ESTRUCTURAS DE ACERO2015-II

Aode la Diversificacin Productiva y del Fortalecimiento de la EducacinESTRUCTURAS DE ACERODocente:ING. CARLOS ALBERTO VILLOSLADA QUEVEDOTema: TIPOS DE ARMADURASExpositores: Ancajima Paredes Jeancarlo.Villavicencio Saenz Paola.Alejos Mora Franco.Cordova Moreno Jos.Martinez Castillo Eric.Chimbote Per2015

INTRODUCCIONSe estudia el sistema de techo desde la perspectiva del diseo de una edificacin en conjunto (sistema estructural total), a partir de esto se establecen clasificaciones de los sistemas de techos en base a su efectividad de transferencia de cargas laterales en funcin de su flexibilidad como diafragma y adems como sistemas de techo autosoportante y a base de cubierta y estructura de soporte; de sta ltima clasificacin se limita el estudio a sistemas de techo a base de cubierta y estructura de soporte con perfiles metlicos. Seguidamente se realiza una investigacin a cerca de los componentes de este tipo de estructura de techo con los materiales y formas estructurales ms utilizadas en el mbito local, su comportamiento estructural, las recomendaciones a cerca de su uso, sus ventajas y desventajas, etc. Se incluye adems en esta parte los conceptos relacionados con los tipos de conexiones usualmente utilizados entre estos elementos de estructuras de techo, as como el uso de tensores. Las armaduras o cerchas tienen la caracterstica de ser muy livianos y con una gran capacidad de soportar cargas elevadas y cubrir grandes luces, generalmente se utilizan en cubiertas de techos y puentes. El principio fundamental de las armaduras es unir elementos rectos para formar tringulos, los elementos trabajan a esfuerzos axiales en puntos que se llaman nodos, y entre s conforman una geometra tal que el sistema se comporta establemente cuando recibe cargas aplicadas directamente en estos nodos .Esto permite soportar cargas transversales, entre dos apoyos, usando menor cantidad de material que el usado en una viga, pero con el inconveniente de que los elementos ocupan una altura vertical considerable.Las armaduras o cerchas se definen como estructuras estacionarias concebidas para soportar cargas, mayormente techos compuestos nicamente de barras conectadas por articulaciones.

ARMADURAS DE ACERO

El uso ms comn de armaduras en edificios es para soportar cubiertas de techo, pisos y otras cargas como cielos suspendidos. Existen muchos tipos de armaduras o cerchas, tal como se presentan en la siguiente figura. La escogencia del tipo de armadura a utilizar depende en primera instancia de los requerimientos arquitectnicos y del cliente y en segunda instancia de las dimensiones y de factores econmicos.

Tipos de armaduras ms comunes: a) Tipo Pratt, b) Howe, c) Fink, d) Mansard, e) Practt-plana, f) W arren, g) Warren modificada, h) Diente de sierra.

La armadura tipo Pratt (a) y (e), tiene los elementos diagonales en tensin y por lo tanto los elementos verticales ms cortos en compresin y los elementos verticales ms largos en tensin para cargas verticales de magnitud normal. La armadura Howe es la inversa de la Pratt. Tiene la ventaja de que para cargas livianas las 2 cuales pueden revertirse como la carga de viento, funciona de manera similar a la primera. Adems resulta que la cuerda en tensin presenta una mayor fuerza que la fuerza que se produce en la cuerda en compresin en la mitad del claro, para cargas verticales convencionales. La armadura Fink resulta ms econmica en trminos del peso de acero, para luces grandes, debido a que los miembros del alma de la armadura se dividen en elementos muy cortos. Pueden existir muchas maneras de arreglar o disponer de los elementos del alma, lo cual queda a criterio del diseador. La armadura Mansard es una variacin de la armadura Fink, con la ventaja de reducir el espacio no usado a nivel de techos. Sin embargo, las fuerzas en las cuerdas superior e inferior se incrementan debido a la poca altura de la cercha o a la pequea razn entre altura y claro de la armadura. La armadura Warren tiene la ventaja de que los elementos en compresin y tensin en el alma de la armadura tienen igual longitud, resultando en un razn pesoclaro muy ventajosa en trminos de costo para luces pequeas, adems de que se reducen los costos de fabricacin al ser todos los elementos iguales en longitud. La armadura W arren modificado se usa en luces grandes. La armadura diente de sierra se usa mucho en edificios con varias luces o claros. Para cubiertas de techo, las armaduras Pratt, Howe y Fink, resultan en las ms econmicas para razones luz- altura del orden entre 4 y 5, con claros entre los 6 y 12m. Tambin se pueden usar en claros arriba de los 15 mts, pero es vuelven menos econmicas debido al mayor espacio inutilizable debido a su mayor altura. En estos casos es comn usar relaciones luz-altura (altura de la cumbrera) entre 6 y 7. Para luces entre los 15 y 30 m. la armadura Mansard es ms conveniente. Las armaduras con cuerdas paralelas, tal como la Warren tienen claros econmicos entre 6 y 50 m, con relaciones luz-altura entre 15 y 25, dependiendo de la intensidad de la carga.

El espaciamiento ms econmica entre armaduras es una funcin del claro y de las cargas, pero en trminos generales se acostumbra una separacin entre 1/4 o un 1/5 del claro de la armadura, lo que resulta en separaciones entre los 4 y 10 m. Para claros pequeos, entre los 6 y 15 m se debern usar separaciones entre los 3 y 4m.

ARMADURAS SIMPLES

ARMADURAS PARA PUENTES

ARMADURAS PARA TECHOSLas armaduras se clasifican segn la forma en que se combinen los diferentes sistemas de triangulacin y frecuentemente toman el nombre del primer ingeniero que ha empleado ese tipo particular de Armadura. Las cuerdas superiores e inferiores pueden ser paralelas o inclinadas, la armadura puede tener claro simple o continua y los miembros de los extremos pueden ser verticales o inclinados. Las armaduras pueden tambin tomar nombre segn su aplicacin, tales como las de carretera, de ferrocarril o de techo.

Conexiones

Existen hoy en da bsicamente dos tipos de conexiones usadas en armaduras: soldadas o atornilladas. Las armaduras pequeas, las cuales pueden ser transportadas como una sola pieza generalmente se sueldan en el taller. Cuando la armadura abarca una luz muy grande, se subdivide la armadura o dos ms partes, siendo cada una de las partes soldadas y se transportan separadas. En el campo se unen las partes generalmente con placas y se usan tornillos para unir cada una de las partes. Tambin cuando se usan uniones atornilladas se deben usar placas de unin. El uso en general de placas de unin permite una mejor disposicin espacial de los elementos que conforman la unin, permitiendo hacer que las lneas centroidales o lneas de trabajo de cada elemento coincidan en un solo punto de la unin, evitando excentricidades en la unin. Cuando esto no es posible los momentos producidos por la excentricidad de la unin deber ser tomado en cuenta en el diseo de los elementos. Algunos detalles tpicos se presentan en la siguiente figura:

Cargas de diseo Las armaduras se deben disear para las cargas establecidas en el Cdigo Ssmico de Costa Rica y el Reglamento de la Construccin. En nuestro pas es comn disear las cerchas para la carga muerta, carga viva y la carga de viento. Factores que dictan la economa de la armadura. Algunos de los factores que afectan ms la economa de la armadura, se listan a continuacin. Estos factores deben ser identificados y evaluados en la etapa de diseo. Disponibilidad de materiales en la zona. Conexiones: soldadas o con tornillos. Mxima tamao que puede ser transportado a la obra. Mtodos de montaje. Redundancia de la estructura. Experiencia del constructor.

Diseo simple con gran repeticin.

Partes de una armadura Una armadura est compuesta por las cuerdas superiores e inferiores y por los miembros del alma. Cuerda superior. La cuerda superior consta de la lnea de miembros ms alta que se extiende de un apoyo a otro pasando por la cumbrera. Para armaduras triangulares, el esfuerzo mximo en la cuerda superior ocurre generalmente en el miembro contiguo al apoyo. Cuerda inferior. La cuerda inferior de una armadura est compuesta por la lnea de miembros ms baja que va de un apoyo a otro. Como en la cuerda superior, el esfuerzo mximo en la cuerda inferior de armaduras triangulares, se establece en el miembro adyacente al apoyo. Miembros del alma. Son los miembros que unen las juntas de las cuerdas superior e inferior, y dependiendo de sus posiciones se llaman verticales o diagonales. Tirantes. En base al tipo de los esfuerzos, son los miembros sometidos a tensin. Puntales. En base al tipo de los esfuerzos, son los miembros sometidos a compresin. Junta de taln y Cumbrera. La junta en el apoyo de una armadura triangular se llama junta de taln, y la junta en el pico mas alto se llama cumbrera. Nudos. Son los puntos en donde se unen los miembros del alma con la cuerda superior e inferior

Nave o Entre eje. Es la porcin de un techo comprendida entre dos armaduras. Puesto que los largueros de techo se extienden de armadura a armadura, la longitud de la nave corresponde a la longitud de un larguero de techo. Independientemente de la configuracin que se emplea, la carga del techo se transfiere a los nudos de la armadura, generalmente por medio de los largueros. Panel. Es aquella porcin de una armadura que se encuentra comprendida entre dos juntas consecutivas de la cuerda superior. Larguero de techo. Es la viga que va de una armadura a otra descansando en la cuerda superior. Uno de los tipos ms comunes de estructuraciones de techos se muestra en la figura 7.2 (armadura tipo Howe) y en la figura 7.3. En este ejemplo la carga del techo se transfiere de la cubierta a las viguetas de techo; de estas a los largueros de techo y de los largueros de techo a los nudos de las armaduras.

Otra manera, mostrada es en la Figura 7.4, consiste en prolongar la cubierta de larguero a larguero omitiendo las viguetas de techo. Para este tipo de estructuracin, el ahorro por la omisin de las viguetas se compensa por el espesor requerido por las placas de la cubierta.

DISEO DE UN TIJERALLugar:TALLER DE ESTRUCUTURAS METALICAS LIMA-CALLAOAcero estructural:A36 (Fy = 2530 Kg/cm2)Longitud: L = 21 m. # de segmentos: = 5Altura: h = 6 m. Altura en medio: = 2 mVelocidad de viento = 40 a 75 Km/h (Elegimos el ms crtico)

DISEO DE LA CUBIERTADistancia entre ejes: = 5.5 m. Inclinacin = Arctan (6/10.5) = 29.74 (aprox. 30) Lado inclinado= 12.10 m.

METRADO DE CARGASA. CARGA DE VIENTO. (N)Velocidad de la zona:

Velocidad de Diseo:

Carga del viento:

Factor de forma: Norma E.020COSTRUCCINBARLOVENTOSOTAVENTO

Superficies inclinadas entre 15 a 60+0.70-0.30-0.60

Cuadro de clculo de presionesPUNTOALTURA (m)Vh (Km/h)CONDICINCPh (kg/m2)

C1C2Ph1Ph2

11582.00BARLOVENTO+0.70-0.30+23.53-10.09

22591.75BARLOVENTO+0.70-0.30+29.46-12.63

22591.75SOTAVENTO-0.60-25.25

31582.00SOTAVENTO-0.60-20.17

Ancho tributario = 5.50 m Ph (kg/m2)Carga de Viento (kg/m)

+23.53140.42

+29.46162.03

-25.25-138.88

-20.17-110.94

B. CARGA VIVA. (CV)Para techos con coberturas livianas., cualquiera sea su pendiente, 0,30 kPa (30 kg/m2)rea en planta:Ancho tributario = 5.50 m(kg/m2)Carga Viva (kg/m)

30165.00

C. CARGA VIVA REDUCIDA. (CVR)Se suele una sobrecarga de 10 Kg/m2 por metro cuadrado de rea de planta aproximadamente:rea en planta:Ancho tributario = 5.50 m (kg/m2)Carga Viva Reducida(kg/m)

1055.00

D. CARGA MUERTA. (CM)Peso del material de la cubierta. Peso = 35 Kg/m2Peso de las Viguetas.Peso = 15 Kg/m2Peso de la armadura.Peso = 45 Kg/m2Ancho tributario = 5.50 m (kg/m2)Carga Muerta (kg/m)

95.00522.50

E. CARGA DE NIEVE.QS= 40 kg/m2Para techos a dos aguas con inclinaciones entre 15 a 30 Qt = 0.80 QsQt = Qs x 0.80 = 32 kg/m2Ancho tributario = 5.50 m

(kg/m2)Carga Nieve (kg/m)

32176.00

Cuadro resumen de cargasCARGAS (kg/m) (Tn/m)

Carga de viento 140.420.140

Carga de viento162.030.162

Carga de viento-138.88-0.139

Carga de viento-110.94-0.111

Carga viva165.000.165

Carga viva reducida55.000.055

Carga muerta522.500.523

Carga de Nieve175.000.175

En el Ram Elements v8i.

ANALIZAMOS POR CADA COMBINACIN DE CARGA.Combinacin De Carga De Mayor CargasD1 = 1.4 CMD3 = 1.2 CM + 1.6 CV + 0.5 CSVD4 = 1.2 CM + 1.6 CV + 0.5 ND8 = 1.2 CM + 1.6 CSV + 0.8 VD10 = 1.2 CM + 1.6 N + 0.8 V

ND1D3D4D8D10

1MAX36.6145.9548.9536.2945.89

MIN36.6145.9548.9536.2945.89

2MAX42.5953.4656.9544.155.27

MIN42.5953.4656.9544.155.27

3MAX48.4160.7764.7451.6764.37

MIN48.4160.7764.7451.6764.37

4MAX53.5667.2371.6158.3172.35

MIN53.5667.2371.6158.3172.35

5MAX53.5667.2371.6158.472.44

MIN53.5667.2371.6158.472.44

6MAX-34.02-42.7-45.49-33.88-42.8

MIN-34.78-43.66-46.51-34.71-43.83

7MAX-40.87-51.3-54.65-42.3-53.01

MIN-41.63-52.26-55.67-43.13-54.04

8MAX-47.64-59.81-63.71-50.62-63.11

MIN-48.41-60.76-64.73-51.44-64.14

9MAX-54.23-68.08-72.52-58.7-72.92

MIN-55-69.04-73.54-59.52-73.94

10MAX-60.05-75.38-80.3-65.8-81.54

MIN-60.81-76.34-81.32-66.62-82.56

11MAX32.640.9243.5932.5741.12

MIN32.640.9243.5932.5741.12

12MAX9.0311.3312.0711.4413.81

MIN9.0311.3312.0711.4413.81

13MAX6.668.358.98.4210.17

MIN6.668.358.98.4210.17

14MAX4.245.325.665.336.44

MIN4.245.325.665.336.44

15MAX1.541.932.061.922.33

MIN1.541.932.061.922.33

16MAX-10.53-13.22-14.08-13.14-15.9

MIN-10.53-13.22-14.08-13.14-15.9

17MAX-8.65-10.86-11.57-10.82-13.09

MIN-8.65-10.86-11.57-10.82-13.09

18MAX-6.97-8.75-9.32-8.75-10.58

MIN-6.97-8.75-9.32-8.75-10.58

19MAX-5.28-6.63-7.06-6.63-8.02

MIN-5.28-6.63-7.06-6.63-8.02

20MAX36.6145.9548.9533.8743.47

MIN36.6145.9548.9533.8743.47

21MAX42.5953.4656.953950.17

MIN42.5953.4656.953950.17

22MAX48.4160.7764.7443.7556.45

MIN48.4160.7764.7443.7556.45

23MAX53.5667.2371.6147.8161.86

MIN53.5667.2371.6147.8161.86

24MAX53.5667.2371.6147.8761.91

MIN53.5667.2371.6147.8761.91

25MAX-34.02-42.7-45.49-34.1-43.02

MIN-34.78-43.66-46.51-34.77-43.89

26MAX-40.87-51.3-54.65-39.13-49.85

MIN-41.63-52.26-55.67-39.81-50.73

27MAX-47.64-59.81-63.71-44.18-56.67

MIN-48.41-60.76-64.73-44.85-57.55

28MAX-54.23-68.08-72.52-49.16-63.38

MIN-55-69.04-73.54-49.84-64.26

29MAX-60.05-75.38-80.3-53.63-69.37

MIN-60.81-76.34-81.32-54.31-70.26

30MAX9.0311.3312.077.089.45

MIN9.0311.3312.077.089.45

31MAX6.668.358.95.126.86

MIN6.668.358.95.126.86

32MAX4.245.325.663.224.33

MIN4.245.325.663.224.33

33MAX1.541.932.061.171.58

MIN1.541.932.061.171.58

34MAX-10.53-13.22-14.08-8.59-11.36

MIN-10.53-13.22-14.08-8.59-11.36

35MAX-8.65-10.86-11.57-6.89-9.16

MIN-8.65-10.86-11.57-6.89-9.16

36MAX-6.97-8.75-9.32-5.42-7.25

MIN-6.97-8.75-9.32-5.42-7.25

37MAX-5.28-6.63-7.06-4.04-5.42

MIN-5.28-6.63-7.06-4.04-5.42

ESQUEMA DE LA CERCHA

CARGAS AXIALES FINALESDe todas las combinaciones de cargas se conforma las cargas axiales maximas para el diseo de la cercha .1MAX48.94D414MAX6.44D1026MAX-49.85D10

MIN45.89D10MIN6.44D10MIN-55.67D4

2MAX56.94D415MAX2.33D1027MAX-56.67D10

MIN55.27D10MIN2.33D10MIN-64.73D4

3MAX64.73D416MAX-15.9D1028MAX-63.38D10

MIN64.37D10MIN-15.9D10MIN-73.54D4

4MAX72.35D1017MAX-13.09D1029MAX-69.37D10

MIN72.35D10MIN-13.09D10MIN-81.32D4

5MAX72.44D1018MAX-10.58D1030MAX12.07D4

MIN72.44D10MIN-10.58D10MIN9.45D10

6MAX-42.8D1019MAX-8.02D1031MAX8.9D4

MIN-46.51D4MIN-8.02D10MIN6.86D10

7MAX-53.01D1020MAX48.94D432MAX5.66D4

MIN-55.67D4MIN43.47D10MIN4.33D10

8MAX-63.11D1021MAX56.94D433MAX2.06D4

MIN-64.73D4MIN50.17D10MIN1.58D10

9MAX-72.92D1022MAX64.73D434MAX-11.36D10

MIN-73.94D10MIN56.45D10MIN-14.04D4

10MAX-81.54D1023MAX71.6D435MAX-9.16D10

MIN-82.56D10MIN61.86D10MIN-11.53D4

11MAX43.59D424MAX71.61D436MAX-7.25D10

MIN41.12D10MIN61.91D10MIN-9.3D4

12MAX13.81D1025MAX-43.02D1037MAX-5.42D10

MIN13.81D10MIN-46.51D4MIN-7.06D4

13MAX10.17D10

MIN10.17D10

DISEO DE LA CERCHADiseo de elementos a Traccin.Elemento 1 y 20

Area de acero:

Se disea con 2L ( 5 x 3 1/2 x 1/4 ) Ag = 26.65 cm2

Elementos 2 y 21

Area de acero:

Se disea con 2L (3 1/2 x 3 x 3/8)Ag = 29.87 cm2 Diseo de elementos a Traccin.

Elemento 3 y 22

Area de acero:

Se disea con 2L (3 1/2 x 3 1/2 x 3/8) Ag = 32.26 cm2

Elementos 4

Area de acero:

Se disea con 2L (4" x 4 x 3/8)Ag = 36.84 cm2 Diseo de elementos a Traccin.

Elemento 23

Area de acero:

Se disea con 2L (4" x 4 x 3/8)Ag = 36.84 cm2

Elementos 5

Area de acero:

Se disea con 2L (4" x 4 x 3/8)Ag = 36.84 cm2Diseo de elementos a Traccin.

Elemento 24

Area de acero:

Se disea con 2L (4" x 4 x 3/8)Ag = 36.84 cm2

Elementos 11

Area de acero:

Se disea con 2L (3 1/2 x 3 1/2 x 1/4)Ag = 22.00 cm2 Diseo de elementos a Traccin.

Elemento 12

Area de acero:

Se disea con 2L ( 2 x 2 x 1/4 ) Ag = 12.20cm2

Elementos 30

Area de acero:

Se disea con 2L ( 2 x 2 x 1/4 ) Ag = 12.20cm2 Diseo de elementos a Traccin.

Elemento 13

Area de acero:

Se disea con 2L ( 2 x 2 x 1/4 ) Ag = 12.20cm2

Elementos 31

Area de acero:

Se disea con 2L ( 2 x 2 x 1/4 ) Ag = 12.20cm2 Diseo de elementos a Traccin.

Elemento 14

Area de acero:

Se disea con 2L ( 2 x 2 x 1/4 ) Ag = 12.20cm2

Elementos 32

Area de acero:

Se disea con 2L ( 2 x 2 x 1/4 ) Ag = 12.20cm2 Diseo de elementos a Traccin.

Elemento 15

Area de acero:

Se disea con 2L ( 2 x 2 x 1/4 ) Ag = 12.20cm2

Elementos 33

Area de acero:

Se disea con 2L ( 2 x 2 x 1/4 ) Ag = 12.20cm2 PERFILES DE LA CERCHA

G2

G3G4

G1

NPERFIL DE DISEOPERFIL CORREGIDO

G12L (4" x 4 x 3/8)2L 5 x 5 x 1/2

G22L ( 5 x 3 1/2 x 1/4 )2L 6 x 6 x 3/8

G32L ( 2 x 2 x 1/4 )2 L 21/2 x 2 1/2 x 3/4

G42L (3 1/2 x 3 1/2 x 1/4)2L 5 x 5 x 5/16

DISEO DE VIGUETAS

CONCLUSIONES: De una manera general, podemos concluir que las armaduras, cerchas o celosas tienen una funcin muy importante en las aplicaciones de la ingeniera ya que mediante estas se solventan los problemas que pueden existir en construcciones de grandes luces o en maquinaria que se disea para soportar cargas muy elevadas. La carga que debe soportar la armadura debe estar aplicada sobre los nodos ya que estos trabajan a traccin y compresin lo que permite un aprovechamiento del material evitando los negativos efectos de la flexin general y su marcada deflexin. De acuerdo con el presente trabajo una de las conclusiones consiste en que las cargas vivas y muertas, empleados para el anlisis de la estructura son una buena medida, para estimar las cargas que pueden o no actuar sobre ella, ya que en la mayora las cargas muertas son casi constantes en las armaduras para techo, resaltando as el de las cargas vivas, en donde estas pueden variar de una zona a otra, para ello depender ya del mismo constructor tomar las medidas necesarias para la determinacin de las fuerzas actuantes en la estructura, escogiendo en todo caso la condicin ms crtica en su funcionamiento. En cuanto a la inclinacin de techos, es recomendable adoptar un valor de 6:12 una inclinacin de con el objeto de hacer un techo ms econmico posible, puesto que inclinaciones muy altas presentan desventajas como mayor fuerza del viento, teniendo que usar perfiles ms grandes con mayor costo.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS:1. http://www.monografias.com/trabajos-pdf2/diseno-armaduras-techo/diseno- armaduras-techo.pdf

2. Hibbeler, R.C. Mecnica vectorial para ingenieros: ESTTICA. Decimosegunda edicin. Editorial Pearson educacin, Mxico, 2010.

3. Ferdinand P. Beer. E. Russel Johnston. Mecnica vectorial para ingenieros: ESTTICA. Octava edicin. Editorial Mc. Graw-Hill. Espaa, 2007.

4. http://www.tec-digital.itcr.ac.cr/file/2871924/Armaduras_de_acero.pdf

5. http://es.slideshare.net/deibyrequenamarcelo/armaduras-y-tipos-de-armaduras-para-techos

TIPOS DE ARMADURAS12