CARRERA INGENIERÍA INDUSTRIAL MECÁNICA Y RESISTENCIA DE MATERIALES TRABAJO DE APLICACIÓN (T3)
TEMA DE APLICACIÓN:
DISEÑO DE TIJERAL PARA EL TECHO DEL ALMACÉN DE LA EMPRESA MULTIMUEBLE SAC, 2016
INTEGRANTES:
CODIGO
APELLIDOS Y NOMBRES
66878
GARCÍA MIRANDA LUIS FERNANDO
66650
LOZANO ASTO DENISEE DEL PILAR
68840
RAMÍREZ LEÓN DEMMY SOSHA
62519
VARGAS MORENO BERLY RICHARD
C1
C2
C3 C4 C5
Total
Docente: FERNÁNDEZ JIMMY JORGE
ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN………………………………………………………… …………………………………………………………………………….. ………………….. 3 2. APLICACIÓN DEL PROYECTO EN LA INDUSTRIA ACTUAL ……………………………3 3. OBJETIVOS…………………………………………………………………………………….4 3.1.
OBJETIVO GENERAL………………………………………………………………..4
3.2.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS………………………………………………………………………..4
4. MARCO TEÓRICO………………………………………………………………………………………4 4.1 TIPOS DE CARGAS EN U N TECHO SOSTENIDO POR TIJERALES…………….4 4.1.1
4.2.
4.3.
CARGAS GRAVITACIONALES…………………………………………………….4 4.1.1.1.
CARGAS MUERTA S…………………………………………… S………………………………………………….4 …….4
4.1.1.2.
CARGAS VIVAS………………………………………………………6
TIPOS DE TIJERALES…………………………………………………………….7 4.2.1.
TIJERAL TIPO FINK……………………………………………………………7
4.2.2.
CERCA TIPO VISINTINI………………………………………………………8
4.2.3.
TIJERAL LONG…………………………………………………………………8
4.2.4.
TIJERAL HOWE………………………………………………………………..8
4.2.5.
TIJERAL PRATT………………………………………………………………...8
4.2.6.
TIJERAL WARREN…………………………………………………………….8
CRITERIOS PARA DISTRIBUIR LOS TIJERALES EN EL SOPORTE DE UN TECHO………………………………………………………………………………8
4.4.
CRITERIOS PARA DISTRIBUIR LOS TIJERALES EN EL SOPORTE DE UN TECHO………………………………………………………………………………9 4.4.1. FIBROCEMENTO……………………………………………………………….9 4.4.2. CHAPA DE ACERO PRECALADO O GALVANIZAO …………………………9 SANDWICH……………………………………………………………..9 ………..9 4.4.3. PANEL SANDWICH……………………………………………………
5. CÁLCULO DE ESTRUCTURAL DE DE LAS CARGAS APLICADAS APLICADAS A LOS TIJERALES DE UN TECHO……………………………………………………………………………………………………………….………….10 6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ……………………………………………………………………..……………19
2
1. INTRODUCCIÓN: Las estructuras en la ingeniería son tan variadas que desafían cualquier intento de enumerarlas, excepto en forma muy general. Los problemas que se presentan en su diseño han provocado que los ingenieros se especialicen en el diseño de estructuras particulares o grupos de estructuras similares. Aunque el diseño completo de muchas estructuras es el resultado del esfuerzo coordinado de varias ramas de la ingeniería. ingeniería. El presente proyecto de investigación tiene como objetivo comprender la importancia del análisis de fuerzas resultantes del tijeral de HOWE, para el techo del almacén de la empresa MULTIMUEBLE SAC. Para lo cual es necesario realizar un análisis a través del método de Secciones, Nodos y también encontrando las fuerzas en X y en Y, así como equilibrio de partículas (momentos) con el fin de obtener una buena estructuración del tijeral Howe de la empresa.
2. APLICACIÓN DEL PROYECTO EN LA INDUSTRIA ACTUAL: La importancia de las construcciones de armaduras ha sido el objetivo principal para el conocimiento y mantención de todo tipo de estructuras ya que refuerzan al área laboral donde los colaboradores se desempeñan, los techos de las casas donde habitamos, también en puentes y edificios. Como todos sabemos las armaduras con tijerales es uno de las principales estructuras de la ingeniería. Ésta proporciona una solución tanto práctica como económica, en especial para el diseño de puentes, edificios, techos de almacenes, etc.
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3. OBJETIVOS: 3.1.
OBJETIVOS GENERAL:
Diseñar el modelo de tijeral de HOWE, para el techo del almacén de muebles en la empresa Multimueble SAC, Trujillo 2016.
3.2.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
Determinar las cargas que actúan actúan en en el tijeral de un un techo.
Calcular las fuerzas o cargas estáticas que actúan en la armadura
Realizar cortes en los tijerales tijerales y calcular la fuerza fuerza de los elementos elementos mediante el método de secciones.
Verificar los resultados calculados utilizando utilizando el método de nodos.
4. MARCO TEÓRICO:
4.1 TIPOS DE CARGAS EN UN TECHO SOSTENIDO POR TIJERALES: 4.1.1. CARGAS GRAVITACIONALES: 4.1.1.1.
Cargas Muertas:
Para determinar los esfuerzos en los miembros de las armaduras, se estiman primeramente las cargas que deberán soportar las armaduras. Las cargas muertas incluyen el peso de todos los materiales de construcción soportados por la armadura. Las cargas muertas se consideran como: cubierta del techo, largueros, viguetas de techo, plafón, cargas suspendidas y el peso propio de la armadura. Las cargas muertas son fuerzas verticales hacia abajo, y por esto, las reacciones o fuerzas soportantes de la armadura son también verticales para esas cargas. 4
Materiales para techo:
Vigas:
Cargas Colgadas: Estas cargas pueden ser implementos de iluminación.
Peso propio de la armadura:
5
4.1.1.2 Cargas Vivas: Las cargas vivas están relacionadas con el uso y ocupación de la estructura, debido a su naturaleza variable, incluye todo aquella que no tiene posición fija y definitiva. Se identifican dos clases: cargas móviles (mantenimiento y reparaciones) y cargas de movimiento (grúas sobre vigas). Las cargas vivas incluyen las cargas de viento.
Cargas de Viento: Las acciones que provoca el viento vienen determinadas como fuerzas por unidad de superficie, que dependen de la zona eólica, de la altura sobre el terreno, de la situación topográfica (normal o expuesta), de la construcción (abierta o cerrada) y de la forma, posición y orientación de los elementos con respecto al viento.
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Formula del viento:
= × × × ×
C: coeficiente de construcción=1.2 construcción=1.2
P: presión dinámica del viento Altura
Pies
Presión del Viento
Metros
Lb/
Kg/
<30
<9
15
73.2
30 a 49
9.1 a 14.1
20
97.6
50 a 99
15 a 30
25
122
100 a 499
30.1 a 50
30
146.4
Para pendientes de techo menores de 30° (que incluyen los techos planos) la presión del viento sobre el techo que indica el NBC, es una succión que actúa hacia fuera, normal a la superficie del techo, con un valor de 1.25 x la presión previamente recomendada. recomendada.
La altura para determinar la presión sobre el techo se mide como la diferencia entre las elevaciones promedio del terreno y techo.
4.2.
Tipos de Tijerales:
4.2.1. Tijeral tipo Fink: Muy usado en los Estados Unidos. En este tipo de
tijeral el techo puede colgarse de la brida inferior del tijeral o colocarse a media altura soportado por pilares apoyados en los nudos. Presenta el inconveniente que algunos nudos son muy complicados pues a ellos llegan muchos elementos.
7
4.2.2. Cercha tipo Visintini: Usada en puentes. Está constituida por cuerdas
paralelas unidas por cordones o montantes diagonales. El cordón superior y los montantes trabajan a compresión mientras que el cordón inferior y las diagonales, a tracción. t racción. 4.2.3. Tijeral Long: Este tipo de celosía debe su nombre a Stephen H.
Long (1784-1864), y tiene su origen hacia 1835. Los cordones superior e inferior horizontales se unen mediante montantes verticales todos ellos arriostrados por diagonales dobles. por William Howe, Howe, aunque ya 4.2.4. Tijeral Howe: Fue patentada en 1840 por William había sido usada con anterioridad. Se usó mucho en el diseño de celosías de madera, está compuesta por montantes verticales entre el cordón superior e inferior. Las diagonales se unen en sus extremos donde coincide un montante con el cordón superior o inferior. Con esa disposición las diagonales están sometidas a compresión, mientras que los montantes trabajan a tracción. Thomas y Caleb Pratt en 4.2.5. Tijeral Pratt: Originalmente fue diseñada por Thomas 1844, representa la adaptación de las celosías al uso más generalizado de un nuevo material de construcción de la época: el acero. A diferencia de una celosía Howe, aquí las barras están inclinadas en sentido contrario (ahora forman V's), de manera que las diagonales están sometidas a tracción mientras que las barras verticales están comprimidas. 4.2.6. Tijeral Warren: El rasgo característico de este tipo de celosías es que
forman una serie de triángulos isósceles (o equiláteros), de manera que todas las diagonales tienen la misma longitud. Típicamente en una celosía de este tipo y con cargas aplicadas verticales en sus nudos superiores, las diagonales presentan alternativamente compresión y tracción.
4.3.
Criterios para distribuir los tijerales en el soporte de un techo: Un espaciamiento de armaduras relativamente corto produce cargas pequeñas por armadura y en consecuencia secciones más pequeñas para los largueros y miembros de las armaduras, el número de armaduras aumenta y con él el costo de la fabricación. Para las armaduras comúnmente usadas, la separación de ellas oscila entre los 4.2 y 6.7 metros (14 ft y 22 ft). Las armaduras con claros mayores de 9 metros (30 ft) se espacian aproximadamente a 3.6 metros (12 ft) de centro a centro y para claros 8
mayores de 18.3 metros (60 ft) el espaciamiento es sobre 5 metros (17 ft). La máxima separación para armaduras comúnmente usadas es sobre 7 metros (23 ft).
4.4.
Tipos de Materiales utilizados en las cubiertas de techos: Puede realizarse con multitud de materiales como:
4.4.1. Fibrocemento:
Es un material utilizado en la construcción, constituido por una mezcla de un aglomerante inorgánico hidráulico (cemento) o un aglomerante de silicato de calcio que se forma por la reacción química de un material silíceo y un material calcáreo, reforzado con fibras orgánicas, minerales y/o fibras inorgánicas sintéticas.
4.4.2. Chapa de acero precalado o galvanizado:
4.4.3. Panel sándwich:
Es un producto industrial compuesto por dos chapas de acero perfilado y prelacado que permiten una resistencia mecánica al conjunto y un núcleo aislante puede ser de poliuretano inyectado (PUR), poliestireno extruido (XPS), poliestireno expandido (EPS), lana de roca, etc., que 9
cumplen las funciones de aislante térmico y acústicos excelentes. Esto unido a dos capas de cobertura exterior. El Panel Sandwich está concebido tanto para cubierta como para fachada y puede combinarse con paneles de policarbonato celular o paneles de poliéster para dar más luminosidad a la estructura o mayor aislamiento.
5. CÁLCULO DE ESTRUCTURAL DE LAS CARGAS APLICADAS A LOS
TIJERALES DE UN TECHO: Diseño del Tijeral:
1.795 m
1.795m
5.385 m
1.795 m
Tipo del tijeral: Howe.
Altura: 2 metros
Ancho: 10
Distancia entre nodos: 1.795 metros
Ángulo: 21.797°
10
Área a techar:
10 m 30 m
Ancho: 10 m
Largo: 30m
Columna: 5 metros
Cargas consideradas y cálculos: 1. Fuerza del viento:
Fv = C × Q × Ato × Sen α × Cos α Fv = 1.2 × 73.2 × 5.4 × Sen (21 (21.797) × Cos (21.797) = . .
2. Fuerza o peso peso de la cubierta: cubierta: ATRIBUTOS
DETALLE
Marca Material Ancho
Eternit Fibrocemento 1.10 m
Largo Área de cobertura cobertura Ancho útil Largo útil
3.05 m 3.35 m2 1.05 m 2.91 m 11
Área útil Peso
3.05 m2 32.9 kg aprox.
Número de planchas:
5.4 = 1.855/ = 2.91 1.855/ Total= 3.71
30 =28.571 = 1.05 = 3.71× 71 × 28 28.5.571 71 = 10 105.5.8 Peso =
106×32.9
Peso = 3487.4 kg
3. Fuerza de las vigas:
Asumimos un perfil perfil de viga del del cuadro: w = 11.46m 11.46m Número de vigas: Nv=7 Longitud de viga: Lv= 30m
=×× = 7 × (30) ×11.46 = . 12
4. Fuerza o peso peso del Tijeral: Para el cálculo utilizaremos donde obtendremos los pesos según el ángulo de la armadura.
INCLINACI N GRADOS PENDIENTE
1/8
1/6
1/5
1/4
14.3 ° 3:12
18.26 ° 4:12
21.48 26.34 ° ° 4.8:12 6.12
1/3.46
1/3
1/2
30°
33.40 ° 8:12
45°
6.92:1 2
12:1 2
A continuación se presenta un cuadro con pesos aproximados en armaduras de acero.
Claro Metros Hasta 12 12 a 15 15 a 18 18 a 21 2a a 24 24 a 30 30 a 36
Inclinación 1/2
Inclinación 1/3
Inclinación 1/4
Plano
25.62 28.06 32.64 35.38 37.82 41.48 46.36
30.74 32.20 39.04 41.48 43.92 48.80 53.68
33.18 35.13 41.96 44.89 47.33 52.7 58.56
37.08 39.04 46.84 49.77 52.70 58.56 64.41
Longitud total de las barras:
=10+ (5.4×2) + (1.3334×2) + (0.6665×2) + (2.134×2) + (1.795×2) + 2 = 34 34.6.655 5588 m 13
Número de tijerales: De acuerdo a los criterios de separación de armaduras, nuestro tijeral debe ir cada 3.6 metros de separación.
=30m÷3.6m/u = 8.33 33 unid unidad ades es Como el resultado no es un número entero, asumiremos 8 tijerales, más la armadura principal, en total serán 9 tijerales t ijerales a una distancia de 3.75 para poder cubrir todo el terreno.
Peso total de los tijerales:
=Ntj×Ltb×W =9×34.65586×37.08 = . . / / 5. Fuerza o peso peso de la sobrecarga: sobrecarga: Asumiremos una sobrecarga sobrecarga de 70 kg/m2 por metro cuadrado de área de la planta.
=70/2× (30×10 30×10))2 = 6. Fuerza O peso de la grúa Asumiremos el el peso de una grúa de: Fgr = 1800 kg
7. Cálculo total de de la estructura:
=163.537+3487.4 +2406.6+11563.39 +21000+1800 14
=.
La estructura tendrá una carga de 40411.927 kg.
Distribución de la carga total en los nodos: Peso total:
40411.927 kg = 2×(−1)×(−1) .×. = 4.719 = ×()×()× 719
Para los nudos extremos será
4.719 .
= 4.571 × 2 = 9.439
Para los nodos centrales la carga será de
9.439 9.439
9.439 J
9.439 .
9.439 K
9.439 15
I
L
4.719 H Ax=¿?
A
B
4.719 C
D
Ay= ¿?
E
F
G Gy=¿?
Ángulos: α= 21.797° θ= 21.797° β=38.647°
MÉTODO DE SECCIONES: Calculo de Reacciones:
=0 =0 = 0 −9.439 ×1.67−9.439 ×3.34−9.439 ×5−9.439 ×6.67−9.439 × 8.34−4.719 ×10+×10=0 =28.335
=0 −9.439 − 9.439 − 9.439 − 9.439 − 9.439 −4.719−4.719+28.335+=0 = 28.298
Primer Corte: 16
∑ =0 4.571×1.67−28.298×1.67+×0.65= 0 = . (TENSIÓN)
H 4.571 KN
FAB FBH
Ax=0
0.65 m
α= 21.797°
A
1.67 m
FBC B
C
Ay=28.298 KN
∑ =
−4.5 −4.5771 + 28.2 28.298 98++ 65.653sin 53sin 21.7 21.797 97++ = 0 = −48. −48.10 10 = . . (CONTRACCIÓN) Segundo Corte:
∑ =0 60.96+ cos21.797=0 = − 65.653 653 =. (CONTRACCIÓN)
9.439 KN J 9.439 KN
FIJ I
4.571 KN 1.34m
FID
β=38.647°
FCD 1.67 m
1.67 m
D
1.67 m
28.298 KN
17
Tercer Corte: K FLK
FEK
FDE D
21.797°
9.439 KN L
4.571 KN
21.797°
E
1.67
1.67
28.335 KN
6. . REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS BIBLIOGR ÁFICAS 18
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