TESIS_DISEÑO DE CUBIERTA METÃLICA_SSVR_JJLC.
127
UNIVERSIDAD TÉCNICA DE MANABÍ FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS, FÍSICAS Y QUÍMICAS CARRERA DE INGENERÍA CIVIL “DISEÑO DE CUBIERTA METÁLICA PARA DOS CANCHAS DE USO MÚLTIPLE EN LA UNIVERSIDAD TÉCNICA DE MANABÍ” TESIS DE GRADO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL MODALIDAD: INVESTIGACIÓN DIAGNÓSTICA O PROPOSITIVA AUTORES: LÓPEZ CARVAJAL JUAN JOSÉ VERA RODRÍGUEZ SÓCRATES SANTIAGO DIRECTOR: ING. LINCOLN GARCÍA VINCES Mg.Sc. Portoviejo, Mayo del 2014
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tesis de cubierta metalica
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I
UNIVERSIDAD TCNICA DE MANAB
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMTICAS, FSICAS Y
QUMICAS
CARRERA DE INGENERA CIVIL
DISEO DE CUBIERTA METLICA PARA DOS
CANCHAS DE USO MLTIPLE EN LA UNIVERSIDAD
TCNICA DE MANAB
TESIS DE GRADO PREVIO A LA OBTENCIN DEL TTULO
DE INGENIERO CIVIL
MODALIDAD: INVESTIGACIN DIAGNSTICA O
PROPOSITIVA
AUTORES:
LPEZ CARVAJAL JUAN JOS
VERA RODRGUEZ SCRATES SANTIAGO
DIRECTOR: ING. LINCOLN GARCA VINCES Mg.Sc.
Portoviejo, Mayo del 2014
-
II
DEDICATORIA
El xito en la vida no se mide por lo que logras,
sino por los obstculos que superas
Al haber superado obstculos tan grandes para llegar a este objetivo, me permito
dedicar este trabajo:
En primera instancia a Dios
Quien me di el apoyo espiritual que tanto necesit en esos momentos que me sent
caer.
A mis abuelitos, Jorge (+) y Eloy(+)
Quienes fueron pilares fundamentales de mi familia, de los cuales guardo recuerdos
inolvidables de mi niez.
A mis abuelitas, Isabel (+) y Bertha
Isabel, mi ngel que desde el cielo sin duda hoy celebra este triunfo, triunfo que
siempre quiso compartir conmigo en vida.
Bertha, mi ngel terrenal, quien con sus dulces y tiernos detalles llena mis das de
felicidad.
A mi papi, Alipio Vera
Quien ha dedicado toda su vida para sacar adelante a la familia, ensendome de esta
forma, la manera perfecta de ser un buen hijo, un buen hermano, una buena persona,
convirtindose en todo momento en mi amigo incondicional hoy he logrado alcanzar
este objetivo, otro gran objetivo en mi vida es poder llegar a ser un padre como l..
-
III
A mi mami, Roco Rodrguez...
Quien siempre estuvo pendiente de todos y cada uno de mis sufrimientos, y que con
un beso y un abrazo poda darle el verdadero sentido de felicidad a mi vida
Por ser esa persona a quien le debo mi vida, cada uno de mis das, cada sonrisa y cada
sueo.
Por eso y mucho ms este logro lleva su nombre.
A mis hermanos, Diego Orlando y Carlos David...
Quienes hicieron de sus tropiezos una clase, de la cual aprend a caminar, y que con
su apoyo incondicional y consejos diarios, hicieron que me mantenga siempre por el
buen camino en todo momento.
A
Todas las personas que me apoyaron, y a los que no, aquellas personas que estuvieron
en todo momento y a los que no pudieron estar por algn motivo, a los que hicieron
que el camino hasta aqu fuera ms complicado, a los que me dieron la mano cuando
estaba cado y a los que nunca valoraron algo de m... a todas esas personas hoy les
agradezco porque me inspiraron para adquirir la fuerza necesaria que me permiti
llegar a alcanzar este objetivo, el cual no es sino, uno ms de tantos que me he trazado
en la vida.
A Juan Lpez
Ese amigo y hermano, quien ha sido un gran compaero de tesis y que fue apoyo
fundamental en ste gran objetivo alcanzado... Ahora si lo logramos amigo!!!
Scrates Santiago Vera Rodrguez
-
IV
DEDICATORIA
Con amor dedico este trabajo a Dios por permitirme la vida y con su ayuda poder
seguir adelante y culminar con xito esta etapa de mi carrera.
A
Mis padres Juan Lpez y Judith Carvajal quienes son los pilares fundamentales en mi
vida, que me apoyan con su experiencia y son el motivo de mi inspiracin.
A
Mis hermanos Juan Luis y Mara Judith por estar siempre presente, acompandome
para poderme realizar, deseo que esto les sirva de ejemplo a ellos para que culminen
su carrera como profesionales.
A
Francisca Cusme por su paciencia y comprensin, por ser quien decidi sacrificar un
poco de su tiempo para ayudarme a poder cumplir mi objetivo.
A
Mi compaero de tesis Scrates Vera, porque una vez culminada la tesis que en un
principio estuvo llena de aspiraciones, dudas e incertidumbres, demostramos que se
fortalece el espritu, tranquiliza la conciencia y se vislumbra en el horizonte la luz de
la sabidura, el camino de la gloria.
A
Mis amigos que siempre estuvieron presentes, a la familia Vera Rodrguez, y en
especial a Don Alipio Vera, que da a da estuvo guindome con sus consejos, razn
por la cual lo considero como un padre para m.
Juan Jos Lpez Carvajal
-
V
AGRADECIMIENTO
Aljate de la gente que trata de empequeecer tus ambiciones,
la gente pequea siempre hace eso,
pero la gente realmente grande,
te hace sentir que t tambin puedes ser grande
Mark Twain.
Los autores del presente trabajo rendimos un especial agradecimiento a todas y cada
una de las personas que contribuyeron a la realizacin de la presente tesis de grado.
Agradecemos a Dios por habernos acompaado y guiado a lo largo de nuestra carrera,
por ser nuestra fortaleza en los momentos de debilidad y por brindarnos una vida de
aprendizaje y experiencias.
A la Universidad Tcnica de Manab, a nuestros profesores, a quienes le debemos gran
parte de nuestros conocimientos. A los Miembros del Tribunal de Revisin y
Evaluacin, conformado por los Ingenieros: Juan Carlos Guerra, Irene Caballero y
Gloria Santana, que le debemos la gua y el desarrollo para la culminacin de la tesis,
gracias por su tiempo y dedicacin.
Y un fuerte agradecimiento a nuestro Director y amigo el Ingeniero Lincoln Garca
Vinces, por el apoyo y las facilidades que nos fueron otorgadas de forma desinteresada
en este mundo competitivo.
Scrates Santiago Vera Rodrguez
Juan Jos Lpez Carvajal
-
VI
UNIVERSIDAD TCNICA DE MANAB
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMTICAS FSICAS Y QUMICAS CARRERA
DE INGENIERA CIVIL
Yo, Ing. Lincoln Garca Vinces, en calidad de Director de Tesis
CERTIFICO
Que la tesis previa a la investidura de Ingenieros Civiles titulada: DISEO DE
CUBIERTA METLICA PARA DOS CANCHAS DE USO MLTIPLE EN LA
UNIVERSIDAD TCNICA DE MANAB. es trabajo original de los autores: Vera
Rodrguez Scrates Santiago y Lpez Carvajal Juan Jos.
Los mismos que han cumplido con responsabilidad, honestidad y capacidad profesional,
bajo mi direccin y tutora, concordando con lo establecido en el Reglamento General de
Graduacin de la Universidad Tcnica de Manab, por tal motivo pongo a consideracin
la siguiente aprobacin.
Portoviejo, Mayo de 2014
Ing. Lincoln Garca Vinces. Mg.Sc.
DIRECTOR DE TESIS
-
VII
UNIVERSIDAD TCNICA DE MANAB
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMTICAS FSICAS Y QUMICAS CARRERA
DE INGENIERA CIVIL
TEMA:
DISEO DE CUBIERTA METLICA PARA DOS CANCHAS DE USO
MLTIPLE EN LA UNIVERSIDAD TCNICA DE MANAB.
TESIS DE GRADO
Sometida a consideracin del Tribunal de Revisin y Evaluacin y Legalizada por el
Honorable Consejo Directivo, como requisito previo a la obtencin del ttulo de:
INGENIERO CIVIL
APROBADA:
Ing. Juan Carlos Guerra Mera. Mg.Ge. PRESIDENTE DEL TRIBUNAL
Ing. Irene Caballero Giler. Mg.Sc Ing.Gloria Santana Parrales. Mg.Eds.
MIEMBRO DEL TRIBUNAL MIEMBRO DEL TRIBUNAL
-
VIII
UNIVERSIDAD TCNICA DE MANAB
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMTICAS FSICAS Y QUMICAS CARRERA
DE INGENIERA CIVIL
CERTIFICACIN
El Tribunal de Revisin y Evaluacin conformado por Ing. Juan Carlos Guerra Mera, la
Ing. Irene Caballero Giler y la Ing. Gloria Santana Parrales, Presidente y Miembros
respectivamente, para la tesis, cuya modalidad es Investigacin Diagnstica o Propositiva,
titulada: DISEO DE CUBIERTA METLICA PARA DOS CANCHAS DE USO
MLTIPLE EN LA UNIVERSIDAD TCNICA DE MANABI., cuyos autores son los
egresados: JUAN JOS LPEZ CARVAJAL Y SCRATES SANTIAGO VERA
RODRGUEZ , certifica que se reunieron para el anlisis y estudio de la tesis indicada, la
misma que cumple con todos los requisitos estipulados en el Reglamento General de
Graduacin de la Universidad Tcnica de Manab.
Portoviejo, Mayo de 2014
Ing. Juan Carlos Guerra Mera. Mg.Ge.
PRESIDENTE DEL TRIBUNAL
Ing. Irene Caballero Giler. Mg.Sc Ing. Gloria Santana Parrales. Mg.Eds.
MIEMBRO DEL TRIBUNAL MIEMBRO DELTRIBUNAL
-
IX
DECLARACIN SOBRE DERECHOS DEL AUTOR
JUAN JOS LOPEZ CARVAJAL Y SCRATES SANTIAGO VERA
RODRGUEZ, egresados de la Facultad de Ciencias Matemticas, Fsicas y Qumicas,
DECLARAMOS QUE:
La tesis de grado denominada DISEO DE CUBIERTA METLICA PARA DOS
CANCHAS DE USO MLTIPLE EN LA UNIVERSIDAD TCNICA DE
MANAB, ha sido desarrollada en base a una exhaustiva investigacin, respetando
derechos intelectuales de terceros, cuyas fuentes se incorporan en la bibliografa, en
consecuencia, esta tesis es fruto del esfuerzo, entrega y dedicacin de los autores.
LPEZ CARVAJAL JUAN JOS VERA RODRGUEZ SCRATES SANTIAGO
-
X
RESUMEN
La presente tesis, hace referencia al anlisis de los parmetros de diseo para la
elaboracin de una cubierta metlica para dos canchas de uso mltiple de la
Universidad Tcnica de Manab en la ciudad de Portoviejo, misma que est compuesta
por perfiles de acero.
El diseo estructural cumple con las normativas del ACI 318S-08 (American Concrete
Institute 318S-08), AISC (American Institute of Steel Construction), ASD y se llevar
a cabo utilizando distintos tipos de geometra y configuraciones mediante la ayuda del
software SAP 2000, el mismo que establece clculos muy confiables de acuerdo con
los criterios ingenieriles.
El propsito de este diseo es generar una mejora con una infraestructura creativa e
innovadora, de forma que al llevarse a cabo como proyecto se proporcione seguridad
a los usuarios de las canchas de uso mltiple de una forma agradable.
-
XI
ABSTRACT
This thesis refers to the analysis of the design parameters for the preparation of a metal
cover for two multiple purpose courts of the Technical University of Manabi in
Portoviejo city, which is itself composed of steel structure.
The structural design complies with the regulations of the 318S-08 ACI (American
Concrete Institute 318S-08), AISC (American Institute of Steel Construction), ASD
and it will be conducted using different types of geometry and settings using SAP
software 2000, the same settings stablishes very reliable calculus according to
engineering criteria.
The purpose of this design is to generate an improvement with a creative and
innovative infrastructure, so that when the project is done, the users can enjoy safety
in a nice way when they start using the multiple courts.
-
XII
NDICE
DEDICATORIA II
DEDICATORIA IV
AGRADECIMIENTO V
CERTIFICACIN DEL DIRECTOR VI
CERIFICACIN DEL TRIBUNAL VII
DECLARACIN SOBRE DERECHOS DE AUTOR VIII
RESUMEN X
ABSTRACT XI
1. TEMA 1
2. MACRO Y MICRO LOCALIZACIN 2
2.1 MACRO LOCALIZACIN 2
2.2 MICRO LOCALIZACIN 3
3. INTRODUCCIN 4
4. ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIN 5
4.1 ANTECEDENTES: 5
4.2 JUSTIFICACIN 6
5. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 7
6. OBJETIVOS 8
6.1 OBJETIVO GENERAL 8
6.2 OJETIVOS ESPECFICOS 8
7. MARCO TEORICO 9
7.1 LAS ESTRUCTURAS 9
7.2 ESTRUCTURAS METLICAS 9
7.3 CLASIFICACIN DE LAS ESTRUCTURAS METLICAS 9
7.3.1 ESTRUCTURAS DE ACERO PESADAS 10
7.3.2 ESTRUCTURAS DE ACERO LIGERAS 10
7.3.3 CERCHAS METLICAS EN ARCO 11
7.3.4 ESTRUCTURAS EN TRACCIN 12
8. UNIONES SOLDADAS 12
8.1 MTODO ANALTICO 12
9. ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL. 14
-
XIII
9.1 ALTA RESISTENCIA. 14
9.2 UNIFORMIDAD. 15
9.3 ELASTICIDAD. 15
9.4 DURABILIDAD. 15
9.5 DUCTILIDAD. 15
9.6 TENACIDAD. 15
9.7 PROPIEDADES DIVERSAS. 16
10. DETERMINACIN DE FUERZAS 16
10.1 TIPOS DE CARGAS 17
10.1.1 CARGAS MUERTAS O PERMANENTES 17
10.1.2 Peso propio 17
10.1.3 Instalaciones 17
10.1.4 CARGAS VIVAS 18
10.1.5 CARGAS PRODUCIDAS POR EL VIENTO 18
10.1.6 FUERZA SSMICA 19
11. PERFILES. 19
11.1 PERFILES DE ACERO ESTRUCTURAL. 20
12. RECOPILACIN DE INFORMACIN SOBRE TIPOS DE TECHOS 21
12.1 EL ACERO COMO MATERIAL DE TECHADO 21
12.1.1 CARACTERSTICAS 22
12.2 PROTECCIN Y ACABADO 23
12.3 GALVALUME 23
12.4 PRE PINTADO 25
13. GALVANIZADO POR INMERSIN EN CALIENTE. 25
14. TORNILLOS 26
14.1 Clasificacin de los tornillos. 27
14.1.1 Tornillos ordinarios. 27
14.1.2 Tornillos calibrados. 28
14.1.3 Tornillo de alta resistencia. 28
14.2 Ventajas de la utilizacin de tornillo. 28
14.3 Caractersticas tcnicas de los tornillos. 29
15. ARMADO DE CUBIERTAS 29
15.1 CORREAS. 32
-
XIV
15.2 ANCLAJES. 32
15.2.1 FUNDACIN PARA ESTRUCTURAS DE ACERO. 32
16. INFLUENCIA DE LAS COMPUTADORAS EN EL DISEO DEL ACERO ESTRUCTURAL. 34
16.1 SOFTWARE APLICADO EN EL CLCULO ESTRUCTURAL. 34
16.2 SOFTWARE DE APOYO EN EL CLCULO ESTRUCTURAL DEL PROYECTO. 35
16.2.1 GENERALIDADES DE SAP2000. 35
PRINCIPALES BENEFICIOS. 35
OPCIONES DE MODELAJE. 36
OPCIONES DE ANLISIS. 36
OPCIONES DE CARGA EN LOS ELEMENTOS DEL MODELAJE 36
17. DISEO METODOLGICO. 37
17.1 MTODO DE LAS SECCIONES. 37
17.2 PREDIMENSIONAMIENTO DE LA CERCHA. 37
17.3 CLCULO DEL PREDISEO DE LA CERCHA 40
17.4 CLCULO DE LAS BARRAS DE LA CERCHA SOMETIDAS A CARGA MUERTA
MEDIANTE EL MTODO DE LAS SECCIONES. 48
17.5 MODELAJE DE CERCHAS PARA LAS DOS CANCHAS DE USO MLTIPLE EN LA
UNIVERSIDAD TCnica DE MAnaB. 56
17.6 MODELAJE DE LA CIMENTACIN 63
17.6.1 ZAPATAS AISLADAS 63
17.6.2 DATOS GENERAL DE LA ZAPATA 64
18. DISEO DEL CUBIERTA ESCOGIMOS DURATECHO. 72
19. CONCLUSIONES 76
20. RECOMENDACIONES 77
21. BIBLIOGRAFA 78
-
XV
NDICE DE FIGURAS
FIGURA N 1 MACRO Y MICRO LOCALIZACIN 2
FIGURA N 2 MACRO LOCALIZACIN 2
FIGURA N 3 MICRO LOCALIZACIN 3
FIGURA N 4 ESTRUCTURA DE ACERO PESADA, TORRES MADRID
ARENA 10
FIGURA N 5 ESTRUCTURA DE ACERO LIGERA 10
FIGURA N 6 CERCHA PARA CUBIERTA FERMAGRI SA 11
FIGURA N 7 ESTRUCTURA DE TRACCIN 12
FIGURA N 8 ESQUEMA DE SOLDADURA 13
FIGURA N 9 PERFILES DE ACERO 20
FIGURA N 10 TIPOS DE TERMINADO PARA PLANCHAS DE ACERO 23
FIGURA N 11 DE PLANCHA CUBIERTA CON ALUZINC 24
FIGURA N 12 PRE PINTADO 25
FIGURA N 13 TORNILLO 27
FIGURA N 14 ESPECIFICACIN DEL TORNILLO 27
FIGURA N 15 TORNILLO PERFORANTE Y ARANDELA. 29
FIGURA N 16 COLOCACIN DE PLANCHA DE ZINC. 29
FIGURA N 17 FIJACIN DE LAS PLANCHAS DE ZINC MEDIANTE
TORNILLOS. 30
FIGURA N 18 COLOCACIN DE PLANCHAS DE ZINC (TRASLAPES). 31
FIGURA N 19 COLOCACIN DE CUMBRERO O CABALLETE. 31
FIGURA N 20 COLOCACIN DE CANALETAS O CANALONES. 31
FIGURA N 21 CORREAS 32
FIGURA N 22 ANCLAJES DE LAS COLUMNAS DE LA CUBIERTA. 33
FIGURA N 23 CUBIERTA 40
FIGURA N 24 PERFIL UPN 41
FIGURA N 25 DATOS DE MEDIDAS EN SAP2000 57
FIGURA N 26 CUADRO DE EDICIN DE LA GRILLA 57
FIGURA N 27 DEFINICIN DEL MATERIAL A UTILIZAR (ASTM A36) 58
FIGURA N 28 CUADRO DEL TIPO DE SECCIN DEL MATERIAL A
UTILIZAR. 59
FIGURA N 29 CUADRO DE DIMENSIONES DEL PERFIL UPN 140 60
FIGURA N 30 ASIGNACIN DE CARGAS PUNTUALES 61
FIGURA N 31 HERRAMIENTA DE RESTRICCIONES DE APOYOS 62
FIGURA N 32 DEFORMACIN DE LA ESTRUCTURA 62
FIGURA N 33 REVISIN DEL CONTROL DE LA ESTRUCTURA 63
FIGURA N 34 ZAPATAS AISLADAS DE PERALTE VARIABLE 64
FIGURA N 35 VISTA EN PLANTA Y LATERAL DE LA ZAPATA. 65
FIGURA N 36 VISTA LATERAL DE LA ZAPATA. 67
-
XVI
FIGURA N 37 VISTA EN PLANTA Y LATERAL DE LA ZAPATA SECCIN
CRTICA 67
FIGURA N 38 VISTA EN PLANTA Y LATERAL DE LA ZAPATA PARA EL
DISEO POR FLEXIN 70
FIGURA N 39 DISEO DE LA ZAPATA 71
FIGURA N 40 CORTE TRANSVERSAL DE LA DISTRIBUCIN DE ACERO
DE LA ZAPATA 72
FIGURA N 41 DATOS GENERAL DE LA CUBIERTA 73
FIGURA N 42 UBICACIN DE LA CUBIERTA EN CADA SECCIN 73
FIGURA N 43 CUBIERTA METLICA 74
FIGURA N 44 DATOS DE CARGA MUERTA 74
FIGURA N 45 COMPROBACIN DE LOS MATERIALES 75
NDICE DE TABLAS
TABLA N 1 FACTOR V DE ACUERDO AL TIPO DE UNIN 13
TABLA N 2 ESFUERZOS ADMISIBLES DE SOLDADURAS EN SURCOS DE
PENETRACIN TOTAL 14
TABLA N 3 ESFUERZOS ADMISIBLES EN ACERO DE SOLDADURA
(ELECTRODOS) 14
TABLA N 4 ESPECIFICACIONES TCNICAS DE TECHO ECONMICO
DURATECHO 41
TABLA N 5 ESPECIFICACIONES TCNICAS DEL PERFIL UPN
UTILIZADO 41
TABLA N 6 CLCULO DE LAS BARRAS CARGA MUERTA 51
TABLA N 7 CLCULO DE LAS BARRAS CARGA MUERTA 54
TABLA N 8 ASIGNACIN DE CARGAS A LA ESTRUCTURA 61
TABLA N 9 FUNDAMENTO ZAPATA AISLADA 64
-
1
1. TEMA
DISEO DE CUBIERTA METLICA PARA DOS CANCHAS DE
USO MLTIPLE EN LA UNIVERSIDAD TCNICA DE MANAB
-
2
2. MACRO Y MICRO LOCALIZACIN
La estructura se encuentra en la provincia de Manab, Portoviejo, Universidad
Tcnica de Manab.
Figura N 1 MACRO Y MICRO LOCALIZACIN
2.1 MACRO LOCALIZACIN
Figura N 2 MACRO LOCALIZACIN
PORTOVIEJO SITIO DE INTERES
UNIVERSIDAD TCNICA DE MANAB
-
3
2.2 MICRO LOCALIZACIN
Figura N 3 MICRO LOCALIZACIN
SE ENCUENTRA EN EL ESPACIO COMPRENDIDO ENTRE LA BIBLIOTECA CENTRAL Y FACULTAD DE
EDUCACIN FSICA
PROYECTO:
DISEO CUBIERTA METALICA PARA DOS
CANCHAS DE USO MLTIPLE.
-
4
3. INTRODUCCIN
El diseo y la construccin de estructuras metlicas requiere de cuidado y
precisin por parte del ingeniero, con el fin de que el diseo sea lo ms conveniente
posible, y que cumpla las especificaciones requeridas. En la siguiente tesis se indica el
diseo de una cubierta metlica para dos canchas de uso mltiple ubicadas en la
Universidad Tcnica de Manab, la cual requerir de la mxima eficiencia para dar
seguridad a los usuarios.
Las cubiertas son muy utilizadas debido a sus caractersticas importantes como
son su bajo peso, la posibilidad de elaboracin fuera de obra, la facilidad en la
instalacin de las mismas, la versatilidad en la elaboracin de nuevas geometras como
el caso de la estructura.
En el diseo de la cubierta se aplican todos los conocimientos adquiridos en la
Universidad Tcnica de Manab, los cuales nos dotan del criterio necesario al momento
de disearla. Se evalan todas las cargas a las que puede verse sometida la cubierta,
como son: vivas, muertas, ssmicas y las provocadas por el viento, con el fin de obtener
cargas mayoradas mediante las combinaciones recomendadas, para con stas, disear
todos los elementos correspondientes, siguiendo las especificaciones dadas por la
Norma Ecuatoriana de Construccin y las condiciones sismo-resistentes.
Las estructuras metlicas, son estructuras de elementos prefabricados, lo que
implica un proceso de construccin ms eficiente, una mayor rapidez de construccin,
reduciendo el porcentaje de los riesgos y de los deterioros de la obra.
Asimismo, como se trata de estructuras relativamente livianas, las fundaciones
son ms reducidas, lo que permite reducir el rea de cimentacin efectuando menos
movimientos de tierra. En varias edificaciones donde se utilizan estructuras metlicas
(superestructura) se requieren de cimentaciones de hormign armado (subestructura).
-
5
Estas estructuras cumplen con los mismos condicionantes que las estructuras de
hormign, es decir, que deben estar diseadas para resistir esfuerzos provocados por
las cargas.
4. ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIN
4.1 ANTECEDENTES:
Las estructuras metlicas constituyen un sistema constructivo muy recurrente a la
hora de edificar. Esto es debido a la rapidez con la que un proyecto puede ser realizado
usando el acero, y es aqu donde el acero presenta la principal ventaja frente al
hormign: mientras que este necesita un tiempo de fraguado, el acero tiene plenas
capacidades mecnicas desde el principio, por lo que no hay tiempo de espera entre la
instalacin de elementos.
Esto es muy apreciado por las empresas que van a utilizar estas construcciones
como almacenes o centros de produccin, cubiertas, edificios entre otros, pues saben
que el tiempo perdido es un costo adicional.
Otro factor a tener en cuenta es que los perfiles metlicos utilizados llegan hasta
la obra ya fabricados, por lo que slo es necesario su ensamblado y montaje. La forma
de fijacin al suelo es en la mayora de los casos mediante zapatas de hormign
armado, por lo que es necesario el uso de hormign.
Dadas las caractersticas del acero en trminos de resistencia y ductilidad, las
estructuras metlicas permiten la construccin de superficies con grandes vanos libres,
pilares ms esbeltos y fachadas ms livianas. Por ello, las estructuras metlicas
permiten ms libertad a la imaginacin en la concepcin de la obra. Al mismo tiempo,
la existencia de espacios amplios, libres de obstculos interiores, facilita la
modificacin o ampliacin de la estructura a fin de adaptarla a nuevos requisitos
funcionales o estilos de vida.
-
6
4.2 JUSTIFICACIN
El diseo de cubiertas metlicas, se considera como un aporte consistente al
momento de mejorar una infraestructura determinada, dado que es un material de
mejor trabajabilidad, que generan una buena resistencia a las cargas a las cuales son
sometidas y que permite disminuir costos operativos, optimizando el tiempo al
momento de llevarse a cabo su respectiva construccin.
Al proporcionar el diseo de la cubierta para las dos canchas de uso mltiple, se
podr llegar a la construccin de un proyecto que genere un mejor ambiente para los
usuarios de las canchas al momento de hacer deporte y realizar actividades varias.
Adems, tomando en cuenta la distancia que existe entre la biblioteca Central y la
facultad de cultura fsica, se puede notar la necesidad de una cubierta que proporcione
sombra en das soleados y proteccin en das de lluvia en el sitio de inters.
-
7
5. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
A travs de la identificacin del problema, se puede comprobar la importancia de
la construccin de este tipo de estructuras, ya que en nuestro medio son de gran
aplicacin y elaboracin.
El diseo estructural de la cubierta metlica para dos canchas de uso mltiple en la
Universidad Tcnica de Manab, permitir el mejoramiento de la infraestructura,
proporcionar una estructura liviana con mejores condiciones sismo-resistentes?
-
8
6. OBJETIVOS
6.1 OBJETIVO GENERAL
Disear estructuralmente una cubierta metlica para dos canchas de uso mltiple
en la Universidad Tcnica de Manab.
6.2 OJETIVOS ESPECFICOS
1. Realizar el diseo de la cubierta metlica para las dos canchas de uso mltiple.
2. Analizar y disear la estructura en base a los programas: SAP2000, Auto CAD
y Excel.
3. Realizar el estudio detallado de cargas solicitantes de acuerdo a cdigos y
normativas definidas.
-
9
7. MARCO TEORICO
7.1 LAS ESTRUCTURAS
Una estructura puede concebirse como un conjunto de elementos estructurales los
cuales se combinan en forma ordenada para cumplir una funcin dada.
La estructura debe cumplir la funcin para la cual est destinada con un grado de
seguridad razonable y de manera que tenga un comportamiento adecuado en las
condiciones normales de servicio. Adems, deben satisfacerse otros requisitos, tales
como mantener el costo dentro de los lmites econmicos y satisfacer determinadas
exigencias estticas.
7.2 ESTRUCTURAS METLICAS
Una de las mejores soluciones para el diseo estructural ha sido la utilizacin de
estructuras metlicas, debido a sus caractersticas que generan rapidez en una
construccin, proporcionando seguridad y abaratando costos operativos.
7.3 CLASIFICACIN DE LAS ESTRUCTURAS METLICAS
Entre las formas ms comunes de tipificar las estructuras metlicas, est la que
toma como parmetro para la clasificacin, la cantidad de acero que se utiliza en la
construccin de la estructura, con relacin al rea de la misma; de esta manera
distinguimos dos tipos de estructuras. 1(Criollo 2007)
Estructuras de acero pesadas.
Estructuras de acero ligeras.
1TESIS: Estructura de Cubierta para el Auditorio Espe, Pablo Criollo Mendoza, Pg. 22
-
10
7.3.1 ESTRUCTURAS DE ACERO PESADAS
Definimos como estructuras de Acero pesadas a aquellas en las cuales se utilizan
para su construccin ms de 35 Kg/m2, estas son caractersticas de los edificios de
gran altura como es el caso de las Torres Madrid Arena. Los perfiles utilizados en estas
estructuras tienen grandes secciones, con el propsito de soportar los esfuerzos
producidos por las cargas que deben soportar.
Figura N 4 Estructura de Acero Pesada, Torres Madrid Arena. http://farm1.static.flickr.com/53/131969388_b98561c457_o.jpg
7.3.2 ESTRUCTURAS DE ACERO LIGERAS
A diferencia de las construcciones anteriores, estas estructuras tienen un peso
reducido, debido principalmente a los perfiles utilizados, tienen secciones menores y
toman configuraciones especiales con el fin de resistir las cargas de servicio, por
ejemplo, la estructura construida para la terminal de la Metro Va en Daule.2(Criollo
2007)
Figura N 5 Estructura de Acero Ligera.
http://www.hierroyaluminio.com/files/images/estructuras-desmontables-modulares.preview.jpg
2 TESIS: Estructura de Cubierta para el Auditorio Espe, Pablo Criollo Mendoza, Pg. 23
-
11
Estas estructuras las encontramos de manera generalizada en cubiertas, donde la
existencia de grandes luces y reas, hace necesaria la optimizacin de los elementos
reduciendo el peso de los elementos estructurales.
Debido a esto, la utilizacin de cubiertas ligeras para el techado de distintos tipos
de estructuras se ha masificado, adems de su fcil transporte, montaje y un costo
reducido respecto a otros sistemas. Dentro de los principales modelos estructurales a
disposicin tenemos las cerchas metlicas en arco y las estreo estructuras.
7.3.3 CERCHAS METLICAS EN ARCO
[Las correas adems de descansar en las vigas de los prticos pueden hacerlo en
elementos principales denominados cerchas, los cuales transmiten el peso total de la
cubierta a los elementos de apoyo y estas a los pilares.
Por su propia morfologa estas estructuras trabajan bsicamente ante esfuerzos de
compresin, los cuales se traducen en fuerzas horizontales importantes en los apoyos,
que deben ser controlados por estos elementos.
Tambin los elementos pueden prolongarse hasta el nivel de cimentacin, siendo
en muchos casos lo ms conveniente ya que a estos se les puede dar una forma
apropiada de manera que las cargas se transmiten a los cimientos casi totalmente como
fuerzas axiales de compresin.
Figura N 6 Cercha para cubierta FERMAGRI SA. http://metaes.com/estructuras-metalica.
-
12
7.3.4 ESTRUCTURAS EN TRACCIN
El uso de cables y telas y su desarrollo contemporneo, las ubica entre las ms
usadas en la presente arquitectura especialmente en los pases con ms cercana a este
alto desarrollo tecnolgico.
Estructuras en general livianas y flexibles, que conservando estas caractersticas
son aptas para cubrir grandes luces. La disposicin formal del sistema estructural
permite alcanzar el equilibrio soportando esfuerzos de traccin pura.
Dada la flexibilidad de las mismas y su tendencia a cambiar de forma en la medida
que se modifican los estados de carga, se requieren mecanismos de estabilizacin de
la forma.]3(Criollo 2007)
Figura N 7 Estructura de Traccin.
http://www.estructuras4.com.ar/fotos_sitio_estructuras4/columbus_nocturno.jpg
8. UNIONES SOLDADAS
8.1 MTODO ANALTICO
Este mtodo se utiliza generalmente para hallar el espesor del cordn de una unin
soldada, est basado en la teora clsica de resistencia de materiales en donde el
esfuerzo es directamente proporcional a la carga aplicada e indirectamente
3 TESIS: Estructura de Cubierta para el Auditorio Espe, Pablo Criollo Mendoza, Pg. 24
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13
= F
area sold
sold :V :
V:
adm : Sadm :F.S. : Factor de seguruidad
Esfuerzo de la union soldada
Factor por el tipo de union soldada
Factor por la calidad de la union
Esfuerzo de fluencia del material base
Esfuerzo admisible de la union soldad
Tipo de union Clase de
solicitacion V estatico
Tope traccion 0,75
Tope compresion 0,85
Tope flexion 0,8
Tope corte 0,65
Angulo
cualquier
solicitacion 0,65
proporcional al rea analizada. A continuacin aplicaremos el clculo analtico a una
unin a tope sometida a una carga de traccin.4(J. Horioka y J. Alencastre 1991)
Figura N 8 Esquema de soldadura
Tabla N 1 Factor v de acuerdo al tipo de unin.
4 Mtodo de los Estudios de Uniones Soldadas por el MEF, Jos E. HoriakaOsaki y Jorge AlencastreMiranda, Pg. 2
-
14
TIPO DE SOLDADURA Y ESFUERZO ESFUERZO ADMISIBLE
tension nominal en el area efectivo el mismo del acero de base
Corte sobre el area efectiva 30% del esfuerzo nominal a tension del
acero
Tipo adm (MPA)
adm (Kg/cm2)
E60xx 345 3518.02
E70xx 393 4007.48
E80xx 462 4711.09
E90xx 531 5414.69
E100xx 600 6118.3
E120xx 737 7515.31
Tabla N 2 Esfuerzos admisibles de soldaduras en surcos de penetracin total
Tabla N 3 Esfuerzos admisibles en acero de soldadura (electrodos)
9. ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL.
[La supuesta perfeccin de este metal, tal vez el ms verstil de todos los
materiales estructurales, parece ms razonable cuando se considera su gran resistencia,
poco peso, facilidad de fabricacin y otras propiedades convenientes. Estas y otras
ventajas del acero estructural se analizarn en detalle en los siguientes apartados.
9.1 ALTA RESISTENCIA.
La alta resistencia del acero por unidad de peso implica que ser poco el peso de
las estructuras; esto es de gran importancia en puentes de grandes claros, en edificios
altos y en estructuras con malas condiciones en la cimentacin.
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15
9.2 UNIFORMIDAD.
Las propiedades del acero no cambian apreciablemente con el tiempo, como es el
caso de las estructuras de concreto reforzado.
9.3 ELASTICIDAD.
El acero se acerca ms en su comportamiento a las hiptesis de diseo que la
mayora de los materiales, gracias a que sigue la ley de Hooke hasta esfuerzos bastante
altos. Los momentos de inercia de una estructura de acero pueden calcularse
exactamente, en tanto que los valores obtenidos para una estructura de concreto
reforzados son relativamente imprecisos.
9.4 DURABILIDAD.
Si el mantenimiento de las estructuras de acero es adecuado durarn
indefinidamente. Investigaciones realizadas en aceros modernos, indican que bajo
ciertas condiciones no se requiere ningn mantenimiento a base de pintura.
9.5 DUCTILIDAD.
La ductilidad es la propiedad que tiene un material de soportar grandes
deformaciones sin fallar bajo altos esfuerzos de tensin. Cuando se prueba a tensin
un acero con bajo contenido de carbono, ocurre una reduccin considerable de la
seccin transversal y un gran alargamiento en el punto de falla, antes de que se presente
la fractura. Un material que no tenga esta propiedad probablemente ser duro y frgil
y se romper al someterlo a un golpe repentino.
9.6 TENACIDAD.
Los aceros estructurales son tenaces, es decir, poseen resistencia y ductilidad. Un
miembro de acero cargado hasta que se presentan grandes deformaciones ser an
capaz de resistir fuerzas. sta es una caracterstica muy importante porque implica que
los miembros de acero puedan someterse a grandes deformaciones durante su
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16
formacin y montaje, sin fracturarse, siendo posible doblarlos, martillarlos, cortarlos
y taladrarlos sin dao aparente.
9.7 PROPIEDADES DIVERSAS.
Otras ventajas importantes del acero estructural son:
a) Gran facilidad para unir diversos [elementos] por medio de varios tipos de
conectores como son la soldadura, los tornillos y los remaches.
b) Posibilidad de prefabricar los miembros.
c) Rapidez de montaje.
d) Gran capacidad para laminarse en una gran cantidad de tamaos y formas.
e) Resistencia a la fatiga.
f) [Reutilizacin] posible despus de desmontar una estructura.
g) Posibilidad de venderlo como chatarra aunque no pueda utilizarse en su forma
presente. ]5 (Jack C. McCormac, 2002)
10. DETERMINACIN DE FUERZAS
La tarea fundamental al momento de iniciar a disear cualquier estructura es
determinar de forma precisa el valor de las cargas que deber soportar dicha estructura
durante su vida til, considerando su posicin y tomando en cuenta las combinaciones
ms desfavorables de acuerdo a los reglamentos existentes.
5 DISEO DE ESTRUCTURAS DE ACERO 2da Edicin Jack C. McCormac, CAPITULO I ,Introduccin al diseo estructural en acero, Pg. 1 , 2, 3
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17
10.1 TIPOS DE CARGAS
Cargas muertas.
Cargas vivas.
Viento.
Sismo.
10.1.1 CARGAS MUERTAS O PERMANENTES
Denominamos cargas muertas aquellas que permanecen constantes en magnitud y
ubicacin durante la vida til de la estructura. sta puede calcularse con buena
aproximacin a partir de la configuracin de diseo, de las dimensiones de la estructura
y de la densidad del material.
Consideraremos dentro de cargas muertas a las siguientes:
Peso propio.
Instalaciones. 6 (Arthur H. Nilson, 2001)
10.1.2 PESO PROPIO
Para este caso, se toma en cuenta el peso de todos los elementos que conforman
la estructura, para de esta forma poder determinar un valor total del peso propio.
10.1.3 INSTALACIONES
[Las instalaciones que se realizan varan en torno a la funcionalidad que vaya tener
la construccin, y entre ellas podemos mencionar las de iluminacin, aire
6 DISEO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO Duodcima Edicin ,Arthur H. Nilson, CAPITULO I , Introduccin, Cargas, Pg. 9
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18
acondicionado, calefaccin, desages, sistemas de monitoreo, sistemas contra
incendios entre otras.
10.1.4 CARGAS VIVAS
Las cargas vivas pueden estar total o parcialmente en su sitio o no estar presentes,
es decir que pueden cambiar de ubicacin. Son cargas que dependen directamente de
la actividad humana (cargas de servicio) y se han normalizado dependiendo del tipo
de estructura o la funcin que vaya a desempear, en el caso de H.A. estas cargas estn
directamente relacionadas con la utilizacin que se le dar a la estructura, as como
tambin el nmero de personas que esta albergue.
La magnitud y distribucin de estas cargas son inciertas en un modelo dado, y
sus mximas intensidades a lo largo de la vida de la estructura no se conocen
con precisin. Para el caso de las estructuras metlicas es necesario establecer
que junto con la resistencia, es necesario controlar su funcionamiento ante las
cargas de servicio (deformaciones excesivas).]7(Arthur H. Nilson, 2001)
10.1.5 CARGAS PRODUCIDAS POR EL VIENTO
Las cargas producidas por el viento son de naturaleza dinmica pero para facilitar
el diseo se utilizan aproximaciones con cargas estticas equivalentes.
Para la utilizacin de cargas estticas equivalentes se asume que la presin
ocasionada por el viento es proporcional al cuadrado de su velocidad y se calcula para
las superficies expuestas de una estructura. Debido a la configuracin irregular de la
tierra, la velocidad y direccin del viento es variable y presenta. Turbulencias. Sin
embargo, se asume que la edificacin presenta una posicin deformada debido a una
velocidad constante y que vibra a partir de esta posicin debido a la turbulencia.
7 DISEO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO Duodcima Edicin ,Arthur H. Nilson, CAPITULO I , Introduccin,
Cargas, Pg. 9
-
19
10.1.6 FUERZA SSMICA
Las cargas ssmicas, son fuerzas de tipo inercial como consecuencia de la
aparicin de los movimientos ssmicos, estas cargas inducidas en las estructuras estn
en relacin a su masa y elevacin a partir del suelo; as como de las caractersticas
dinmicas del terreno y de la capacidad de la estructura para disipar energa.
Las cargas ssmicas se pueden determinar cmo fuerzas estticas horizontales
equivalentes aplicadas en los centros de las masas de la estructura, aunque en ocasiones
debido a la altura de las mismas, esbeltez o caractersticas especiales se hace necesario
un anlisis dinmico para determinar las fuerzas mximas a que estar sometida la
estructura.
10.1.6.1 ANLISIS MODAL ESPECTRAL
El modal espectral se basa anlisis dinmico elstico (o mtodo de la respuesta
espectral) es un mtodo favorable para estimar los desplazamientos y fuerzas en los
elementos de un sistema estructural. El mtodo implica el clculo solamente de los
valores mximos de los desplazamientos y las aceleraciones en cada uno del modo
usando un espectro de diseo, el mismo que representa el promedio o la envolvente de
espectros de respuesta para diversos sismos
El mtodo modal espectral requiere como dato de partida para su aplicacin
conocer los modos y frecuencias naturales del sistema de mltiples grados de libertad,
es decir que se conocen los valores de las frecuencias i y de los modos i.8 (C. Prato,
M. Ceballos, Fe Pinto, 2010)
11. PERFILES.
El perfil es uno de los componentes vitales de todo edifico de acero. El moderno
edificio de acero se compone de muchos elementos individuales que han evolucionado
8 MTODO MODAL ESPECTRAL, Carlos Prato, Marcelo Ceballos, Federico Pinto, Pg. 3
-
20
con el tiempo. La eficacia de fabricacin se obtiene con la produccin en masa de
algunos elementos.
El acero estructural puede laminarse en forma econmica en una gran variedad de
formas y tamaos sin cambios apreciables en sus propiedades fsicas. Generalmente
los miembros de las estructuras ms convenientes son aquellos con grandes momentos
de inercia en relacin con sus reas. Los perfiles I, T y C tienen esta propiedad
Figura N 9 PERFILES DE ACERO9 (Carlos Alberto Bermdez, 2005)
11.1 PERFILES DE ACERO ESTRUCTURAL.
[Los perfiles de acero estructural combinado con barras de refuerzo, utilizados en
elementos compuestos sometidos a cargas axiales o a flexo-compresin, debern
satisfacer los requisitos indicados en las siguientes normas.
Los perfiles de acero estructural combinado con barras de refuerzo, utilizados en
elementos compuestos sometidos a cargas axiales o a flexo-compresin, debern
satisfacer los requisitos indicados en las siguientes normas:
a) Acero con carbn: ASTM A36 M/NTE INEN 2215 Y 2222,
b) Acero de alta resistencia de baja aleacin: ASTM A242 M,
c) Acero de alta resistencia de baja aleacin al Colombio-Vanadio: ASTM A572 M,
9 Curso Bsico de Estructuras Metlicas; Carlos Alberto Bermdez Meja; 1ra edicin; Pg.12.
-
21
d) Acero de alta resistencia de baja aleacin de 345 MPa: ASTM A588 M,
e) Perfiles estructurales laminados en caliente: ASTM A992 M/RTE INEN
018(secciones de perfiles laminados en caliente)/NTE INEN 2215 y 2222.]10 (NEC-
2011)
Los informes de ensayos realizados por el fabricante o un laboratorio sern
considerados evidencia mientras se realicen de acuerdo con los estndares de la norma
ASTM; en el caso de los perfiles laminados en caliente los ensayos debern realizarse
de acuerdo a lo especificado en la norma ASTM A6/A6M
12. RECOPILACIN DE INFORMACIN SOBRE TIPOS DE
TECHOS
[La cubierta es una parte vital, dada su funcin protectora de las personas y sus
bienes de las inclemencias del clima, la lluvia, los vientos fuertes. Por lo cual los
materiales de la cubierta deben poseer las siguientes caractersticas:
Impermeabilidad.
Duracin.
Aislamiento trmico.
Aislamiento acstico.
Peso reducido.
.
Las cubiertas metlicas como complemento de esta construccin se han ido
innovando en el mercado, y las alternativas van tomando una gran importancia en la
industria de la construccin.
12.1 EL ACERO COMO MATERIAL DE TECHADO
En nuestro medio, las alternativas para las cubiertas dan un paso adelante con la
inclusin de nuevos materiales y tecnologas a finales de siglo. La produccin y
10 NEC-11 Captulo 1; Cargas y Materiales; seccin 1.2.2.7; Pg. 21.
-
22
comercializacin de las lminas metlicas para su utilizacin como cubierta se hace
evidente en la dcada de los 80, que es cuando la mayora de las empresas ponen a
disposicin de los constructores una tecnologa en la produccin de productos para
cubiertas, aunque muchas de ellas desde dcadas anteriores ya comercializaban otro
tipo de productos de acero.
Hoy estas empresas cuentan con una maquinaria moderna y con la experiencia
adquirida en la concepcin y puesta en marcha de las ms modernas tecnologas y
los ltimos avances que permiten, ofrecer productos idneos a las necesidades del
mercado nivel nacional.
12.1.1 CARACTERSTICAS
El sistema de techos de lminas metlicas se pueden separar en dos grupos: las
cubiertas simples, que estn formadas por una lmina de acero galvanizado
corrugada, y las cubiertas aislantes, que son paneles prefabricados formados por dos
lminas de acero galvanizado y un ncleo o relleno de poliuretano inyectado
conformando un panel monoltico que garantiza el mayor aislamiento trmico
acstico y rigidez estructural, permitiendo grandes ahorros en costos de estructuras.
El sistema para techos tipo panel tiene mltiples ventajas entre las cuales
encontramos:
manejo, transporte y colocacin por su bajo peso.
Gran durabilidad ya que el recubrimiento de color de ambos aceros es
Polister Siliconado sobre un primer epxico.
Excelente aislante trmico.
En el mercado existen varios formatos de la cubierta tipo panel, dependiendo de
la compaa que los produce y los comercializa.
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23
12.2 PROTECCIN Y ACABADO
Tanto la impermeabilizacin como los materiales aislantes trmicos necesitan una
proteccin y/o acabado, pues pueden ser atacados por los rayos U.V. Muchos
materiales sintticos ante la accin prolongada del sol, sufren prdida.
De su flexibilidad y, por la migracin de sus plastificantes, se cuartean o
simplemente se disgregan y degradan.
Las lminas metlicas utilizadas como cubiertas han surgido como una solucin
al creciente aumento de la construccin en la bsqueda de economa, flexibilidad,
rapidez, ligereza y estilo.
Hay 3 tipos de recubrimientos del acero (Figura 1.23) que se usa especialmente
para la construccin de planchas para cubiertas y paredes de acero, estos
recubrimientos son: Galvalume, Galvanizado y Prepintado.
Figura N 10 Tipos de terminado para planchas de Acero
12.3 GALVALUME
El Aluzinc o tambin conocido como Galvalume es una aleacin de aluminio, zinc
y silicio con la que se recubre la superficie del panel (Figura 1.24), otorgndole
diversas propiedades:
Resistencia a la corrosin,
Reflectividad lumnica y
Proteccin a las reas cortadas o perforadas.
-
24
Adems, facilita la adherencia de la pintura. Todo esto cumpliendo
especificaciones de la norma ASTM A792, de calidad estructura
Figura N 11 Estructura de plancha cubierta con Aluzinc.
El Aluzinc retiene una superficie atractiva que otorga un aspecto fino, liso, llano
y con un brillo ligero, haciendo que el acabado sea ms atractivo que el del galvanizado
sin necesidad de pintar, tiene unas excelentes propiedades de reflexin, de hasta 315
grados centgrados, debido a su superficie brillante, as como su proteccin natural es
7 veces mejor que la del galvanizado convencional.
El Aluminio aporta una alta resistencia a la corrosin tanto atmosfrica como a la
producida por las altas temperaturas y tambin otorga la reflectividad trmica. El Zinc
protege mediante un fenmeno llamado "accin de sacrificio", oxidndose antes que
el acero, tambin otorga formabilidad y proteccin galvnica al acero en caso de
rozaduras, bordes de corte y otras reas expuestas. El silicio le da una adherencia
especial a la mezcla.
Estas planchas se producen con la ms alta tecnologa, mediante un proceso de
inmersin en caliente de acuerdo a norma ASTM-A-792-86 AZ 50.
-
25
12.4 PRE PINTADO
El pre pintado es un recubrimiento que consiste en un proceso de pintura continua
sobre una base de aluzinc o galvalume, que incluye limpieza, pre tratamiento qumico,
primer y un acabado de pintura uniforme y especial de tipo polister (Figura 1.25)
Adems el pre pintado tiene una capa de proteccin para evitar rayaduras y maltrato
en el manipuleo, el mismo que es retirado una vez instalado.
Todo este proceso cumple con las especificaciones de la norma ASTM-A755.]11(
CRIOLLO 2007)
Figura N 12 PRE PINTADO
13. GALVANIZADO POR INMERSIN EN CALIENTE.
El Galvanizado del acero es una prctica comn en todo el mundo, en lo referente
a la industria de la construccin, para proteger las piezas de acero que van a ser
expuestas a condiciones ambientales adversas por un largo tiempo.
11 TESIS: Estructura de Cubierta para el Auditorio Espe, Pablo Criollo Mendoza, Capitulo v
-
26
Se denomina Galvanizado por Inmersin en Caliente al proceso mediante el cual
se obtienen recubrimientos sobre acero u otros materiales frreos por inmersin en un
bao de zinc fundido. Los sistemas que se utilizan para evitar la corrosin del hierro y
el acero son esenciales para la utilizacin econmica de estos metales como materiales
de construccin.
La prescripcin en el proyecto de un buen sistema de proteccin supone una
economa considerable, ya que se ahorran gastos de conservacin y se evitan las
interrupciones en el servicio, adems de aumentar la vida til del equipo, complemento
o instalacin.
En la mayora de los casos, el sistema ideal para la proteccin del acero frente a
la corrosin es un recubrimiento de zinc metlico aplicado por inmersin del acero en
un bao de zinc fundido. Ningn otro procedimiento puede igualarlo por su seguridad,
duracin, bajos costos de conservacin y economa a largo plazo.
14. TORNILLOS
En todo tipo de construccin de estructuras metlicas resulta necesario en lazar
entre si perfiles simples para formar barras compuestas, como tambin es necesario
fijar las barras, ya sean simples o compuestas, en su posicin definitiva del conjunto
de la construccin.
Las uniones que se pueden considerar son las atornilladas, las cuales se llevan a
cabo mediante piezas denominadas tornillos. Un tornillo es un elemento de unin
formado por una espiga cilndrica llamada caa, uno de cuyos extremos tiene una
cabeza de forma determinada, estando el otro extremo roscado.
La unin se forma introduciendo el tornillo en un agujero efectuando en las piezas
a unir y colocando en el extremo roscado una tuerca con su arandela correspondiente.
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27
Figura N 13 Tornillo
14.1 CLASIFICACIN DE LOS TORNILLOS.
Los tornillos pueden clasificarse en tornillos ordinarios, calibrados y de alta
resistencia.
14.1.1 TORNILLOS ORDINARIOS.
Un tornillo ordinario, como su nombre lo dice, no es ms que un tornillo simple
basado en el principio bsico de ste.
El tornillo tiene varios componentes, los cuales se los podr identificar en el
siguiente grfico e indicaremos los principales.
Figura N 14 Especificacin del Tornillo
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28
Dnde:
l= longitud del vstago
b= longitud de roscada
d= dimetro de la espiga
14.1.2 TORNILLOS CALIBRADOS.
Son tornillos mecanizados que se introducen ajustados en los agujeros, los mismos
que son muy poco utilizados debido a su dificultad al momento de colocarlos.
14.1.3 TORNILLO DE ALTA RESISTENCIA.
Son tornillos utilizados para cualquier tipo de acero. Estos tornillos se pretensan
con el objetivo de transmitir los esfuerzos por rozamiento entre las superficies en
contacto y aprovechar esta reaccin por rozamiento para la transmisin de esfuerzos
de los perfiles unidos.
14.2 VENTAJAS DE LA UTILIZACIN DE TORNILLO.
La ventaja de la utilizacin del tornillo es bsicamente la optimizacin de los
tiempos de armado, ya que en una sola operacin perfora, rosca y fija lo que uno desee.
Otras de las ventajas que vale la pena considerar es que se logra obtener el objetivo
deseado en obra a un muy bajo costo.
A dems que la tcnica de atornillar, complementada por soldaduras es sin duda
una tcnica muy indispensable en construcciones de estructuras metlicas.
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29
14.3 CARACTERSTICAS TCNICAS DE LOS TORNILLOS.
Los tornillos estn construidos en acero aleado, mismo que es tratado
trmicamente y pueden ser sometidos a un torque mximo de 200 kg-cm.
Contienen dureza superficial, lo que hace que sea muy resistente a la friccin y corte,
permitiendo de esta forma que el filo de la punta sea reutilizado.
Es muy importante tener en cuenta al momento de realizar armado de cubiertas,
utilizar tornillos con arandelas de neopreno vulcanizadas a arandelas de acero que evite
las roturas y por consiguiente no permita filtraciones.
Figura N 15 Tornillo Perforante y Arandela.
15. ARMADO DE CUBIERTAS
A continuacin se puntualizar las consideraciones principales al momento de realizar
el armado de una cubierta.
Paso 1
Una vez asegurado de que los perfiles metlicos de la estructura se encuentran
fijos y correctamente colocados se procede con el primer paso de la colocacin de la
cubierta, el cual es ubicar la primera plancha de zinc desde abajo hacia arriba en
sentido vertical.
Figura N 16 Colocacin de plancha de Zinc.
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30
Paso 2
Una vez que se ha colocado la primera plancha de zinc, se procede a realizar la
fijacin de esta mediante los tornillos siempre.
Es indispensable la utilizacin de tornillos auto perforantes que permitan unir la
base de los perfiles conectores a la estructura de la cubierta.
Se debe asegurar los tornillos de tal manera que no exista fuga pero sin ejercer
excesiva presin sobre el perfil, para evitar de esta manera que el tornillo se deforme
o se doble, y este tornillo debe ir colocado siempre en el valle de la plancha de zinc.
Figura N 17 Fijacin de las planchas de Zinc mediante tornillos.
Paso 3
Se procede a la colocacin de la siguiente plancha de zinc hacia un costado respetando
las consideraciones de traslape. La plancha de zinc se ubica de misma forma en sentido
vertical y as mismo se asegura mediante la colacin de los tornillos necesarios.
Cabe indicar que una vez que se consiga cubrir el rea en sentido lateral, se continuar
colocando en el mismo sentido en un siguiente nivel en cuanto a la inclinacin de la
estructura de la cubierta.
El traslape que se deber considerar en la colocacin de las planchas de zinc ser de
20 cm en sentido vertical y de 16 cm en sentido horizontal
-
31
Figura N 18 Colocacin de planchas de zinc (traslapes).
Paso 4
Una vez que se haya culminado la ubicacin de hojas de zinc en el rea total de
la cubierta en ambas cadas, se procede a la colocacin del cumbrero, denominado
tambin caballete, el cual cumplir la funcin intersectar las dos cadas de la cubierta
en la cumbre.
Figura N 19 Colocacin de Cumbrero o Caballete.
Pasos 5
Como paso final se procede a ubicar las canaletas o canalones que sern los
elementos encargados de recibir y conducir el agua que ha cado sobre el tejado.
Regularmente se colocan en el borde del alero, siempre en la parte inferior del tejado.
Figura N 20 Colocacin de Canaletas o Canalones.
-
32
15.1 CORREAS.
Las correas son aquellos elementos estructurales sobre los cuales se apoyar y
fijar la cubierta. Estos perfiles pueden tener seccin de tipo Z o C.
Figura N 21 Correas
15.2 ANCLAJES.
15.2.1 FUNDACIN PARA ESTRUCTURAS DE ACERO.
La cimentacin para este tipo de estructura, debe hacerse con un material
resistente a la humedad y corrosin, por lo cual se incluye el hormign armado, que al
ser tratado con aditivos impermeabilizantes, restringir la posibilidad de corrosin en
la armadura interior, que tendr por finalidad el anclaje y soporte de elementos
verticales (columnas) de acero.
A manera de aislar la estructura vertical de acero de la lnea de tierra, el sistema
de fundacin deber estar diseado a fin de proporcionar una saliente de hormign de
por lo menos 20 centmetros de la lnea de tierra, ya que al introducirse un elemento
estructural de acero, bajo el nivel, con el tiempo presentara oxidaciones que daaran
su resistencia, por ms de que se encuentren tratados y revestidos con pintura
anticorrosiva, siendo una molestia realizar excavaciones para mantenimiento cada
cierto tiempo.
Para obtener un buen resultado en cuanto al anclaje de la estructura se debe
realizar un procedimiento ptimo de cimentacin.
-
33
En la mayora de los casos se debe tratar que el encofrado de la fundacin para
estructura de acero sea la misma excavacin, ya que al ser un sistema enganchado, la
derivacin de cargas pierde el ngulo de torsin y reside directamente en la base, la
cual se encuentra previamente calculada en su extensin con el fin de transmitir la
carga hacia el suelo, segn su resistencia.
Se deber colocar una la malla previamente espaciada de la carpeta de nivelacin,
mediante galletas de concreto de 5 centmetros de altura, y luego realizar la unin y
soldadura del elemento constructivo de apoyo, anterior al vaciado de la cimentacin.
En la mayora de los casos, se utilizaran grandes pernos, unidos por soldadura a
esta malla, los cuales en la parte superior de la fundacin presentaran salientes de rosca
para ensamblar la columna por medio del detalle de unin, sin embargo debe tomarse
en cuenta que estos pernos necesitan un enganche de dobles, denominado bastn.
De esta forma se podr realizar una fijacin de la estructura a la cimentacin,
tomando en cuenta que sta quede bien nivelada o aplomada, sujetando de manera
correcta los pernos y soldando los mismos para evitar as movimientos y
desplazamientos giratorios que podran llegar a causar en el peor de los casos el vuelco
de la columna.
Figura N 22 Anclajes de las Columnas de la Cubierta.
-
34
16. INFLUENCIA DE LAS COMPUTADORAS EN EL DISEO
DEL ACERO ESTRUCTURAL.
[La disponibilidad de las computadoras personales ha cambiado drsticamente la
manera en que se analizan y disean las estructuras de acero. En prcticamente toda
escuela de ingeniera y oficina, las computadoras se usan rutinariamente para resolver
los problemas de anlisis estructural.
Aunque se han usado mucho menos para trabajos de diseo, la situacin est
cambiando rpidamente conforme ms y ms programas se desarrollan y venden
comercialmente.
Muchos clculos estn implicados en el diseo del acero estructural y muchos de
esos clculos consumen mucho tiempo. Con una computadora, el ingeniero estructural
puede reducir considerablemente el tiempo requerido para esos clculos y emplear
supuestamente el tiempo ahorrado para considerar otras alternativas de diseo.]12 (Jack
C. McCormac 2002)
Es muy importante considerar que un ingeniero debe tener los principios de diseo
estructural muy claros para poder utilizar correctamente los diferentes programas
existentes en la actualidad para realizar clculos estructurales, de no ser as podran
existir severos problemas en cuanto a los diseos mal efectuados por no basarse en lo
fundamental de los clculos estructurales realizados manualmente.
16.1 SOFTWARE APLICADO EN EL CLCULO ESTRUCTURAL.
Actualmente la Ingeniera Estructural ha avanzado de forma sorprendente en
cuanto a optimizacin de tiempo al momento de realizar un diseo. Esto, gracias a la
gran variedad de programas existentes para realizar anlisis y diseo de cualquier
sistema estructural.
Es as como la Ingeniera se encuentra respaldada considerablemente por la
tecnologa, lo que ha sido un aporte fundamental, ya que, si se realiza un correcto
12 DISEO DE ESTRUCTURAS DE ACERO 2da Edicin Jack C. McCormac, CAPITULO I ,Pag 36
-
35
razonamiento al momento de realizar el anlisis y diseo de alguna estructura, se podr
obtener resultados muy satisfactorios.
16.2 SOFTWARE DE APOYO EN EL CLCULO ESTRUCTURAL DEL
PROYECTO.
16.2.1 GENERALIDADES DE SAP2000.
El programa SAP2000 es un software lder en la ingeniera estructural
desarrollado por la empresa CSI, Computer and Structures, Inc. En Berkeley,
California, EEUU. Se pueden analizar cualquier tipo de estructuras con este programa,
e incluso disear elemento por elemento de manera precisa con los reglamentos ms
conocidos (ACI en Estados Unidos, RCDF en Mxico, EUROCODIGO en Europa,
etc.)
Se trata de un programa excelente de clculo estructural en dos y tres dimensiones
mediante elementos finitos. Es el descendiente directo de la familia SAP90, muy
conocida hace algunos aos.
Mediante SAP2000 es posible modelar complejas geometras, asignar diversos
estados de carga, calcular pesos propios automticamente, definir secciones,
materiales, as como realizar clculos estructurales de hormign y acero basados en
las respectivas normativas, adems este programa cuenta con tres distribuciones:
SAP2000, SAP2000 Plus, SAP2000 Non linear.
PRINCIPALES BENEFICIOS.
Interface sumamente amigable en el ambiente de Windows
Poderosas herramientas para la creacin de los modelos
Cdigos de diseo de USA y otros cdigos internacionales
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36
OPCIONES DE MODELAJE.
El SAP2000 posee amplias capacidades de modelaje para una gran variedad de
estructuras, incluyendo:
Edificios
Puentes
Represas
Tanques
Otros
OPCIONES DE ANLISIS.
Elementos de Marco capaces de actuar como:
Elemento de marco en 3D
Elemento de marco en 2D
Elemento de armadura plana
Elemento de armadura espacial
Elemento de grid
Elementos prismticos o de seccin variable
Elementos prismticos o de seccin variable
OPCIONES DE CARGA EN LOS ELEMENTOS DEL MODELAJE
Las cargas estticas aplicables incluyen:
Carga de gravedad
Presin
Trmica
Preesfuerzo
Cargas nodales de fuerzas y desplazamientos
-
37
17. DISEO METODOLGICO.
Para realizar un diseo estructural eficiente, que sea satisfactorio
econmicamente, se debe llevar a cabo un anlisis estructural completo, el cual se debe
sustentar desde las bases del conocimiento de las componentes estructurales.
17.1 MTODO DE LAS SECCIONES.
Este mtodo se acoge al principio de que si toda la armadura est en equilibrio,
entonces seguramente cualquier segmento de la armadura esta se encuentra en
equilibrio.
Se tiene que determinar las fuerzas dentro de cada uno de sus elementos,
lgicamente se puede utilizar una seccin imaginaria, indicando con putos
suspensivos, para as cortar cada elemento en dos parte y por efecto dar a conocer cada
una de las fuerzas internas como externas, para obtener en cada uno de los nudos que
haya equilibrio en cada elemento que se encuentre a tensin (T) y a compresin (C)
Para lo que se refiere al anlisis se pueden combinar el mtodo de los nudos y las
secciones haciendo que la rapidez con que se llegue a la solucin dependa del
conocimiento de los mtodos mencionados. Sabiendo a que las barras solo trabajan a
esfuerzos axiales se asumir la siguiente asignacin: Barras traccionadas tienen
fuerzas positivas (+) y barras comprimidas tienen fuerzas negativas (-).
17.2 PREDIMENSIONAMIENTO DE LA CERCHA.
Como es de conocimiento, la cercha es un conjunto de barras, las que convergen
en nudos y estn sometidas a fuerzas axiales, las cuales son traccin y compresin, de
tal manera que cada una de estas barras representa una incgnita de fuerza interior.
En las cerchas se podr demostrar si sta se encuentra o no en equilibrio. Si se
logra demostrar que la cercha se encuentra en estado de equilibrio, se sabr que los
nudos de sta tambin lo estarn.
-
38
Cada nudo cuenta con dos ecuaciones de equilibrio que son Fx=0 ; Fy=0.
Si: b= # de barras
r= # de reacciones
n= # de nudos
Entonces: (b+r) = total de incgnitas
2n = # total de ecuaciones
SE DEBE TENER EN CUENTA QUE:
1.Si (b+r)2n:la cercha es hiperesttica siempre y cuando sea tambin estable
(externa e interna).
NOTA:
1.(b+r) 2n no garantiza estabilidad en la cercha.
2. r3.
3.Para que la cercha sea geomtricamente estable externamente las reacciones no
deben ser ni paralelas ni concurrentes.
4. Para que la cercha sea geomtricamente estable internamente, su obtencin debe
partir de tres barras unidas pormedio de tres articulaciones en sus extremos a los
que llamaremos tringulo base aadiendo dos nuevas barras por cada nuevo nudo
con la condicin de que el nuevo nudo y los dos de la estructura, no sean
colineales.
5. Tres articulaciones colineales en una barra, generan inestabilidad geomtrica
interna.
-
39
38 m
Predimensionamiento de la Cercha
DATOS DE LA CERCHA
ALTURA
h= (10-12)%dela longitud
L Total= 38m
h=3,8m
ESTABILIDAD Y GRADO DE ESTABILIDAD DE LA CERCHA
Nmero de ecuaciones=3
Nmero de reacciones=3
Estabilidad externa estable
Estabilidad interna estable
GRADO DE DETERMINACIN
Nmero de barra(b)= 153
Nmero de nudos (n)= 78
Reacciones(r)=3
b + r = 2*n
133+3=2* 78
156 = 156
-
40
17.3 CLCULO DEL PREDISEO DE LA CERCHA
Figura N 23 Cubierta
Para realizar el diseo de cualquier tipo de estructura se debe considerar como dato
principal el tipo de carga al cual ser sometida dicha estructura. En este caso debemos
de obtener los datos de carga viva y de carga muerta que deber soportar la cercha
durante su vida til.
Al momento de considerar la carga viva a la que va estar sometida nuestra cercha
se tomar en cuenta la funcin que tendr la misma.
En nuestro proyecto investigativo la cubierta es inclinada, por lo que, de
acuerdo a las normas del NEC-11 se debe utilizar como carga viva el valor de1.00
KN/m que equivale a 0.102 T/m.16
En cuanto al valor de la carga muerta, deber ser la suma del peso propio de los
elementos que conforman la estructura de la cubierta, es decir el peso de las correas
y del techo econmico DURATECHO.
-
41
Una vez realizada una serie de iteraciones determinamos para nuestro trabajo el
uso de una correa UPN140. A continuacin se mostrarn las propiedades de los
elementos escogidos.
Tabla N 4 Especificaciones Tcnicas de Techo Econmico DURATECHO.
Figura N 24 Perfil UPN
Tabla N 5 Especificaciones Tcnicas del perfil UPN utilizados.
2,17 Kg/m
890 mm
856 mm
4,8 m
PESO
ANCHO TIL
LONGITUD
ANCHO TOTAL
SECCIN PESOS
h s g t R R1
mm mm mm mm mm cm cm cm cm cm
UPN 140 140 60 7.00 10.00 10.00 5.00 20.40 16.00 605.00 62.70 86.40 14.80
UPN 160 160 65 7.50 10.50 10.50 5.50 24.00 18.80 905.00 85.30 116.00 18.30
UPN240 240 85 9.50 13.00 13.00 6.50 42.30 33.20 3600.00 248.00 300.00 39.60
Wx WyDENOMINACIN
DIMENSIONES
cm kg/m
Ix Iy
-
42
CARGA MUERTA:
Peso del techo econmico DURATECHO = 0,00217 T/m
Peso de la correa UPN 140 = 0,016 T/m
Peso de carga muerta= 0,01817 T/m
En vista de que se determin el valor de las cargas de servicio que actuarn
sobre la estructura de la cubierta se debe proceder a calcular las reacciones, para lo
cual se trabajar con la carga uniformemente repartida, haciendo que las reacciones
sean iguales en los cada uno de los apu
CLCULO DE REACCIN DE LA CORREA.
P= 0,102 t/m * 1m
P= 0,102 t/m.
Existe 1 metro de distancia entre cada una de las correas, es decir que realizamos el
pre diseo con un ancho colaborante de 1 metro.
CV= t/m
5 m
0,102
-
43
REACCIONES (CARGA VIVA)
REACCIONES (CARGA MUERTA)
De acuerdo a las cargas de servicio que actan sobre la estructura se procede a
obtener los valores de los momentos que se producen.
CV= t/m CV= t/m
R1 R2 R3 R4
5 m 5 m
R1= R2 R3= R4
R1= 0,255 T R3= 0,255 T
0,102 0,102
R1= R3=5 * 0,102 5 * 0,102
22
CM= t/m CM= t/m
R`1 R`2 R`3 R`4
5 m 5 m
R`1= R`2 R`3= R`4
R`1= 0,454 T R`3= 0,454 T
0,01817 0,01817
R`1=5 * 0,01817
R`3=5 * 0,01817
2 2
-
44
CV= 1,02 t/m CV= 1,02 t/m
CM= 0.1817 t/m CV= 0.1817 t/m
5 m 5 m
CARGAS
CV= 1,02
CM= 0.1817
0.1817
MA.L + 2 MB(L + L) + MC.L = -W.L/4 - WL/4
20 MB= -11.356
MB= -0.5678
L1 L2
ANLISIS DEL EXTREMO INICIAL DE LA CERCHA
ANLISIS MEDIO DE LA CERCHA
CV= t/m CV= t/m
CM= t/m CM= t/m
5 m 5 m
CARGAS
CV=
CM=
20 MB= -37,5531
MB= -1,87766
L1 L2
MA.L + 2 MB(L + L) + MC.L = -W.L/4 - WL/4
0,51
0,09085
0,60085
0,51 0,51
0,09085 0,09085
-
45
ANLISIS DEL EXTREMO FINAL DE LA CERCHA
LAMINADO DEL ACERO
En la construccin, son requeridas diversas estructuras que permiten obtener los
resultados que se buscan en una edificacin. Por lo que es de gran importancia
conocer y utilizar adecuadamente los materiales con los que contamos, siendo el
acero el ms apto para esta funcin. En la actualidad se cuenta con nuevos y ms
eficientes procesos del manejo de los materiales, es as el caso del laminado del
acero.
Para un ingeniero, a la hora de realizar un diseo estructural, es muy importante
saber por qu y para qu se usan los diversos tipos de laminados, y adems conocer
sus diferencias, ventajas y desventajas. El acero laminado se usa para darle forma a
los lingotes de acero que es el acero bruto que sale del horno. Hay dos tipos de
laminado, en fro y el caliente.
Cada uno, como su nombre lo indica, est dado por su nivel de temperatura, ya
sea el caliente que se lleva a cabo a altas temperaturas o el frio a temperaturas ms
bajas o a temperatura ambiente. Las diferencias que tienen estos procesos los hacen
aptos para ciertas edificaciones e innecesarios para otras. En este caso veremos las
especificaciones sobre el que se utilizar en ste proyecto, que es en s el laminado
en fro.
CV= t/m CV= t/m
CM= t/m CM= t/m
5 m 5 m
PCM= 0,454 T PCM= 0,454 T
PCV= 0,255 T PCV= 0,255 T
PCV=5 * 0,102
2PCV=
5 * 0,102
2
0,01817 0,01817
0,102 0,102
PCM=5 * 0,01817
2PCM=
5 * 0,01817
2
-
46
ACERO LAMINADO EN FRO
[Los aceros estructurales laminados en fro se pueden clasificar en dos tipos.
Miembros individuales para prticos estructurales
Paneles y losas Deck.
Por lo general el peralte o la altura de los miembros estructurales laminados en fro
van entre 51 a 305 mm y el espesor del material vara entre 1,2 y 6,4 mm.
En vista de que estos aceros son utilizados para transmitir carga, el esfuerzo
estructural y la rigidez son los elementos ms importantes del diseo.
El acero laminado en fro puede ser utilizado en edificaciones de hasta 6 pisos; para
edificios de mayor altura los miembros estructurales principales son laminados en
caliente.
Generalmente, el acero laminado en fro es el que se utiliza para construcciones de
cerchas, arcos y correas o elementos secundarios de la estructura.
Entre las ventajas ms relevantes de la utilizacin de acero laminado en fro para la
construccin de una estructura, tenemos:
Apariencia atractiva.
Construccin rpida.
Bajo mantenimiento.
Fcil extensin.
Menor costo constructivo.] 13 ( COLD FORMED, 2000)
13 COLD FORMED STEEL DESIGN-WEI WEN YU-/DISEO DE ACERO FORMADO EN FRO-WEI WEN YU, 3era EDICIN, Pg 10-25.
-
47
MTODO ASD ( ALLOWABLE STRESS SELECTION )
[Un diseo satisface los requisitos de esta especificacin cuando la resistencia
de clculo admisible de cada uno de los componentes estructurales es mayor o igual
que la resistencia requerida, determinada en base a las cargas nominales, para todas
las combinaciones de cargas aplicables.
El diseo se debe efectuar de acuerdo con la ecuacin:
Donde;
R= Resistencia requerida.
Rn=resistencia nominal.
=factores de seguridad.
Rn/ =Resistencia de clculo admisible.] 14( AISI, 1996)
En la actualidad el mtodo de diseo por esfuerzos permisibles ASD, contina
siendo an el ms utilizado por los proyectistas, esto de acuerdo a las ltimas
modificaciones y revisiones de las normas y procedimientos de este mtodo; se
encontrar desde las especificaciones, cargas y mtodos de diseo, pasando por el
diseo y anlisis de miembros a traccin y compresin, hasta la introduccin al
anlisis del diseo plstico.
CLCULO DE CARGAS ACTUANTES EN LA CERCHA (CON
MAYOR EFECTO)
14 ESPECIFICACIN PARA EL DISEO DE MIESBROS ESTRUCTURALES DE ACERO CONFORMADO EN FRIO, AISI, CAPITULO A, Pg. 31
PCM=
PCV=
por cada metro de luz entre Prticos.
0,045425 T + 0,045425 T =
0,255 T + 0,255 T =
0,09085 T
0,51 T
0,60085 T
-
48
De esta forma han quedado establecidas las cargas que actuarn sobre la
estructura.
Cabe recalcar que los clculos de las fuerzas axiales que actan sobre las barras
de la cercha se realizarn por separado, tanto para carga muerta como para carga
viva, debido a que el diseo final ser realizado en el software SAP 2000, programa
en el que se deben ingresar los datos por separado.
Esto nos servir como un sistema de comprobacin de lo realizado por el mtodo
de la seccin.
El mtodo de la seccin facilita realizar diseos estructurales de cerchas, en las
cuales existan dos a ms incgnitas
17.4 CLCULO DE LAS BARRAS DE LA CERCHA SOMETIDAS A
CARGA MUERTA MEDIANTE EL MTODO DE LAS SECCIONES.
MB= 0
RA (38) = 0.045425 (38) + 0.09085 (37) + 0.09085 (36) + 0.09085 (35)
+ 0.09085 (34) + 0.09085 (33) + 0.09085 (32) + 0.09085 (31) + 0.09085 (30)
+ 0.09085 (28) + 0.09085 (27) + 0.09085 (26) + 0.09085 (25) + 0.09085 (24)
+ 0.09085 (23) + 0.09085 (22) + 0.09085 (21) + 0.09085 (20) + 0.09085 (19)
+ 0.09085 (18) + 0.09085 (17) + 0.09085 (18) + 0.09085 (17) + 0.09085 (16)
+ 0.09085 (15) + 0.09085 (14) + 0.09085 (13) + 0.09085 (12) + 0.09085 (11)
+ 0.09085 (10) + 0.09085 (9) + 0.09085 (8) + 0.09085 (7) + 0.09085 (6) +
0.09085 (5) + 0.09085 (4) + 0.09085 (3) + 0.09085 (2)
RA = 1.77 T
RB = 1.77 T
-
49
0.09085
0.0454 1.2
'
1
0.674
A
1 0.674
1.2
1.77 1
1.2
MD= 0
-0.0454(1)+1.77(1)+FAC(1/1.20)*0.674 = 0
FAC = -3.09
FH = 0
FAD + FAC (1/1.20) = 0
FAD = 2.56
0.674
Y=
X=
* D
C
NUDO A
0.0454
C
B
A
FV = 0
0.0454 - AB = 0
AB = -0.0454
FH = 0
BC = 0
NUDO B
*
CLCULO DE LAS FUERZAS AXIALES EN LA BARRAS
-
50
0.09085
F
0.44
D 2.56
0 1
3.09 0.83 1.0152.56
A C 0.173
1.015
0.173
X 1
2.56
X = Tg x 2.56
X = 0.173 X 2.56
1
X = 0.44
FDF =
FDF = 2.6
FV = 0
FDC = 1.19
Y =
Tg =
tg=
FDC - 1.41 - 0.55 - 0.09085 = 0
X =
NUDO D
*
De acuerdo al anlisis que se ha realizado en cada elemento, es decir nudo por nudo se
ha llegado la obtencin de cada uno de los valores correspondientes al esfuerzo al cual
estn sometidos, ya sea traccin o compresin.
Se llev a cabo el anlisis de los nudos A, B y D para el clculo de las fuerzas axiales
de las barras. A continuacin se presenta la tabla en la cual se indican los datos que se
obtuvieron luego de realizar los clculos respectivos.
-
51
BARRA L (m) N (Ton) ESFUERZO
A-B 0.50 -0.0454 Compresin
A-D 1.00 2.5600 Traccin
A-C 1.21 -3.0900 Compresin
B-D 1.01 0.0000 -
C-D 0.67 1.1900 Traccin
C-E 1.00 3.9700 Traccin
C-F 1.31 -1.8400 Compresin
D-F 1.01 -2.6000 Compresin
E-F 0.85 0.8600 Traccin
E-G 1.00 4.8000 Traccin
E-H 1.02 -1.2000 Compresin
F-H 1.01 -4.0300 Compresin
G-H 1.20 0.6200 Traccin
G-I 1.00 5.3200 Traccin
G-J 1.56 -0.8100 Compresin
H-J 1.01 -4.8800 Compresin
I-J 1.20 0.4400 Traccin
I-K 1.00 5.6400 Traccin
I-L 1.69 -0.5400 Compresin
J-L 1.01 -5.4000 Compresin
K-L 1.37 -0.2900 Compresin
K-M 1.00 5.8300 Traccin
K-N 1.82 -0.3500 Compresin
L-M 1.01 -5.7300 Compresin
M-N 1.54 0.1700 Traccin
M-O 1.00 5.9300 Traccin
M-P 1.99 -0.1900 Compresin
N-P 1.01 -5.9200 Compresin
O-P 1.72 0.0600 Traccin
O-Q 1.00 5.9600 Traccin
O-R 2.14 -0.0700 Compresin
P-R 1.01 -6.0200 Compresin
Q-R 1.89 -0.0400 Compresin
Q-S 1.00 5.9400 Traccin
Q-T 2.29 0.0400 Traccin
R-T 1.01 -6.0500 Compresin
S-T 2.06 -0.1200 Compresin
S-U 1.00 5.8900 Traccin
S-V 2.45 0.1400 Traccin
T-V 1.01 -6.0300 Compresin
U-V 2.24 -0.2100 Compresin
-
52
TablaN 6 Clculo de las Barras Carga Muerta.
U-W 1.00 5.8000 Traccin
U-X 2.61 0.2200 Traccin
V-X 1.01 -5.9800 Compresin
W-X 2.41 -0.2800 Compresin
W-Y 1.00 5.7000 Traccin
W-Z 2.77 0.3000 Traccin
X-Z 1.01 -5.8900 Compresin
Y-Z 2.58 -0.3500 Compresin
Y-AA 1.00 5.5700 Traccin
Y-AB 2.93 0.3800 Traccin
Z-AB 1.01 -5.7800 Compresin
AA-AB 2.76 0.4200 Compresin
AA-AC 1.00 5.4200 Traccin
AA-AD 3.10 0.4500 Traccin
AB-AD 1.01 -5.6500 Compresin
AC-AD 2.93 -0.4900 Compresin
AC-AE 1.00 5.2700 Traccin
AC-AF 3.26 0.5100 Traccin
AD-AF 1.01 -5.5000 Compresin
AE-AF 3.11 -0.5500 Compresin
AE-AG 1.00 5.1000 Traccin
AE-AH 3.43 0.5800 Traccin
AF-AH 1.01 -5.3500 Compresin
AG-AH 3.28 -0.6100 Compresin
AG-AI 1.00 4.9200 Traccin
AG-AJ 3.59 0.6400 Traccin
AH-AJ 1.01 -5.1700 Compresin
AI-AJ 3.45 -0.6700 Compresin
AI-AL 3.76 0.7000 Traccin
AJ-AL 1.01 -4.9900 Compresin
AK-AL 3.63 -0.7700 Compresin
AK-AM 1.00 4.5900 Traccin
AK-AN 3.93 0.7700 Traccin
AL-AN 1.01 -4.8100 Compresin
AN-AM 1.00 0.0000 -
-
53
0.510
0.255 1.2
'
1
0.674
A
1 0.674
1.2
9.95 1
1.2
MD= 0
-0.255 (1) + 9.95 (1) + FAC(1/1.20)*0.674 = 0
FAC = -17.26
FH = 0
FAD + FAC (1/1.20) = 0
FAD = 14.38
0.674
Y=
X=
* D
C
NUDO A
CLCULO DE LAS BARRAS DE LA CERCHA SOMETIDAS A
CARGA VIVA MEDIANTE EL MTODO DE LAS SECCIONES
MB= 0
RA (38) = 0.255 (38) + 0.510 (37) + 0.510 (36) + 0.510 (35) + 0.510 (34)
+ 0.255 (33) + 0.510 (32) + 0.510 (31) + 0.255 (30) + 0.510 (29) + 0.510 (28)
+ 0.510 (27) + 0.510 (26) + 0.255 (25) + 0.510 (24) + 0.510 (23) + 0.510 (22)
+ 0.510 (21) + 0.255 (20) + 0.255 (19) + 0.510 (18) + 0.510 (17) + 0.510 (16)
+ 0.510 (15) + 0.510 (14) + 0.510 (13)+ 0.510 (12) + 0.510 (11) + 0.510 (10)
+ 0.510 (9) + 0.510 (8) + 0.510 (7) + 0.510 (6) + 0.510 (5) + 0.510 (4) + 0.510
(3) + 0.510 (2)
RA = 9.95T
(6.812 + 1.182) RB = 9.95 T
LCULO DE LAS FUERZAS AXIALES DE LA BARRAS
-
54
0.255
C
B
A
FV = 0
0.255 - AB = 0
AB = -0.255
NUDO B
*
BARRA L (m) N (Ton) ESFUERZO
A-B 0.50 -0.2500 Compresin
A-C 1.00 14.3800 Traccin
A-D 1.21 -17.3400 Compresin
B-D 1.01 0.0000 -
C-D 0.67 6.6800 Traccin
C-E 1.00 22.2700 Traccin
C-F 1.31 -10.3400 Compresin
D-F 1.01 -14.6000 Compresin
E-F 0.85 4.8000 Traccin
E-G 1.00 26.9700 Traccin
E-H 1.02 -6.7200 Compresin
F-H 1.01 -22.6000 Compresin
G-H 1.20 3.4800 Traccin
G-I 1.00 29.8800 Traccin
G-J 1.56 -4.5300 Compresin
H-J 1.01 -27.3800 Compresin
I-J 1.20 2.4600 Traccin
I-K 1.00 31.6800 Traccin
I-L 1.69 -3.0500 Compresin
J-L 1.01 -30.3300 Compresin
K-L 1.37 1.6400 Traccin
K-M 1.00 32.7400 Traccin
-
55
K-N 1.82 -1.9500 Compresin
L-M 1.01 -32.1500 Compresin
M-N 1.54 0.9400 Traccin
M-O 1.00 32.2900 Traccin
M-P 1.99 -1.0900 Compresin
N-P 1.01 -33.2300 Compresin
O-P 1.72 0.3400 Traccin
O-Q 1.00 33.4700 Traccin
O-R 2.14 -0.3800 Compresin
P-R 1.01 -33.7900 Compresin
Q-R 1.89 -0.2000 Compresin
Q-S 1.00 33.3700 Traccin
Q-T 2.29 0.2300 Traccin
R-T 1.01 -33.9700 Compresin
S-T 2.06 -0.7000 Compresin
S-U 1.00 33.0600 Traccin
S-V 2.45 -0.7600 Compresin
T-V 1.01 -33.8700 Compresin
U-V 2.24 -1.1500 Compresin
U-W 1.00 32.5800 Traccin
U-X 2.61 1.2500 Traccin
V-X 1.01 -33.5500 Compresin
W-X 2.41 -1.5800 Compresin
W-Y 1.00 31.9700 Traccin
W-Z 2.77 1.6900 Traccin
X-Z 1.01 -33.0700 Compresin
Y-Z 2.58 -1.9800 Compresin
Y-AA 1.00 31.2500 Traccin
Y-AB 2.93 2.1100 Traccin
Z-AB 1.01 -32.4500 Compresin
AA-AB 2.76 -2.3700 Compresin
AA-AC 1.00 30.4400 Traccin
AA-AD 3.10 2.5000 Traccin
AB-AD 1.01 -31.7200 Compresin
AC-AD 2.93 -2.7400 Compresin
AC-AE 1.00 29.5600 Traccin
AC-AF 3.26 2.8800 Traccin
AD-AF 1.01 -30.9000 Compresin
AE-AF 3.11 -3.0900 Compresin
AE-AG 1.00 28.6100 Traccin
AE-AH 3.43 3.2400 Traccin
-
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Tabla N 7 Clculo de las Barras Carga Muerta.
17.5 MODELAJE DE CERCHAS PARA LAS DOS CANCHAS DE USO
MLTIPLE EN LA UNIVERSIDAD TCNICA DE MANAB.
La cubierta que estamos diseando est conformada por 8 cerchas del mismo modelo
ubicadas a cinco metros entre ellas, las cuales cuentan con las mismas longitudes y
especificaciones, es por esto que realizamos el mismo procedimiento para cada una de
estas, independientemente de su ubicacin.En SAP2000, lo primordial es definir la
unidades con las que se desea realizar el diseo, en nuestro caso se trabaj con
kilogramos metros.
Para iniciar con el proceso del modelaje de la cercha se gener un nuevo modelo, para
esto trabajamos con la opcin GridOnly (Slo cuadrcula), en donde ingresamos los
datos correspondientes a las medidas exactas que necesitamos en nuestro diseo, como
son los de la luz libre de la cercha, que tiene un valor de 38m y de la altura que
corresponde al 10% de la luz total, es decir 3.8m.
Las correas que se apoyarn sobre las cerchas se colocarn a un metro entre ellas, es
por esto que editamos la grilla con respecto a esto, para lo cual indicamos las
separaciones de 1m. ObservarFig. N 24, 25
AF-AH 1.01 -30.0100 Compresin
AG-AH 3.28 -3.4400 Compresin
AG-AI 1.00 27.6200 Traccin
AG-AJ 3.59 3.5800 Traccin
AH-AJ 1.01 -29.0500 Compresin
AI-AJ 3.45 -3.7800 Compresin
AI-AK 1.00 26.5800 Traccin
AI-AL 3.76 3.9200 Traccin
AJ-AL 1.01 -28.0300 Compresin
AK-AL 3.63 -4.1100 Compresin
AK-AM 1.00 25.5000 Traccin
AK-AN 3.93 4.2500 Traccin
AL-AN 1.01 -26.9800 Compresin
AN-AM 1.00 0.0000 Compresin
-
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Figura N 25Datos de medidas en SAP2000
Figura N 26Cuadro de Edicin de la grilla
-
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DEFINICIN DE MATERIAL
Es importante, al momento de modelar la cercha en el programa SAP2000, definir el
tipo de material y para esto ingresamos al men Define, Materials y damos click
en Add New Material Quick, en donde aadimos el material a utilizar, el cual es ASTM
A36 como se muestra en el siguiente grfico. Observar Fig. N 26.
Figura N 27Definicin del material a utilizar (ASTM A36)
Luego se procede a definir el tipo de elemento que vamos a requerir, para lo cual
ingresamos en el men define, sectionproperties luego en framesections, que
es donde se importar los materiales en ImportFrameSectionPropety y escogemos la
seccin del material a utilizar en la cubierta metlica que vamos a modelar:
Escogemos la de tipoC
