Analisis estrutural de escuela

7/24/2019 Analisis estrutural de escuela

1/105

Memoria de experiencia profesional

3

INTRODUCCIN:Una de las principales necesidades del hombre a lo largo de su vida es de protegerse delos diferentes eventos que ocurren en su vida como por ejemplo: la lluvia, el sol y la faltade agua; por mencionar algunos, esto ha hecho que tenga que disear estructuras

diversas (por ejemplo diversidad de edificios para protegerse de la lluvia y el sol, asitambin como sistemas de presas para contener el agua, aprovecharla y producirenerga) y que pueda satisfacer cada una de ellas en las cuales se sienta seguro,confortable adems de optimizar los costos haciendo con esto que en la actualidad setenga estructuras que hace poco tiempo atrs parecieran imposibles de construir.

Al correr de los aos, el acelerado proceso de evolucin humana ha llevado consigo uncambio radical en las necesidades que el hombre debe de cubrir, mientras ms elaboradaes la sociedad, ms complicados son los problemas que se presentan, y por ende serequieren de soluciones ms complejas.

Unas de las principales necesidades del Ser Humano es el de la educacin es por ello quecada da nacen instituciones pblicas y privadas las cuales van a la vanguardia tanto en latecnologa como en sus instalaciones, es por ello que sus edificios deben de ser lo msconfortable, para el alumno que pueda sentirse cmodo y seguro para poder aprovecharlas enseanzas.

Esta necesidad es la que da origen al presente trabajo y desarrollar en este documentocon el propsito de resolver cada uno de los problemas que se originen al desarrollar elproyecto y construccin de la obra.

En la actualidad nuestro estado de Tabasco est desarrollndose en los mbitos

econmicos, educativos y tecnolgicos, esto contribuye a que escuelas de educacinsuperior de prestigio nacional se fijen en invertir en el estado, dando como consecuenciaun enriquecimiento del nivel educativo, as como tambin que la ciudadana tenga mayordiversidad de instituciones a la hora de elegir en qu escuela realizar sus estudiosprofesionales.

En el presente documento presentar el proceso del anlisis y diseo estructural de unode los edificios educativos de la Universidad Autnoma de Guadalajara Campus Tabasco.

Para poder disear una estructura, primero se debe de contar con los planosarquitectnicos definidos de acuerdo a las necesidades particulares de dicha Universidad.

Una vez definido el proyecto arquitectnico, entramos al proyecto estructural, que esprecisamente el tema en el que se enfocar este documento, definindose que laestructura del edificio ser estructura metlica y el sistema de piso a base de losacompuesta.


2/105


4

El proyecto estructural de un edificio consiste en verificar la seguridad estructural de todoslos elementos que formarn parte del edificio, respetando todos los Reglamentos yNormas aplicables para tal efecto, de tal manera que el edificio se comporte

satisfactoriamente, sin presentar daos ni deformaciones que impidan que cumpla los

objetivos para los que fue diseado.

El proceso de diseo estructural del edificio se puede resumir en los siguientes puntos:

Evaluacin del proyecto arquitectnico. Verificacin de las acciones a las que el edificio estar sometido. Anlisis de la respuesta de la estructura a las acciones. Diseo y revisin estructural de todos los elementos que integran el edificio. Desarrollo de planos estructurales. Elaboracin de la memoria de clculo.

A lo largo de esta memoria de experiencia profesional se encuentra el procedimientodetallado del diseo estructural de un edificio hecho con estructura metlica, realizado detal manera que pueda ser entendido por ingenieros civiles o estudiantes de ingeniera civilesperando y sea de utilidad.


3/105


5

OBJETIVOS

Presentar de una manera clara algunas de las actividades realizadas en la empresaIngeniera Estructural Aplicada, relacionadas directamente con el diseo estructural de

un edificio de estructura metlica.

Desarrollar una memoria de experiencia profesional que en un futuro sirva de apoyopara realizar proyectos estructurales con caractersticas similares.

Elaborar un documento, que adems de reflejar mi experiencia en la IngenieraEstructural, sirva de soporte didctico para estudiantes y maestros de la carrera deIngeniera Civil, que necesiten informacin acerca del diseo estructural de edificios abase de estructuras metlicas.

Presentar, de una manera fcil y metodolgica, los criterios y factores principales quedeben ser considerados en el diseo estructural de edificios con estructuras metlicas.

Demostrar que existe un gran proceso de ingeniera encargado de verificar laseguridad estructural de los elementos que conforman la edificacin basndose en elproyecto arquitectnico.

Sealar la relacin directa de los conocimientos adquiridos en el Instituto Tecnolgicode Villahermosa, con los obtenidos en el campo laboral, los cuales vienen a reafirmarlos conocimientos adquiridos durante la formacin profesional, llevndolos a laprctica.

Promover la importancia y pertinencia de la seguridad estructural, no solamente en losproyectos de edificios, sino tambin en los proyectos de casa-habitacin, donde senecesita que el edificio estructural sea la adecuada para dar un grado ptimo deseguridad, confortabilidad y economa al propietario o al usuario del inmueble.


4/105


6

CONCEPTOS BSICOS DEL DISEO ESTRUCTURAL.1.1 Concepto bsico de diseo estructural.La modernidad y el progreso de cualquier ciudad ha llevado a crear soluciones muyprcticas en sus infraestructuras haciendo actualmente cada da ms fcil el procesoconstructivo, optimizando tiempo, costos etc. Pero garantizando que las diferentesnecesidades sern satisfechas en forma adecuada. Es por eso que para poder crear ygarantizar seguridad en dichas infraestructuras la ingeniera estructural juega un papelmuy importante para elegir y disear con los mejores materiales adecuados para cadaproyecto, as tambin como optimizar costos de construccin y con un adecuado procesoconstructivo que conlleve a optimizar tiempos, lo cual es de suma importancia para elcliente.

La creacin de esta infraestructura es un reto al que da con da se enfrentan expertospertenecientes a diferentes disciplinas, logrando a travs del trabajo en equipo la solucina las problemticas cotidianas.

El Ingeniero Civil juega un papel primordial dentro del proceso de edificacin de obras, yaque es el encargado de llevar a cabo el diseo estructural. El diseo estructural es unproceso que debe de estar inmerso en cualquier tipo de construccin. Podramos definir aldiseo estructural como un conjunto de actividades encargadas de establecer lascaractersticas cualitativas y cuantitativas de todos los elementos que forman unaestructura, de tal manera que tenga un comportamiento satisfactorio, sin presentar daoso deformaciones excesivas que impidan que la estructura cumpla las funciones para lasque fue diseada.

Algunas veces la definicin de diseo estructural puede sonar un tanto estricta, ya que el

Ingeniero Estructurista debe considerar muchos factores que comprometen sus decisionescomo diseador. Por mencionar algunos, podemos decir que hay que tomar en cuenta elcosto final de la estructura, el tiempo con que se cuenta para su construccin, la facilidadde los procesos constructivos, los materiales y mano de obra disponibles y losrequerimientos estticos necesarios.

1.2 Proceso del diseo estructural.Para el diseo estructural se requiere de aplicar un criterio adecuado para generar unsistema estructural que satisfaga dos de las principales necesidades importantes, lasnecesidades del cliente y que el sistema estructural propuesto cumpla con el grado deseguridad requerido de acuerdo a su importancia y que en condiciones normales de

servicio tenga un comportamiento satisfactorio.

Es importante considerar ciertas restricciones que surgen de la interaccin con otrosaspectos delproyecto global; las limitaciones en cuanto alcosto ytiempo de ejecucin ascomo de satisfacer determinadas exigencias estticas. Entonces, la solucin al problemadediseo no puede obtenerse mediante unproceso matemtico rgido, donde se apliquerutinariamente un determinado conjunto de reglas y frmulas, sino que es la combinacinde ciencia, intuicin, experiencia y sentido comn del proyectista.
http://www.monografias.com/trabajos12/pmbok/pmbok.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/coad/coad.shtml#costohttp://www.monografias.com/trabajos6/meti/meti.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/diseprod/diseprod.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/administ-procesos/administ-procesos.shtml#PROCEhttp://www.monografias.com/trabajos14/administ-procesos/administ-procesos.shtml#PROCEhttp://www.monografias.com/trabajos13/diseprod/diseprod.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos6/meti/meti.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/coad/coad.shtml#costohttp://www.monografias.com/trabajos12/pmbok/pmbok.shtml


5/105


7

A continuacin se describen las principales etapas del diseo estructural que se deben deconsiderar para llegar al diseo definitivo del edificio.

Estructuracin: Esta etapa es la ms importante del diseo estructural. En la cual se

definen las dimensiones generales de la estructura: distancia entre los ejes, alturas deentrepiso (geometra bsica de la estructura). Tambin se define el tipo de estructura y demateriales que se utilizarn, perfiles ms convenientes (laminados en sus diversasmodalidades, vigas IPR, columnas en cajn a base de placas, secciones soldadas,miembros armados) sistemas de piso y tipos de conexiones (soldadas, atornilladas, etc).Los aspectos econmicos y estticos son los ms importantes que influyen en la decisindel tipo de estructura y material que se utilizar en una obra, y dependen de loslineamientos arquitectnicos. La experiencia del diseador muchas veces define el tipo deestructura y el material ms conveniente pero la decisin del arquitecto es determinante enesta parte inicial del proyecto.

En esta etapa queda determinado en gran parte el resultado final. Una eleccin bienrazonada de la geometra de la estructura, tipos de miembros y conexiones, conduce asoluciones convenientes desde el punto de vista de seguridad, economa y funcionalidad.Sera deseable que en esta etapa de diseo, el proyectista establezca recomendacionesgenerales al arquitecto para orientarlo en cuanto a la seleccin de claros econmicos,ventajas y desventajas de la estructura metlica, perfiles y conexiones convenientes.

Evaluacin de cargas: En edificios convencionales en este caso que ser un edificio deaulas, las acciones ms comunes que debe tomar en consideracin el proyectista son:

Acc iones permanentes o cargas muertas: que son relativamente fciles de determinar

debido a su naturaleza esttica y caractersticas de los materiales utilizados en unaedificacin.

Cargas vivas:Las cargas vivas o cargas variables son las acciones que no van a tenervalor ni posicin fijos, es decir, que van a ir cambiando a lo largo del tiempo, pero queestarn presentes sobre la estructura durante lapsos considerables.

Estas cargas son las que se derivan directamente del funcionamiento de la estructura,como la incidencia de personas, el peso de muebles y accesorios mviles. Tambin seconsideran dentro de esta clasificacin los esfuerzos adicionales causados por cambiosvolumtricos y de temperatura de los elementos estructurales.

Estas cargas se especifican como uniformemente repartidas por unidad de rea en elreglamento del estado de Tabasco.

Cargas vivas mximas para diseo por carga gravitacional (combinacin comn). Cargas vivas medias para diseo por estado lmite de servicio. Cargas vivas instantneas para diseo por combinacin accidental. La vida til de una estructura es de aproximadamente 50 aos.


6/105


8

Acc iones accidentales: viento o sismo, principales. El diseador deber contar coninformacin suficiente del lugar donde se construir la obra. La falta de informacinadecuada puede conducir a diseos conservadores o escasos, desde el punto de vista deseguridad estructural.

Los Reglamentos de Construcciones mexicanos, sus Normas Tcnicas y Manuales deDiseo reconocidos muestran maneras eficaces de estimar las acciones que puedenafectar una estructura. Los valores estipulados en estos documentos para valorar lasacciones son el resultado de investigaciones, pruebas y datos estadsticos realizados enMxico y en diferentes pases, los cuales intentan representar el impacto de estasdiferentes cargas en las estructuras de una manera simplificada, siendo que a veces serequiere de una revaloracin de estas cargas para poder representar una accindeterminada en un proyecto de una manera ms real.

En general. En edificios de baja y mediana altura, el diseo queda regido por la condicin

de carga que incluye sismo y no por viento.

Modelaje (Modelo de anlisis ): Este procedimiento consiste en idealizar la estructuracomo un conjunto de marcos ortogonales representados por los ejes de las trabes y lascolumnas. En la medida en que el modelo de la estructura represente lo ms fielmenteposible a la estructura real, ms confiables sern los resultados obtenidos del anlisisestructural.

Anlisis po r s ism o:En este anlisis los parmetros ms importantes que determinan lamagnitud de las fuerzas ssmicas, son el coeficiente ssmico y el factor de comportamientossmico, (Q). El primero se determina segn la zonificacin geotcnica donde se va a

construir la edificacin y segn el tipo de estructura que se est considerando (Grupo A B). Si el proyectista ha considerado un valor de 3 4 para el factor de comportamientossmico Q, entonces se trata de un proyecto a base de marcos dctiles. Los requisitos quedebe cumplir son mltiples y simultneos. En caso de que no se cumpla alguno de ellos,se tendr que analizar el modelo cambiando el factor de comportamiento ssmico (Q) iguala 2.

Los requisitos para marcos dctiles son geomtricos (relaciones entre los anchos detrabes y columnas, dos ejes de simetra en trabes y columnas, soldaduras de filetecontinuas entre patines y almas, relaciones ancho-grueso mximas en placas queconstituyen la seccin transversal, longitudes de soporte lateral mximas, relaciones de

esbeltez y de cargas mximas) y constructivos (no se permiten agujeros ni empalmes entrabes en zonas de posibles articulaciones plsticas).

Adems de la verificacin de la ductilidad de los marcos, es necesario revisar si laestructura cumple con los requisitos de regularidad. Si no se cumple alguno de ellos, elfactor de comportamiento ssmico debe reducirse en un 20%.


7/105


9

Despus de que se han definido las secciones que conforman cada uno de los miembrosestructurales, en trminos de resistencia o capacidad, es necesario revisar lasdeformaciones esperadas para las cargas de servicio, tanto verticales como lasocasionadas por la accin del sismo.

Anlisi s est ru ctu ral: Una vez que se ha definido el modelo de la estructura y se hanevaluado las acciones que obran en sta, se procede al anlisis estructural. En nuestromedio existen un buen nmero de programas de computadora desarrollados en Mxico yde procedencia extranjera; cada uno de stos tiene sus propias suposiciones, basestericas y limitaciones y constituyen una herramienta de diseo indispensable para laejecucin del proyecto estructural, debido fundamentalmente al ahorro de tiempo en eldiseo en este caso utilizaremos el software ECO.gc para el anlisis estructural el cual esmexicano y ya est configurado para utilizar todas las normativas mexicanas.

Esp ecific acio nes de dis eo:La mayor parte de los pases de Amrica Latina, utilizan lasespecificaciones de diseo de los Estados Unidos de Amrica, particularmente del

American Institute of Steel Construction AISC. Esta prctica que desde hace muchos aosse sigue en Mxico, se debe a numerosas razones: los perfiles para las construccin queproduce la industria siderrgica mexicana, se laminan con dimensiones del sistema inglsy son una parte de los que se producen en los Estados Unidos de Amrica, la influenciatecnolgica de Estados Unidos por la cercana con Mxico, buena parte de los programasde anlisis y diseo estructural que se utilizan en Mxico proceden de Estados Unidos yse basan en mtodos de diseo adoptados por el AISC.

El AISC reconoce tres mtodos de diseo para estructuras de acero: Diseo Elstico o porEsfuerzos Permisibles, Diseo Plstico y diseo basado en Factores de Carga yResistencia (Load and resistance Factor Design) En Mxico, el primero es el que

tradicionalmente se emplea, los dos ltimos, pocas veces se utilizan, a pesar de que eldiseo elstico pronto pasar a la historia.

1.3 Teora Elstica de diseo (Esfuerzos permisibles).En el diseo por esfuerzos permisibles, un miembro se selecciona de manera que tengapropiedades transversales como rea y momento de inercia suficientemente grandes paraprevenir que el esfuerzo mximo exceda un esfuerzo permisible. Este esfuerzo permisibleestar en el rango elstico del material y ser menor que el esfuerzo de fluencia Fy. Unvalor tpico podra ser 0.60Fy. El esfuerzo permisible se obtiene dividiendo el esfuerzo defluencia Fy o bien la resistencia ltima de tensin Fu, entre un factor de seguridad. Esteenfoque de diseo se llama tambin diseo elstico o diseo por esfuerzos de trabajo. Los

esfuerzos de trabajo son aquellos que resultan de las cargas de trabajo, que son lascargas aplicadas. Las cargas de trabajo se conocen tambin como cargas de servicio.Unmiembro apropiadamente diseado quedar sometido a esfuerzos no mayores que elesfuerzo permisible bajo cargas de trabajo.


8/105


10

Miembros sujetos a tensin.Definicin: Se denomina tensin a la fuerza axial que al aplicarse a un miembro trata deestirarlo. La resistencia a la tensin de un miembro depender del tipo y grado del acerodel que est hecho; el acero estructural al carbono es el material comnmente usado.

De lo que podemos deducir que para que un miembro no falle a tensin nicamentedebemos proporcionarle un rea suficiente para que no se presenten en ella esfuerzosmayores que los permisibles del material; as pues los miembros idneos para tensin sonvarillas y barras que se emplean en sistemas de contraventeo. La principal desventaja ensu uso es su falta de rigidez, dando como resultado flechas apreciables debidas a su pesopropio, haciendo necesario el uso de templadores con los cuales tambin se puedenabsorber las variaciones de longitud.

Cuando se requiere una cierta rigidez, o existe una inversin de carga, es decir, que seaplique compresin, las barras, varillas y cables no cumplirn con la necesidad que elcaso requiere, adems del rea, una seccin transversal que tenga propiedades

geomtricas (momento de inercia, radio de giro) con los cuales se pueda soportar lacompresin. De los perfiles ms sencillos tenemos los ngulos, canales y de seccin I. Enel caso en que las cargas sean de gran magnitud y exista tambin inversin de stas laseccin del miembro deber formarse con varios perfiles, ser un miembro armado, comose muestra en la Figura. 1.0

La eleccin del tipo adecuado de miembro, depender adems de la carga, rigidez urequisitos de conexin, de la economa y facilidad de fabricacin.


9/105


11

Esfuerzos ocasionados por cargas axiales: La transmisin de la carga de tensin en unmiembro estructural, se supone que se efecta en forma distribuida y uniforme, lo que se

expresa:A

Pf

Donde f, es el esfuerzo unitario, P, es la carga total y A es el rea de la seccintransversal.

Si un miembro est sujeto a fuerzas de tensin, stas estarn concentradas en una partepequea del rea de la seccin transversal, y no puede suponerse una distribucinuniforme de esfuerzos en dicha seccin, la cual dar como resultado esfuerzos localesaltos. Para que se produzca una distribucin uniforme las superficies deben mantenerseplanas, es decir, sin que se presente distorsin alguna, lo cual se supone tambin en elrango plstico. En la figura. 1.1.- se muestran las posibles variaciones de la distribucinde esfuerzos axiales en diferentes secciones de un miembro en tensin.

Las causas principales que provocan la concentracin de esfuerzos son lasdiscontinuidades de material en el miembro, que pueden ser:

Agujeros, cambios bruscos de su seccin transversal o en sus propiedades elsticas. Elclculo de los esfuerzos en dichas zonas, puede efectuarse haciendo uso de la teora dela elasticidad.

Combinacin de tensin y flexin: Generalmente la fuerza de tensin se presenta encombinacin con el efecto de flexin, el cual puede ser debido a diversas causas, comoson: Cargas excntricas, peso propio, accin del viento, vibraciones o fuerzas ssmicas; la

consideracin en el anlisis de la flexin depender de la magnitud de sus efectoscomparados con los de tensin. Esto se ilustra en la fig.1.2


10/105


12

En caso de que dichos efectos efectos sean considerables para que se tomen en cuenta,

la distribucin de esfuerzos en la seccin transversal del miembro estar definida pormedio de la ecuacin:

I

My

A

Pf

Donde: f: esfuerzo en un punto.M: momento flexionante en un plano principal.Y: distancia del punto considerado al eje centroidal.

Si la flexin se presenta con respecto a cualquier otro plano, como se muestra en la fig.

1.2 la ecuacin a aplicar ser la siguiente:

Iy

MyX

Ix

MxY

A

Pf

En donde Mx y My son las componentes del momento en los ejes X y Y.

Estos esfuerzos permisibles son definidos por las asociaciones o institutos que tratan conel diseo, fabricacin y montaje de estructuras para edificios como lo es el AISC, y para elcaso de puentes y carreteras y ferrocarriles se encuentran en las especificaciones

AASTHO y AREA.

Los esfuerzos permisibles estn dados en funcin de los esfuerzos de fluencia; ya que sise llega a estos esfuerzos se considerar que el miembro ha fallado.

Entonces los esfuerzos permisibles sern un porcentaje de los de fluencia; a esteporcentaje se le domina FACTOR DE SEGURIDAD, que es definido al considerar todas ocasi todas las variables que afecten al diseo o la construccin y que no se puedencalcular:


11/105


13

El factor de seguridad para miembros a tensin en edificios es de 1.65, para puentes es de1.80.

Pero al redondear cifras de sus recprocos obtenemos que el AISC: define:

Ft = 0.60 Fy en la seccin neta.Ft = 0.45 Fy en la seccin neta de agujeros, barras de ojo y placas unidas por medio depasadores.

Para carga axial y flexin, las especificaciones de la AISC, indican que los miembrosdeben ser dimensionados de acuerdo a la relacin de interaccin siguiente:

0.16.0

Fb

fb

Fy

fa

Donde:fa: esfuerzo axial calculado.fb: esfuerzo calculado de tensin por flexin.Fb: esfuerzo permisible de tensin por flexin.Fy: esfuerzo de fluencia del acero.

1.4 La Ingeniera en el diseo estructural.

Ing eni era est ru ctur al: Como resultado de este proceso, se elaboran los planosestructurales, que sirven de base para la elaboracin de los planos de taller. En general, elprocedimiento de diseo sigue bsicamente el siguiente orden.

Estudios preliminaresAnteproyecto*Seleccin del tipo de estructura, material bsico y modelaje.*Evaluacinde las cargas y acciones actuantes en la estructura.*Proyecto definitivo.*Obtencin de acciones internas (momentos flexionantes, cortantes y deformaciones)*Dimensionamiento de miembros y conexiones estructurales.*Revisin de las condiciones de servicio (deformaciones, vibraciones, etc)*Detallado

El anteproyecto es simplemente un diseo simplificado que d idea de dimensionesaproximadas de los miembros estructurales.

Un diseo racional en acero se basa en una amplia disponibilidad de perfiles estructuralesen el mercado, sistema estructural eficiente, uso adecuado del material (clarosconvenientes) desarrollo de la ductilidad del acero, velocidad constructiva, diseoeconmico, al obtener estructuras prefabricadas ms livianas que las de concreto(aprovechamiento ptimo del acero), facilidad para fabricar las conexiones, reduccin de laaplicacin de soldadura en campo, mayor empleo de conexiones atornilladas, fabricacin y


12/105


14

montaje precisos, ingeniera de detalle completa, utilizacin de elementos idnticos parareducir el nmero de marcas en la estructura (se reduce el costo de fabricacin y secometen menos errores), diseo de conexiones a momento de vigas-columnas en losmarcos resistentes a fuerzas laterales, etc. En el diseo de una estructura de acero debeconsiderarse tambin la proteccin anticorrosiva y contrafuego.

En el diseo, deben tomarse en cuenta varios factores que pueden hacer que la estructurade acero tenga un comportamiento no dctil, debido a la presencia de algn fenmeno deinestabilidad: pandeo local, pandeo lateral o pandeo lateral por flexotorsin o pandeo deconjunto. As mismo, deben considerarse otros factores que influyen en el comportamientodctil del acero: alto contenido de carbono, bajas temperaturas, estados triaxiales deesfuerzos, velocidad de aplicacin de carga (impacto), fatiga y fallas de tipo frgil.

Las propiedades que definen la respuesta ssmica de una estructura son resistencia,rigidez, amortiguamiento, ductilidad y capacidad de disipar o absorber energa. El arte dedisear contra sismos no consiste en construir estructuras capaces de resistir las fuerzas

horizontales (aunque esta capacidad es parte de un buen diseo) sino tambin implicaobtener sistemas estructurales que se caractericen por contar con una adecuadacombinacin de estas propiedades. Cabe sealar que las estructuras de acero poseenbajo amortiguamiento. El amortiguamiento de estructuras soldadas es deaproximadamente 1.5% y el de estructuras atornilladas es un poco mayor. Una rigidezsuficiente de la estructura evita deformaciones excesivas mayores que las prescritas enlas normas de diseo vigentes, este aspecto es muy importante en estructuras de acero,principalmente en la direccin de menor momento de inercia de las columnas.

Se debe de verificar que el desplante de la estructura sea adecuado. En caso de tenermomentos elevados en la base, no ser suficiente con tener placas base y anclas. Deber

contarse con atiesadores con suficiente rigidez para lograr que se conserve laperpendicularidad de la estructura respecto al desplante.

Detal lado de estructuras: Un buen diseo nunca estar completo si no existe unacomunicacin entre el diseador y el fabricante de estructura metlicas. El detalladoincluye la preparacin de dibujos o planos de taller. En Mxico, es prctica comn que elfabricante elabore los planos de taller con base en los planos estructurales que prepara eldiseador. Los planos de taller, como se ver ms adelante, debern contener detallescompletos y precisos de la estructura y sus conexiones, as como de los anclajes y todoaquello que pueda dar lugar a diferentes interpretaciones.

Conexiones: El diseo y fabricacin de las conexiones, es uno de los aspectostrascendentales y ms difciles de resolver en un proyecto resuelto con estructuras deacero. Las conexiones deben ser capaces de transmitir cargas axiales, fuerzas cortantes ymomentos flexionantes. Algunas veces, las juntas se disean para transmitir un solo tipode accin, mientras que en otras ocasiones, como suele ocurrir en los casos que se deseaestablecer continuidad entre los elementos unidos, la junta debe tener capacidad paratransmitir una combinacin de diferentes efectos, por ejemplo cortante y momentoflexionante.


13/105


15

Debido a varias incertidumbres, al detallar una junta debe procurarse lograr unfuncionamiento eficiente en lo que se refiere al montaje y fabricacin ms que afinar lascantidades de material necesarios. A la fecha, ya se cuenta con procedimientossofisticados de diseo de juntas; sin embargo, ser necesario disponer de mayorinformacin experimental para poder establecer mtodos racionales de diseo.

La experiencia en la construccin de estructuras soldadas ha demostrado que lasconexiones entre vigas y columnas de seccin transversal I (laminadas o soldadas), queson secciones abiertas son ms fciles de hacer que la conexin de una columna tipocajn y una viga de seccin transversal I. En las secciones I se tiene acceso paradepositar la soldadura por varios lados, mientras que en las secciones en cajn existemayor dificultad al tener perfiles completamente cerrados, pero sus propiedadesgeomtricas son ms favorables que las de las secciones I.

Las conexiones atornilladas presentan las siguientes ventajas: proceso en fro, rapidez en

el atornillado, menos mano de obra especializada, facilitan la inspeccin visual y lasustitucin de los tornillos que se han daado o la reposicin de stos.

Las conexiones soldadas son sencillas y econmicas, debido a que se eliminan elementosde unin, se obtienen estructuras ms rgidas o continuas y requieren menos trabajo entaller. Sus desventajas principales son: mayor supervisin en obra, aplicacin de calordurante el proceso de soldadura, requieren mano de obra calificada y dificultan lainspeccin visual.

De lo anterior, se deduce que para reducir el tiempo de construccin de las estructuras deacero, se prefiera el empleo de soldadura en taller y el atornillamiento en campo.

Las juntas bien diseadas deben cumplir adicionalmente con los siguientes requisitos:

Senci l lez: Cuando ms sencilla es una junta, menos posibilidades existen de que laconexin resulte con defectos, puesto que se tienen menos puntos crticos y zonaspotenciales de falla. El hecho de que las juntas sean sencillas, aumenta la rapidez demontaje y hace posible que esto pueda efectuarse con un nmero mnimo de personalespecializado. Es necesario procurar no solamente que la junta en s sea sencilla, sinotambin que las preparaciones, que son necesarias hacer en la piezas, no seancomplicadas.

Cont inuidad:El empleo de juntas que aseguran un grado de continuidad, supone siempreun ahorro de material en los elementos estructurales que forman parte de la estructuradebido a la posibilidad de proyectarla como continua.

Economa:El costo de las juntas, puede representar una parte importante del costo totalde una estructura de acero, de manera que, es de inters mantenerlo dentro de lmitesrazonables. Por lo tanto, el proyectista debe cuidar cuidadosamente los diferentes factores


14/105


15/105


17

conocimiento y evaluacin del lugar de la obra, conocimiento del equipo, eleccin delmtodo de montaje ms conveniente y establecer una adecuada ejecucin del plangeneral de construccin.

El control de calidad en el montaje, se reduce a la vigilancia en geometra de la estructura,

especialmente en lo relativo a ejes, niveles, plomos y juntas.

Se deber comprobar que las piezas al bajarlas del transporte, no hayan sufrido daos.En ese caso, ser necesario desecharlas y sustituirlas por otras, a menos que se puedancorregir sin que su capacidad se disminuya. A nivel general, no deben ser enderezadas encaliente, ya que las propiedades del acero pueden ser alteradas de manera importante.

Verificar, con equipo topogrfico, que las distancias indicadas en los planos se hayanrespetado en la obra. En caso de existir diferencias, se deber notificar al fabricante paraque efecte los ajustes necesarios.

Se considera que las piezas ya montadas estn plomeadas, niveladas y alineadas, s elerror no excede de 1/500.

Al ir colocando las piezas deber revisarse que no se dejen zonas de falla potencial, o conriesgo de sobrecarga. Debe tenerse cuidado en no excederse en la confianza y dejar slopuntos de soldadura en las placas o slo un par de tornillos.

Identificar, con ayuda del proyectista estructural, las piezas que requieran apuntalamientostemporales, tanto para evitar flechas producto de las cargas verticales (antes de tenertrabajo como seccin compuesta con losa de concreto, por ejemplo) como para impedirdeformaciones laterales (en los marcos rgidos, por ejemplo).

Supervis in: La supervisin debe ser oportuna, ordenada y controlada. La falta de unasupervisin adecuada, puede ser la causa de deficiencias en la construccin de una obraen acero. Una inspeccin insuficiente, se debe a que no se cuenta con Nnormas nirecomendaciones para inspeccionar y vigilar las diversas etapas del proyecto. En nuestromedio, es comn encontrar empresas que no realizan supervisin en los proyectos quedesarrollan, o por el contrario, empresas que tienen establecidos sistemas de revisinconvenientes, que difcilmente tienen descuido o cometen algn error.

En estructuras soldadas, la calificacin del soldador es de vital importancia. Durante laejecucin de soldaduras, debern aplicarse alguno de los mtodos de inspeccin

siguientes para garantizar la calidad de las soldaduras:

Inspeccin visual: Mtodo sencillo, efectivo y econmico que consiste en observar elproceso de soldadura antes y durante su aplicacin.

Inspeccin con partculas magnticas: Consiste en la colocacin de limaduras dehierro sobre la soldadura y hacer pasar una corriente elctrica. La configuracin uorientacin que adoptan las partculas indica la presencia de fisuras.


16/105


17/105


19

de los edificios depender en buena medida de esta propiedad. La ductilidad desde elpunto de vista prctico hace que el colapso de una estructura (si lo hubiera) se anunciepor la deformacin previa a ste y no sobreviene repentinamente, lo cual suele acontecercon otros materiales que tienen poca ductilidad o son frgiles. Esta ductilidad inherente ocapacidad para soportar sobrecargas repentinamente sin que se produzcan fallas de tipo

frgil, permite a las estructuras de acero soportar cargas verticales mximas y lateralesbajo grandes deformaciones durante la ocurrencia de sismos de gran intensidad. Laductilidad de las conexiones de sistemas estructurales rgidos y semirgidos a base demarcos continuos hace que la estructura de acero sea el principal sistema de resistencia acargas laterales. En resumen, la ductilidad, que suele ser la principal propiedad del acerodurante su comportamiento en zonas ssmicas, debe conservarse durante el proceso deconstruccin con objeto de evitar fallas de tipo frgil.

Fatiga: Su alta resistencia a la fatiga le permite soportar muchos ciclos de carga ydescarga, o bien, de tensin o compresin antes de que sobrevenga la ruptura. Estapropiedad tambin es de mucha importancia, especialmente en casos de condiciones de

esfuerzos que aunque por su intensidad no necesariamente son grandes, su repetibilidaden sismos de duracin considerable constituye un estado incipiente de falla.

Menor peso y por consiguiente economa en la cimentacin: La estructura metlicapesa considerablemente menos que una estructura de concreto para la misma geometray cargas. El consumo de acero estructural por metro cuadrado en edificios, diseadosdespus de los sismos de 1985, indica que para un diseo adecuado dicho consumo esdel orden de 80kg/m2.

Alta relacin resistencia/peso del acero en edificios altos y estructuras de grandesclara: Una construccin en acero demanda una cimentacin menos cara que una de

concreto. Esta ventaja se traduce en un menor peso de la estructura, con lo cual se reducenotablemente el costo de la cimentacin y puede significar un ahorro importante endeterminados tipos de suelos, ya que un edificio urbano solucionado en acero, es muchomenos pesado 500 kg/m2, que uno de concreto reforzado 1,000kg/m2.

Comportamiento ssmico satisfactorio en Mxico: Hasta 1944 la historia, la experienciassmica en diversas partes del mundo de gran actividad ssmica y un buen nmero deestudios realizados sobre el comportamiento ssmico de estructuras de acero y deconcreto, demuestran que los edificios de acero han resistido satisfactoriamente sismosintensos, y su comportamiento ha sido mejor en comparacin con el de otros materiales deconstruccin como el concreto reforzado, adems de evitar grandes prdidas econmicas

de las edificaciones y sobre todo la proteccin de la vida humana.

Un ejemplo del buen comportamiento ssmico de los edificios de acero, lo proporciona elimpacto que los sismos de septiembre de 1985 tuvieron en las construcciones: frente alcolapso total de cinco edificios de acero, trescientos cincuenta inmuebles de concreto sedesplomaron. El proyectista debe de convencer al propietario de que los edificios de aceroofrecen mayor seguridad durante un sismo intenso, y que debe convencer al propietario de


18/105


20

que los edificios de acero ofrecen mayor seguridad durante un sismo intenso, y que buenaparte de la estructura, en caso de que sufriera daos, se recupera.

Fuerzas ssmica proporcionalmente menores: La fuerzas ssmicas que actan en laestructura de un edificio se determinan multiplicando la masa de ste por su aceleracinde respuesta, por lo que se pretende, que mientras ms pequea sea la masa delinmueble (carga muerta) menor ser la vulnerabilidad al dao por sismos. El acero esapropiado para reducir la carga muerta. Gracias a su elevada resistencia se puedeaumentar el nmero de pisos con un incremento relativamente pequeo de la cargamuerta.

Gran eficiencia constructiva: La construccin en acero se basa en procesosconstructivos simples y modernos, utilizando tcnicas industriales que no requieren deequipos sofisticados, lo que la hace eficiente. En general, el trabajo de construccin deuna obra resuelta con acero debe representar un porcentaje importante de los procesosque se llevan a cabo en el taller de fabricacin de estructuras, quedando pendiente unporcentaje mnimo de trabajo para el proceso de montaje.

Mayor espacio til:A partir del diseo arquitectnico, la modulacin y estructuracin conbase en estructura metlica permite manejar elementos estructurales de mayores claros ydimensiones menores, libres de columnas, logrando un espacio interior ms aprovechableen las plantas de un edificio (rea rentable mayor) Lo anterior le proporciona al propietariomayor flexibilidad en la utilizacin de reas comerciales o para oficinas.

Limpieza en obra: Los elementos componentes de la estructura de acero se envan deltaller al lugar de la obra totalmente prefabricados e identificables en posicin, de acuerdocon los planos de montaje, de manera que el trabajo pendiente en el montaje es sencillo, yno requiere el uso de equipos sofisticados que ocasione desperdicio de materialreducindose a las operaciones de atornillado o soldadura, con un equipo manual porttil.

Prefabricacin: La prefabricacin es sin lugar a dudas una de las principales ventajasconstructivas de la estructura de acero, debido a que obliga a elaborar planos de detallede cada uno de los miembros componentes de una estructura de acero, facilitando elcontrol de calidad de la misma, lo cual permite tambin tener informacin precisa del peso,y por tanto del costo total de una obra, inclusive antes de fabricar la estructura. Estaventaja, reduce considerablemente los errores inherentes a la gran cantidad de trabajo enobra que tiene el concreto y hace posible que se combinen varias actividades en elprograma general de una obra, propiciando que la fabricacin de la estructura se hagasimultneamente a la construccin de la cimentacin, lo que representa un ahorroimportante de tiempo.

Recuperacin de la estructura: La estructura de acero es recuperable. Cuando pordiversas razones se deba hacer alguna remodelacin, ampliacin o cambio de uso en unedificio de acero, la estructura metlica est intacta correspondiendo exactamente aldiseo estructural y construccin original, de manera que esta se puede reutilizar, caso


19/105


20/105


21/105


22/105


23/105


24/105


26

Daos en conexiones soldadas: Los problemas que se han mencionado con mayorfrecuencia para explicar las fallas en conexiones soldadas durante el sismo de Northridgeson: a) ejecucin incorrecta de las soldaduras; b) grietas preexistentes en las soldaduras oen el metal base adyacente; c) esfuerzos residuales en las juntas, generados durante laconstruccin de la estructura, incluyendo la ejecucin de las soldaduras; d) falla del patn

de la columna, ocasionada por tensiones en la direccin del grueso; e) incremento de losesfuerzos de tensin en el patn inferior, dados a la presencia de la losa en el patnsuperior, que levanta la posicin del eje neutro; f) estados triaxiales de esfuerzos, quepropician un comportamiento frgil; g) concentracin en pocos lugares de las unionesrgidas para soportar acciones ssmicas, y h) problemas bsicos de configuracin de las

juntas.

Daos en soldaduras: En la figura anexa se muestran seis tipos de discontinuidades,defectos y daos en soldaduras. Todas son aplicables a las juntas de penetracincompleta entre los patines de las vigas y de las columnas. Esta categora de dao fue eltipo ms comnmente reportado a raz de los sismos de Northridge.

Daos de placas de cortante: En las almas de las vigas y patines de columnas, en lazona de placas de cortante ocurrieron varios tipos de daos graves (fractura parcial de lasoldadura de la columna, fractura de la soldadura complementaria, distorsin severa ofractura a travs de la placa cortante, pandeo de la placa, prdida o daos de tornillos,fractura total a todo lo largo de la soldadura de la columna). Los daos graves en lasplacas de cortante indican que se present otro tipo de dao en la conexin incluyendo losmiembros principales columnas, viga y tablero del alma de la columna.

Daos en los tableros del alma de columnas: El dao ms representativo en lainterseccin del alma de la columna fue la fractura de patines y almas de la columna

(fractura, pandeo o fluencia de la placa de continuidad, fluencia o deformacin dctil delalma de la columna, fractura de las soldaduras de las placas horizontales o atiesadotes,fractura parcial profunda en las placas horizontales, fractura parcial profunda en el pandeodel alma, dao grave en la columna, etc).

Daos en placas base de columnas: Como ejemplo de daos en placas base se puedenmencionar las fracturas en la unin de columnas con placas base gruesas.

1.7 Acciones.Atendiendo los conceptos de seguridad estructural y de los criterios de diseo, laclasificacin ms racional de las acciones se hace en base a la variacin de su intensidad

con el tiempo, es por eso que las acciones se pueden entender como un conjunto decargas o fuerzas que van a intervenir durante la vida til de una estructura. Estas fuerzasestn presente debido al tipo funcionamiento que tiene la estructura, o por agentesexternos ajenos a dicha estructura ocasionando esfuerzos y deformaciones en loselementos principales que conforman la estructura por ejemplo la cimentacin, columnas,vigas o trabes y en el sistema de losas de la estructura, es por eso que su consideracines parte fundamental en el diseo estructural.


25/105


26/105


28

cobertizo estn formados por estructuras de acero de peso ligero en consideracin conuna de concreto, lo cual cuando las fuerzas del viento acten en el cobertizo, puedenhacer que sufra daos severos, generando desplazamientos severos en el cobertizo eincluso colapso parcial o total de la estructura.

Otra de las acciones que se presentan independientemente del uso de la estructura sonlas fuerzas generadas por fenmenos ssmicos. Estas fuerzas dependen del lugar endonde se site la construccin, del tipo de estructura, el tipo de suelo en donde seencuentra, su estructuracin y sobre todo de las masas totales de la estructura. Mientrasms pesada y alta es una construccin, ms fuertes son las fuerzas ssmicas queafectarn a la estructura. Es por eso que en el caso de una estructura de concreto losesfuerzos y deformaciones sern las constantes a las que estar sometido el diseo de laestructura, caso contrario en una nave tipo cobertizo en el que las fuerzas ssmicas no seve afectado para el diseo de la estructura su magnitud ser mucho menor que lasacciones generadas por el viento.

Es por eso que saber elegir adecuadamente las acciones a las que se someter unaestructura es unas de las principales cualidades del ingeniero estructurista que necesitapara realizar el anlisis, diseo estructural y posteriormente la construccin, se tenga unaestructura que pueda ser funcional y brinde la seguridad minima requerida por lasNormativas vigentes en el lugar donde se construya.

1.8 Clasificacin de las acciones.

Las acciones pueden ser clasificadas de varias maneras: por su origen, por la manera enque afectan a la estructura, por su intensidad o por el lapso de tiempo que estarnpresentes en la estructura. Para efectos de seguridad estructural, los Reglamentos de

Construccin mexicanos las clasifican tomando en cuenta la duracin que las accionestendrn sobre la estructura de la siguiente manera:

Cargas Muertas

Cargas Vivas

Cargas Accidentales

Clasificacinde las

acciones

CLASIFICACI N DE LAS ACCIONESSEGN REGLAMENTOS MEXICANOS


27/105


29

Cargas Muertas:

Las cargas muertas o cargas permanentes son todas las acciones que siempre se van aencontrar presentes en una estructura durante toda su vida til, y que por lo tanto el pasodel tiempo no afectar su magnitud.

Dentro de este tipo de cargas podemos mencionar el peso propio de todos los elementosestructurales (columnas, trabes muros de concreto, mamposteara, acabadosarquitectnicos, el peso de rellenos, instalaciones que invariablemente se van a encontraractuando sobre la estructura durante su vida til.

Cargas vivas:

Las cargas vivas o cargas variables son las acciones que no van a tener valor ni posicinfijos, es decir, que van a ir cambiando a lo largo del tiempo, pero que estarn presentessobre la estructura durante lapsos considerables.

Estas cargas son las que se derivan directamente del funcionamiento de la estructura,como la incidencia de personas, el peso de muebles y accesorios mviles. Tambin seconsideran dentro de esta clasificacin los esfuerzos adicionales causados por cambiosvolumtricos y de temperatura de los elementos estructurales.

Cargas accidentales:

Las cargas accidentales o cargas instantneas son las acciones que afectarn a laestructura por lapsos muy cortos de tiempo, pero con magnitudes considerables.

Las fuerzas generadas por sismos, rfagas de viento, oleajes y explosiones son ejemplosde cargas accidentales que se pueden considerar al disear una estructura, dependiendode sus caractersticas claro.

Los Reglamentos de Construcciones mexicanos, sus Normas Tcnicas y Manuales deDiseo reconocidos muestran maneras eficaces de estimar las acciones que puedenafectar una estructura. Los valores estipulados en estos documentos para valorar lasacciones son el resultado de investigaciones, pruebas y datos estadsticos realizados enMxico y en diferentes pases, los cuales intentan representar el impacto de estasdiferentes cargas en las estructuras de una manera simplificada, siendo que a veces serequiere de una revaloracin de estas cargas para poder representar una accin

determinada en un proyecto de una manera ms real.

1.9.- Estados lmite de servicio y de falla.Para que una estructura pueda cumplir con el objetivo para el cual fue diseada es

necesario controlar su respuesta a las acciones a las que estar sometida, ya que comovimos anteriormente, no es conveniente que un sistema llegue a deformarse demasiado nimucho menos a fallar bajo ciertas condiciones de carga.


28/105


30

Es por eso que se delimitan estados lmite. Un estado lmite es un parmetro dentro delcual la respuesta de la estructura es considerada como aceptable. En los Reglamentos deConstruccin existen dos estados lmite: el estado lmite de servicio y el estado lmite defalla.Cuando una estructura llega al colapso o cuando resulta muy daada, de tal manera que

no queda en condiciones para resistir acciones en un futuro se dice que rebas su estadolmite de falla. Cuando los daos que se presentan son el resultado de esfuerzoscortantes, flexionantes, torsionantes u ocasionados por cargas axiales, se dice que laestructura no cumpli con el estado lmite de falla, es decir, cuando la seguridadestructural del sistema se ve comprometida.

Si una construccin presenta grandes deformaciones, movimientos o vibraciones queimpidan su buen funcionamiento pero sin llegar a colapsar o a presentar daos graves, sedice que no ha cumplido con el estado lmite de servicio, ya que aunque pueda seguirresistiendo la influencia de acciones futuras, ya no cumplira con los objetivos para loscuales fue diseada.

Estados lmites de falla:a) Colapso

b) Inestabilidad

c) Fatiga

d) Daos irreversibles.

Estados lmites de servicios:a) Flechas

b) Desplazamientos horizontales

c) Vibraciones

d) Agrietamientos

Respecto a esta situacin, los reglamentos marcan los parmetros convencionalesbasados en el bienestar de los usuarios dependiendo de la Importancia y magnitud de laconstruccin. Una forma de acercarnos a estos parmetros es comparar los efectosinternos que actan, en las estructuras, contra las resistencias de los elementospropuestos.


29/105


30/105


32

Este proyecto cuenta con:Planta Baja: Esta planta est conformada por las siguientes divisiones: Dos salas de

juntas, recepcin y direccin, ocho departamentos de jefes de reas y asesora individual,dos sala de investigacin, un vestbulo, un rea de baos, un pasillo y un rea deescalera.

Planta Primer Entrepiso:Once aulas, una rea de bao, un pasillo, un rea de vestbulo,dos balcones y un rea de escaleras.

Planta Segundo Entrepiso:Once aulas, una rea de bao, un pasillo, un rea de vestbuloy un rea de escaleras.

Planta de Azotea:rea de tinacos

Todo lo anterior fue el punto de partida para proceder al anlisis de los diferentes sistemasestructurales que sustentan la construccin en la concepcin estructural original, para la

realizacin del diseo estructural se respetaron todas y cada una de las acotacionesoriginales marcadas en los planos ejecutivos arquitectnicos proporcionados por elsolicitante.

2.2 Estructuracin.La estructuracin de un proyecto se refiere a la manera en que una estructura va a estarsoportada, elegir una correcta estructuracin depende principalmente de la geometra dela estructura, de la facilidad del clculo estructural, de los materiales disponibles y de lasexigencias del proyecto arquitectnico. Una vez elegida la estructuracin de un proyectose deben de especificar las caractersticas bsicas de los materiales a utilizar, paraasegurar que cumplirn con los requisitos mnimos que fueron considerados en el anlisis

y diseo de la estructura.

Bsicamente se utiliz una estructuracin a base de marcos de acero estructural deseccin constantes (vigas y columnas en cajn) A-36 considerando un esfuerzo defluencia del acero de Fy = 2530 Kg/cm2con el fin de aligerar la estructura.

De acuerdo con el proyecto arquitectnico y observando los claros que presenta, se optque las losas estn formadas por el sistema losacero seccin 4 Cal. 24, apoyada sobrevigas secundarias IPR 12, las cuales se fijaran sobre las vigas principales IPR 18 quedescansaran en columnas tipo cajn seccin compuesta (ver planos estructurales) Con loanterior se tiene un sistema constructivamente limpio, verstil y rpido.

Toda la soldadura a utilizar en las conexiones se consider del tipo E-60 y E70considerando que tendr un esfuerzo de fluencia de Fy=4281 kg/cm2.

2.3 Descripcin del anlisis estructural.El anlisis estructural es parte medular del diseo estructural, de l se obtienen todos loselementos mecnicos con los que los distintos miembros de la estructura sern diseados.Existen varios mtodos de anlisis estructural, y los resultados que se obtienen de ellos


31/105


33

tienen muy pocas variaciones entre s. Lo mejor es utilizar un mtodo reconocido que hayasido comprobado con anterioridad en otros proyectos. Debido a la complejidad cada vezmayor de las estructuras se ha recurrido desde hace varios aos al uso de computadoraspersonales para realizar este trabajo, ya que constituyen un ahorro de tiempo y trabajocuando hablamos de analizar grandes estructuras en tres dimensiones. Siempre hay que

tener presente que los resultados obtenidos de los programas computacionales de anlisisestructural deben de ser analizados por un ingeniero que tenga el suficiente criterio paraevaluar si los resultados son coherentes con los tipos de cargas y los tipos de estructurasque se estn analizando y que conozca las limitaciones y consideraciones del programa.

El anlisis de la superestructura de acero del edificio se efectu a travs del programaECOgcW en tercera dimensin. Con este tipo de anlisis se tienen resultados ms finos,los cuales permiten una optimizacin en los elementos estructurales. El programa emplea6 estados de carga muerta (CM), carga viva (CV), sismo 100% en x, sismo 100% en y,sismo 30% en x y sismo 30% en y.

El estado de carga muerta incluye la carga generada por el sistema de losa losacero,acabados en la losa, el peso de los muros divisorios que la estructura pueda sustentar y elpeso propio de los elementos estructurales (Columnas y Vigas).

El estado de carga viva incluye la carga mxima generada por la incidencia de personas.

Los estados de carga de sismo fueron generados por el propio programa ECOgcWapegado al reglamento de construcciones del estado de Tabasco y al manual de diseossmico de la C.F.E.

Para el anlisis y diseo de la superestructura el programa realiza 33 combinaciones

incluyendo los diferentes estados de carga.

A partir de estas combinaciones se gener la envolvente que es la que nos da loselementos mecnicos mximos para diseo (ver corrida de resultados del ECOgcW) delos elementos estructurales que forman el edificio.

Para la revisin de la estructura del edificio de aulas se realizaron las siguientescombinaciones: Cm+Cv Cm+Cv+Sismo 100%x 30%z Cm+Cv+Sismo 100%x -30%z

Cm+Cv+Sismo -100%x 30%z Cm+Cv+Sismo -100%x -30%z Cm+Cv+Sismo 100%z 30%x Cm+Cv+Sismo 100%z -30%x Cm+Cv+Sismo -100%z 30%x Cm+Cv+Sismo -100%z -30%x


32/105


33/105


35

Se propuso una cimentacin de zapatas corridas con contratrabes, aprovechando lasventajas de este sistema, adems de las caractersticas que presenta el terreno y laestructura misma, es por ello que se opt por el sistema antes mencionado.

En este anlisis es considerada por separado la superestructura con la infraestructura

(cimentacin), esto es que no existe interaccin suelo estructura en los modelos fsicos matemticos utilizados. Este modelo es bastante bueno para el tipo de estructura que sepresenta, as como del suelo donde se sustentar.

2.5 Descripcin del diseo.

El diseo de los elementos estructurales de concreto armado se basa en la teora de laresistencia ltima (teora plstica), avalada por las Normas Tcnicas Complementariaspara el Diseo y Construccin de Estructuras de Concreto de 1996. Se consider que elconcreto tiene un esfuerzo a la compresin de fc=200 kg/cm a los 28 das, siguiendo elprocedimiento de elaboracin de las Normas NOM C-155 (especificadas para concreto

hidrulico).

El acero de refuerzo ser de grado 42, considerando un esfuerzo de fluencia de F'y=4200kg/cm, especificados en los planos estructurales para los diferentes elementos (veranexos).

El diseo de los elementos de acero estructural se basa en la teora de los esfuerzospermisibles (teora elstica), avalada por el Instituto Mexicano de Construccin en Acero(IMCA). Se consider un esfuerzo de fluencia del acero estructural de Fy= 2530 Kg/cm2.Para la revisin en combinacin con Viento Sismo el esfuerzo de fluencia del acero sepodr incrementar en un 33% ms segn lo marca el Manual IMCA Vol. l


34/105


36

2.6 Mencin de los Reglamentos empleados.

Es necesario que en todo diseo estructural se respeten los reglamentos y normasaplicables a cada caso, para garantizar que la estructura tendr un grado de seguridad

estructural aceptable. En el diseo de este puente peatonal se respetaron los parmetrosy estndares de la siguiente normatividad:

Las Normas Tcnicas Complementarias para el Diseo y Construccin de Estructurasde Concreto de 2004 (NTC-04).

El control de calidad del concreto y el acero de refuerzo del American ConcreteInstitute 318-93 (A.C.I. 318-93)

El Reglamento de Construccin del Municipio del Centro vigente (R.C.M.C. 1995). Manual de diseo de obras civiles de la Comisin Federal de Electricidad (diseo por

viento) 1993. Manual de Construccin en Acero Vol. 1 del Instituto Mexicano de Construcciones de

Acero (I.M.C.A. vol. 1)

2.7 Recomendaciones para el buen funcionamiento de la estructura.

Durante la vida til de la construccin no se podr mover ningn elemento estructural,columnas vigas; ni romper, ni adicionar losas a las ya proyectadas, as como crecer unnivel ms, o sea no se puede un tercer nivel. Cualquier cambio a la estructuracin bsicaantes deber consultarse con el responsable del diseo estructural.

Cualquier cambio a la estructuracin bsica, deber consultarse antes con el responsabledel diseo estructural.

Cualquier cambio no contemplado queda bajo responsabilidad del propietario final ousuario, debido a que se previ y determin el alcance del proyecto estructural.

No debe darse otro uso ms que para el que fue diseado, si existiera alguna duda sobrealgn procedimiento o dato, favor de consultar al responsable del diseo estructural pararemitirse a los archivos originales del desarrollo completo del clculo.


35/105


37

3. DETERMINACIN DE LAS ACCIONES QUE ACTUARN SOBRE EL EDIFICIO DEAULAS.

3.1 Anlisis de carga gravitacional.

El anlisis de carga gravitacional consiste en determinar las cargas muertas, las cargasvivas y las cargas especiales que van a incidir sobre la estructura y que son debidas al usode la misma. Las cargas muertas se derivan directamente de los pesos de los materiales yacabados que van a existir en el edificio de aulas. Las cargas vivas son tomadas delReglamento de Construcciones del Municipio del Centro para el tipo de estructura que setrate, para nuestro caso tenemos que tomar la carga viva del artculo 204 paraconstrucciones que soporten un peso en aulas.

3.1.1. Anlisis de carga en el sistema de losa.

Como se mencion en la descripcin del proyecto, el sistema de losas de entrepisos y

azotea se utilizar el sistema de losa-acero Galvadeck 15 calibre 24, el peso de estesistema ya est determinado y se puede encontrar en las tablas de informacin tcnicaque el fabricante proporciona. Este peso es de 210 kg/m2e incluye el peso propio de lalmina y el peso de los 5cm de capa de compresin de concreto. Se considera tambinuna carga de 10 kg/m2previniendo el peso de alguna instalacin elctrica que se puedecolocar sobre las losas, Tambin se considerar un incremento de 40 kg/m2para cumplircon el requisito de losas de concreto coladas en sitio que marca el artculo 202 del RCMC-95. La carga viva de los entrepisos se tomar del artculo 204 del RCMC-95 paraestructuras con uso de aulas, la cual es de 350 kg/m2. Resumiendo tenemos:

Anlisis de carga en losas de entrepiso:

Losa-acero Galvadeck 15 calibre 24con 5 cm de capa de compresin 210 kg/m2Peso de posibles instalaciones 10 kg/m2

Piso con su junta 100 kg/m2

Plafn 20 kg/m2Peso adicional por artculo 202 del RCMC-95 40 kg/m2

Carga Muerta 380 kg/m2Carga Viva (art. 204 del RCMC-95) 350 kg/m2

Carga de Servicio 730 kg/m2


36/105


38

Anlisis de carga en losas de azotea:

Losa-acero Galvadeck 15 calibre 24con 5 cm de capa de compresin 210 kg/m2Peso de posibles instalaciones 10 kg/m2

Entortado 100 kg/m2

Plafn 20 kg/m2Peso adicional por artculo 202 del RCMC-95 40 kg/m2

Carga Muerta = 380 kg/m2Carga Viva (art. 204 del RCMC-95) = 100 kg/m2

Carga de Servicio = 480 kg/m2

Sistema de muros:

Muro divisorios block hueco (12x20x40)cm 234.00 Kg/m2Aplanado ambas caras 54.00 Kg/m2

Cs = 288.00 Kg/m2


37/105


39

3.2. Eleccin y revisin sistema de losacero.

El uso de lmina de acero ZINTRO con secciones especiales y conectores de cortantesoldados a las vigas estructurales ha ganado una amplia aceptacin en la industria de la

construccin, como mtodo econmico y prctico.

La construccin es acelerada por la eliminacin de la cimbra y de los apuntalamientos,adems es posible cubrir mayores claros aumentando la resistencia estructural. Estos esdebido a la funcin de la seccin compuesta, que se logra uniendo con los conectores decortante, la viga Losacero y el concreto. Esto permite vigas ms ligeras, con ahorros en elpeso del acero hasta del 40%, reduccin en la altura total del edificio dando lugar aimportantes ahorros en todos los materiales involucrados en la relacin altura.

Cabe mencionar que los ahorros de la seccin compuesta se logran cuando desde unprincipio se considera y se calculan trabajando viga y losa simultneamente por medio de

los conectores de cortante.

Para lograr que los proyectistas incorporen las ventajas de este sistema de construccin,se recomienda referirse al reglamento de construccin del D.F. y al manual de diseo

AISC para las propiedades de viga compuesta.

Para este proyecto es necesario mencionar que el acero adicional fy=4200 kg/cm 2(bastones) en apoyos de vigas VS-1 y VS-2 son para cubrir el rea de acero negativoproducido por la continuidad de la losacero, ya que de acuerdo a las especificacionestcnicas de la lamina son para lminas simplemente apoyadas (una direccin).

RESUMIENDO CARACTERSTICAS DE SISTEMA:Silleta de Cortante:1.-Permite la adherencia de unin entre un elemento de concreto y acero.2.-Permite aumentar la resistencia estructural de dicho elemento. (Si lo considera el

proyectista)

Bastones Adicionales:1.- Permite suplir el rea de acero negativo en lecho superior de lmina, producido por

continuidad de losacero.2.- Permite utilizar la longitud efectiva de la lmina en el proceso constructivo.

Lamina Losacero:1.- Debido a su diseo, este perfil logra una magnifica relacin entre su resistenciaestructural y su acabado arquitectnico.


38/105


40

ELECTROSOLDADA

VIGAVS-1

MALLA 6x6-10/10

DE

SECCION 4CALIBRE 24

6.35 cm

5.00 cm

LOSACERO

EJE

VS-2

@ 25cm

BASTON 3/8"SILLETA

DE CORTANTE

VS-2

Sistema de Losa de Entrepiso (Carga Maxima):

Datos:Cs= 720 kg/m2 (Ver anlisis de Carga)

Lmx= 2.00m (Separacin de Vigas secundarias VS-1 y VS-2)No. Apoyos= 4Sin apuntalamientos.Con Conectores

Se propone Losacero Seccin 4 Cal.24

DETALLE DE LOSACERO EN VIGAS SECUNDARIAS VS-1 y VS-2

CARACTERISTICAS:Capa de Compresin sobre la cresta H=5.00cmCs permisible= 1, 406 kg/m

2Lmx permisible=2.00 m

Donde:

C s = Carga Servicio.Lmx =Longitud Mxima entre vigasprincipales y secundarias.

*Nota:(Ver caractersticas de las secciones en tabla S4-5 y S4-6)


39/105


40/105


41/105


42/105


44

En el rea total de atiesadores de trabes armadas de alma llena:

ya 0.60FF

En el alma de perfiles laminados, al pie de la unin alma-patn (pandeo del alma debido acargas concentradas,)

ya 0.75FF

FLEXIN: Tensin y compresin en las fibras extremas de miembros compactos,laminados en caliente o armados (excepto vigas hbridas), cargados en el plano de su ejemenor, simtricos con respecto a dicho eje.

yb F66.0F

ESFUERZOS COMBINADOS

COMPRESIN AXIAL Y FLEXIN (FLEXO COMPRESIN): Los miembros sometidossimultneamente a esfuerzos de compresin axial y a esfuerzos de flexin, deben estardiseados de manera que satisfagan las condiciones siguientes:

1.0

byF

eyF'

af

1

byf

myC

bxF

exF'

af

1

bxf

mxC

aFaf

1.0

byF

byf

bxFbxf

0.60Faf

1.0Fby

fby

Fbx

fbx

Fa

fa0.15

Fa

fasi

Donde:2)

b/r

b23(Kl

E212cF'


43/105


45

Cm = 0.85 para miembros en compresin en marcos sujetos a desplazamiento lateral

Para miembros en compresin con extremos restringidos, en marcos arriostrados contradesplazamiento lateral y no sujetos a carga transversal entre sus apoyos en el plano deflexin,

cm = 0.6 - 0.42

1

MM pero no menor de 0.4


44/105


45/105


46/105


47/105


48/105


49/105


51

1

2

3

4

5

A

E

G

K

B

C

D

F

H

IJ

X

Y

Z

1

2

3

4

5

6

7

A

E

G

K

B

C

D

F

H

I

JX

Y

Z

5.2 Aplicacin de las cargas al modelo estructural

FIGURA 05 .- ESTADO DE CARGA MUERTA CM

FIGURA 06 .- ESTADO DE CARGA VIVA CV


50/105


52

1

2

3

4

5

6

7

A

E

G

K

B

C

D

F

H

I

J

X

Y

Z

1

2

3

4

5

6

7

A

E

G

K

B

C

D

F

H

I

J

X

Y

Z

FIGURA 07).- ESTADO DE CARGA SISMO 100% EN X (SIFx1

FIGURA 08).- ESTADO DE CARGA SISMO 30% EN X (SIFx2)


51/105


52/105


54

5.3 Propiedades geomtricas de los miembros.

Una vez definida la forma del modelo estructural y las cargas a las que va a estarsometido, es necesario especificar las propiedades geomtricas de los diferentes

miembros que formarn parte de la estructura.

Las propiedades geomtricas de los elementos estructurales de este proyecto sedeterminaron mediante la propuesta arquitectnica, debido a que este tipo de puentes yaha sido construido varias veces en la ciudad se quiso seguir la misma lnea de perfilesutilizados con anterioridad debido a que el contratista encargado de la construccin deestos puentes tiene estos perfiles en existencia, esto limit la optimizacin de loselementos, ya que en la mayora de las ocasiones los perfiles quedan sobrados, conexcepcin de algunos elementos que necesitaron refuerzo.

A continuacin se presenta una tabla en la cual se puede encontrar la nomenclatura del

perfil y sus caractersticas geomtricas, se recuerda que estas dimensiones fuerontomadas de las tablas de caractersticas geomtricas de perfiles estructurales de acero delmanual IMCA Volumen 1. La ubicacin exacta de los perfiles se puede encontrar en losplanos estructurales anexos.


53/105


54/105


55/105


56/105


57/105


59

1

2

3

4

5

6

7

A

E

G

K

B

C

D

F

H

I

J

X

Y

Z

1

2

3

4

5

6

A

E

G

K

B

C

D

F

H

I

J

X

Y

Z

FIGURA 19).- DESPLAZAMIENTO RELATIVOSDIRECCION EN X

FIGURA 20).- DESPLAZAMIENTO RELATIVOSDIRECCION EN Y


58/105


60

6

7

E

G

5

F

H

I

J

X

6. Diseo de los principales elementos estructurales que conforman la

estructura del edificio.

6.1Descripcin del proceso de diseo y revisin de elementos por flexo-compresin

biaxial en columnas C-1 tipo cajn (Teora elstica)

REVISIN DE LA COLUMNA DE ACERO C-1 UBICADA EN EL EJE 6 Y C ENPLANTA BAJA (NIVEL 1 DE CORRIDA ECO.gc EN EJE 6 Y G),A TRAVS DE LA

TEORA ELSTICA.

LA COMBINACIN MS DESFAVORABLE PARA ESTA REVISIN ES LACOMBINACIN Carga Muerta + Carga Viva + Sismo(DI31 DE ECOWgc.)

NOTA:Ver elementos mecnicos en la corrida del programa ECO.gcSe propone una columna en cajn de seccin (40x35) cm.

*Para detalles de espesores de placas y secciones de columnas ver planos estructurales.

Iy (cm4): 42, 432.16

Ix (cm4): 63, 661.78

Ax (cm2): 272.00

Ay (cm2): 272.00

Sx (cm3): 3, 183.10

Sy (cm3): 2, 424.70rx (cm): 15.30ry (cm): 12.50L (cm): 345.00

Factor K: 1.00

COLUMNA EN CAJON C-1

PROPIEDADES GEOMETRICAS

COLUMNA DE ACERO A-36 ENCAJON C-1 (35x40)cm DE t=3/4

ESPESOR


59/105


61

Clculo de propiedades para la columna de acero en cajn C-1 :

Clculo de inercia en el sentido X:

2AdIxIx

233

)05.19)(91.1)(35(2

12

)20.36(91.12

12

)91.1(352

Ix

444 06.520,4807.101,1565.40 cmcmcmIx IX= 63, 661.78 cm

4

Clculo de inercia en el sentido Y:

2AdIyIy

233

)50.17)(91.1)(20.36(212

)91.1(352

12

)91.1(20.362

Iy

444 48.349,4264.4004.42 cmcmcmIy

IY= 42, 432.16 cm4

Nota: Al considerar al elemento C-1 como una propiedad homognea y de seccinrectangular, consideraremos la inercia calculada mediante las formulas anteriores la cuales muy similar a los datos que considera el programa ECOWgc, quedando de la siguientemanera:

Formulas (Ok) Programa ECO.gc ShapeBuilderIX= 63, 661.78 cm

4 IX= 63, 469.74 cm4 IX= 63, 606.00 cm

4IY= 42, 432.16 cm

4 IY= 46, 984.46 cm4 IY= 42, 880.00 cm

4

Clculo del rea total en la seccin: 222 984.27170.133284.138291.1352)91.1(20.36 cmcmcmAtotal AT= 272 cm

2

Clculo del mdulo de seccin en el sentido X:

H

IxSx

2

35


60/105


62

310.183,340

)78.661,63(2cmSx

Clculo del mdulo de seccin en el sentido Y:

H

IySy

2

370.424,235

)16.432,42(2cmSy

Clculo del radio de giro en sentido X:

A

Ixrx

cmcm

cmrx 30.15

272

78.661,632

4

Clculo del radio de giro en sentido Y:

AIyry

cmcm

cmry 50.12

272

16.432,422

4

Revisin por Flexin: A eje MUz= 33.654 ton-m = 3365,400.00 kg-cm (ECO.gc)

MUz= 3365,400.00 kg-cm /1.50 = 2243,600.00 kg-cm2

Revisin por Cortante: A eje VUz= 17.581 ton = 17, 581.00 kg (ECO.gc)

VUz= 17, 581.00 kg /1.50 = 11, 720.67 kg

Elementos mecnicos Actuantes:Muz = 2,243,600.00 Kg-cm Vuz = 2, 296 Kg Pux = 44, 810.67 KgMuy = 479,400.00 Kg-cm Vuy = 11,720.67 Kg Puy = 44, 810.67 Kg

Los miembros sometidos simultneamente a esfuerzos de compresin axial y a esfuerzos

de flexin, debern de estar diseados de tal manera que satisfagan las condicionessiguientes:

1.0

FbzezF'

fa1

(Cmz)(fbz)

FbyeyF'

fa1

(Cmy)(fby)

Fa

fa

Ecuacin (1)


61/105


63

0.1Fbz

fbz

Fby

fby

Fa

fa

Ecuacin (2)

a) Clculo del esfuerzo por carga axial fa:

Este esfuerzo es igual al que se presenta en el miembro debido a la carga axial a la queest sometido, es igual al cociente de la carga axial que acta sobre el miembro entre elrea de la seccin transversal del miembro.

P = 44, 810.67 kg (carga axial)A =272.00 cm2 (rea de la seccin transversal del miembro)

fa = 22

Kg/cm164.75272.00cm

810.67kg44,

A

P

b) Clculo del esfuerzo permisible por carga axial Fa:

Este es el esfuerzo de compresin axial permisible si slo existiera fuerza axial, y estdado por la ecuacin:

Fa =3

32

2

2

)Cc(8

)r/L.K(

)Cc(8

)r/L.K(3

3

5

Fy)Cc(2

)r/L.K(1

Ecuacin (3)Donde:

K.L/r = relacin de esbeltez en el sentido ms crtico

Cc =

Fy =Esfuerzo de fluencia del acero estructuralFy=2530kg/cm2 para acero A-36

E = Mdulo de elasticidad del acero 2 039 000 kg/cm2Por lo tanto:

Cc = 2530

)2039000(2 2

= 126.128

60.2750.12

)345)(00.1(.

55.2230.15

)345)(00.1(.

cm

cm

r

LK

cm

cm

r

LK

y

Z

Fy

E22


62/105


63/105


65

2

2

)/.(2312

rnLKE

2

2

2

kg/cm27.783,13)60.27(23

)2039000(12

2

2

2

kg/cm97.647,20)55.22(23

)2039000(12

Segn la seccin 1.6.1 del manual IMCA este coeficiente tiene el valor de 0.85 paramiembros en compresin en marcos sujetos a desplazamiento lateral, que esnuestro caso:

Cmy = Cmz = 0.85

d) Clculo del esfuerzo por momentos flexionantes fby y fbz:

Estos son los esfuerzos de compresin por flexin mayores en cada eje calculadoen el punto considerado. Es igual al cociente del momento flexionante Mn mayorentre el mdulo de seccin Sn del elemento analizado:

My mayor = 479, 400.00 kg.cm (momento mayor en Y)Sy = 2, 424.70 cm3 (mdulo de seccin con respecto a Y)

fby = 23

kg/cm72.197424.70cm2,

cm-kg400.00479,

Sy

My

Mz mayor = 2, 243, 600.00 kg.cm (momento mayor en Z)Sz = 3, 183.10 cm3 (mdulo de seccin con respecto a Z)

fbz = 23

kg/cm85.704cm183.103,

cm-kg243,600.002,

Sz

Mz

e) Clculo del esfuerzo de Euler FeyyFez:

El esfuerzo de Euler dividido entre un factor de seguridad est dado por la siguienteecuacin:

Fen= Ecuacin (4)Donde:

E = mdulo de elasticidad del acero 2 039 000 kg/cm2K.L/rn = relacin de esbeltez en el sentido considerado

Por lo tanto:Fey =

Fey = (13, 783.27)x(1.33) por ser originado por sismoFey = 18, 331.75 kg/cm2

Fez =

Fez= (20, 647.97)x(1.33) por ser originado por sismoFez = 27, 461.80 kg/cm2


64/105


66

f) Clculo del esfuerzo de compresin por flexin permisibleFbyyFbz:

Segn la seccin 1.5.1.4 del manual del IMCA nos dice que el esfuerzo permisiblepor compresin o tensin de las fibras extremas de elementos laminados encaliente es de:

Fbn= 0.66FyDonde:

Fy = Esfuerzo de fluencia del acero A-36 2530 kg/cm2Por lo tanto:

Fby = 0.66(2530) = 1670 kg/cm2Fby = 1670(1.33) por ser originado por sismoFby = 2 221 kg/cm2

Fbz = 0.66(2530) = 1670 kg/cm2Fbz = 1670(1.33) por ser originado por sismo

Fbz = 2 221 kg/cm2

Revis in por inestabi lidad:

Compresin axial y flexin (flexo-compresin)Los miembros sometidos simultneamente a esfuerzos de compresin axial y a esfuerzosde flexin, deben estar diseados de manera que satisfagan las condiciones siguientes:

Ecuacin 1

00.1

'1

.

'1

.

FbyeyF

fa

fbyCm

FbzezFfa

fbzCm

Fa

fa (1.6-1a)

Ecuacin 2

00.16.0

Fby

fby

Fbz

fbz

Fy

fa (1.6-1b)

Sustituyendo todos los datos calculados en la ecuacin (1) tenemos:Ecuacin (1.6-1a) tenemos que:

00.1

'1

.

'1

.

FbyeyF

fa

fbyCm

FbzezF

fa

fbzCm

Fa

fa


65/105


67

00.1

221,275.331,18

75.1651

)72.197)(85.0(

221,280.461,27

75.1651

)85.704)(85.0(

56.835

75.164

0.197 + 0.272 + 0.076 1.000.545

1.00

Por lo tanto se deduce que el elemento est trabajando al 54.50% de su capacidadcomo columna completa, es decir que la seccin transversal del elemento essuficiente para soportar las cargas a las cuales est sometido.

Por lo tantoPASA

Revis in po r esfuerzos en los extremos:

Sustituyendo todos los datos calculados en la ecuacin (2) tenemos:Ecuacin (1.6-1b) tenemos que:

00.1Fby

fby

Fbx

fbx

Fa

fa

00.1/221,2

/72.197

/221,2

/85.704

/56.835

/75.1642

2

2

2

2

2

cmkg

cmkg

cmkg

cmkg

cmkg

cmkg

0.197 + 0.317 + 0.090 1.00

0.604 1.00 BIEN

Por lo tanto se deduce que el elemento est trabajando al 60.40% de su capacidaden sus extremos, es decir que la seccin transversal del elemento es suficiente parasoportar las cargas a las cuales est sometido.

Por lo tantoPASA


66/105


68

6.2.- Descripcin del proceso de diseo de elementos sometidos amomento flexionante en vigas IPR V-1(Teora elstica).

REVISIN DE LA VIGA DE ACERO V-1, UBICADA EN EL EJE 5 ENTRE EJES A y B) ENLOSA DE 2do ENTREPISO (NIVEL 2 DE CORRIDA ECO.gc EN EJE 5 ENTRE EJES A y E),IPR 18x 89.10 kg/m.

LA COMBINACIN MS DESFAVORABLE PARA ESTA REVISIN ES LA COMBINACINCarga Muerta + Carga Viva (DI1 DE ECOWgc.)

DIAGRAMA DE MOMENTOS FLEXIONANTES DE TRABES COMBINACION DI1

CM+CVPROGRAMA ECO.gc (FACTORIZADOS).

5

AEG

K

BCDFHIJ

XY

Z


67/105


69

NOTA:Ver elementos mecnicos en la corrida del ECO.gc

Revisin de los elementos mecnicos (flexin y cortante):Alos elementos mecnicos que viene graficado se le divide entre el factor de 1.50(CM+CV), ya que la teora empleada es la teora elstica.

Nota: Como los esfuerzos actuantes son considerados a ejes, por tanto se debeconsiderarse a pao de columna C-n de seccin (40x35cm), para considerar el esfuerzoefectivo a pao de columna (mtodo tringulos semejantes)..

Revisin por Flexin: A eje MUz= 42.626 ton-m = 4262,600.00 kg-cm (ECO.gc)

A pao de columna MUz= 37.314 ton-m = 3731,400.00 kg-cm (ECO.gc)

MUz= 3731,400.00 kg-cm /1.50 = 2487,600.00 kg-cm2

Revisin por Cortante: A eje VUz= 26.679 ton = 26, 679.00 kg (ECO.gc) A pao de columna VUz= 26.435 ton = 26, 435.00 kg (ECO.gc)

VUz= 26, 435.00 kg /1.50 = 17, 623.30 kg

Elementos mecnicos Actuantes:

Muz = 2,487,600.00 Kg-cm Vux = 50.00 Kg Pux = 2, 058 KgMuy = 5,100.00 Kg-cm Vuy = 17,623.30 Kg Puy = 2, 058 Kg

PROPIEDADESGEOMETRICAS

IPR 18" x 89.10 Kg/m

Iy (cm4): 2, 085

Iz (cm4): 40, 957Ay (cm2): 48.61

Az (cm2): 64.99

Sz (cm3): 1, 770

Sy (cm3): 218rz (cm): 18.90ry (cm): 4.30

Atotal (cm ) 113.60L (cm): 800.00

Factor K: 1

DIMENSIONESDE PERFIL

IPR 18" x 89.10 Kg/m

d (cm) 46.30

b (cm) 19.20tw (cm) 1.05

tf (cm) 1.77

bf / 2tf 5.40

d / tw 44.0d/Af ( cm- ) 1.37

rt (cm) 5.0

46.30cm

19.20.


68/105


70

Propiedades de seccin compacta:

Revisin de Patines del Perfi l :

1. Los patines estn unidos continuamente al alma.

2. La relacin ancho/espesor del elemento atiesado del patn en compresin, no excedede:

CUMPLE.BIENt

b

Fy

1590

10.851.77

19.20

t

b

31.612530

1590

Fy

1590bi

f

f

f

f

Fy545

tf2bf 83.1010.5 Bien Cumple ok.

Revisin del Alm a de Perfi l :

3. La relacin peralte/espesor del alma no exceder el valor dado:Cuando fa/Fy < 0.16

0.16fa/Fypara;

Fy

5370

tw

d

2mkg/c18.12cm113.60

Kg0582,

A

Pufa

2

2

2

kg/cm2530

kg/cm18.12

Fy

fa = 0.0072 < 0.16 Por lo tanto

106.762530

537044.09

cm1.05

cm46.30 Bien Cumple.. Ok


69/105


71

Longitud entre soporte laterales:

Como el sistema de piso proporciona un soporte lateral continuo al patn superior, elpandeo lateral no es crtico en las zonas de momentos positivo. Los estados lmites son elagotamiento de la resistencia a la flexinen la seccin ms ctrica y la resistencia delalma al cortante.

Por lo anterior el esfuerzo permisible a flexin ser:Fb = 0.66 FY

REVISIN DE LA VIGA V-1 DE ENTREPISO A FLEXIN

Modulo de seccin requerido:

31,489.75cm0)(0.66)(253

cm-Kg002,487,600.

0.66Fy

MuxSxnec.

Sx = 1, 770 cm3> Sxn ec.= 1, 489.75 cm3El modulo de seccin propuesto Sx es mayor al

Modulo de seccin necesario Sxnec. por lo tanto pasa ok.Calculo de los esfuerzos en la viga:

Esfuerzo a flexin actuante:

3cm1,770

cm-kg002,487,600.

Sxz

Muzfbz 1,405.42 Kg/cm2

Esfuerzo a flexin permis ible:

Por lo tanto Fb = 0.66 (Fy)Fb = 0.66 (2530) = 1669.80 Kg/cm

2> 1,472.90 Kg/cm2

Fb= 1, 669.80 Kg/cm2 > fbz = 1,405.42 Kg/cm2

NOTA IMPORTANTE: En caso de la combinacin CM+CV+SISMOse puede incrementarel 33% adicional por ser carga accidental (temporal), quedando de la siguiente manera:

Fb = ((0.66)x(2530))x1.33%

POR LO TANTO PASA POR FLEXIN


70/105


72

5

A

EG

BCDF

I

XY

Z

5

A

E

BCD

REVISIN DE LA VIGA V-1 DE ENTREPISO A CORTANTE

Esfuerzo cor tante actuante:

2kg/cmAw

Vufv

Donde:Aw = (d2tf)(tw) = (46.302(1.77)) x (1.05)Aw = 44.90 cm2

Sustituyendo:2

2kg/cm392.50

cm44.90

kg17,623.30

Aw

Vufv

Esfuerzo cor tante permis ible:Fv = 0.40 Fy = 0.40(2530 Kg/cm2) = 1, 012.00 kg/cm2

Fv = 1,012.00 kg/cm2 > fv = 392.50 kg/cm2POR LO TANTO PASA POR CORTANTE

REVISION DE LA VIGA V-1 DE ENTREPISO A DEFLEXIONRevisin por deflexin:

max.= 1.30 cm

0.5240

8000.5

240

Lperm =3.83 cm

perm .= 3.83 cm > max .= 1.30 cm

CONCLUSIONES:1.- El elemento de acero (Viga V-1 fy=2530 kg/cm2 A-36) sometidos a las cargas deCM+CV de la combinacin DI1 del programa ECOgc, satisface las condiciones deanlisis y diseo de la teora plstica, la cual no das la seguridad de la estructuracin

propuesta.

2.- Cumpliendo asi las condiciones y necesidades mas importantes resistencia a laflexinen la seccin ms ctrica y la resistencia del alma al cortante.


71/105


73

6.3.-Descripcin del proceso de diseo de elementos sometidos aMomento flexionante en vigas secundarias IPR VS-1 en entrepiso y

VS-2 en azotea (Teora elstica).

REVISIN DE LA VIGA DE ACERO SECUNDARIAS VS-1, UBICADA EN LOSA DE 1er Y 2doENTREPISO (NIVEL 1 Y 2 DE CORRIDA ECO.gc), IPR 12x 38.70 kg/m.

PROPIEDADESGEOMETRICAS*

IPR 12" x 38.70 Kg/m

d (cm): 31.00tw (cm): 0.58

bf (cm): 16.50

tf (cm): 0.97

Iy (cm4): 720.00

Iz (cm4): 8, 491.00

Ay (cm2): 49.40

Az (cm2): 49.40

Sz (cm3): 547

Sy (cm3): 88

rz (cm): 13.10ry (cm): 3.80L (cm): 600.00

MODELO DE VIGA IPR:SECCION TRANSVERSAL

DE VIGA IPR:

UBICACIN DE VIGA IPR:

1

2

A

B

C

D

LOSA DE AZOTEA

VIGAS VS-1

1er ENTREPISO

2do ENTREPISO

VIGAS VS-2

L=LONGITUD

W=kg/m

PERFIL DE ACERO VIGA IPR (ACERO A-36)

Nota: (*)Datos tomados del Manual de Construccin enAcero IMCA

(Instituto Mexicano de la Construccin en Acero A.C.)Diseo por Esfuerzo Permisibles 4 Edicin.


72/105


73/105


75

Calculando el Esfuerzo Cortante actuante:

22

W

UV kg/cm256.38

cm16.85

kg4,320.00

A

Vf

Donde:Vu = 4, 320.00 ton= Cortante nominalH = d - 2 tf = (31.00cm) - (2x0.97cm) = 29.06 cmAw = h x tw= (29.06cm) x (0.58cm) = 16.85 cm

2

Calculando el esfuerzo cortante permisible:Fv = 0.4 Fy = 0.4 x 2530 = 1020 kg/cm2

Comparando los esfuerzos se tiene:

fv = 256.38 Kg/cm2 <

Analisis estrutural de escuela

Documents

Transcript of Analisis estrutural de escuela