. 11

i. Marcos rgidos transversales ....................................................................................................... 12

ii. Marcos arriostrados longitudinales ............................................................................................ 13

iii. Pendiente de techo ..................................................................................................................... 14

iv. Vigas de techo ............................................................................................................................. 14

5. Estados de carga.............................................................................................................................. 15

i. Peso propio (D) ............................................................................................................................ 15

ii. Carga de viento (W)..................................................................................................................... 15

iii. Carga de nieve (S) ........................................................................................................................ 20

............................................................................................................................................................. 21

iv. Carga de gra (L) ......................................................................................................................... 21

v. Carga ssmica (E) .......................................................................................................................... 27

6. Combinaciones de estados de carga ............................................................................................... 28

7. Anlisis estructural .......................................................................................................................... 29

8. Pre diseo elementos principales ................................................................................................... 31

i. Columnas (HN50x462)................................................................................................................. 31

ii. Vigas de techo (IN25x72,7) ......................................................................................................... 37

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iii. Diagonales (HN50x269) ............................................................................................................... 43

iv. Puntales (XL25x19) ...................................................................................................................... 49

9. Diseo elementos secundarios ....................................................................................................... 50

i. Revestimiento ............................................................................................................................. 50

ii. Costaneras ................................................................................................................................... 53

Costaneras de techo (C 200x100x28,5) ................................................................................... 53

Costaneras de muro (C 200x100x17,8) ................................................................................... 54

Distribucin de costaneras ...................................................................................................... 56

iii. Columnas de viento (HN45x323,3) ............................................................................................. 57

iv. Viga porta gra (IN 60x139) ........................................................................................................ 59

v. Colgadores ................................................................................................................................... 64

Colgadores de muro ................................................................................................................ 64

Colgadores de techo ................................................................................................................ 64

10. Consideraciones finales ............................................................................................................... 65

11. Anexos ......................................................................................................................................... 65

i. Planos de estructuracin ............................................................................................................. 65

ii. Planos de elementos principales prediseados .......................................................................... 65

iii. Planos de elementos secundarios diseados .............................................................................. 65

ndice de figuras

Figura 1 Ubicacin Galpn Industrial con Viga Porta Gra ....................................................................... 5

Figura 2 Esquema Eje Longitudinal ........................................................................................................... 6

Figura 3 Esquema Eje Transversal. (a) Marco interno (b) Marco externo ................................................ 6

Figura 4 Sistema de arrostramiento de techo (viga de alma llena) .......................................................... 7

Figura 5 Sistema de arrostramiento de techo (viga de alma reticulada) .................................................. 7

Figura 6 Esquema de costaneras .............................................................................................................. 8

Figura 7 Esquemas panel PV-6 .................................................................................................................. 8

Figura 8 Dimensiones puente gra ........................................................................................................... 9

Figura 9 Constante de Balasto para zapatas cuadradas.......................................................................... 10

Figura 10 Esquema marco transversal .................................................................................................... 12

Figura 11 Propiedades de viga porta gra .............................................................................................. 13

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Figura 12 Esquema marco longitudinal ................................................................................................... 14

Figura 13 Vigas de techo ......................................................................................................................... 14

Figura 14 Presiones de viento. Mtodo simplificado .............................................................................. 16

Figura 15 Zonas de exposicin. Elevacin longitudinal. Viento transversal ........................................... 17

Figura 16 Zonas de exposicin. Planta. Viento transversal ..................................................................... 17

Figura 17 Carga de viento sobre marco transversal. Viento transversal ................................................ 18

Figura 18 Zonas de exposicin. Elevacin transversal. Viento longitudinal ........................................... 19

Figura 19 Zonas de exposicin. Planta. Viento longitudinal ................................................................... 19

Figura 20 Carga de viento sobre (porcin de) marco longitudinal. Viento longitudinal ......................... 20

Figura 21 Carga de nieve sobre marco transversal. ................................................................................ 21

Figura 22 Modelo marco transversal ...................................................................................................... 29

Figura 23 Modelo marco longitudinal ..................................................................................................... 30

Figura 24 Distribucin de costaneras ...................................................................................................... 56

Figura 25 Modelo de columnas de viento ............................................................................................... 57

ndice de tablas

Tabla 1 Presiones de rueda ..................................................................................................................... 10

Tabla 2 Pesos supuestos para anlisis ssmico ........................................................................................ 15

Tabla 3 Presiones ps30 para cada zona de exposicin ........................................................................... 16

Tabla 4 Presiones ps para cada zona de exposicin................................................................................ 16

Tabla 5 Esfuerzos internos en los nodos de cada elemento. Marco Transversal ................................... 29

Tabla 6 Esfuerzos internos en los nodos de cada elemento. Porcin de Marco Longitudinal ............... 30

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1. Descripcin del proyecto

El proyecto consiste en un galpn industrial de un piso con un puente gra para el movimiento de

elementos dentro del edificio. Esta estructura se construir con el fin de almacenar residuos peligrosos

industriales (borras andicas, chatarra andica y bateras de plomo-acido fuera de uso) para una planta

recicladora.

El edificio estar ubicado en la comuna de Lampa, en la zona norte de Santiago, especficamente en

(3326'18.77"S, 7052'7.14"O), localizada a 40km (49min) del centro de Santiago (figura 1). La estructura

se clasifica en la categora 1 de obras criticas pues su falla involucrara riesgo de envenenamiento del

aire o aguas y detenciones prolongadas y perdidas serias de produccin (I=1.20). La ubicacin geogrfica

del galpn corresponde a una zona ssmica 2 (Ao = 0.30g).

Figura 1 Ubicacin Galpn Industrial con Viga Porta Gra

i. Descripcin del sistema estructural

La estructura resistente del edificio considera ejes longitudinales arriostrados, marcos rgidos

transversales, un techo que se comporta como diafragma rgido y un sistema de costaneras - colgadores

- revestimiento alrededor de la estructura. A continuacin se realiza una descripcin de todos estos

sistemas para su posterior estructuracin.

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Sistema de marcos longitudinales

El galpn considera ejes longitudinales de marcos arriostrados (figura 2).

Las diagonales esquemticas tienen forma triangular debido a la necesidad de ubicar ventiladores a lo

largo de los ejes longitudinales. Se ubican arrostramientos en ambas direcciones debido a que no se

permiten configuraciones con diagonales que trabajen solo a traccin. Se ubica un puntal horizontal que

permita repartir mejor los esfuerzos laterales entre todas las diagonales.

Sistemas de marcos transversales

El galpn considera ejes transversales de marcos rgidos (figura 4).

(a) (b)

Las uniones de las columnas con las fundaciones son totalmente rgidas. Se evala la posibilidad de que

las uniones entre las vigas de techo y las columnas sean rotuladas para generar menos esfuerzos.

Tambin se evala la posibilidad de que sean uniones rgidas pero diseadas de tal manera que la rtula

plstica se genere a una distancia prudente de la columna (viga con seccin reducida o unin reforzada).

Inicialmente, se analiza la posibilidad que las vigas de techo sean perfiles de alma llena pero tambin se

analiza el uso de perfiles de alma reticulada (cerchas de techo). No se ubican arrostramientos en la base

del marco externo debido a que la rigidez proporcionada por los marcos externos no puede ser mayor

a la proporcionada por los marcos internos.

Ventiladores Diagonales

Viga de insercin de

diagonales

76m

Columnas

alma llena

Vigas de alma

llena

Figura 2 Esquema Eje Longitudinal

Figura 3 Esquema Eje Transversal. (a) Marco interno (b) Marco externo

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Sistema de arrostramiento de techo

El techo esta arriostrado continuamente con el fin que se comporte como un diafragma rgido. Se ubican

puntuales longitudinales y transversales en los mismo ejes que se colocaron columnas en los ejes

longitudinales y transversales. Se arriostra todo el permetro del techo y tambin los ejes donde exista

arrostramiento longitudinal.

Figura 4 Sistema de arrostramiento de techo (viga de alma llena)

En el anlisis de la posibilidad de vigas de techo de alma reticulada el sistema de arrostramiento se ubica

en la cuerda inferior.

Figura 5 Sistema de arrostramiento de techo (viga de alma reticulada)

Todas estas consideraciones pueden ser observadas en los planos al final de este informe.

Cuerda

superior

Cuerda

inferior

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Sistema de revestimiento y costaneras

Se utilizarn perfiles C plegados sobre el techo, alrededor de los ejes longitudinales y transversales

externos con el fin de resistir las cargas provenientes del revestimiento. Las costaneras son arrostradas

entre s por medio de colgadores ubicados a lo largo de todas las costaneras (figura 6).

Corte A-A

Se utiliza revestimiento Instapanel PV6 de Cintac para resistir cargas de viento (figura 7).

Figura 7 Esquemas panel PV-6

A

Figura 6 Esquema de costaneras

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Propiedades y especificaciones tcnicas de la viga porta gra

Figura 8 Dimensiones puente gra

=25m

=1100mm = 750mm

4000mm

3300mm

400mm

2240mm

=400mm (*)

215mm 255mm

750mm

(*) Dimensin cambiada

respecto de las

especificaciones para

facilitar mantenimiento de

la misma.

12m

450mm

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Se instalar una gra con capacidad mxima de carga de 10tonf. Esta capacidad genera las presiones de

rueda indicadas en la tabla 1.

Tabla 1 Presiones de rueda

Capacidad de carga Presiones de rueda en kgf para S<

25m

R1 R2

10 tonf Mx. 8300 9200

Min. 2650 3550

Nota: En gras con cabina cerrada, R2 + 200kgf donde, R1 = lado sin mecanismo de traslacin

R2 = lado de la cabina

ii. Descripcin de las fundaciones

Las fundaciones se apoyan sobre un suelo tipo II compuesto por arena con ID (ndice de

densidad/Densidad relativa) igual a 55% y con una tensin admisible de 2.0 kgf/cm2. Se acepta un

aumento de las tensiones admisibles en un 33% para solicitaciones dinmicas, es decir, el suelo tiene

una tensin admisible dinmica de 2.66 kgf/cm2.

Las fundaciones son diseas mediante el uso de la figura 8, iterando las dimensiones de las zapatas y

calculando la carga normal sobre el suelo de fundacin (q). Por otro lado tambin se verifica que en

cada zapata, para todas las combinaciones de carga, al menos 80% del rea bajo la fundacin quede

sometida a compresin. Este requisito no se exige en caso de que se vea conveniente el uso de anclajes

entre el suelo y la fundacin.

Finalmente, las fundaciones consisten en zapatas aisladas de hormign armado donde se utiliza

hormign H30 y acero de refuerzo A630-420H. Se aplica un emplantillado de hormign H5 como sello

de fundacin con la finalidad de soportar la carga de la fundacin y aislarla de suelo.

Figura 9 Constante de Balasto para zapatas cuadradas

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2. Materiales

Acero

Perfiles estructurales abiertos: ASTM A36

Placas y pletinas: ASTM A36

Pernos de anclaje: ASTM A36

Pernos conexiones: ASTM A325 / ASTM A490

Barras de refuerzo: A630-420H (fundaciones)

Hormign

Hormign estructural: H30 (fundaciones)

Emplantillado: H5 (fundaciones)

Soldadura

Calidad E70XX para corriente continua y posicin adecuada (AWS A5.1)

3. Normas y documentos de referencia

NCh2369.Of2006 Diseo ssmico de estructuras e instalaciones industriales.

NCh432.Of2010 Diseo estructural Cargas de viento.

NCh431.Of1977 Construccin Sobrecargas de nieves

NCh3171.Of2010 Diseo estructural Disposiciones generales y combinaciones de carga.

NCh1537.Of1986 Diseo estructural de edificios Cargas permanentes y sobrecargas de uso.

ANSI/AISC 360-10 Specification for Structural Steel Buildings.

ANSI/AISC 341-10 Seismic Provisions for Structural Steel Buildings.

4. Estructuracin

A continuacin se desarrolla una estructuracin tentativa del galpn industrial. Los elementos que se

dimensionaran son:

Marcos rgidos transversales

Marcos arriostrados longitudinales

Pendiente de techo

Vigas de techo

Todas las dimensiones halladas pueden ser observadas en los planos mostrados al final de este informe.

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i. Marcos rgidos transversales

Se determinan los siguientes parmetros:

aMT: Ancho entre ejes marco transversal (llamada c en la figura 7.1)

aMT = s + 2b + 2(50cm/2) = 26300mm

Donde s y b son dimensiones mostradas en la figura 7 y se estiman columnas de altura de 50cm

hMT: Alto marco transversal (solo hasta final de columna)

hMT = h + g + x = 14690mm 14700mm

Donde h, g y x son dimensiones mostradas en la figura 8.

Para la separacin horizontal entre columnas de viento en marco transversal exterior se eligi

colocar 3 columnas distribuidas de la siguiente manera

Figura 10 Esquema marco transversal

26300

6650

14700

6650 6500 6500

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ii. Marcos arriostrados longitudinales

Se determinan los siguientes parmetros:

aML: Ancho entre ejes marco longitudinal (solicitud del mandante)

aMT = M = 76000mm

hML: Alto marco longitudinal (solo hasta final de columna)

hML = hMT = 14700mm

La distancia entre columnas a lo largo de marco longitudinal est en funcin de las dimensiones

de la viga porta gra. Se define una seccin inicial para la viga porta gra (IN 60x139) para la

cual se halla su longitud no compacta entre arrostramiento (Lr = 11.64m).

Figura 11 Propiedades de viga porta gra

Propiedades del Acero Geometria

E G Fy H t B e

t/cm2 t/cm2 t/cm2 cm cm cm cm

2100,00 0,30 807,69 2,40 60 0,8 30 2,2

Propiedades Geometricas

A cm2 176,48

Ix cm4 121759,60

Zx cm3 4433,07

Sx cm3 4058,65

ix cm 26,27

Iy cm4 9902,37

Zy cm3 998,90

Sy cm3 660,16

iy cm 7,49

J cm4 222,45

Ca cm6 8270560,34

x1 t/cm2 141,24

x2 cm4/t 1,70

e

tH

B

x x

y

y

f w L

m

6,82 69,50 8,50

Para compresion: No Esbelto Esbelta No compacto

Para flexion: Compacto Compacto No compacto

Para compresion Para flexion

11,2406

f_r 16,57

29,5804

w_r 44,07 111,222

168,608

Lp Lr

m m

3,90 11,64

11,63

r_ts 8,40 cm

ho 57,8 cm

w

w

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Luego la distancia entre columnas a lo largo del eje longitudinal debe ser menor a 11.64m. Se

elige una distancia de 8.25m entre las columnas exteriores y 8.5m entre las columnas interiores,

haciendo un total de 10 columnas.

iii. Pendiente de techo

La norma de viento NCh321 Of2010 define un mtodo simplificado de anlisis de cargas de

viento. Para poder utilizar este procedimiento la altura media del techo debe ser menor o igual

a 18.3m. Se elige utilizar una altura media de techo de 18m y se calcula la pendiente de techo.

18000mm =H + hM

2 18000mm =

H + 14700mm

2 H = 21000mm

= atan (H hM

aMT2

) = atan (21000mm 14700mm

26300mm2

) = 25.6

iv. Vigas de techo

Las vigas de techo son ubicadas en los mismos ejes de las columnas. Las vigas longitudinales son

continuas mientras que las transversales les entregan rigidez lateral.

76000

8250 8250 8500 (tip)

14700

Figura 12 Esquema marco longitudinal

Figura 13 Vigas de techo

8250 8250 8500 (tip)

6650

6500

6500

6650

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5. Estados de carga

i. Peso propio (D)

Para el peso propio necesario para el clculo de la fuerza ssmica se supuso un peso lineal para cada tipo

de elemento principal y elementos secundarios y un 20% adicional para el peso de elementos

adicionales (revestimiento, colgadores y conexiones)

Tabla 2 Pesos supuestos para anlisis ssmico

Para efectos del anlisis estructural se consideran las cargas de peso propio como cargas distribuidas

uniformes a lo largo de cada elemento.

ii. Carga de viento (W)

Para determinar las cargas de viento sobre el sistema principal resistente a las fuerzas de viento,

segn la norma de viento NCh432Of.2010 se puede utilizar la siguiente expresin segn el

mtodo simplificado propuesto por la norma:

[

2] = 30

Peso/L Seccin Longitud Elementos Peso

tonf/m elegida por criterio m # tonf

Columnas 0,462 (HN50x462) 14,5 20 133,98

Columnas de viento 0,462 (HN50x462) 18,25 6 50,589

Puntales longitudinales 0,019 (XL25x19) 76 4 5,776

Puntales transversales 0,019 (XL25x19) 26,3 4 1,9988

Vigas de techo 0,352 (IN100x352) 14,6 20 102,784

Diagonales 0,152 (HN45x152) 15,3 12 27,9072

Costaneras de techo 0,03 (C225x100x30.4) 76 18 41,04

Costanera de muro longitudinal 0,02 (C225x100x19) 76 12 18,24

Costanera de muro transversal 0,02 (C225x100x19) 26,3 16 8,416

Peso tonf 390,731

Adicional 20% 78,1462

Peso Total tonf 468,8772

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Se obtiene de las tablas que:

= 1,62, (Exposicin C) Kzl = 1, (no se aplica factor topogrfico), I = 1,15 (categora IV)

La siguiente figura muestra las distintas exposiciones de viento a que se ven afectada una

estructura que se analiza por el mtodo simplificado.

Figura 14 Presiones de viento. Mtodo simplificado

Los valores de ps30 (kN/m2) para cada una de las distintas exposiciones presentadas en la figura

son (velocidad bsica de viento = 35 m/s):

Tabla 3 Presiones ps30 para cada zona de exposicin

Pendiente\exposicin A B C D E F G H

25-30 0,58 0,09 0,42 0,1 -0,26 -0,35 -0,19 -0,31

Por lo tanto, las presiones de viento para cada una de las exposiciones seran: (kg/m2)

Tabla 4 Presiones ps para cada zona de exposicin

Pendiente\exposicin A B C D E F G H

25-30 108 17 78 19 -48 -65 -35 -58

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Direccin de viento transversal (segn figura):

Figura 15 Zonas de exposicin. Elevacin longitudinal. Viento transversal

Figura 16 Zonas de exposicin. Planta. Viento transversal

a: menor valor entre 10% de la dimensin horizontal menor y 0,4*h (altura media de techo), y

no menor que 0,04 veces la dimensin horizontal y 0,9m

a = max(min(0,1*26,3; 0,4*17,85); 0,04*26,3; 0,9) = 2,63 m

h* = razn entre mitad de dimensin horizontal de marco transversal y coseno de pendiente de

techo = 13,15/cos(25,6) = 14,58 m

Se toma como referencia un marco interior (distanciado a 8,5 m) y se considera que se le aplica

las condiciones de carga A y B (de esquina), se tiene que sobre la lnea vertical de costaneras de

muro se aplica una carga distribuida:

1 = 0,108 8,5 = 0,918

14700 mm A C A

B D B

a=263 mm

E G E

F H F

a=263 mm

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En el techo se tienen cargas horizontales:

2 = 0,017 8,5 = 0,145

Y cargas verticales: (con condiciones E y F respectivamente)

1 = 0,026 8,5 = 0,221

2 = 0,035 8,5 = 0,298

Para las cargas de diseo se considera que estas actan de forma perpendicular a la superficie

analizada. Por simplicidad, en el techo se usar la carga ms alta sea horizontal o vertical como

si actuara como succin.

Figura 17 Carga de viento sobre marco transversal. Viento transversal

0,918 t/m

0,298 t/m 0,221 t/m

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Direccin de viento longitudinal segn figura:

Se tiene la siguiente distribucin de presiones de viento segn disposicin en la estructura.

Figura 18 Zonas de exposicin. Elevacin transversal. Viento longitudinal

Figura 19 Zonas de exposicin. Planta. Viento longitudinal

La carga distribuida horizontal se obtiene considerando la carga que afecta a la mitad de la

superficie transversal (de ancho = 2*13,15m) y se divide en los 3 marcos resistentes. Se

considera carga de esquina A:

3 = 0,108 13,15 (

21 + 14,72 )

3 14,7= 0,575

C A A

a=263 mm

E

E

F

H

F

a=263 mm

G

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No se considera carga vertical sobre el marco considerando que este es un prediseo.

Figura 20 Carga de viento sobre (porcin de) marco longitudinal. Viento longitudinal

iii. Carga de nieve (S)

Las sobrecargas de nieve estn dadas por la expresin obtenida de la NCh431Of.77:

= 0

Donde

= constante que depende de pendiente de techo .

0 = sobrecarga bsica de nieve.

Se obtiene que K=1, ya que < 30. Se obtiene, adems, que 0 = 25 kg/m2 a travs de la tabla

2 de la norma utilizada, ingresando con altitud 300-600 m.s.n.m y latitud 32-34

La carga de nieve acta de forma vertical, de forma perpendicular a la proyeccin horizontal

de la superficie de techo segn la siguiente figura, y si se considera que el marco transversal a

analizar est distanciado a 8,5 m, y que la carga de nieve solo la toman estos marcos

(considerando que es un pre diseo) se tiene que:

= 0,025 8,5 = 0,2125

0,575 ton/m

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iv. Carga de gra (L)

(Ver figura 11)

0,2125 t/m

Figura 21 Carga de nieve sobre marco transversal.

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v. Carga ssmica (E)

Para obtener los esfuerzos asociadas a la accin ssmica se utiliza la norma NCh 2369Of03. Para su

utilizacin se requiere caracterizar el tipo de suelo y la zona ssmica en donde se dispondr la estructura:

- Tipo de Suelo: III

- Zona ssmica: 2

Adems es necesario determinar la categora segn su importancia. El galpn a disear se puede

categorizar como C1, esto debido a que la electro obtencin para la industria del cobre es esencial en

el proceso productivo del producto, luego si el galpn falla se podran provocar detenciones

prolongadas en la produccin. Luego como a cada categora le corresponde un coeficiente de

importancia I, tenemos que:

I = 1.2

Para determinar el corte basal se utiliza la ecuacin 5-1 de la norma en aplicacin, te tiene que:

En donde C es coeficiente ssmico, este es funcin del perodo con mxima masa ssmica en la direccin

de anlisis:

Como an no conocemos los perodos del galpn de manera momentnea para el pre diseo se

utilizar el coeficiente mximo obtenido de la tabla 5.7:

= 0.75 0.68 = 0.51

Donde el coeficiente utilizado corresponde a R=1 y = 0.03 (conexiones apernadas)

El peso total obtenido antes fue P = 468,9 tonf. Luego

= 0.51 468.9 1.2 = 286,9

Para el caso del marco 1 (sin arrostramientos diagonales) se aplica el valor normal, pero en el

marco 2 (con arrostramientos diagonales) se aplica 1.5 debido a la existencia de arrostramientos V

invertida

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6. Combinaciones de estados de carga

Para el diseo de elementos principales (columna, vigas de techo, puntales y diagonales) aplican las

siguientes combinaciones para diseo por resistencia ltima

- 1.4D

- 1.2D + 1.6L + 0.5S

- 1.2D + 1.6S + L

- 1.2D + 1.6S + 0.8W

- 1.2D + 1.6W + L + 0.5S

- 1.2D + 1.4E + L + 0.2S

- 0.9D + 1.6W

- 0.9D + 1.4E

Sin embargo como este es un pre diseo por criterio se analizaron las siguientes combinaciones pues

muy probablemente controlaran el diseo

- 1.2D + 1.4E + L + 0.2S

Para el diseo de elementos secundarios (costaneras, revestimiento, columnas de viento y viga porta

gra) aplican las siguientes combinaciones para diseo por tensiones admisibles

- D

- D + L

- D + S

- D + 0.75L + 0.75S

- D + W

- D + E

- D + 0.75W + 0.75L + 0.75S

- D + 0.75E + 0.75L + 0.75S

- 0.6D + W

- 0.6D + E

Sin embargo como este es un pre diseo por criterio se analizaron las siguientes combinaciones pues

muy probablemente controlaran el diseo

- D + W

29



Grupo 2

Entrega 2


7. Anlisis estructural

Para el anlisis estructural de los elementos columna, vigas de techo (transversales y longitudinales),

puntales y diagonales se desarroll una rutina Matlab para determinar sus esfuerzos internos.

Para la rutina del eje transversal se observ que considerar conexiones rgidas generan momentos muy

grandes por lo que se prefiri considerar rotulas.

Los resultados para el marco 1 para la combinacin de carga 1.2D + 1.4E + L + 0.2S son:

Tabla 5 Esfuerzos internos en los nodos de cada elemento. Marco Transversal

E1 E2 E3 E4

N_i tonf 3,98 -1,90 2,50 21,76

V_i tonf 16,57 2,83 1,62 16,57

M_i tonf-m 243,64 0,00 32,70 0,00

N_j tonf -1,27 2,50 -1,90 -19,06

V_j tonf -16,57 -1,62 -2,83 -16,57

M_j tonf-m 0,00 32,70 0,00 243,64

14700

26300

E1

E2 E3

E4

Figura 22 Modelo marco transversal

30



Grupo 2

Entrega 2


Para el anlisis del marco longitudinal se consider solo una porcin arriostrada de las 3 existentes en

cada marco. Eso para simplificar el modelo pues este busca encontrar los esfuerzos internos para un

pre diseo.

Los resultados para el marco 2 para la combinacin de carga 1.2D + 1.4E + L + 0.2S son:

Tabla 6 Esfuerzos internos en los nodos de cada elemento. Porcin de Marco Longitudinal

Donde los elementos numerados en cada marco son los que nos interesan disear. Para el segundo

marco las solicitaciones laterales (viento y sismo) fueron dividas en 3 por que en cada marco se tienen

3 sistemas de arrostramiento con diagonales.

Para el anlisis estructural de elementos secundarios costaneras, revestimiento, columnas de viento y

viga porta gra se utiliz un anlisis isosttico independiente del resto de la estructura.

E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 E8 E9 E10 E11 E12 E13

N_i tonf 10,09 -168,19 180,23 -2,78 17,01 1,75 -17,03 7,26 -168,36 170,60 -5,61 33,30 -33,27

V_i tonf 0,72 2,57 1,67 0,71 0,03 0,01 0,03 -0,97 -13,50 -15,21 -0,98 2,02 2,13

M_i tonf-m 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 -2,62 -24,31 -27,61 -2,65 0,00 8,13

N_j tonf -7,61 172,07 -176,35 5,26 -17,01 -1,75 17,03 -6,70 169,24 -169,73 6,17 -33,30 33,27

V_j tonf -0,72 -1,45 -2,79 -0,71 0,03 0,01 0,03 0,97 13,75 14,96 0,98 -1,59 -1,69

M_j tonf-m 8,63 25,14 27,82 8,57 0,00 0,00 0,00 0,00 -13,99 -14,78 0,00 7,68 0,00

12000

2700

8500

E2 E3

E5 E7

E12 E13

E6

E1 E4

E8 E9 E10 E11

Figura 23 Modelo marco longitudinal

31



Grupo 2

Entrega 2


8. Pre diseo elementos principales

En base a los resultados del anlisis estructural se disea los elementos iterando las secciones. Las

iteraciones no son mostradas en este informe. A continuacin se detalla la verificacin de las secciones

finales.

i. Columnas (HN50x462)

Se disean con las solicitaciones de los elementos 1 y 3 del marco transversal (marcos 1).


E G Fy H t B e


2100,00 0,30 807,69 2,40 50 2,2 50 5


A cm2 588

Ix cm4 265900,00

Zx cm3 12130,00

Sx cm3 10636,00

ix cm 21,27

Iy cm4 104202,16

Zy cm3 6298,40

Sy cm3 4168,09

iy cm 13,31

J cm4 4308,64

Ca cm6 52752343,50

x1 t/cm2 432,96

x2 cm4/t 0,02

e

tH

B

x x

y

y

32



Grupo 2

Entrega 2


f w L

m

5,00 18,18 14,70

Para compresion: No Esbelto No Esbelto No compacto



11,2406

f_r 16,57

29,5804

w_r 44,07 111,222

168,608

Lp Lr

m m

6,93 48,88

48,84

r_ts 14,85 cm

ho 45 cm

w

w

33



Grupo 2

Entrega 2


Solicitaciones / Requerimentos

Momento Corte Axial

Mmax=Mrx 243,64 t-m Vmax/Vr 16,57 t Pmax/Pr 21,76 t

M_A 243,64 t-m

M_B 121,82 t-m

M_C 0,00 t-m

Resistencia

Momento Corte Axial

Mcx = b*Mn 262,008 t-m Vc = v*Vn 142,56 t Pc = c*Pn 502,927 t

Cumple Cumple Cumple

Flexo-Compresion Cumple

Ecu no aplica

0,95153 < 1

Ecu aplica

CHAPTER E: DESIGN OF MEMBERS FOR COMPRESSION dir: x

c 0,9

K 2

Esbeltez KL/r 138,254

E3. FLEXURAL BUCKLING OF MEMBERS WITHOUT SLENDER ELEMENTS

1,08 t/cm2

Fcr 0,95 t/cm2

34



Grupo 2

Entrega 2


E7. MEMBERS WITH SLENDER ELEMENTS

b/t 5,00

16,57

30,47

Qs 1,00

actualizado 1,96 t/cm2

40,00 cm

Qa 1,00

1,00

Fcr 0,95 t/cm2

558,8 t

35



Grupo 2

Entrega 2


CHAPTER F: DESIGN OF MEMBERS FOR FLEXURE

b 0,9

Mmax 243,64 t-m

M_A 243,64 t-m

M_B 121,82 t-m

M_C 0 t-m

1,666666667

F2. DOUBLY SYMMETRIC COMPACT I-SHAPED MEMBERS AND CHANNELS BENT ABOUT THEIR MAJOR AXIS

291,12 t-m

L 14,70 m

Lp 6,93 m PLT si aplica

Lr 48,88 m

291,12 t-m

Ecu no aplica t-m

9,89 t/cm2

Mn 291,12 t-m

36



Grupo 2

Entrega 2


CHAPTER G: DESIGN OF MEMBERS FOR SHEAR

v 0,9

Aw 110 cm2

a 9999 cm

5

1

Ecu no aplica Cv 1

Ecu no aplica

158,4 t

CHAPTER H: DESIGN OF MEMBERS FOR COMBINED FORCES AND TORSION

H1. DOUBLY AND SINGLY SYMMETRIC MEMBERS SUBJECT TO FLEXURE AND AXIAL FORCE

37



Grupo 2

Entrega 2


ii. Vigas de techo (IN25x72,7)

Se disean con las solicitaciones de los elementos 2 y 3 del marco transversal (marco 1)


E G Fy H t B e


2100,00 0,30 807,69 2,40 25 6 20 2


A cm2 206

Ix cm4 15237,17

Zx cm3 1581,50

Sx cm3 1218,97

ix cm 8,60

Iy cm4 3044,67

Zy cm3 589,00

Sy cm3 304,47

iy cm 3,84

J cm4 1618,67

Ca cm6 402657,17

x1 t/cm2 1370,52

x2 cm4/t 0,00

e

tH

B

x x

y

y

38



Grupo 2

Entrega 2


f w L

m

5,00 3,50 8,50




11,2406

f_r 16,57

29,5804

w_r 44,07 111,222

168,608

Lp Lr

m m

2,00 44,40

44,36

r_ts 5,36 cm

ho 23 cm

w

w

39



Grupo 2

Entrega 2



Momento Corte Axial


M_A 32,70 t-m

M_B 16,35 t-m

M_C 0,00 t-m

Resistencia

Momento Corte Axial




Ecu no aplica

0,97174 < 1

Ecu aplica

CHAPTER E: DESIGN OF MEMBERS FOR COMPRESSION dir: x

c 0,9

K 2



0,53 t/cm2

Fcr 0,47 t/cm2

40



Grupo 2

Entrega 2



b/t 5,00

16,57

30,47

Qs 1,00


21,00 cm

Qa 1,00

1,00

Fcr 0,47 t/cm2

95,8 t

41



Grupo 2

Entrega 2



b 0,9

Mmax 32,7 t-m

M_A 32,7 t-m

M_B 16,35 t-m

M_C 0 t-m

1,666666667


37,956 t-m

L 8,50 m


Lr 44,40 m

37,96 t-m

Ecu no aplica t-m

14,68 t/cm2

Mn 37,96 t-m

42



Grupo 2

Entrega 2



v 0,9

Aw 150 cm2

a 9999 cm

5

1

Ecu no aplica Cv 1

Ecu no aplica

216 t



43



Grupo 2

Entrega 2


iii. Diagonales (HN50x269)

Se disean con las solicitaciones de los elementos 2, 3, 9 y 10 del marco longitudinal (marco 2)


E G Fy H t B e


2100,00 0,30 807,69 2,40 50 1,4 50 2,8


A cm2 342,16

Ix cm4 166343,38

Zx cm3 7297,98

Sx cm3 6653,74

ix cm 22,05

Iy cm4 58343,49

Zy cm3 3521,76

Sy cm3 2333,74

iy cm 13,06

J cm4 772,34

Ca cm6 32494988,04

x1 t/cm2 223,52

x2 cm4/t 0,25

e

tH

B

x x

y

y

44



Grupo 2

Entrega 2


f w L

m

8,93 31,71 15,30




11,2406

f_r 16,57

29,5804

w_r 44,07 111,222

168,608

Lp Lr

m m

6,80 26,43

26,40

r_ts 14,39 cm

ho 47,2 cm

w

w

45



Grupo 2

Entrega 2


Adems de la principal solicitacin axial de las diagonales (180,23 tonf) la norma exige un mnimo de

esbeltez que al final resulta controlando el diseo.

1.5

= 139,39

Se considera K=2 pues como la norma exige que la viga sea continua en el punto de insercin del

arrostramiento V invertida se supuso una condicin de borde empotrada deslizante con la viga.


Momento Corte Axial


M_A 27,82 t-m

M_B 27,82 t-m

M_C 27,82 t-m

Resistencia

Momento Corte Axial




Ecu no aplica

0,51939 < 1

Ecu aplica

CHAPTER E: DESIGN OF MEMBERS FOR COMPRESION

c 0,9

K 2



1,08 t/cm2

Fcr 0,94 t/cm2

46



Grupo 2

Entrega 2



b/t 8,93

16,57

30,47

Qs 1,00


44,40 cm

Qa 1,00

1,00

Fcr 0,94 t/cm2

322,9 t

47



Grupo 2

Entrega 2



b 0,9

Mmax 27,82 t-m

M_A 27,82 t-m

M_B 27,82 t-m

M_C 27,82 t-m

1


175,151 t-m

L 15,30 m


Lr 26,43 m

147,70 t-m

Ecu no aplica t-m

3,26 t/cm2

Mn 147,70 t-m

48



Grupo 2

Entrega 2



v 0,9

Aw 70 cm2

a 9999 cm

5

1

Ecu no aplica Cv 1

Ecu no aplica

100,8 t



49



Grupo 2

Entrega 2


iv. Puntales (XL25x19)

Se disean con las solicitaciones de los elementos 5, 6, 7, 12 y 13 del marco longitudinal (marco 2)

La principal solicitacin de los puntales es axial donde la mxima es 33,27 tonf con casi nulas

solicitaciones a momento y corte.

Se toman las propiedades de las tablas de ICHA

CHAPTER E: DESIGN OF MEMBERS FOR COMPRESION dir: x

c 0,9

K 1



2,90 t/cm2

Fcr 1,70 t/cm2

50



Grupo 2

Entrega 2


9. Diseo elementos secundarios

i. Revestimiento

Obtencin de presiones de viento:

Para obtener la presin del viento se usa el mtodo simplificado (ya que la estructura cumple

con las condiciones para usarlo) contenido en la norma de viento NCh432Of.2010.

Se tiene la siguiente expresin para elementos secundarios y de revestimiento:

[

2] = 30

Con:

Se obtiene de las tablas que:

= 1,62, (exposicin C) Kzl = 1, (no se aplica factor topogrfico), I = 1,15 (categora IV)

Velocidad bsica de viento: 35 m/s (de Fig. 3 de NCh 432 of. 2010)

41,1 t

Axial

Pmax/Pr 33,27 t

Axial

Pc = c*Pn 36,9829 t

Cumple

51



Grupo 2

Entrega 2


Obtencin de cargas de nieve:

Las sobrecargas de nieve estn dadas por la expresin obtenida de la NCh431Of.77:

= 0

Donde K = constante que depende de pendiente de techo . K=1, ya que < 30

n0 = sobrecarga bsica de nieve.

Se obtiene que n0 = 25 kg/m2 a travs de la tabla 2 de la norma utilizada, ingresando con altitud

300-600 m.s.n.m y latitud 32-34

Para techos

Para calcular pnet30, se busca la situacin ms desfavorable. Segn la fig. 2 de la norma NCh432

Of2010, para obtener las dimensiones de las distintas zonas del galpn, se tiene:

De Fig 2 NCh432 Of 2010

a: menor valor entre 10% de la dimensin horizontal menor y 0,4*h (altura media de techo), y

no menor que 0,04 veces la dimensin horizontal y 0,9m

a = max(min(0,1*26,3; 0,4*17,85); 0,04*26,3; 0,9) = 2,63 m

h* = razn entre mitad de dimensin horizontal de marco transversal y coseno de pendiente de

techo = 13,15/cos(25,6) = 14,58 m

Usando Tabla 3 NCh432 of. 2010:

Zona 1 del techo (interiores):

A (rea efectiva) = (76 2)( 2) = 653 2

Como A >9,29 m2:

pnet30 = 0,21 kN/m2 (compresin); -0,44 kN/m2 (succin)

Zona 2 del techo (externas):

A = (76 2)(2) = 186.04 2

Como A>9,29 m2:

pnet30 = 0,21 kN/m2; -0,62 kN/m2

Zona 3 del techo (esquinas):

A = 4 2 = 21,04 2

Como A >9,29m:

pnet30 = 0,21 kN/m2; -0,98 kN/m2

Se usa entonces: pnet30 = 0,21 kN/m2; -0,98 kN/m2

52



Grupo 2

Entrega 2


Con estos valores se tiene:

[

2] = 1,62 1 1,15 0,21 = 0,39

2, . = 0,48

2= 48

2

[

2] = 1,62 1 1,15 0,98 = 1,83

2= 183

2

Para disear:

De la tabla proporcionada por Cintac, para planchas PV6 con ms de tres apoyos, se usa planchas

de 0,6 mm de espesor separadas a 2,5 m, que resisten:

178 kg/m2 a sobrecarga >48 kg/m2 solicitados.

216 kg/m2 a succin > 183 kg/m2 solicitados.

Comprobamos que resista la sobrecarga de nieve:

Esta se aplica sobre la proyeccin horizontal del techo y la resistencia de la plancha se obtiene

de forma perpendicular. Por lo tanto,

190

2 > = cos() = 25 cos(25,6) = 22,54

2

Para marcos resistentes a momento exteriores y marcos longitudinales:

Zona 4 (interiores):

A=2(

26,3

2)(21+(14,7+tan(25,6)))

2= 388,8 2

A>46,45 m2:

pnet30 = 0,39; -0,44

Zona 5 (externas):

A = 2(14,7+(14,7+tan(25,6)))

2= 80,63 2

Como A>46,45 m2:

pnet30 = 0,39; -0,44

53



Grupo 2

Entrega 2


Se usa entonces: pnet30 = 0,39 kN/m2; -0,44 kN/m2

Con estos valores se tiene:

[

2] = 1,62 1 1,15 0,39 = 0,73

2= 73

2

[

2] = 1,62 1 1,15 0,44 = 0,82

2= 82

2

Para disear:

De la tabla proporcionada por Cintac, para planchas PV6 con ms de tres apoyos, se usa planchas

de 0,6 mm de espesor separadas a 3,5 m, que resisten:

83 kg/m2 a sobrecarga >73 kg/m2 solicitados.

83 kg/m2 a succin > 82 kg/m2 solicitados.

No se considera sobrecarga de nieve.

ii. Costaneras

Se disean las costaneras a travs del mtodo de tensiones admisibles:

Costaneras de techo (C 200x100x28,5)

Sobrecarga de viento:

Para el diseo de costaneras, se considerar que reciben una carga distribuida lineal que est

dada por la presin de viento y la separacin de las costaneras. Esta carga acta perpendicular

a la superficie de techo.

Si las costaneras estn espaciadas a 1,8 m (espaciamiento menor al obtenido anteriormente),

se tiene (usamos q de succin)

= (183

2 1,8) = 329,4

= 0,329

Si se considera L=8,5 m:

=2

8= 2,97

54



Grupo 2

Entrega 2


Diseo:

Peso propio:

El peso propio acta como carga distribuida

Si se escoge el perfil C siguiente:

C 200*100*28,5

Si = 0,0285

=2

8= 0,257

Su proyeccin en el eje dbil est dada por:

= 0,257 cos(25,6) = 0,232 De tablas se obtiene que:

= 212 3

Y

= (0,6) = 3,06 > + = 0,23 + 2,97 = 2,74

. . = 90 %

Costaneras de muro (C 200x100x17,8)

Sobrecarga de viento:

Para el diseo de costaneras, se considerar que reciben una carga distribuida lineal que est

dada por la presin de viento y la separacin de las costaneras. Esta carga acta perpendicular

a la superficie.

Si las costaneras estn espaciadas a 2,5 m (espaciamiento menor al obtenido anteriormente),

se tiene

Para succin:

= (82

2 2,5) = 205

= 0,205

55



Grupo 2

Entrega 2



=2

8= 1,851

Para compresin:

= (73

2 2,5) = 182,5

= 0,183


=2

8= 1,648

Diseo:

Peso propio:

El peso propio acta como carga distribuida

Si se escoge el perfil C siguiente:

C 200*100*17,8

Si = 0,0178

=2

8= 0,161

Su proyeccin en el eje dbil est dada por:

= 0,161 cos(25,6) = 0,145 De tablas se obtiene que:

= 334 3

Y

= (0,6) = 140 0,6 2,4 = 2,016 > + = 0,145 + 1,648

= 1,793 . . = 89 %

56



Grupo 2

Entrega 2


Distribucin de costaneras

Por lo tanto, las costaneras siguen la siguiente distribucin:

Figura 24 Distribucin de costaneras

2500 mm

2500 mm

2500 mm

2500 mm

2500 mm

1100 mm

1100 mm

91

mm

90

mm

18

00

mm

1

800

mm

18

00

mm

18

00

mm

1

800

mm

18

00

mm

18

00

mm

1

800

mm

2500 mm

2500 mm

2500 mm

2500 mm

2500 mm 1100 mm

2500 mm

2500 mm

2400 mm

57



Grupo 2

Entrega 2


iii. Columnas de viento (HN45x323,3)

Se disea para la columna central. se debe considerar que la seccin transversal recibe una

presin que est dada por 82 kg/m2.

Se consideran las columnas de viento empotradas en su base y no se considera ningn aporte

de rigidez de parte del techo, es decir son columnas en voladizo.

Su diseo es realizado segn tensiones admisibles.

La carga distribuida que recibe est dada por:

= 6,5 0,082 21 + 14,7 + 9,9tan(25,6)

2

1

21= 0,513

El momento mximo que recibe es de:

=2

2= 0,513

212

2= 113,12

Buscamos un Sy tal que

0,6= 7855,56

Si se escoge H 450*450*323,3

De tablas se obtiene que:

= 7859 3

Y

= (0,6) = 113,17 > = 113,12

K=2 (coef de

long efectiva)

Figura 25 Modelo de columnas de viento

58



Grupo 2

Entrega 2


Adems se define el espaciamiento de puntales en el marco transversal segn la longitud

plstica (Lp = 6m) de la columna de viento para evitar pandeo en su eje dbil.


E G Fy H t B e


2100,00 0,30 807,69 2,40 45 1,8 45 3,5


A cm2 383,4

Ix cm4 144179,55

Zx cm3 7186,05

Sx cm3 6407,98

ix cm 19,39

Iy cm4 53174,72

Zy cm3 3574,53

Sy cm3 2363,32

iy cm 11,78

J cm4 1360,12

Ca cm6 22895039,52

x1 t/cm2 326,03

x2 cm4/t 0,06

e

tH

B

x x

y

y

f w L

m

6,43 21,11 15,30




11,2406

f_r 16,57

29,5804

w_r 44,07 111,222

168,608

Lp Lr

m m

6,13 32,99

32,96

r_ts 13,12 cm

ho 41,5 cm

w

w

59



Grupo 2

Entrega 2


iv. Viga porta gra (IN 60x139)

60



Grupo 2

Entrega 2


61



Grupo 2

Entrega 2


62



Grupo 2

Entrega 2


63



Grupo 2

Entrega 2


64



Grupo 2

Entrega 2


v. Colgadores

Colgadores de muro

Para obtener el espaciamiento de los colgadores de muro, se considera que la distancia mxima

entre estos est dada por la longitud Lp que permite llegar a la plastificacin de las costaneras:

= 1,76

= 1,76 3,14

2100

2,4= 1,63

Por lo tanto, escogemos d = distancia entre colgadores = 1,5 m

Para obtener el dimetro de los 2 colgadores, vemos el peso que tiene que soportar y

comprobamos que trabaja en estado elstico: (p = peso de los colgadores por metro)

2 0,6 6 = 6 0,0178 1,5

=2

4 0,056 > 0,27

Se usan 2 colgadores 6

Colgadores de techo

Para obtener el espaciamiento de los colgadores de muro, se considera que la distancia mxima

entre estos est dada por la longitud Lp que permite llegar a la plastificacin de las costaneras:

= 1,76

= 1,76 3,09

2100

2,4= 1,61

Por lo tanto, escogemos d = distancia entre colgadores = 1,5 m

Para obtener el dimetro de los 2 colgadores, vemos el peso que tiene que soportar de 9

costaneras y comprobamos que trabaja en estado elstico: (p = peso de los colgadores por

metro)

2 0,6 9 = 9 0,0285 1,5

=2

4 0,134 > 0,41

Se usan 2 colgadores 6

65



Grupo 2

Entrega 2


10. Consideraciones finales

11. Anexos

i. Planos de estructuracin

ii. Planos de elementos principales prediseados

iii. Planos de elementos secundarios diseados

entrega 2

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