Ejemplos de Dimensionamiento de Estructuras Livianas de Acero Segun La Recomendacion Cirsoc 303(1)

Ejemplos de Dimensionamiento

4 - ESTRUCTURAS DE BARRAS DE ACERO DE SECCIÓN CIRCULAR

EJEMPLOS DE DIMENSIONAMIENTO DE ESTRUCTURAS LIVIANAS DE ACERO SEGUN LA RECOMENDACION CIRSOC 303 Edición Mayo de 1988

- Publicación Complementaria -

"El INTI-CIRSOC INTI-CIRSOC y ERREPAR S.A no se hacen responsables de d e la utilización que el e l usuario haga de la información contenida en el presente archivo y/o página INTERNET. A efectos legales, tiene validez como Reglamento Nacional el texto impreso editado por INTI-CIRSOC"

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INDICE 1. ESQUEMA ESTRUCTURAL DE LA NAVE 2. ACCIÓN DEL VIENTO 2.1. Coeficiente de reducción por di mensiones cd 2.2. Coeficiente de presión exterior e i nterior 2.3. Coeficientes de presión c

3. ANÁLISIS DE CARGAS EN PÓRTICOS 3.1. Viento 3.2. Carga permanente 3.3. Sobrecarga

4. CÁLCULO DE SOLICITACIONES EN PÓRTICOS 4.1. Superposición de solicitaciones

5. ESQUEMAS ESTRUCTURALES 5.1. Arco 5.2. Columnas

6. DIMENSIONAMIENTO 6.1. Verificación de las relaciones geométricas y esbelteces admisibles de arco y columnas 6.2. Acero utilizado - Tensión admisible 6.3. Columnas 6.4. Arco 6.5. Correas

BIBLIOGRAFÍA

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INDICE 1. ESQUEMA ESTRUCTURAL DE LA NAVE 2. ACCIÓN DEL VIENTO 2.1. Coeficiente de reducción por di mensiones cd 2.2. Coeficiente de presión exterior e i nterior 2.3. Coeficientes de presión c

3. ANÁLISIS DE CARGAS EN PÓRTICOS 3.1. Viento 3.2. Carga permanente 3.3. Sobrecarga

4. CÁLCULO DE SOLICITACIONES EN PÓRTICOS 4.1. Superposición de solicitaciones

5. ESQUEMAS ESTRUCTURALES 5.1. Arco 5.2. Columnas

6. DIMENSIONAMIENTO 6.1. Verificación de las relaciones geométricas y esbelteces admisibles de arco y columnas 6.2. Acero utilizado - Tensión admisible 6.3. Columnas 6.4. Arco 6.5. Correas

BIBLIOGRAFÍA

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ESTRUCTURA LIVIANA DE ACERO PARA NAVE INDUSTRIAL 1. ESQUEMA ESTRUCTURAL DE LA NAVE VISTA FRONTAL

Separación entre: Correas - 1,30 m Llaves - 5,20 m* * sobre el desarrollo del arco

2. ACCIÓN DEL VIENTO Estructura reticulada de hierro redondo para un edificio industrial con bajo factor de ocupación Ubicación: Provincia de Buenos Aires Reglamento CIRSOC 102)

= 27,2 m/seg (Tabla 1 -

Coeficiente de velocidad probable: c p= 1,45 (Tabla 2 - Reglamento CIRSOC 102) Rugosidad: Tipo III Vo = cp .

1,45 . 27,2 m/seg = 39,44 m/seg

qo = 0,000613 .

= 0,000613 (39,44) 2 = 95 kN/m2

qz = qo . cz . cd Pag. 3


cz = 0,446 (de tabla 4, Reglamento CIRSOC 102)

2.1. COEFICIENTE DE REDUCCION POR, DIMENSIONES c d (Tabla 5 Reglamento CIRSOC 102) - Viento transversal

- Viento longitudinal

Para simplificar los cálculos tomaremos c d = 0,93 en ambas direcciones de viento: qz = 0,95 kN/m2 . 0,446 . 0,93 = 0,39 kN/m2

2.2 COEFICIENTES DE PRESION EXTERIOR E INTERIOR (c e,ci) Viento longitudinal Factor de forma

o

(figura 13 - Reglamento CIRSOC 102)

Coeficientes de presión exterior c e: - paredes : de tabla 6 y figura 16 con = 0º - cubierta: de tabla 7 y figura 17 a) con = 0º'

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y

Coeficiente de presión interior c i: de tabla 8. (I c i l

0,2)

Viento transversal Factor de forma

o

(figura 13 - Reglamento CIRSOC 102) Pag. 5


• Coeficientes de presión exterior c e:

- paredes: de tabla 6 y figura 16 con a = 0º - cubierta: de tabla 7 y figura 18 con a variable y

• Coeficientes de presión interior c i: de tabla 8 (I c i l

Pag. 6

0,2)


2.3 COEFICIENTES DE PRESION c Viento longitudinal •

Coeficientes de presión c = c e - ci (l c l

0,3)

Pag. 7


Viento transversal . Coeficientes de presión c = c e - ci (I c l

Pag. 8

0,3)


3. ANALISIS DE CARGAS EN PORTICOS 3.1 VIENTO Tomados los estados de viento más desfavorables se simplificaron para adaptarlos a las posibilidades de cálculo manual de los p órticos. viento longitudinal:

Viento Transversal:

Viento Transversal: caso c)

3.2. CARGA PERMANENTE • Chapa acanalada 01

(Datos del «Catálogo de Productos Siderúrgicos para la Edificación Instituto Argentino de Siderúgia - Buenos Aires - 1985). Cantidad de hondas: 13 1/2 longitud: 3 m Pag. 9


espesor: 0,40 mm peso: 0,0420 kN/m ancho: 1026 mm peso por unidad de superficie:

peso de la chapa sobre el pórtico: 0,05 kN/m2 . 5 m = 0,25 kN/m • Dintel

Estimación del peso propio según CIRSOC 303, anexos al capítulo 2, figura A.4 para H = 45 cm ____________________peso del dintel = 0,21 kN/m • Correas

longitud del arco = 20,82 m separación entre correas = 1,30 m (17 correas) Estimando el peso propio según figura A . 4 de CIRSOC 303, anexos al capítulo 2: para h = 20 cm________peso correa = 0,04 kN/m incidencia de las correas sobre el dintel:

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CARGA PERMANENTE ADOPTADA 0,70 kN/m

3. 3. SOBRECARGA Cubiertas inaccesibles, según artículo 4.1.7 del Reglamento CIRSOC 101

Se adopta para el cálculo una sobrecarga uniforme de 0,22 kN/m 2 Sobrecarga sobre el dintel - 0,22kN/m 2 . 5 m = 1,1 kN/m

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4. CALCULO DE SOLICITACIONES EN PORTICOS El cálculo de los pórticos se realizó en forma manual, utilizando el método propuesto por C.P. Filipch en la referencia 12. Las operaciones realizadas para la obtención de las solicitaciones sobre los pórticos no se incluyeron por no ser el objeto de este apunte. Se dan solamente los valores de las superposiciones más desfavorables. Valores de esfuerzos en tensores, reacciones y corte en las columnas:

Carga permanente + sobrecarga + viento transversal

carga permanente transversal

+

viento

Carga permanente longitudinal

+

viento

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4.1. SUPERPOSICION DE SOLICITACIONES • Carga permanente + sobrecarga + viento transversal

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Ejemplos de Dimensionamiento • Carga permanente + viento transversal

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Ejemplos de Dimensionamiento • Carga permanente + viento longitudinal

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5. ESQUEMAS ESTRUCTURALES 5.1. ARCO

AT = 19,63 cm A 25 = 4,91 cm2 A 12 = 1,13 cm2 A 10 = 0,78 cm2

5.2 COLUMNAS

AT = 19,63 cm A 25 = 4,91 cm2 A 16 = 2,01 cm2 A 10 = 0,78 cm2

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6.DIMENSIONAMIENTO 6.1. VERIFICACION DE LAS RELACIONES GEOMÉTRICAS Y ESBELTECES ADMISIBLES SEGUN EL ARTICULO 5.4.4. DE LA RECOMENDACION CIRSOC 303 6.1.1. Arco:

6.1.2. Columnas: (ver punto 3.2. por cálculo de

i)

6.2. ACERO UTILIZADO - TENSION ADMISIBLE F - 22 (Al - 220)

F

= 220 N/mm 2

Coeficiente de seguridad según el capítulo 3 de la Recomendación CIRSOC 303 = 1,6

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6.3. Columnas 6.3.1. Verificación del pandeo local en cordones - Carga permanente + viento longitudinal: M = + 22,10 kNm N = + 14,01 kN según el artículo 5.5.2. de la Recomendación CIRSOC 303

(número de barras del cordón)

Verificación del esfuerzo de tracción

Verificación del esfuerzo de compresión

de tabla 2, del Reglamento CIRSOC 302 - (F-22)

- Carga permanente + sobrecarga + viento transversal M = 18,9 kNm N = -24,85 kN

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= 2,02


6.3.2. Pandeo generalizado en el plano De acuerdo con el articulo 5.5.14 de la Recomendación CIRSOC 303, se calcula la longitud de pandeo de !a columna del pórtico:

rigidez del dintel curvo -------------------

rigidez de la columna ---------------------

de la figura 12 se obtiene, para un pórtico empotrado

- Carga permanente + sobrecarga + viento transversal N = -24,85 kN M = 18,9 kNm Según el articulo 2.2.5.2 del Reglamento CHSOC 302, debe calcularse:

con

1 de

la figura 4 del mismo reglamento.

Para el caso d) de la figura 4:

A = AT = 19,63 cm2 s1 = 60 cm Ad = A

16 =

2,01 cm2 a = 45 cm Pag. 19


(Reglamento CIRSOC 303, art. 4.4.5)

6.3.3. Verifícación de las diagonales contenidas en el plano del pórtico Según el artículo 5.5.11. deben superponerse los esfuerzos de corte provocados por las cargas Qz con los producidos por efectos del pandeo Q py (pandeo perpendicular al plano x-y)

El estado de carga considerado será la superposición - Carga permanente + sobrecarga + viento transversal- que produce la máxima compresión sobre la columna. Pag. 20


N = -24,85 kN h = distancia entre cordones en la dirección z M = 18,9 kNm

= longitud de la pieza entre ejes de apoyo

Qz = 9,03 kN

Este valor es menor que el Qz producido por la superposición - Carga permanente + viento longitudinal ® Q z = 12,52 kN. Esta superposición produce tracción sobre la columna Según el artículo 5.5.2.2. de la Recomendación CIRSOC 303 el esfuerzo en la diagonal es:

: ángulo entre la diagonal y el cordón = 56º

sen = 0,832

: ángulo entre la diagonal y el eje de la sección correspondiente al esfuerzo de corte actuante; = 0 cos = 1 n : 2 (número de planos en que existen diagonales)

sK = 0,75 sd = 40,6 cm

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De acuerdo con el artículo 5.5.15 de CIRSOC 303 para lograr el centrado de los ejes de diagonales y cordones, el zig-zag de las diagonales debe curvarse con un diámetro interior di = k dd k se obtiene de la figura 13 en función de y . 1,6 = 4 cm.

= 1,56

k = 2,5

di = 2,5

Por otra parte el diámetro mínimo del mandril de doblado según la Tabla 23 del Reglamento CIRSOC 201 dimín = 2,5 . d d = 2,5 . 1,6 = 4 cm Por lo tanto la diagonal debe doblarse con ese diámetro interior.

6.3.4. Verificación de las diagonales perpendiculares al plano y pertenecientes al cordón comprimido. Estas diagonales, en piezas sin ejes materiales, deben verificarse para el esfuerzo de corte ideal según el Reglamento CIRSOC 302, artículo 2.2.5.5.1

- Carga permanente + sobrecarga + viento transversal. N = 24,85 kN My = 18,9 kNm

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longitud de las diagonales

10 : d = sd =

(caso b - figura 4, Reglamento CIRSOC 302)

para

la

diagonal

Diámetro interior de doblado según la Recomendación CIRSOC 303, artícuIo 5.5.15

Diámetro mínimo del mandril de doblado según tabla 23 del Reglamento CIRSOC 201 dimín = 2,5 . dd = 2,5 . 1 = 2,5 cm Por lo tanto el diámetro de doblado será de 10,5 cm.

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6.3.5. Verificación adicional Según el Reglamento CIRSOC 302, artículo 2.2.5.4., deben verificarse las condiciones:

Se verifica solamente para el estado de cargas más desfavorable (carga permanente + sobrecarga + viento transversal)

6.4. ARCO 6.4.1. Verificación del pandeo local en cordones. - Carga permanente + viento longitudinal M = 22,10 kNm N = 17,64 kN Según el artículo 5.5.2. de la Recomendación CIRSOC 303

n1 = 2

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Verificación del esfuerzo de tracción

Verificación del esfuerzo de compresión

= 1,74 (Tabla 2, Reglamento CIRSOC 302, fig. 22)

- Carga permanente + sobrecarga + viento transversal M = 18,9 kNm N = - 44,92 kN

6.4.2. Pandeo generalizado en el plano La verificación no se realiza según el artículo 5.5.13.2. de CIRSOC 303 por no encontrar el ejemplo entre los estados de carga allí tratados. Por lo tanto, se aplica el capítulo 3 del Reglamento CIRSOC 302.

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carga permanente + sobrecarga + viento transversal

valores en el cuarto de la luz del arco

(caso d - figura 4 - Reglamento CIRSOC 302)

6.4.3. Pandeo generalizado fuera del plano Los métodos indicados en el Reglamento CIRSOC 302 y en la Recomendación CIRSOC 303 para la verificación el pandeo fuera de su plano de un arco bien empotrado, se limitan a unos pocos estados de carga sencillos. Sin embargo, los arcos que soportan cubiertas de naves industriales tienen, en general, impedido el pandeo generalizado fuera de su plano por los arrostramientos longitudinales.

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6.4.4. Verificación de las diagonales contenidas en el plano del pórtico Según el artículo 5.5.11 de CIRSOC 303 se superponen los esfuerzos de corte provocados por las cargas Q z han los producidos por efecto del pandeo Q py (pandeo perpendicular al plano x-y)

- Carga permanente + sobrecarga + viento transversal N = - 44,92 kN M = 18,9 Mm Q = 4,25 kN

T = Qz + Qpy = 4,25 + 1,07 = 5,32 kN Este valor es menor que el Q z producido por la superposición - carga permanente + viento longitudinal Q z = 6,47 kN El esfuerzo de corte en la diagonal según la Recomendación CIRSOC 303, artículo 5.5.2.2. es:

Se adoptan diagonales 12

A = 1,13 cm2

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El diámetro interior de doblado de las diagonales, según CIRSOC 303, artículo 5.5.15, debe ser: di = k . dd

Diámetro mínimo del mandril de doblado según tabla 23 del Reglamento CIRSOC 201. dimín = 2,5 dd = 2,5 . 1,2 = 3 cm Por lo tanto d i = 3.

6.4.5. Verificación de las diagonales perpendiculares al plano como parte del cordón comprimido del arco - Carga permanente + sobrecarga + viento transversal M = 18,9 kMm N = -44,92 kN

longitud de las diagonales

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10

d = sd =

= 35,35 cm


(caso b - figura 4 Reglamento CIRSOC 302)

El esfuerzo de corte ideal, para el que se debe verificar estas diagonales según el Reglamento CIRSOC 302, artículo 2.2.5.5.1. es:

El esfuerzo en la diagonal

6.4.6. Verificación adicional Deben realizarse las verificaciones indicadas en el Reglamento CIRSOC 302, artículo 2.2.5.4. Se verifica solo para el estado de carga más desfavorable (carga permanente + sobrecarga + viento transversal)

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6.5. CORREAS 6.5.1. Esquema estructural

Vista Lateral

A 16 = 2,01 cm2 A 6= 0,28 cm2 AT = 6,03 cm2 Vista Superior

6. 5. 2. Verificación de las relaciones geométricas y esbelteces admísibles según CIRSOC 303, artículo 5. 4. 4.

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6.5.3. Estados de carga Se analizarán solo para la correa ubicada en extremo del arco y sometida a flexión oblicua.

- Carga permanente del análisis hecho para los pórticos: • peso de la chapa ------- 0,05 kN/m2 . 1,3 m = 0,07 kN/m • peso propio de las correas = 0,04 kN/m

carga permanente = 0,11 kN/m

Qz = Q . cos 28º = 0,28 . 0,88 = 0,24 kN Mz = M . sen 28º = 0,34 . 0,47 = 0,16 kNm Qy = Q . sen 28° = 0,28 . 0,47 = 0,13 kN My = M . cos 28º = 0,34 . 0,88 = 0,30 kNm - Sobrecarga carga útil adoptada ------ 0,22 kN/m2 carga útil sobre las correas ----- 0,22 kN/m2 . 1,3 m = 0,29 kN/m

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Qz = 0,63 kN

Mz = 0,42 kNm

Qy = 0,34 kN

My = 0,79 kNm

- Sobrecarga de 1 kN (Reglamento CIRSOC 101, artículo 4.1.7.3.)

Qz = 0,44 kN

Mz = 0,59 kNm

Qy = 0,24 kN

My = 1,10 kNm

- Viento Se consideran como más desfavorables los casos c (succión) y d (presión) de viento longitudinal. No se consideraron las acciones locales que deben tomarse en cuenta según CIRSOC 102, artículo 6.6. • Succión

acción sobre una correa : c . qz . 1,3 m = 1,08 . 0,39 . 1,3 = 0,55 kN/m

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la acción es perpendicular a la cubierta Qz = -1,38 kN

Mz = 0

Qy = 0

My = -1,71 kNm

• Presión

acción sobre una correa : c . qz . 1,3 m = 0,30 . 0,39 . 1,3 = 0,15 kN/m

Qz = 0,38 kN

Mz = 0

Qy = 0

My = 0,48 kNm

6.5.3. Verificación de los cordones Ac = 2,01 cm2 s = sK = 30 cm para ambos cordones:

las superposiciones más desfavorables son: - Carga permanente + sobrecarga 1 kN + viento presión Mz = 0,16 + 0,59 + 0 = 0,75 kNm My = 0,30 + 1,10 + 0,48 = 1,88 kNm • Cordón superior

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•. Cordón inferior

- Carga permanente + viento succión Mz = 0,16 + 0 = 0,16 kNm My = 0,30 - 1,71 = -1,41 kNm • Cordón superior

• Cordón inferior

6.5.4. Verificación de las diagonales laterales Ad= 0,28 cm2 ( 6)

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sKd = 0,75 sd = 0,75 . 24,19 = 18,14 cm

El máximo corte se produce para la superposición - Carga permanente + sobrecarga + viento presión Qz = 0,24 + 0,63 + 0,38 = 1,25 kN

6.5.5. Verificación de las diagonales superiores Ad = 0,28 cm2 ( 6)

SKd = 0,75 . sd = 0,75 . 19,21 = 14,41 cm

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La máxima solicitación se produce para - Carga permanente + sobrecargaQy = 0,13 + 0,34 = 0,47 kN

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Ejemplos de Dimensionamiento de Estructuras Livianas de Acero Segun La Recomendacion Cirsoc 303(1)

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