UNIVERSIDAD ADOLFO IBAEZ

Ingeniera Civil en Obras Civiles

Examen

Alumno:

Toms Brown

Asignatura: Taller de Diseo Estructural

Profesor: Juan Vivanco

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0. ndice

0.1.1 Objetivos pag.3

0.1.2 Presentacin del problema pag.3

0.1.3 Antecedentes, cargas y condiciones de borde pag.3

0.1.4 Criterios de diseo pag.6

0.1.5 Resultados de modelacin pag.6

0.1.6 Seleccin final elementos pag.11

0.1.7 Diseo en detalle pag.15

0.1.8 Conclusiones pag.17

0.1.9 Referencias pag.17

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1. Objetivo

En el presente informe se muestras las caractersticas estructurales que debiera tener

un puente gra y un prtico, para esto se realizo un diseo considerando los

diferentes factores definidos usando como apoyo el programa SAP2000.

2. Presentacin del problema

Se desea disear un puente gra-prtico que logre soportar una sobrecarga de 10 toneladas

en el centro de la viga del puente gra. Este diseo se debe realizar en acero A42-27ES

para todos los elementos que conforman tanto el puente gra como el prtico. Adems

se desea disear una zapata capaz de soportar las cargas producidas por el peso propio

de la estructura y la carga de 10 toneladas ubicada en el centro de la viga del puente

gra considerando las caractersticas del suelo y del hormign. Se debe determinar

adems la deflexin producida por la carga en una de las dos vigas del prtico justo en

el centro de esta. Y por ltimo se debe verificar el comportamiento de la estructura

diseada cuando se incluye una fuerza de frenado en la viga del puente gra.

3. Antecedentes, cargas y condiciones de borde

3.1 Diseo viga puente gra

Para el diseo del puente gra se utilizo el software SAP2000 para obtener el valor

del momento mximo producido por la carga de 10 ton.. Se asumi adems que la

viga est apoyada sobre la columna de este elemento, por lo tanto en los resultados

obtenidos en SAP2000 se liberaron momentos producidos desde la viga a la

columna del puente-gra y hacia el prtico. El valor del momento mximo aplicado

en este elemento es de:

Y el igual a

Con estos valores se obtiene

Con este valor se busca la viga ms apropiada disponible en el mercado.

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3.2 Diseo columna puente gra

Se considera para el diseo de la columna el peso propio producido por la viga

ms la resultante debido a la carga de 10 ton. Obteniendo una carga P total para

el clculo de

Adems se consideraron las siguientes condiciones de apoyos:

(a) (b)

El apoyo (a) para el eje zx y el apoyo (b) para el eje xy con Ka= 0.65 y Kb=2.1. Estos

valores de K corresponden a los K de diseo.

3.3 Diseo viga prtico

Al igual que la viga del puente gra se considera que las vigas del prtico estn

apoyadas sobre las columnas, por lo que los momentos en el software se liberan.

La carga que se considera para el clculo corresponde a la suma del peso propio

de la viga del puente gra por 5 metros que es lo que realmente la viga del

prtico recibe del peso propio de la viga mas la carga que se transmite producto

de la reaccin de la viga del puente gra debido a la carga de 10 ton.

El momento mximo entregado por SAP2000 es:

Y el igual a

Con estos valores se obtiene

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Con este valor se busca la viga ms apropiada disponible en el mercado.

3.4 Diseo columna prtico

Se considera para el diseo de la columna una carga igual a la suma del peso

propio de la viga del prtico mas la reaccin producida por la carga proveniente

de la viga del puente grua la cual es igual a la suma de la carga de 10ton mas el

peso propio de la viga utilizada para el puente gra. Este valor es igual a:

Se consideraron las siguientes condiciones de apoyo:

(A) (B)

El apoyo (A) se considera para la direccin zy. Para la direccin zx se considera

la condicin (B). Ka=1.2 y Kb=0.65.

3.5 Diseo zapata

Se considero una carga igual a la suma del peso propio de la viga del prtico

mas la reaccin y la carga producida por el peso propio de la columna. Este

valor es igual a:

Se considero una seccin rectangular de 20x15cm correspondiente a las

dimensiones de la columna utilizada. Adems se considero un valor de

fc=16MPa.

Debido a que la viga no transmite momento a la columna la excentricidad es

igual a cero, esto quiere decir que la carga esta perfectamente centrada en la

fundacin, adems producto a esto no se considera enfierradura en la estructura.

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4. Criterio de diseo

Para el diseo de las vigas se considero que tanto para la viga del puente gra y la

del prtico estn apoyadas sobre las columnas, por lo mismo en el anlisis en SAP2000 los

momentos son liberados, esto da como resultado adems que las columnas no tengan un

momento aplicado y tampoco corte, lo que afectara en el diseo de la fundacin.

En el diseo de columnas se considero el peso propio de las vigas para el

clculo, adems de la reaccin producto de la sobrecarga aplicada de 10 toneladas.

Para la fundacin se consideraron adems los pesos propios de las columnas y

vigas.

5. Resultados de la modelacin

A continuacin se muestran los resultados y diagramas obtenidos por el software y

que fueron la base para el diseo.

Diagramas puente gra

Diagrama 1 : Reacciones. Diagrama 2: Momento

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Diagrama 3: Axial

Diagramas prtico

Diagrama 4: Reacciones prtico

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Diagrama 5: Momento prtico

Diagrama 6: Corte prtico

Diagrama 7: Axial prtico

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Resultados deflexin

Resultados obtenidos de SAP2000

Segn los resultados obtenidos de SAP2000 la deflexin mxima para la viga del

prtico donde se apoya el puente gra es de 2.35 cm.

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Deformada

Resultados debido a fuerza de frenado

Para ver el comportamiento de la estructura frente a la fuerza de frenado se

considera una aceleracin de 0.25m/s2 lo que da como resultado una fuerza igual a

Con este valor se obtienen los resultados siguientes en el software SAP2000

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Resultados considerando fuerza de frenado peso propio y sobrecarga.

6. Seleccin elementos de la estructura

6.1 Viga puente gra

Se determino que la seccin para este elemento es una viga IN35x109

Corresponde a un perfil compacto

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Se comprob que L>Lc, donde L=1000cm

Los valores de

Con rt=10.64 y

Tomando el valor de se obtiene el valor del momento admisible igual a:

Por lo tanto la seccin cumple con las especificaciones.

6.2 Columna puente gra

Debe soportar una carga

Se determino que la seccin para este elemento es una viga IN25x34.3

Ix=4130

Ix= 10.7 cm

Iy = 800

Iy= 4.72 cm

A=35.9

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Esbeltez

por tabla A.6 de (Ref 1)

por tabla A.6 de (Ref 1)

P1 = 557*35.9 = 19.996,3 kg

P2= 281*35.9 = 10.087 kg

6.3 Viga prtico

Se determino que la seccin para este elemento es una viga IN35x85.4

Corresponde a un perfil compacto

Se comprob que L>Lc, donde L=1000cm

Los valores de

Con rt=6.97 y

Tomando el valor de se obtiene el valor del momento admisible igual a:

>5545 kg

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Por lo tanto la seccin cumple con las especificaciones.

6.4 Columna prtico

Debe soportar una carga

Se determino que la seccin para este elemento es una viga IN20x17.7

Ix=1650

ix= 8.56 cm

Iy = 281

iy= 3.53 cm

A=22.6

Esbeltez

por tabla A.6 de (Ref 1)

por tabla A.6 de (Ref 1)

P1 = 543*22.6 = 12271.8 kg

P2= 315*22.6 = 7119 kg

6.5 Fundacin

Se utilizo para el anlisis una carga

Seccin de la columna de 20x15 cm

fc= 163.154 kg/cm2

Dimensiones iniciales

>3207 kg

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H= 80cm

No existen excentricidades, la carga est ubicada en medio de la fundacin.

h= 0.5 m

b= 0.5 m

A= 2500

7. Diseo en detalle

Elementos puente gra

Figura 1: Viga puente gra (cm) Figura 2: columna puente gra (cm)

Elementos prtico

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Figura 3: Viga prtico (cm) Figura 4: columna prtico (cm)

Zapata

Figura 5: planta zapata (cm) Figura 6: perfil 1 zapata (cm)

Figura 7: perfil 2 zapata (cm)

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8. Conclusin

En diseo estructural es importante conocer las caractersticas que se desean

satisfacer frente a diversas solicitaciones como por ejemplo cargas por sismos, vientos,

nieve, etc. En este caso solo se consideraron los pesos propios de los elementos que

componen la estructura y la sobrecarga de 10 toneladas. Es importante adems definir los

criterios de diseo ya que resultado de esto se pueden presentar grandes variaciones. En

este anlisis se consider que las vigas tanto del prtico como del puente gra no transmita

momentos ni corte a las columnas, por lo que el anlisis de la fundacin se facilit. Hubiera

sido ms representativo y correcto considerar que los elementos horizontales transmitieran

las cargas y momentos a las columnas. En este caso todo el diseo de la zapata cambiaria,

ya que los momentos generaran excentricidades por lo que lo ms probable es que se

hubieran agregado enfierraduras a la estructura de soporte.

El uso de software como SAP2000 es un instrumento muy potente en el rea del

diseo estructural ya que facilita bastante los clculos, adems se pueden comparar los

resultados obtenidos de forma manual as verificando si estos son los correctos.

9. Referencias

1. Diseo Estructural 2010 Riddell and Hidalgo