ESCUELA POLITCNICA NACIONAL

FACULTAD DE INGENIERA MECNICA

ESTRUCTURAS METLICAS

DISEO DE UNA NAVE O GALPN INDUSTRIAL

2

RESUMEN

El presente proyecto consiste en el diseo de una nave o galpn industrial en donde

se consideran cargas a las que est sometido este tipo de estructura y el

funcionamiento. El diseo se produjo por la necesidad de aplicar el conocimiento

obtenido en mecnica de materiales y del presente curso de estructura metlicas.

El diseo parte del dimensionamiento, estimacin de cargas para posteriormente

pasar al diseo de los perfiles de la estructura, elementos a tensin y compresin.

3

Contenido

CAPITULO I ......................................................................................................................................... 5

ANTECEDENTES .................................................................................................................................. 5

1.1 INTRODUCCIN .................................................................................................................. 5

1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ..................................................................................... 6

1.3 JUSTIFICACIN.................................................................................................................... 7

1.4 OBJETIVOS .......................................................................................................................... 7

1.4.1 OBJETIVO GENERAL .................................................................................................... 7

1.4.2 OBJETIVOS ESPECFICOS ............................................................................................. 7

CAPTULO II ........................................................................................................................................ 8

GENERALIDADES DE LAS NAVES INDUSTRIALES ................................................................................ 8

2.1 DEFINICIN DE UN GALPN ............................................................................................... 8

2.2 NAVE INDUSTRIAL O GALPN INDUSTRIAL ........................................................................ 9

2.2.1. DIMENSIONES ................................................................................................................... 9

2.3 FUNCIONALIDAD DE LA ESTRUCTURA DE UN GALPN .................................................... 10

2.4. VENTAJAS DE LAS ESTRUCTURAS DE ACERO .................................................................... 10

2.5 TIPOLOGAS ESTRUCTURALES .......................................................................................... 11

2.6 ELEMENTOS PRINCIPALES ................................................................................................ 12

2.6.1 ELEMENTOS ESTRUCTURALES A UTILIZARSE EN EL PROYECTO: .............................. 16

2.7 MEDIOS DE UNIN ........................................................................................................... 17

CAPTULO III ..................................................................................................................................... 19

ANLISIS DE CARGA EN ESTRUCTURAS ............................................................................................ 19

3.1 TIPOS DE CARGAS ............................................................................................................ 19

3.1.1. CARGAS MUERTAS ................................................................................................... 19

3.1.2. CARGAS DE PESO PROPIO ........................................................................................ 19

3.1.3. CARGA DE OCUPACIN ............................................................................................ 20

3.1.4. CARGAS VIVAS .......................................................................................................... 20

3.1.5. CARGAS ACCIDENTALES ........................................................................................... 21

4

3.1.6. FACTORES DE CARGA Y COMBINACIONES DE CARGA .............................................. 22

3.1.7. FACTORES DE IMPACTO ........................................................................................... 23

3.2. CRITERIO ........................................................................................................................... 23

3.2.1. Cargas muertas: ........................................................................................................ 23

3.2.2. Cargas vivas: ............................................................................................................. 24

CAPITULO IV ..................................................................................................................................... 25

PROCEDIMIENTO DE DISEO ........................................................................................................... 25

4.1. PROCEDIMIENTO DE DISEO ........................................................................................... 25

4.2. NAVE INDUSTRIAL ............................................................................................................ 25

4.3. DISEO DE COLUMNAS .................................................................................................... 26

4.3.1. DCL DEL CONJUNTO ................................................................................................. 26

4.3.2. CARGAS MUERTAS ................................................................................................... 26

4.3.3. CARGAS VIVAS .......................................................................................................... 29

4.3.4. CARGA DE PESO PROPIO .......................................................................................... 29

4.3.5. CARGA DISTRIBUIDA ................................................................................................. 30

5. BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................................... 30

5

CAPITULO I

ANTECEDENTES

1.1 INTRODUCCIN

La necesidad del ser humano de contar con espacios de grandes reas sin

obstrucciones para el desarrollo de distintas actividades desde, recreativas hasta

las productivas ha llevado al desarrollo de infraestructuras que satisfagan estas

necesidades, dentro de las cuales podemos mencionar los Edificios Industriales

conocidos tambin como naves industriales.

En la actualidad el uso de estructuras metlicas en instalaciones industriales ha

ido creciendo de una forma vertiginosa debido a los beneficios que estos prestan.

En vista de esto, una aplicacin directa del estudio y diseo de estructuras

metlicas son las naves industriales.

El diseo estructural abarca las diversa actividades que desarrolla el proyectista

para determinar la forma, dimensiones y caractersticas detalladas de una

estructura, o sea de aquella parte de una construccin que tiene como funcin

absorber las solicitudes que se presentan durante las distintas etapas de su

existencia. El diseo estructural se encuentra incluido en el proceso ms general

del proyecto de una obra civil, en el cual se definen las caractersticas que debe

tener la construccin para cumplir de manera adecuada las funciones que est

destinada a desempear. Un requisito esencial para que la construccin cumpla

sus funciones es que no sufra fallas o mal comportamiento debido a su incapacidad

para soportar las cargas que sobre ella se imponen. Junt con ste, deben cuidarse

otros aspectos, como los relativos al funcionamiento y a la habitabilidad, que en

general son responsabilidad de otros especialistas. Evidentemente, dada la

multitud de aspectos que deben considerarse, el proceso mediante el cual se crea

una construccin moderna puede ser de gran complejidad. Una construccin u obra

puede concebirse como un sistema, entendindose por un sistema un conjunto de

subsistemas y elementos que se combinan en forma ordenada para cumplir con

determinada funcin. Un edificio, por ejemplo, est integrado por varios

subsistemas: el de los elementos arquitectnicos para encerrar espacios, el

6

estructural, las instalaciones elctricas, las sanitarias, las de acondicionamiento de

aire y los elevadores. Todos estos subsistemas interactan de modo que en su

diseo debe tenerse en cuenta la relacin que existe entre ellos. As, no puede

confiarse que lograr la solucin ptima para cada uno de ellos, por separado,

conduzca a la solucin ptima para el edificio en su totalidad. Con demasiada

frecuencia esta interaccin entre los subsistemas de una construccin se considera

slo en forma rudimentaria. En la prctica tradicional el diseo de un edificio suele

realizarse por la superposicin sucesiva de los proyectos de los diversos

subsistemas que lo integran. El arquitecto propone un proyecto arquitectnico a

veces con escasa atencin a los problemas estructurales implcitos en su diseo.

1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

En la realidad de nuestro pas, se tiene una deficiencia en cuanto a infraestructura

que permita actividades de mucha importancia para el desarrollo industrial,

econmico, agrcola y social de nuestra poblacin. Se cuenta con infraestructuras

que hacinan, sofocan y no permiten una buena fluidez en los procesos productivos.

En muchas ocasiones los comerciantes no cuentan con la infraestructura idnea

para el almacenamiento de productos y equipos, limitando sus posibilidades de

crecimiento. Instituciones educativas de gran tamao poblacional que no cuentan

con espacio verstiles para la realizacin de actos sociales, deportivos, culturales

o de otra ndole restringiendo en gran medida el desarrollo de nuestra sociedad.

Una de las opciones ms econmicas y segura para cubrir la necesidad de

infraestructura para llevar a cabo estas actividades son las naves industriales.

Para el desarrollo del proyecto estructural nos hemos planteado el diseo de una

nave industrial de una rea de 600 m2, cuyas dimensiones son: 30 m de longitud,

20 m de ancho, 9 m de altura mxima (entre el nivel del suelo y la cumbrera) y 7,40

m de altura al alero.

La estructura se disear de acero ASTM A588 con uniones soldadas, la tipologa

seleccionada ha sido prticos con vigas en celosa cerchas, siendo la cubierta de

la nave a dos aguas.

En nuestro entorno no se cuenta con normas actualizadas para el diseo

estructural, lo cual limita el aprendizaje en esta rama. Para analizar y disear naves

7

industriales metlicas se utilizan mtodos disponibles en libros, cdigos,

publicaciones tcnicas, etc. as como tambin existen programas de computadoras

que facilitan este procedimiento. Sin embargo es muy difcil encontrar un material

que sirva como herramienta para la prctica.

1.3 JUSTIFICACIN

El diseo de la nave industrial a realizarse justifica ser tema para la aprobacin del

curso de estructuras metlicas porque permite aplicar conocimientos y destrezas

adquiridos en los aos de estudio, para as solucionar necesidades en el mbito

industrial y productivo.

1.4 OBJETIVOS

1.4.1 OBJETIVO GENERAL

Disear una nave o galpn industrial.

1.4.2 OBJETIVOS ESPECFICOS

Obtener experiencia en manejo de normas de diseo estructural, formulacin y

ejecucin de proyectos.

Generar el inters de aplicar diseos usando elementos de acero estructural.

Determinar los parmetros funcionales y de diseo para una nave industrial.

Realizar un anlisis de soldaduras y de cimentacin

8

CAPTULO II

GENERALIDADES DE LAS NAVES INDUSTRIALES

2.1 DEFINICIN DE UN GALPN

Es una construccin con un espacio libre en su interior bastante amplio, destinado

a ser utilizado para almacenamiento de mercadera, maquinaria, criadero de

animales, trabajos de rgimen industrial, mecnico o alojamiento de vehculos,

aviones, etc. Tambin puede ser utilizado como centro de exposiciones y otras ms

utilidades.

Son de diseo sencillo, prefirindose que no tenga apoyos intermedios para facilitar

la circulacin. A pesar de que los galpones son de construccin y diseo sencillo,

estn diseados para soportar todo tipo de sobrecargas como cualquier

construccin pesada, con esto nos referimos a sismos, fuertes carga de vientos y

nieve. 1

1 http://es.wikipedia.org/wiki/Galp%C3%B3n

9

2.2 NAVE INDUSTRIAL O GALPN INDUSTRIAL

Esta construccin est destinada exclusivamente para el uso industrial, dentro del

cual se puede realizar actividades de produccin o almacenamiento de bienes

industriales. Est destinado a la produccin de materiales y productos. Para esto

debe estar diseado para soportar pesos como el de un puente gra para

levantamiento de por lo menos 10 toneladas. Tambin puede contar con un altillo

o segundo piso donde se puede instalar oficinas, donde funciones la parte

administrativa de la fbrica.

2.2.1. DIMENSIONES

Las dimensiones del galpn surgen como respuesta a las necesidades de

espacio/volumen de la nave; sta quedar completamente definida en funcin de

las siguientes magnitudes:

a) Ancho o Luz (L): Amplitud necesaria, capaz de cubrir el ancho mximo

presupuestado en el diseo.

b) Altura til (H): Tambin llamada altura de columna, equivale a la altura

disponible para la instalacin de equipos, accesorios al galpn o la altura necesaria

para el paso de vehculos, si fuera necesario.

c) Pendiente (a): Angulo de la vertiente con respecto a la horizontal que pasa por

los extremos de las columnas. Deber representar la inclinacin necesaria que

impida el efecto pleno del viento sobre las vertientes, evacue convenientemente las

aguas lluvias y deslice la nieve acumulada en el techo.

d) Longitud (Z): Extensin, capaz de cubrir la longitud mxima presupuestada en

el diseo.

e) Separacin entre Marcos (S): La experiencia en el clculo de galpones de

acero, recomienda una separacin entre marcos que vare entre cuatro y seis

metros. 1

10

2.3 FUNCIONALIDAD DE LA ESTRUCTURA DE UN

GALPN

Se conoce que la estructura que soporta la edificacin est expuesta a varios tipos

de cargas. Por esta razn es importante llegar a determinar todas las posibles

cargas permanentes o variables que soporta la estructura para lograr obtener una

estabilidad estructural. La disposicin estructural, el funcionamiento de la

estructura, el tipo de material utilizado y las solicitaciones mecnicas son variables

importantes para obtener la estabilidad y desempeo de la estructura deseado.

Los materiales utilizados en la construccin de galpones generalmente son

metales, en especial el acero, y hormign para paredes y losas. Una estructura

metlica permite la construccin de luces de mayor longitud, lo que es muy

conveniente para prescindir de pilares intermedios y tener una buena continuidad

en toda la calzada interior. Tambin se utiliza para edificios de grandes alturas. [2]

2.4. VENTAJAS DE LAS ESTRUCTURAS DE ACERO

Los edificios cuya estructura se compone de un entramado de acero se construyen

con bastante rapidez ya que, por un lado, mientras se fabrican en taller los

elementos de la estructura se pueden realizar los trabajos de movimiento de tierras

y cimentacin. Adems no se necesita tiempo de fraguado como es el caso del

hormign y tampoco muchos trabajadores. Despus de ensamblar en obra los

elementos de acero se puede construir inmediatamente la cubierta. El montaje es

independiente de las condiciones climticas y por consiguiente se pueden

garantizar los plazos de ejecucin y la entrega final de las obras. Los entramados

se pueden reforzar con gran facilidad, por ejemplo, reforzar los pilares para montar

puentes-gra o instalaciones pesadas, etc.

La menor seccin de los pilares y la ausencia de paredes de carga reducen la

superficie ocupada por la estructura. Las estructuras de acero son especialmente

rentables para grandes claros. Los edificios de altura considerable, construidos con

estructura de acero son ms ligeros, lo que implica una cimentacin ms

econmica. Los entramados de acero correctamente dimensionados permiten

realizar los trabajos de acabados sin problemas. Una estructura de acero se puede

desmontar y volver a levantar en otro sitio. Gracias a las estructuras de acero se

11

puede levantar rascacielos, lo cual era imposible slo con hormign y estructura de

varilla.

2.5 TIPOLOGAS ESTRUCTURALES

Las estructuras deben cumplir con requisitos de equilibrio, estabilidad y durabilidad.

Estos son pilares fundamentales de cualquier estructura sin diferenciar su tipologa.

Los materiales usados para construir la estructura pueden ser concretos, acero,

cable, madera, o combinacin de estos. Existe una clasificacin de estas tipologas

estructurales que se basa en la forma en que transmiten las cargas a los apoyos:

Triangulares.- est formada por la unin de miembros que forman tringulos, lo

cual se conoce como triangulacin de las fuerzas.

Laminares.- una estructura constituida por lminas. Estas son elementos

resistentes por su forma, de gran superficie y bajo espesor. No desarrollan

importantes tensiones de flexin, corte o torsin por su forma delgada.

Funiculares.- son estructuras construidas por cables, sogas o cuerdas que no

poseen rigidez por lo que slo pueden soportar esfuerzos de traccin.

Los cables poseen un momento de inercia extremadamente bajo, con relacin a

su longitud, por esto se dice que su comportamiento es de esbeltez infinita, y rigidez

nula. Estas estructuras conducen las cargas directamente hacia los apoyos con

destino al suelo.

Membrancea.- las membranas son superficies materiales con espesor mnimo.

Estos materiales trabajan slo mediante esfuerzos en las direcciones tangentes a

su superficie media. Los esfuerzos de membrana son de traccin. La estructura

compuesta de membranas es bidimensional, no tiene rigidez flexional, slo soporta

tensiones y esfuerzos normales.

Masivas.- son estructuras slidas macizas que estn conformadas por bloques de

piedra o arcilla colocados unos encima de otros sin dejar espacios. Las fuerzas

soportadas se descomponen a travs de la masa.

Estructuras mixtas.- son las estructuras que combinan varias tipos de tipologas

estructurales. Tambin combinan materiales como hormign y acero.

12

Estructuras verticales.- son estructuras que se construyen hacia el cielo, siendo

la superficie de planta mucho ms pequea que su altura. Uno de los problemas

ms influyentes en este tipo de construccin es las cargas de viento que

incrementan conforme se consigue mayor altura. Las cargas totales que actan

sobre una estructura vertical son la suma de cargas de peso propio, cargas de uso

y cargas de viento. Generalmente la resultante es oblicua a la estructura. [4]

Para construcciones industriales como la estructura a disear la soldadura en el

presente proyecto, se puede distinguir algunos tipos de estructuras:

Armaduras y marcos.- Las armaduras y los marcos rgidos son los dos tipos

fundamentales de estructuras. Est formado por un grupo de tirantes y puntales

diseados y conectados de tal modo que integran una estructura que trabaja como

una viga de gran tamao. Sus elementos suelen formar uno o ms tringulos, en

un solo plano y su disposicin hace que las cargas externas se aplican en los nudos

de los elementos estructurales y los elementos pueden estar actuando a

compresin o a tensin.

Cerchas.- es la parte superior de un prtico que est conformada por secciones

triangulares formando una estructura generalmente triangular que est soportada

por columnas. Sobre estas estructuras se apoyan las correas, de tal forma que

permiten que se transmitan las cargas actuantes sobre las correas a los soportes.

2.6 ELEMENTOS PRINCIPALES

Elemento estructural es cada parte diferenciada que conforma una estructura y

cumple una funcin especfica. Su funcin es soportar el peso total de la estructura

as como fuerzas a las que est sometida la estructura para que no se deforme y

fracture. Se puede mencionar algunos:

Zapatas.- las zapatas pueden ser de hormign en masa o armado con planta

cuadrada o rectangular como cimentacin de soportes verticales pertenecientes a

estructuras de edificacin, sobre suelos homogneos de estratigrafa

sensiblemente horizontal.

13

Columnas.- las columnas son elementos verticales cuya funcin es transportar la

carga del techo al piso en cualquier tipo de edificio, nave, etc. Para nuestro caso

las columnas son elementos que soportan las cargas de la armadura, as como las

cargas que produce el viento las cargas de impacto y los sismos.

Armaduras.- una armadura es semejante a una viga cuya alma no es maciza sino

est compuesta por piezas que forman un sistema a base de tringulos. La

armadura se le considera si estuviera simplemente apoyada en las columnas o

semiempotrada.

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Placas de anclaje.- Son elementos estructurales que se utilizan para sujetar una

columna en la cimentacin de hormign en el piso. Ayuda a realizar una transicin

amigable entre el acero estructural y el hormign. La placa est conformada de

pernos de anclaje de forma curva que van embebidos en el hormign endurecido.

Soportes.- Son elementos verticales sometidos generalmente a compresin y a

flexin de valores bajos. Estos elementos transmiten las cargas verticales al

terreno a travs de los cimientos y las bases. Para poder dimensionarlos hay que

tomar en cuenta el tipo de carga sobre el perfil, la longitud del perfil, y la carga axial

de compresin. Existen soportes simples y compuestos.

Vigas.- Uno de los principales miembros de carga de los marcos de acero es la

viga que est constituida por perfiles de acero estructural cargados

transversalmente. Este tipo de vigas son comunes miembros de estructuras en

puentes, edificios y otros diseos estructurales.

Las cargas a las cuales est sometida una viga produce en sus secciones esfuerzos

como momento flector, esfuerzo cortante y torsiones. Los tipos de vigas que existen

son vigas de alma llena, alma aligerada y de celosa. Entre las vigas de alma llena

se divide en vigas de perfil y vigas armadas.

15

Figura 2.1. Vigas usadas en puentes gras

En la mayora de los casos, las vigas tienen sus cargas aplicadas en el alma

produciendo flexin.

Correas.- Son vigas que se colocan a la largo de la construccin, apoyados en los

prticos para soportar el techo o chapa metlica. Deben soportar este peso del

techo as como tambin posibles cargas de nieve y viento. El apoyo entre las

correas y los prticos se aseguran mediante uniones permanentes de soldadura o

uniones remachadas. 2

Arriostramientos.- son elementos secundarios en las estructuras, que ayudan a

unir o reforzar ciertas configuracin de perfiles. Puede reducir las longitudes de

pandeo lateral en vigas. Su funcin principal en la mayora de estructuras es

absorber los empujes longitudinales provocados por el viento, as como las fuerzas

de inercia originadas por ejemplo por puentes gra en movimiento. 3

Este tipo de construccin con Arriostramientos, puede producir una estructura

estticamente indeterminada. Este es un inconveniente para realizar los clculos.

Es necesario realizar hiptesis entre las diagonales cruzadas por eliminar un

elemento haciendo cero y terminar con una estructura determinada.

2 RODRGUEZ PREZ MARTA; Diseo y clculo de la estructura metlica y de la cimentacin de una nave industrial, Tesis de grado, Universidad Carlos III de Madrid Escuela Politcnica Superior, Julio 2009 3 http://ocw.uniovi.es/pluginfile.php/3211/mod_resource/content/1/Teoria/Cap_XI_I.pdf

16

2.6.1 ELEMENTOS ESTRUCTURALES A UTILIZARSE EN EL PROYECTO:

Elemento Tipo

Cantidad Longitud

m

Columnas

HEA-160

UPN 160 4 8,77

2 7,93

1 8,49

4 7,01

HEA-140 Upn 140 2 7,93

1 8,49

HEA-200 Upn 200 10 8,77

Columneta HEA-140 Upn 140 2 3,5

Vigas principales

IPE 160 4 10,02

IPE 300 1 13,94

IPE 240 1 13,94

Vigas de

columneta

IPE 270 1 3,96

2 5

IPE 100 2 4,77

2 4,96

Correas ZF175,2 12 29,57

Arriostramientos

Pletina

50,5

16 6,5

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Detalle de la armadura o celosa

ELEMENTOS PEERFIL CANTIDAD LONGITUD

(m)

Cordn superior 2 UPN 80 2 9,82

Cordn inferior 2 L60,6 2 9,76

M0 2 L60,6 2 0,55

M1 2 L40,4 2 0,58

M2 2 L40,4 2 0,81

M3 2 L40,4 2 1,03

M4 2 L40,4 2 1,26

D1 2 L60,6 2 1,34

D2 2 L60,6 2 1,74

D3 2 L40,4 2 1,97

D4 2 L40,4 2 2,14

D5 2 L40,4 2 2,31

2.7 MEDIOS DE UNIN

Uniones atornilladas.- se utilizan medios de sujecin como son tornillos, tuercas

y arandelas. Estos deben ser debidamente normalizados y debe ser

correspondiente el material que se une con los tornillos en lmite elstico y

resistencia a la traccin.

18

Uniones soldadas.- so uniones permanentes que se realiza entre dos materiales

o elementos que sean soldables para obtener una resistencia de elemento slido.2

19

CAPTULO III

ANLISIS DE CARGA EN ESTRUCTURAS

3.1 TIPOS DE CARGAS

Cargas muertas

Cargas vivas

Cargas accidentales

3.1.1. CARGAS MUERTAS

Son aquellas cuya magnitud y posicin, permanecen prcticamente constantes

durante la vida til de la estructura4

Peso propio.

Instalaciones.

Empujes de rellenos definitivos.

Cargas debidas a deformaciones permanentes.

Figura 3.1 Variacin de las cargas muertas a travs de la vida til de la

estructura

3.1.2. CARGAS DE PESO PROPIO

Siempre es uniformemente distribuida, y se define como:

Wpp =qppA

Donde:

4 JOHNSTON, Bruce; LIN, F; Galambos, T; Diseo bsico de estructuras de acero; Editorial Prentice Hall; Tercera Edicin; Mxico; 1986

20

qpp: Carga de peso propio

A: rea de influencia

3.1.3. CARGA DE OCUPACIN

Son cargas consideradas en edificios, es una carga distribuida, especificada en

tablas segn el diseo del edificio y su uso.

Woc = f(diseo, uso, criterio)

2CARGAS DE SEGURIDAD

Es considerada en el diseo y se define como:

Ws = 30% (Wpp + Woc)

En la carga de peso propio tambin se consideran otras cargas como las de la

loza, paredes, pared perimetral, etc.

Wpp = Wpared + Wpered perimetral + Wlozas

3.1.4. CARGAS VIVAS

Son cargas variables en magnitud y posicin debidas al funcionamiento propio de

la estructura2.

Personal.

Mobiliario.

Empujes de cargas de almacenes.

Estas cargas se especifican como uniformemente repartidas por unidad de rea.

Se puede clasificar a las cargas vivas en tres tipos:

1. Cargas vivas mximas para diseo por carga gravitacional (combinacin

comn).

2. Cargas vivas medias para diseo por estado lmite de servicio.

3. Cargas vivas instantneas para diseo por combinacin accidental.

21

Figura 3. 2 Comportamiento de las cargas vivas a travs de la vida til de la

estructura.

3.1.5. CARGAS ACCIDENTALES

3.1.5.1. VIENTO

Estas cargas dependen de la ubicacin de la estructura, de su altura, del rea

expuesta y de la posicin. Las cargas de viento se manifiestan como presiones y

succiones.

En general no se especifican normas de diseo para el efecto de huracanes o

tornados, debido a que se considera incosteable el diseo contra estos efectos; sin

embargo, se sabe que el detallado cuidadoso del refuerzo, y la unin de refuerzos

en los sistemas de piso con muros mejora notablemente su comportamiento2.

Es horizontal y distribuida

Wv = f(velocidad, geometria, velocidad de viento)

3.1.5.2. SISMO

Estas cargas inducidas en las estructuras estn en relacin a su masa y elevacin

a partir del suelo; as como de las aceleraciones del terreno y de la capacidad de la

estructura para disipar energa; estas cargas se pueden determinar cmo fuerzas

estticas horizontales aplicadas a las masas de la estructura, aunque en ocasiones

debido a la altura de los edificios o esbeltez se hace necesario un anlisis dinmico

para determinar las fuerzas mximas a que estar sometida la estructura.1

Es una carga horizontal concentrada, genera un momento de volteo o basal (en la

base y apoyos)

Es una carga que est en funcin de la masa-peso del edificio.

V = f(peso propio)

V = K1. K2. K3. K4(Wpp)

3.1.5.3. GRANIZO

Se consideran una pendiente para el diseo de 10-15

Pendientes pequeas, 10

22

Pendientes pequeas, 10 15

3.1.5.4. CARGAS DE MAQUINARIA

Vara de acuerdo a situaciones especficas.

3.1.6. FACTORES DE CARGA Y COMBINACIONES DE CARGA

Los factores de carga incrementan las magnitudes para tomar en cuenta las

incertidumbres para estimar sus valores. Estas consideran los efectos de las cargas

vivas, cargas muertas y cargas accidentales a travs de factores.5

A continuacin se muestran los valores determinados en el cdigo AISC LRFD para

los factores utilizados en las combinaciones de carga:

5 JOHNSTON, Bruce; LIN, F; Galambos, T; Diseo bsico de estructuras de acero; Editorial Prentice

Hall; Tercera Edicin; Mxico; 1986

23

Tabla 3.1 Factores de carga. [Manual AISC. Pgina 6-30]

3.1.7. FACTORES DE IMPACTO

Para estructuras que soportan cargas de impacto, la carga viva nominal asumida,

debe incrementarse en el orden de los factores siguientes, a menos que se indique

lo contrario6:

1. Para soportes de elevadores de personal y maquinaria: 100 %

2. Para soportes de maquinaria ligera, no menos del 20%

3. Para soportes de maquinaria reciprocante o unidades controladoras de

potencia, no menos del 50%

4. Para apoyos que soportan pisos y balcones, 33%

5. Para puentes gra operados por cabinas, 25%

6. Para puentes gra operados por dispositivos en suspensin, 10%

3.1.7.1.FUERZAS HORIZONTALES EN GRAS

La fuerza nominal lateral que actan sobre puentes gra causadas por efectos de

movimiento, debe ser de por lo menos el 20% de la suma total de las cargas que

levanta la gra ms el peso del puente gra. Se asume que la fuerza se aplica en

la parte superior de las rieles, actuando en la direccin normal a ellas y debe estar

distribuida con respecto a la rigidez lateral de la estructura que soporta las rieles. 7

3.2. CRITERIO

3.2.1. Cargas muertas:

Peso propio-carga muerta

Criterio de seguridad-carga muerta

Carga de ocupacin-carga muerta

6 HSIEH, Yuan-Yu; Teora elemental de estructuras; Editorial Prentice Hall; Primera edicin en espaol; Mxico; 1984 7 AMERICAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION.Manual of Steel Construction, Load and Resistance Factor Design.2nd Edition. USA. 1994. pag. 6-30.

24

3.2.2. Cargas vivas:

Cargas de sismo-Cargas de viento, Ws>Wv

Cargas de granizo

Tomar una de las dos cargas por la baja probabilidad de tener sismos y fuertes

vientos que ataquen a la estructura

25

CAPITULO IV

PROCEDIMIENTO DE DISEO

4.1. PROCEDIMIENTO DE DISEO

El procedimiento de diseo estructural consiste:

a) Determinacin de los parmetros funcionales.

b) Seleccin del tipo de estructura.

c) Determinar las cargas que actan sobre ella.

d) Determinacin de los momentos y fuerzas internas en los componentes

estructurales.

e) Seleccin del material y dimensiones de los miembros y conexiones para

logara seguridad y economa.

f) Comprobacin del comportamiento de la estructura en servicio.

g) Verificacin final.

4.2. NAVE INDUSTRIAL

Figura 6.1 Dimensiones principales de diseo

La nace industrial va a ser diseado con acero estructural A588, cuyas propiedades

son:

Sy=50ksi,

=7850 kg/m3

26

4.3. DISEO DE COLUMNAS

4.3.1. DCL DEL CONJUNTO

A continuacin se muestra el diagrama de cuerpo libre con las fuerzas actuantes

en la estructura que conforma el prtico, el monorriel, polipasto y mnsula.

Figura 4.2 Cargas principales que actan en la estructura

4.3.2. CARGAS MUERTAS

= +

4.3.2.1. Carga de Peso Propio

= + + + +

= + + +

4.3.2.2. Carga de la estructura

Se asume que se va a utilizar las siguientes vigas para la construccin de la nave

industrial:

ELEMENTO TIPO CANTIDAD LONGITUD

27

m PESO

(KG/M)

PESOS

TOTALES

(KG)

Columnas

UPN-160

4 8,77 19,27 1351,98

2 7,93 19,27 611,24

1 8,49 19,27 327,20

4 7,01 19,27 1080,66

UPN-140 2 7,93 16,40 520,21

1 8,49 16,40 278,47

UPN-200 10 8,77 22,93 4021,92

Columneta UPN-140 2 3,5 16,40 114,80

Vigas

principales

IPE 160 4 10,02 16,20 649,30

IPE 300 1 13,94 43,26 603,04

IPE 240 1 13,94 31,47 438,69

Vigas de

columneta

IPE 270 1 3,96 37,00 146,52

2 5 37,00 370,00

IPE 100 2 4,77 8,30 79,18

2 4,96 8,30 82,34

Correas ZF175,2 12 29,57 4,76 1689,04

Arriostramientos Platina 50,5 16 6,5 2,06 214,24

Peso

Total 12578,84

Para la cercha se asume se va a fabricar con los siguientes perfiles:

ELEMENTOS PERFIL CANTIDAD LONGITUD (M) PESO

(KG/M)

PESOS

TOTALES

Cordn

superior

2 UPN

80 2 9,82

8,87 174,21

Cordn inferior 2 L60,6 2 9,76 5,42 105,80

M0 2 L60,6 2 0,55 5,42 5,96

28

M1 2 L40,4 2 0,58 2,42 2,81

M2 2 L40,4 2 0,81 2,42 3,92

M3 2 L40,4 2 1,03 2,42 4,99

M4 2 L40,4 2 1,26 2,42 6,10

D1 2 L60,6 2 1,34 5,42 14,53

D2 2 L60,6 2 1,74 5,42 18,86

D3 2 L40,4 2 1,97 2,42 9,53

D4 2 L40,4 2 2,14 2,42 10,36

D5 2 L40,4 2 2,31 2,42 11,18

Peso Total de la armadura 368,24

Peso Total (5 armaduras) 1841,192

Obteniendo un valor de la carga total se obtiene:

= 12578.84 + 1841.19

= 14420.4

Para calcular la carga distribuida se debe dividir el peso propio para el rea total

de la estructura.

=14420.4

6002= 24

2

4.3.2.3. Carga de la cubierta

Se utilizar un panel tipo sndwich para la cubierta de la nave industrial.

CUBIERTA CANTIDAD AREA () PESO

(kg/())

PESOS

TOTALES (kg)

Panel tipo sandwich 2 300 11,22 6732

La carga distribuida se obtuvo por medio de las especificaciones del fabricante y

esta es de:

= 11.22 /2

29

4.3.2.4. Carga de granizo

En la sierra ecuatoriana es necesario considerar una carga de granizo que va a

estar soportado en la cubierta de la nave.

= 25 /2

4.3.2.5. Carga de Seguridad

Se calcula esta carga de acuerdo al criterio de que su valor es el 30% de la carga

de peso propio de la estructura.

= 0.3( + + )

= (0.3)(24 + 11.22 + 25)/2

= 18 /2

4.3.3. CARGAS VIVAS

4.3.3.1. Carga de sismo

Para obtener la carga de sismo se consider el criterio de que esta tiene un valor

igual al 20 % del peso propio de la estructura.

= (0.2)

= 0.2 14420

= 2884

4.3.4. CARGA DE PESO PROPIO

+ + +

= (24 + 11.22 + 25 + 18)/2

30

4.3.5. CARGA DISTRIBUIDA

= = (78.22

2) (6)

= 469.32

5. BIBLIOGRAFIA

RODRGUEZ PREZ MARTA; Diseo y clculo de la estructura metlica y

de la cimentacin de una nave industrial, Tesis de grado, Universidad Carlos

III de Madrid Escuela Politcnica Superior, Julio 2009.

VILLACRS GUEVARA CHRISTIAN MIGUEL; Implementacin de un

sistema de inspeccin para control de calidad de soldadura en estructura

metlica con el uso de ensayos no destructivos para la empresa inendec;

Proyecto previo a la obtencin del ttulo de ingeniero mecnico.

MCCORMAC Jack, Diseo de estructuras de acero; Alfaomega; segunda

edicin, 2002.

AMERICAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION. Manual of Steel

Construction, Load and Resistance Factor Design. 2nd Edition. USA. 1994.

pag. 6-30.

AWS; Cdigo de soldadura estructural-Acero; norma AWS D1.1; Edicin

22da; Marzo 2010