MEMORIA DE CALCULO DE ESTRUCTURAS METALICAS
1. ALCANCES
El alcance del presente informe es sustentar el diseo de las
estructuras metlicas utilizadas a construirse en este proyecto.
De acuerdo a lo anterior, los principales objetivos son los
siguientes:
Establecer las solicitaciones de cargas mximas a considerar en
el diseo.
Definir las normas y reglamentos que regirn el diseo
estructural.
Establecer criterios de diseo estructural de acuerdo a las
buenas prcticas de la ingeniera.
2. CODIGOS Y NORMAS
Publicacin AISC: American Institute of Steel Construction.
Materiales:American Society for Testing and Materials (ASTM)
AISC edition 2011:Manual of Steel Construction Allowable Stress
Design. American Institute of Steel Construction.
Publicacin ASCE: American Society if Civil Ingineers
3. CARACTERISTICAS DE MATERIALES
Las propiedades mnimas para los materiales considerados en este
estudio son los siguientes:
Acero Estructural
Estructura en ASTM A36:Fy= 36.0 ksi.
4. CRITERIOS DE CLCULO
4.1. Determinacin de cargas actuantes en prticos y criterios de
clculo:
Los prticos conformados por columnas y vigas de seccin cuadrada
son del tipo reticulado.
Se considera la aplicacin de todos los estados de cargas
actuantes en los puntos de conexin de las cadenas de aisladores
(nodos).
Cada nodo contar con la aplicacin de tres cargas: carga
longitudinal, carga vertical y carga transversal.
Las cargas actuantes en la estructura nueva se considera las
calculadas en los diagramas de prticos del presente proyecto.
El modelo analizado en 3D considera los nodos articulados.
Se considera que el viento acta en la cara frontal y transversal
de incidencia del prtico de lneas y barras.
El peso de la estructura utilizado en el clculo es el que se
asigna al software especializado con la variable Pp de acuerdo a la
configuracin de la estructura.
Para el anlisis estructural se realiz en un modelo
tridimensional con el programa SAP2000.
Todos los elementos del sistema estructural se encuentran
convenientemente arriostrados para garantizar la estabilidad del
prtico.
4.2. Mximas Relaciones de Esbeltez Admisibles.
Los valores lmites de relacin de esbeltez considerados en el
diseo son:
Relacin de esbeltez de los elementos a compresin:
L/r= 120 para miembros principales sometidos a compresin
(montantes).
= 200 para otros miembros (diagonales).
= 250 para miembros redundantes sin refuerzos calculados.
= 350 para miembros sometidos slo a tensin
4.3. Deflexiones Admisibles de Columnas y Vigas.
El diseo de las columnas y vigas de prticos debe limitar el
desplazamiento mximo para las condiciones de cargas de servicio ms
crticas (sin factor de sobrecarga).
Deflexiones mximas horizontales en Columnas: H/200
Deflexiones mximas horizontales en Vigas : L/250
Deflexiones mximas verticales en Vigas: L/300
Descripcin de dimensiones de prtico:
H: Altura de la estructura de columnas para prticos.
L: Longitud de la estructura de viga para prticos.
5. SELECCIN DE PERFILES
5.1. Elementos a Compresin.
Con el reporte emitido por el software especializado se obtienen
las cargas de compresin para las hiptesis de cargas crticas para
todos los elementos de la estructura analizada.
Para la seleccin de los perfiles se sigue los procedimientos
indicado por el Manual N52 de la ASCE.
Con los datos de los elementos y los resultados de cargas se
procede a verificar el pandeo por compresin y la rigidez del
elemento.
Relacin de Esbeltez
Cc = 126Para ASTM A36
Cc = 107Para ASTM A572 grado 50
La fuerza axial admisible ser:
Para:
Si Pc es la fuerza de compresin sobre el elemento, se debe
verificar que:
Donde:
E: Modulo de elasticidad.
Fy: Esfuerza de fluencia del material.
A: rea del perfil analizado
Cc: coeficiente limite de esbeltez.
Esto siempre que:
fy en ksi
ASTMA A-36
acero ASTMA A572 grado 50
Sustituye fy por Fcr.
Donde:
La verificacin de los elementos es analizado para los siguientes
radios de giro:
radio de giro eje mnimo o eje alrededor del eje medio Z-Z
5.2. Elementos a Traccin:
Del anlisis con el software se obtienen las cargas de Traccin
para las combinaciones de las cargas crticas para todos los
elementos de la estructura.
El esfuerzo a la Traccin es el mnimo esfuerzo permisible
garantizado. El rea neta de corte transversal del miembro de la
estructura ser usada cuando se calcule el esfuerzo a la tensin
(suma de los productos de los espesores y el ancho de cada elemento
como medida normal al eje del elemento) menos la prdida de agujeros
u otras aberturas de seccin.
Si existiera una cadena de agujeros en forma diagonal o lnea
zigzag, el ancho neto de un elemento deber ser determinado por la
suma de los dimetros de todos los agujeros en la cadena y adicionar
cada espacio gauge en la cantidad equivalente.
Donde:
s: espacio longitudinal (de dos agujeros consecutivos)
g: espacio tranversal gauge 8de dos agujeros consecutivos)
El esfuerzo de Tensin para un area neta plana (lnea cadena
recta) deber ser:
Donde:
Ft: Esfuerzo de tensin
Fy: esfuerzo de fluencia el material
An: rea neta de la seccin tranversal
Si el centroide de los agujeros en la conexin est conectado
fuera de gravedad del elemento la conexin deber ser chequeada
por:
Donde:
Ft: Esfuerzo de tensin
Fy: esfuerzo de fluencia el material
Fu: esfuerzo de tensin en el elemento
Av: rea mnima de corte neta
At: rea mnima de tensin
La verificacin de los elementos es analizado para los siguientes
radios de giro:
radio de giro eje mnimo eje alrededor del eje medio Z-Z
6. DISEO DE PORTICO 12m
6.1. CONFIGURACION ESTRUCTURAL DEL PORTICO 12m
6.1.1. Dimensionamiento del Prtico 12m
6.1.2. Esquema 3D de la estructura en SAP
El esquema se muestra en lneas de colores que representa un tipo
de perfil para el anlisis de esfuerzos del programa SAP2000.
6.1.3. Perfiles del prtico
El esquema se muestra en lneas de colores que representa un tipo
de perfil para el anlisis de esfuerzos del programa SAP2000.
6.2. CARGAS CONSIDERADAS PARA EL DISEO
Estas cargas son extradas del diagrama de cargas del prtico, son
consideradas por acciones de los conductores, cable de guarda y
cadena de aisladores sometidos a diferentes condiciones normales y
excepcionales especificado en el plano en mencin.
6.3. CARGA DE SISMO
La carga ssmica que puede presentarse sobre los elementos de la
estructura del prtico que comprenden, se calcula mediante la
siguiente ecuacin:
Donde:
S:El esfuerzo al que se encuentra sometido un elemento al
ocurrir un sismo, este esfuerzo puede ser vertical u horizontal,
dependiendo del coeficiente s a emplearse para el clculo.
C:Valor de espectro de aceleraciones de diseo (vertical u
horizontal) para un periodo de vibracin dado; este valor se expresa
como una fraccin de la aceleracin de la gravedad (CH = 0,5 y CV =
0,3)
W:Es el peso del elemento sometido a los esfuerzos por
sismo.
6.3.1. Espectro de sismo utilizado
El espectro de sismo a utilizarse se calcul mediante los
siguientes factores
6.4. DISEO DE ESTRUCTURA PRINCIPAL
6.4.1. COMBINACIONES DE CARGAS
Las cargas se aplicarn en el prtico de estructura metlica han
sido diseadas para combinacin ms crtica segn plano de diagrama de
cargas. Para los eventos de carga se establecen con las
combinaciones de peso propio, viento, tiro, sismo horizontal y
vertical.
Para el Diseo de Cargas con Factores de Sobrecargas, los tipos
de Combinaciones de Cargasse detallan a continuacin:
1) Pp + Ce + Wx
2) Pp + Ce + Wy
3) Pp + Ce + Sx
4) Pp + Ce + Sy
6.5. RESULTADO DE DEMANDA CAPACIDAD DE PORTICO
El anlisis y diseo de la estructura metlica de acero se lleva a
cabo mediante el programa de elementos complejos finitos SAP2000
(versin 14.1). Vista referencial del modelo se presenta el Diagrama
de Razn Demanda-Capacidad de Prticos.
6.6. DIMENSIONADO DE PERFILES PARA COMBINACIONES MAS
DESFAVORABLES O LA QUE ES MANDATORIO EN EL ANALISIS DEL PROGRAMA
SAP 2000.
MONTANTE L3x3x1/4 (Columna)
El perfil ms esforzado est trabajando al 73.0 % de su
resistencia mxima a la flexo compresin, por lo tanto el resultado
es satisfactorio.
7. DISEO DE TRUZCO 12m
7.1. CONFIGURACION ESTRUCTURAL DEL PORTICO 12m
7.1.1. Dimensionamiento del Truzco 12m
7.1.2. Esquema 3D de la estructura en SAP
El esquema se muestra en lneas de colores que representa un tipo
de perfil para el anlisis de esfuerzos del programa SAP2000.
7.1.3. Perfiles del Truzco
El esquema se muestra en lneas de colores que representa un tipo
de perfil para el anlisis de esfuerzos del programa SAP2000.
7.2. CARGAS CONSIDERADAS PARA EL DISEO
Estas cargas son extradas del diagrama de cargas del prtico, son
consideradas por acciones de los conductores, cable de guarda y
cadena de aisladores sometidos a diferentes condiciones normales y
excepcionales especificado en el plano en mencin.
7.3. CARGA DE SISMO
La carga ssmica que puede presentarse sobre los elementos de la
estructura del prtico que comprenden, se calcula mediante la
siguiente ecuacin:
Donde:
S:El esfuerzo al que se encuentra sometido un elemento al
ocurrir un sismo, este esfuerzo puede ser vertical u horizontal,
dependiendo del coeficiente s a emplearse para el clculo.
C:Valor de espectro de aceleraciones de diseo (vertical u
horizontal) para un periodo de vibracin dado; este valor se expresa
como una fraccin de la aceleracin de la gravedad (CH = 0,5 y CV =
0,3)
W:Es el peso del elemento sometido a los esfuerzos por
sismo.
7.3.1. Espectro de sismo utilizado
El espectro de sismo a utilizarse se calcul mediante los
siguientes factores
7.4. DISEO DE ESTRUCTURA PRINCIPAL
7.4.1. COMBINACIONES DE CARGAS
Las cargas se aplicarn en la estructura metlica han sido
diseadas para combinacin ms crtica segn plano de diagrama de
cargas. Para los eventos de carga se establecen con las
combinaciones de peso propio, viento, tiro, sismo horizontal y
vertical.
Para el Diseo de Cargas con Factores de Sobrecargas, los tipos
de Combinaciones de Cargasse detallan a continuacin:
5) Pp + Ce + Wx
6) Pp + Ce + Wy
7) Pp + Ce + Sx
8) Pp + Ce + Sy
7.5. RESULTADO DE DEMANDA CAPACIDAD DEL TRUZCO
El anlisis y diseo de la estructura metlica de acero se lleva a
cabo mediante el programa de elementos complejos finitos SAP2000
(versin 14.1). Vista referencial del modelo se presenta el Diagrama
de Razn Demanda-Capacidad de Prticos.
7.6. DIMENSIONADO DE PERFILES PARA COMBINACIONES MS
DESFAVORABLES O LA QUE ES MANDATORIO EN EL ANALISIS DEL PROGRAMA
SAP 2000.
MONTANTE C 0.40m x 0.10m x 3/8 (Columna)
El perfil ms esforzado el cual pasa su resistencia mxima a la
flexo compresin, por lo tanto el resultado es satisfactorio.
8. DISEO DE TORRE AP 20m
8.1. CONFIGURACION ESTRUCTURAL DE LA TORRE AP 20m
8.1.1. Dimensionamiento de la torre AP 20m
8.1.2. Esquema 3D de la estructura en SAP
El esquema se muestra en lneas de colores que representa un tipo
de perfil para el anlisis de esfuerzos del programa SAP2000.
8.1.3. Perfiles de la torre
El esquema se muestra en lneas de colores que representa un tipo
de perfil para el anlisis de esfuerzos del programa SAP2000.
8.2. CARGAS CONSIDERADAS PARA EL DISEO
Estas cargas son extradas del diagrama de cargas del prtico, son
consideradas por acciones de los conductores, cable de guarda y
cadena de aisladores sometidos a diferentes condiciones normales y
excepcionales especificado en el plano en mencin.
8.3. CARGA DE SISMO
La carga ssmica que puede presentarse sobre los elementos de la
estructura del prtico que comprenden, se calcula mediante la
siguiente ecuacin:
Donde:
S:El esfuerzo al que se encuentra sometido un elemento al
ocurrir un sismo, este esfuerzo puede ser vertical u horizontal,
dependiendo del coeficiente s a emplearse para el clculo.
C:Valor de espectro de aceleraciones de diseo (vertical u
horizontal) para un periodo de vibracin dado; este valor se expresa
como una fraccin de la aceleracin de la gravedad (CH = 0,5 y CV =
0,3)
W:Es el peso del elemento sometido a los esfuerzos por
sismo.
8.3.1. Espectro de sismo utilizado
El espectro de sismo a utilizarse se calcul mediante los
siguientes factores
8.4. DISEO DE ESTRUCTURA PRINCIPAL
8.4.1. COMBINACIONES DE CARGAS
Las cargas se aplicarn en la estructura metlica han sido
diseadas para combinacin ms crtica segn plano de diagrama de
cargas. Para los eventos de carga se establecen con las
combinaciones de peso propio, viento, tiro, sismo horizontal y
vertical.
Para el Diseo de Cargas con Factores de Sobrecargas, los tipos
de Combinaciones de Cargasse detallan a continuacin:
9) Pp + Ce + Wx
10) Pp + Ce + Wy
11) Pp + Ce + Sx
12) Pp + Ce + Sy
8.5. RESULTADO DE DEMANDA CAPACIDAD DE LA TORRE
El anlisis y diseo de la estructura metlica de acero se lleva a
cabo mediante el programa de elementos complejos finitos SAP2000
(versin 14.1). Vista referencial del modelo se presenta el Diagrama
de Razn Demanda-Capacidad de Prticos.
8.6. DIMENSIONADO DE PERFILES PARA COMBINACIONES MAS
DESFAVORABLES O LA QUE ES MANDATORIO EN EL ANALISIS DEL PROGRAMA
SAP 2000.
MONTANTE L6x6x3/4 (Columna)
El perfil ms esforzado est trabajando al 31.9 % de su
resistencia mxima a la flexo compresin, por lo tanto el resultado
es satisfactorio.
9. DISEO DE TORRE SP 24m
9.1. CONFIGURACION ESTRUCTURAL DE LA TORRE SP 24m
9.1.1. Dimensionamiento de la torre SP 24m
9.1.2. Esquema 3D de la estructura en SAP
El esquema se muestra en lneas de colores que representa un tipo
de perfil para el anlisis de esfuerzos del programa SAP2000.
9.1.3. Perfiles de la torre
El esquema se muestra en lneas de colores que representa un tipo
de perfil para el anlisis de esfuerzos del programa SAP2000.
9.2. CARGAS CONSIDERADAS PARA EL DISEO
Estas cargas son extradas del diagrama de cargas del prtico, son
consideradas por acciones de los conductores, cable de guarda y
cadena de aisladores sometidos a diferentes condiciones normales y
excepcionales especificado en el plano en mencin.
9.3. CARGA DE SISMO
La carga ssmica que puede presentarse sobre los elementos de la
estructura del prtico que comprenden, se calcula mediante la
siguiente ecuacin:
Donde:
S:El esfuerzo al que se encuentra sometido un elemento al
ocurrir un sismo, este esfuerzo puede ser vertical u horizontal,
dependiendo del coeficiente s a emplearse para el clculo.
C:Valor de espectro de aceleraciones de diseo (vertical u
horizontal) para un periodo de vibracin dado; este valor se expresa
como una fraccin de la aceleracin de la gravedad (CH = 0,5 y CV =
0,3)
W:Es el peso del elemento sometido a los esfuerzos por
sismo.
9.3.1. Espectro de sismo utilizado
El espectro de sismo a utilizarse se calcul mediante los
siguientes factores
9.4. DISEO DE ESTRUCTURA PRINCIPAL
9.4.1. COMBINACIONES DE CARGAS
Las cargas se aplicarn en la estructura metlica han sido
diseadas para combinacin ms crtica segn plano de diagrama de
cargas. Para los eventos de carga se establecen con las
combinaciones de peso propio, viento, tiro, sismo horizontal y
vertical.
Para el Diseo de Cargas con Factores de Sobrecargas, los tipos
de Combinaciones de Cargasse detallan a continuacin:
13) Pp + Ce + Wx
14) Pp + Ce + Wy
15) Pp + Ce + Sx
16) Pp + Ce + Sy
9.5. RESULTADO DE DEMANDA CAPACIDAD DE LA TORRE
El anlisis y diseo de la estructura metlica de acero se lleva a
cabo mediante el programa de elementos complejos finitos SAP2000
(versin 14.1). Vista referencial del modelo se presenta el Diagrama
de Razn Demanda-Capacidad de Prticos.
9.6. DIMENSIONADO DE PERFILES PARA COMBINACIONES MS
DESFAVORABLES O LA QUE ES MANDATORIO EN EL ANALISIS DEL PROGRAMA
SAP 2000.
MONTANTE L6x6x3/4 (Columna)
El perfil ms esforzado est trabajando al 9.4 % de su resistencia
mxima a la flexo compresin, por lo tanto el resultado es
satisfactorio.
Fy
Cc
r
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