estructuracion dem 005 2013 rev 0

PROFESOR : CARLOS RAMIREZ V.INGENIERO CIVILREVISION DOC. : REV 0FECHA : MARZO DEL 2013

PROYECTO DE ESTRUCTURAS

DOC : DEM-005

CAPITULO V

ESTRUCTURACION

INDICE

1. ALCANCE

2. APOYOS DE NIVEL BASAL

3. ESTRUCTURACION MARCOS

4. ESTRUCTURACION CERCHAS

5. ESTRUCTURACION ENREJADOS

6. ESTRUCTURACION PISOS INDUSTRIALES

7. ESTRUCTURACION TECHOS

8. EJEMPLO DE APLICACION

Este capitulo tiene por objeto entregar las nociones bsicas de estructuracin y su aplicacin a Naves Industriales ( Proyecto 2011 ).

En Captulos posteriores se retomaran estos conceptos con mayor profundidad, analizando las limitaciones en lo que respecta a las normas vigentes.

I. ALCANCE CONTENIDOS

El tipo de apoyo que tendr la estructura depender entre otras variables de las sgtes. :

Capacidad de soporte del suelo ( tipo de suelo ).

Control y limitacin de las deformaciones laterales de la estructura.

Factibilidad tcnico-econmica producto del estudio de mecnica de suelos.

II. APOYOS A NIVEL BASAL VARIABLES INVOLUCRADAS

APOYOS A NIVEL BASAL

Para suelos con poca Capacidad de Carga, se suele utilizar apoyo fijo a nivel basal, de tal forma de entregar solo cargas de corte y compresin ( o traccin ) a la fundacin.

DET. 1

Estructura con apoyo fijo a nivel basal

Columna

Pedestal de Hormign

II. APOYOS A NIVEL BASAL APOYOS FIJOS

APOYOS FIJOS

Para suelos con alta Capacidad de Carga ( por ejemplo roca ) se suele utilizar apoyos empotrados, con el fin de aprovechar las caractersticas del suelo. De esta forma la estructura se hace mas hiperesttica y por ende con mayor capacidad de disipacin de energa ante una eventual carga ssmica.

DET. 1

Columna

Pedestal de Hormign

Estructura empotrada a nivel basal

II. APOYOS A NIVEL BASAL APOYOS EMPOTRADOS

APOYOS EMPOTRADOS

El control de deformaciones laterales de una estructura puede condicionar la eleccin del tipo de apoyo a utilizar.

Por ejemplo en el caso de Naves Industriales que tienen puente gra puede darse esta condicin.

La carga H producto del impacto de frenado lateral del carro del Puente Gra, puede producir deformaciones importantes .

La carga de viento puede tener un efecto similar.

II. APOYOS A NIVEL BASAL APOYOS EMPOTRADOS

CONTROL DE DEFORMACIONES

Para obtener la solucin a problemas como el planteado en el punto 2.2.3), debern tomarse en cuenta adems de los aspectos tcnicos tambin los econmicos, entre otros :

a) Empotrar a nivel basal implica aumentar la cantidad de M3 de hormign y M3 de excavaciones, con los correspondientes costos asociados.

b) Aumentar la cantidad de acero de la estructura ( aumento de secciones ) para controlar las deformaciones, manteniendo la condicin de apoyo fijo a nivel basal, implica mayores costos en trminos de fabricacin y montaje.

c) Para a) y b) tambin debe tenerse en cuenta los eventuales mejoramientos de suelo que arrojen los estudios de laboratorios respectivos, por ejemplo : uso de pilotes, rellenos de mejoramientos, micro pilotes, etc.

FACTIBILIDAD TECNICO-ECONOMICA

II. APOYOS A NIVEL BASAL AVALUACION ECONOMICA

MARCOS ARRIOSTRADOS EN XCaractersticas :

a) Por lo general las diagonales son esbeltas y tienen gran capacidad a traccin y poca al pandeo en compresin.

b) Puede ser un diseo econmico para cargas laterales, pero permite concentracin de deformaciones inelsticas, y la disipacin de energa es pobre durante un sismo severo.

c) En Chile es ampliamente usado en los Proyectos Industriales, Celulosas y Mineros.

Nota : Ver puntos 8.3.1 y 8.3.4 de norma chilena Nch 2369

III. ESTRUCTURACION MARCOS CONCENTRICOS

MARCOS ARRIOSTRADOS EN K Caractersticas :

a) Este tipo de estructuracin produce fallas en las columnas durante una carga ssmica severa. Ante cargas laterales una diagonal esta en compresin mientras que la otra esta en traccin. La diagonal en compresin se pandea mucho antes que el arriostramiento en traccin llegue a la fluencia. El pandeo introduce grandes cortantes y momentos flectores en las columnas.

b) Como resultado de lo anterior el arriostramiento en K esta prohibido en las regiones ssmicas mas activas, por lo mismo no es usado en Chile.

Nota : Ver punto 8.3.7 de norma chilena Nch 2369.


MARCOS ARRIOSTRADOS EN V Y V INVERTIDO

Nota : Ver punto 8.3.5 de norma chilena Nch 2369.

Caractersticas :

a) La flexin en las vigas con arriostramientos en V o V invertida inducedeformaciones en los pisos durante un terremoto severo, pero proveedisipacin adicional de energa, que puede mejorar la respuesta ssmicadurante terremotos grandes.


MARCOS ARRIOSTRADOS EN DIAGONAL

Caractersticas: :

a) Las diagonales actan entraccin para cargas lateralesen una direccin, y acompresin para las mismascargas en la otra direccin.

b) No es recomendable paraser usada en Chile, puesposee poca capacidad dedisipacin de energa.

Nota : Ver punto 8.3.1 de norma chilena Nch 2369 .


MARCOS ARRIOSTRADOS ESPECIALES

Caractersticas :

a) Los casos especiales 1 y 2 son utilizados cuando la estructura presenta deformaciones excesivas bajo cargas de servicio.

b) En la practica el caso espacial 2 es conocido como arriostramiento en sombrero y el caso especial 1 arriostramiento en cinturn.

c) Ver punto 8.3.1 y 8.3.4 de norma chilena Nch 2369.

CASO I

CASO II


ESTRUCTURACION DE MARCOS RIGIDOS

Caractersticas :

a) Estos marcos son algo flexibles. Aunque estos prticos pueden ser dctiles, la ductilidad se puede perder si ciertos requerimientos de diseo no se satisfacen, para esto los cdigos AISC, Nch 2369 y UBC establecen requerimientos especiales para este tipo de estructuras.

b) Posee resistencia y rigidez estable durante grandes y repetidas deformaciones inelsticas, las cuales proveen gran disipacin de energa.

c) Este tipo de estructuracin puede ser usada en Chile.

Nota : Ver punto 8.4 de norma chilena Nch 2369..


CERCHA CON DIAGONALES TRACCIONADAS ( TIPO PRATT )

Caractersticas :

a) Los elementos diagonales se encuentran en traccin bajo cargas normales verticales, de tal forma que se aprovecha al mximo la capacidad axial del perfil ( no existen problemas de pandeo por compresin ).

b) En general los elementos verticales ( montantes ) se encuentran comprimidos bajo cargas normales verticales.

c) La cercha Tipo Pratt tiene la desventaja que al ser usada en estructuras abiertas se pueden producir cargas inversas, como son por ejemplo las cargas de succin provenientes del viento, lo que puede producir compresin en los elementos mas largos de la cercha y por ende pierde su comportamiento optimo estructural.

IV. ESTRUCTURACION CERCHAS DE TECHO

CERCHA CON DIAGONALES COMPRIMIDAS ( TIPO HOWE TRUSS )

Caractersticas :

a) Esta cercha puede ser ventajosa para techos ligeros que pueden ser afectados por vientos de succin.

b) No es optima para estructuras cerradas.


CERCHA ESPECIAL ( FINK TRUSS )

Caractersticas :

a) Ofrece la alternativa ms econmica en trminos de peso de estructura de acero, para espacios grandes y techos muy inclinados.


ENREJADOS TIPO PRATT ( DIAGONALES TRACCIONADAS )

Caractersticas :

a) Los elementos diagonales se encuentran en traccin bajo cargas normales verticales, de tal forma que se aprovecha al mximo la capacidad axial del perfil ( no existen problemas de pandeo por compresin ).


V. ESTRUCTURACION ENREJADOS

ENREJADOS MIXTO

Caractersticas :

a) Los elementos diagonales estn sometidos a esfuerzos de traccin y compresin.



ENREJADOS CONTINUO

Caractersticas :

a) Se aplica en el caso que los largos de enrejados sean importantes y se requiere tener apoyos intermedios.

b) La disposicin de diagonales puede ser seccionada considerando aspectos de disminucin de pesos estructurales.


LOSA COLABORANTE

Una viga compuesta es aquella cuya resistencia depende de la interaccin mecnica entre dos o ms materiales . Con mucha frecuencia , en la construccin de edificios y puentes, se aplica el trmino viga compuesta a una seccin de acero sobre la que se ha construido un piso de hormign o un tablero de puente. El hormign se adhiere con firmeza a la seccin de acero por medio de conectores de corte cuidadosamente diseados.

VI. ESTRUCTURACION PISOS INDUSTRIALES

El sistema de vigas de acero con placas colaborantes consiste en el trabajo conjunto entre ambos elementos, mediante un enlace adecuado viga-placas colaborantes, de modo que resistan las solicitaciones de flexin originadas por las cargas verticales.

CONFIGURACIONES-LOSA COLABORANTE

A). Configuracin normal: Las vigas secundarias ( viguetas ) estan rotuladas en sus extremos unidas a las vigas principales perimetrales. Esta estructuracin se caracteriza pues las viguetas se orientan paralelas a una de las direcciones de las vigas principales. .


B). Configuracin de tablero: Las viguetas se ubican de tal forma de no recargar ninguna de las direcciones de vigas principales obtenindose de esta forma alturas de vigas perimetrales ( principales ) mas uniformes .


SISTEMA DE PISO ARRIOSTRADO

En estos casos no existe losa de hormign. En estos casos, se utiliza para conformar la superficie de apoyo, planchas diamantadas o parrillas de piso industrial.

En ausencia de la losa colaborante ( diafragma rgido ) se disponen de diagonales en planta para una mejor distribucin de cargas horizontales y garantizar adems que las vigas secundarias trabajen como arriostramiento a flexin para las vigas principales.


ESTRUCTURACION DE TECHO

La norma ssmica Nch 2369 punto 11.1.2 establece que la estructuracin de techo de naves industriales debe proveer cierta continuidad asimilndose a un diafragma.

VII. ESTRUCTURACION TECHOS NAVES INDUSTRIALES

COMPORTAMIENTO DE LA ESTRUCTURA

Al considerar un sistema de diagonales continuo de techo, permite que al aplicar una carga sobre un marco transversal cualquiera, los marcos adjuntos a este colaboran a resistir dicho esfuerzo.

VII. ESTRUCTURACION TECHOS NAVES INDUSTRIALES

EJEMPLO DE ESTRUCTURACION DE NAVES INDUSTRIALES

A continuacin se entrega figura tridimensional que muestra una estructuracin tpica de nave con puente gra ( Carga de levante P ), de la cual se estudiaran :

Estructuracin Transversal Estructuracin de Frontn Estructuracin Longitudinal Estructuracin de Techo

VIII. ESTRUCTURACION EJEMPLO DE APLICACION

VISTA TRIDIMENSIONAL

La figura indica los ejes principales de la estructura que servirn de base para el anlisis posterior de las estructuraciones respectivas.

VIII ESTRUCTURACION EJEMPLO DE APLICACION

ESTRUCTURACION TRANSVERSAL ( EJES B, C, D Y E )

A : Marco rgido rotulado a nivel basal

En general este tipo de marcos esta estructurado en base a perfiles H ( IN, HN, HE, etc. ).

Debe estudiarse con especial cuidado el comportamiento bajo cargas laterales, para el control de deformaciones.

Mediante esta estructuracin se obtienen pesos de estructuras ( peso de perfiles ) mayores que el caso de apoyo empotrado a nivel basal .

En general en estos marcos se obtienen volmenes de hormign menores que en marcos con apoyos empotrados a nivel basal.

VIII ESTRUCTURACION EJEMPLO DE APLICACION

B : Marco rgido empotrado a nivel basal

En general este tipo de marcos esta estructurado en base a perfiles H ( IN, HN, HE, etc. ).

Este tipo de marcos tiene un buen comportamiento bajo cargas laterales, con un control de deformaciones ms ptimo que la estructura rotulada a nivel basal.

Mediante esta estructuracin se obtienen pesos de estructuras ( peso de perfiles ) menores que el caso de apoyo rotulado a nivel basal .

En general en estos marcos se obtienen volmenes de hormign mayores que en marcos con apoyos fijos a nivel basal.


C. Marco con viga de techo enrejada

Un inconveniente que presentan estos marcos, es la altura de la viga enrejada la cual puede provocar problemas de interferencia con el movimiento del puente gra, lo que implica estructuras de mayor altura exterior, en comparacin a un marco con vigas de techo de perfiles de alma llena ( H ).


OTRAS ESTRUCTURACIONES TRANSVERSALES ESPECIALES

Dependiendo del nivel de cargas podemos encontrarnos en la practica con distintas estructuraciones especiales como las indicadas a continuacin.Estos aspectos sern estudios en el Capitulo especifico.


ESTRUCTURACION DE FRONTONES ( EJES A Y F )

En estos marcos se disponen de columnas intermedias llamadas columnas de viento, en las cuales se apoyan las costaneras laterales.

Estas columnas estas rotuladas a nivel basal y poseen apoyo deslizante en el sentido vertical en la parte superior, con esto se persigue que las columnas de viento no aporten a la rigidez lateral del marco principal.


ESTRUCTURACION EJES LONGITUDINALES ( EJES 1 Y 2)

En general en el sentido longitudinal las columnas principales de la nave industrial poseen apoyo fijo a nivel basal.

Con el objeto de dar estabilidad longitudinal a la estructura se deben incorporar sistema de diagonales verticales, estas sern las encargadas de resistir las cargas provenientes de los impactos longitudinales del puente gra ( frenado ), las cargas eventuales de sismo y viento longitudinales.

Ver como complemento norma Nch 2369 puntos 8.3.1 y 8.3.4.


OTRAS ESTRUCTURACIONES LONGITUDINALES Y DE VIGA CARRILERA ( PORTA GRUA )


estructuracion dem 005 2013 rev 0

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