INSTITUTO TECNOLOGICO Y DE ESTUDIOS...

Proyecto 2 Fecha de entrega: 4 de Mayo de 2010

INSTITUTO TECNOLOGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY

DIVISION DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL

PROYECTO 2

DISEÑO DE EDIFICIO DE OFICINAS

STARK CONSTRUCCIONES S.A. DE C.V.

Equipo número #12

Concepto Ponderación

Presentación / 5%

Introducción / 5%

Investigación / 5%

Procedimiento / 30%

Cálculos y resultados / 35%

Planos y/o croquis / 13%

Conclusiones personales / 5%

Bibliografía / 2%

Total / 100%

Omar Ulises del Carmen Cortez 1062408

Andrés Quirarte Dayarse 1095415

Fernando Miguel Quesada Rojas 1100757

Diseño de estructuras de Acero 2do Proyecto

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Índice

1.- Introducción. .................................................................................................................................. 4 1.1.- Estructuración ............................................................................................................................. 4 1.2.- Criterios de diseño ...................................................................................................................... 4 1.2.1.- Diseño elástico ......................................................................................................................... 4 1.2.2.- Diseño plástico ......................................................................................................................... 5 1.2.3.- Estados límite de resistencia. ................................................................................................... 6 1.2.4.- Condiciones de servicio ............................................................................................................ 7 1.3.- Materiales. .................................................................................................................................. 8 1.4.- Especificaciones de Diseño ......................................................................................................... 9 2.- Cargas gravitacionales. ................................................................................................................. 10 2.1.- Cargas muertas. ........................................................................................................................ 10 2.2.- Cargas vivas. .............................................................................................................................. 11 2.3.- Peso por elevador. .................................................................................................................... 11 3.- Cargas de Viento .......................................................................................................................... 13 3.2.- Determinación de la velocidad básica de diseño ...................................................................... 13 4.- Cargas de Sismo. .......................................................................................................................... 30 4.1.- Datos de sitio. ........................................................................................................................... 30 4.2.- Factores dependientes del sitio. ............................................................................................... 31 4.3.- Construcción del espectro de diseño. ....................................................................................... 33 4.4.- Fuerzas estáticas equivalentes.................................................................................................. 35 5.- Diseño .......................................................................................................................................... 38 5.1.- Viga secundaria crítica. ............................................................................................................. 38 5.2.- Viga principal crítica (lateral). ................................................................................................... 39 5.3.- Diseño de Columna Interior (cargas de gravedad) ................................................................... 41 5.4.-Diseño columna de borde crítica. .............................................................................................. 44 5.5.- Diseño columna de esquina crítica. .......................................................................................... 46 5.6.- Conexión entre viga secundaria y viga principal. ...................................................................... 49 5.7.- Conexión entre contravientos concéntricos y viga principal. ................................................... 52 5.8.- Conexión entre contraviento concéntrico, viga y columna. ..................................................... 63 5.9.- Conexión entre contraviento concéntrico y columna en la base del edificio. .......................... 68 6.- Conclusiones. ............................................................................................................................... 71 7.- Referencias. .................................................................................................................................. 75 8.- Planos. .......................................................................................................................................... 76 9.- Reportes. ...................................................................................................................................... 83


2

Índice de figuras.

Figura 1.- Elevador. ........................................................................................................................... 12

Figura 2.- Mapa de Isotacas para Periodo de Retorno de 50 años. .................................................. 15

Figura 3.- Acción del viento en X. ...................................................................................................... 21

Figura 4.- Acción del viento en Y. ...................................................................................................... 25

Figura 5.- Aceleraciones máximas del terreno en fracciones de gravedad. ..................................... 31

Figura 6.- Espectro de aceleraciones. ................................................................................................ 35

Figura 7.- Fuerzas sísmicas en un edificio. ........................................................................................ 36

Figura 8.- Configuración de estructura para columna de interior a diseñar. .................................... 41

Figura 9.- Dimensionamiento propuesto por sección 10. ................................................................. 50

Figura 10.- Conexión viga principal- viga secundaria tornillos db=3/4”. ........................................... 52

Figura 11.- Conexión viga-contraviento, viga lateral #31, contraviento #5 primer piso. .................. 63

Figura 12.- Conexión viga-columna-contraviento, viga lateral #31, contraviento #5 segundo piso y

columna #3 segundo piso.................................................................................................................. 68


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Índice de tablas.

Tabla 1.- Relación de cargas muertas para azotea. ........................................................................... 10

Tabla 2.- Cargas para entrepiso ......................................................................................................... 10

Tabla 3.- Cargas vivas. ....................................................................................................................... 11

Tabla 4.- Parametros de elevador ..................................................................................................... 11

Tabla 5.- Tabla 2.- Cargas para entrepiso .......................................................................................... 16

Tabla 6.- Factor de topografía. .......................................................................................................... 17

Tabla 7.- Relación altitud y presión. .................................................................................................. 18

Tabla 8.- Factor de reducción para techos y muros. ......................................................................... 19

Tabla 9.- Coeficientes de presión exterior C paramuros MB y MS. .................................................. 20

Tabla 10.- Coeficiente para presión esterios. .................................................................................... 20

Tabla 11.- Construcciones con planta rectangular cerrada. Cubierta <10° ...................................... 21

Tabla 12.- Normal a generatrices. ..................................................................................................... 22

Tabla 13.- Normal a generatrices z<13.6. ......................................................................................... 22


Tabla 15.- Normal a generatrices z<20.8 .......................................................................................... 23



Tabla 18.- Normal a generatrices en techo. ...................................................................................... 25

Tabla 19.- Paralela a las generatrices. ............................................................................................... 26

Tabla 20.- Paralela a las generatrices z<1.6. ..................................................................................... 26

Tabla 21 Paralela a las generatrices z<17.2. ..................................................................................... 27

Tabla 22.- Paralela a las generatrices z<20.8 .................................................................................... 27

Tabla 23.- Paralela a las generatrices z<24.4. ................................................................................... 28

Tabla 24.- Paralela a las generatrices z<26.1. ................................................................................... 28

Tabla 25.- Paralela a las generatrices en techo. ................................................................................ 29

Tabla 26.- Factores de sitio Fs. .......................................................................................................... 31

Tabla 27.- Factores de respuesta Fr. ................................................................................................. 32

Tabla 28.- Factores F’nl. .................................................................................................................... 32

Tabla 29.- Factores F’v....................................................................................................................... 33

Tabla 30.- Fuerzas estáticas equivalentes por piso. .......................................................................... 37


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1.- Introducción.

Se construirá un edificio de oficinas de 6 niveles en la ciudad de Colima, Colima. Se le he

solicitado a la empresa Stark Construcciones el diseño estructural del mismo, para ello se ha de

considerar la geometría y diseño arquitectónico presentado en los planos del propietario y los

estudios de suelo y geológicos para las consideraciones de fuerzas sísmicas, así pues habrá que

tomar en cuenta las características del sitio y estructura para la incidencia de fuerzas de viento.

Dada la ubicación de la construcción se tendrá especial cuidado en el cálculo y consideraciones de

las fuerzas sísmicas.

1.1.- Estructuración

La estructura de acero de un edificio de pisos múltiples debe realizarse dentro de las

limitaciones impuestas por el proyecto arquitectónico contar con la rigidez adecuada, ser

económica y segura. Es importante considerar las fuerzas de viento en el diseño de los marcos en

edificios, estos marcos deben tener elementos que le brinden mayos rigidez y se les denomina

contraventeados. De igual forma para las fuerzas ejercidas por las aceleraciones producto del

sismo (Gaylord, 1980).

El diseño de nuestro edificio está ya definido por el proyecto arquitectónico, para el diseño

de los elementos fue necesario la consideración de viento y sismos según el manual de

construcciones civiles de la CFE (2008). Se podrán ver los detalles de la estructura en los planos

anexos al final de este reporte.

1.2.- Criterios de diseño

Para el diseño de elementos estructurales estos deben resistir las cargas aplicadas y a su

vez ser económicamente viables. Esto último suele significar el menor peso posible de los

materiales de construcción. Para el análisis estructural existen diversos métodos:

1.2.1.- Diseño elástico

Para el diseño elástico de elementos, también llamado de esfuerzos permisibles (ASD), se

suele seleccionar un perfil con propiedades de sección suficientemente altas para prevenir los

esfuerzos máximos, estos esfuerzos estarán dentro del rango elástico del material y serán

menores a los de fluencia. Las cargas consideradas para este análisis serán las de servicio (Segui,

1999). Cuando ya se ha seleccionado el esfuerzo permisible debe ser igual o menor que le

resistencia requerida:


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Ra≤Rn/Ω

Donde:

Diseño plástico Ra es el esfuerzo requerido según el análisis con las combinaciones de

carga pertinentes, Rn es la resistencia nominal según especificaciones y Ω es el factor de seguridad

específico para cada estado límite (AISC, 2008). En el manual aparecen tabulados los valores de

Rn/Ω de esfuerzos permisibles para el ASD.

1.2.2.- Diseño plástico

Este diseño se fundamenta en considerar más relevante las condiciones de falla que las

condiciones de carga, o sea la resistencia; así pues un elemento estructural es elegido

considerando que la estructura fallara con una carga mayor a la carga de trabajo, esto significa que

habrá grandes deformaciones.

El termino plástico se aplica pues al ser grandes deformaciones se llegara al elemento a al

rango plástico de deformaciones, en estos puntos se crean mecanismos de falla. Para evitar el

colapso de la estructura las cargas actuantes serán menores a las de falla al ser multiplicadas por

un factor de carga. Dado lo anterior el proceso de diseño sería:

1.- Multiplicar las cargas actuantes.

2.- Determinar las propiedades de sección necesaria para resistir la falla con esas cargas.

3.- Seleccionar la sección más ligera que cumpla con esas propiedades.

El diseño por factores de carga y resistencia (LRFD) es similar al diseño plástico pues

considera las condiciones da falla. Los factores (f) se aplican a las cargas de servicio y se

seleccionan miembros que soportaran las cargas factorizadas (AISC, 2008), además la resistencia

teórica del material es reducida por un factor de resistencia y se busca satisfacer:

Carga factorizada ≤ Resistencia factorizada

Aplicado a las diferentes cargas que intervienen en el diseño (con diferentes factores):

Σ(Cargas x Factores) ≤ Resistencia x Factores de resistencia (Segui, 1999).

Esta igualdad puede representarse por la siguiente ecuación tomada del manual de la AISC

(2008):

Ru≤ φRn


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Donde:

Ru es la resistencia determinada por el análisis con LRFD y los factores pertinentes para las

combinaciones de carga, Rn es la resistencia nominal según especificaciones y φ es el factor de

resistencia dado por el manual por un estado límite particular.

En el manual del AISC (2008) aparecen tabulados los valores de φRn para diseño por LRFD.

1.2.3.- Estados límite de resistencia.

Los estados límite de resistencia están relacionados a las cargas extremas que los

elementos de acero pueden soportar durante toda la vida estimada de la estructura. Estos están

completamente enfocados a la seguridad de estos elementos (Gaylord, 1980).

Pandeo por Flexión: Dado que los esfuerzos de flexión son de compresión sobre una parte

del peralte de la viga se puede generar pandeo local del alma.

Fractura de los elementos en tensión: Este estado límite corresponde a elementos sujetos

a fuerza axial únicamente, mismas que tienden a alargar los elementos hasta que no resisten más

y se fracturan. Es importante mencionar que estas fuerzas son completamente uniformes a lo

largo de toda la sección y a través de toda su sección transversal.

Pandeo de columnas: Las columnas son miembros sujetos a carga axial de compresión.

Para estos elementos existe un valor especifico de carga para la cual se vuelve inestable, se

entiende por inestable que para dicha carga la columna puede empezar a flexionarse, aun sin

momento aparente que inicie dicha flexión.

Este fenómeno se presenta como: elástico, inelástico, local y torsional. Un factor

importante son las condiciones de apoyo, momento y carga bajo los cuales este el miembro.

Pandeo lateral-torsional de vigas: Este modo de falla se caracteriza cuando las vigas son

diseñadas en base a perfiles dimensionados en forma que el eje principal de inercia mayor es más

grande considerablemente respecto al eje principal de inercia menor con el fin de producir perfiles

más económicos. Esta característica da una pobre resistencia a torsión y flexión alrededor del eje

débil. Esto se puede evitar manteniendo alineado el elemento con otros miembros constructivos.

Ruptura en la conexión: El tipo de conexión se establece en base, entre otros parámetros,

a un determinado comportamiento de los nudos de la estructura. En las construcciones de acero

se tienen muchos tipos de conexiones en consideración a la geometría y cargas. Cada conexión


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tiene que cumplir una serie de requisitos para asegurar su ductilidad, rotación y capacidad de

tomar momentos, cortes y cargas axiales, y estas pueden ser atornilladas o soldadas. Basados en

las anteriores condiciones podemos observar los siguientes estados de falla:

-Conexiones Atornilladas

1. Fluencia en la Placa de unión.

2. Falla por corte en los tornillos.

3. Aplastamiento en la placa de unión.

4. Desgarramiento en la placa de unión.

5. Ruptura en la placa de unión.

-Conexiones soldadas

1. Fluencia en la soldadura.

2. Ruptura en soldadura.

3. Ruptura del material base o la placa de conexión.

4. Fluencia en placa de conexión.

1.2.4.- Condiciones de servicio

El servicio es un estado en el que la función de la edificación, su apariencia,

mantenimiento, durabilidad y comodidad de sus ocupantes se conservan bajo condiciones de uso

normal. Los valores límites de comportamiento estructural para asegurar las condiciones de

servicio (deflexiones máximas, aceleraciones, etc.) deben escogerse en función del uso de la

estructura (Amarengo, 2009). Es importante considerar las diferentes necesidades que un tipo de

estructura presente y los ocupantes que albergará, dentro de los factores a considerar están:

Flecha: Deben considerarse flechas cuando las deflexiones al nivel adecuado de carga

presentan un problema de condiciones de servicio. Esta exigencia debe colocarse en los planos.

Las vigas y armaduras detalladas sin especificaciones de flecha deberán fabricarse para que

después del montaje, cualquier flecha debido a la laminación o a la fabricación quede en sentido

ascendente. Si la flecha implica el montaje de cualquier elemento con una precarga, esto deberá

indicarse en los planos.


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Expansión y Contracción: Deberán considerarse detalles que permitan una adecuada

expansión y contracción para las condiciones de servicio de la estructura.

Deflexiones: Las deflexiones en elementos y sistemas estructurales debido a cargas de

servicio no deben afectar las condiciones de servicio de la estructura.

Vibración de Piso: La vibración debe considerarse en el diseño de vigas que soportan

grandes áreas sin tabiques u otra fuente de amortiguamiento donde la vibración excesiva debido

al tráfico peatonal o de otras fuentes dentro de la edificación no sea aceptable.

Desplazamientos Laterales: Los desplazamientos laterales de las estructuras en

concordancia con las cargas de sismo o viento especificadas en las Normas Técnicas de

Edificaciones correspondientes deben evitar el contacto con estructuras adyacentes y no deben

exceder los valores límites de dichos desplazamientos especificados en las normas.

Deslizamiento en las conexiones: El efecto del deslizamiento en las conexiones se debe de

considerar en el diseño cuando el deslizamiento en las conexiones por tornillos pueda ocasionar

deformaciones de servicio que desemparejen la estructura.

Expansión y contracción: En este estado límite de servicio se ven involucrados los efectos

de expansiones y contracciones térmicas. Estos efectos deben de ser considerados debido al

efecto que puede ocasionar en el revestimiento, dañándolo y permitiendo fugas de agua que

pueden llevar a corrosión.

Movimientos inducidos por viento: Es importante considerar el movimiento que puede

ocasionar el viento en la estructura. Esto afecta la comodidad del usuario. Para estructuras altas

como edificios y naves industriales es indispensable considerarlo debido a su constante presencia.

Combadura: Este estado límite de servicio se refiere a crear el elemento estructural con

una flecha inicial, de tal manera que al formar parte de la estructura y verse afectado por las

cargas, recupere su posición original. De esta forma evitamos que la deflexión generada sea

apreciable para el público y no genere desconfianza.

1.3.- Materiales.

Lámina galvanizada formada en frío de acuerdo a las normas ASTM-A570 o ASTM-A607.

Acero estructural A36 ó A992.

Mampostería en muros, si así lo indican los planos.


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Concreto para la cimentación y la losa de resistencia mínima a la compresión de 250 kg/cm2.

Usar sólo perfiles disponibles en México (Manual IMCA) o fabricarlos de tres placas.

Tornillos A325.

Soldadura E70.

Acero de refuerzo Grado 42 (fy = 4,200 kg/cm2).

1.4.- Especificaciones de Diseño

Cargas. Se deberán considerar cargas muertas, vivas y accidentales de viento y sismo. Para la

determinación de las cargas de viento y sismo se utilizará el Manual de Obras Civiles de la CFE,

2008, (Manual de Diseño por Viento y Manual de Diseño por Sismo).

Sistema de piso. Consistirá en vigas secundarias actuando en forma compuesta con la losa de

concreto reforzado con o sin lámina. Los conectores de corte a emplear serán del tipo Nelson.

Especificaciones para Acero Estructural. Las especificaciones de diseño correspondientes a los

elementos de acero estructural serán las correspondientes a la 13ª edición del AISC.

Especificaciones para Concreto Reforzado correspondientes al reglamento ACI ACI 318-08.

Software. El diseño se hará usando el software RAM Structural System sólo o en conjunto con

RAM Elements.


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2.- Cargas gravitacionales.

El análisis de cargas gravitacionales es un procedimiento que permite conocer las cargas

que se ejercen sobre los distintos elementos estructurales que integran la construcción debido a

su funcionamiento. Es decir, las cargas vivas y muertas que en ella actúan durante la operación

usual del edificio.

Para llevar a cabo dicho procedimiento es necesario determinar el peso de cada uno de los

elementos de la estructura, así como considerar algunas cargas como pudieran ser objetos de

peso apreciable.

2.1.- Cargas muertas.

Para las cargas muertas se tomó la siguiente relación de cargas para azote y entrepiso

respectivamente.

Azotea

Tabla 1.- Relación de cargas muertas para azotea.

Elemento Peralte γ mat CM

Impermeabilizante - - 15

Mortero 0.02 2100 42

Relleno 0.76 1550 1.3

Instalaciones y plafon - - 45

Carga por losa 20

Carga por mortero 20

Total 143.3

Entre piso

Tabla 2.- Cargas para entrepiso

Elemento Peralte γ mat CM

Piso de granzón 0.025 2500 62.5

Mortero 0.025 2100 52.5

Muro divisorio yeso - - 100

Instalaciones y plafon - - 45

Carga por losa 20

Carga por mortero 20

Total 300


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2.2.- Cargas vivas.

La determinación de la carga viva se hizo en base a lo establecido en el RCDF, de donde se

obtuvieron los valores correspondientes a las cargas a utilizar, los cuales se mostrarán a

continuación:

Tabla 3.- Cargas vivas.

Tipo Carga viva (kg/m2)

Azotea 100

Baños 170

Pasillos 350

Escaleras 350

Elevadores 350

Oficinas 250

La obtención de la carga viva correspondiente para la azotea fue hecha en base a la

simple elección del valor proporcionado por el RCDF en donde se determino que el valor sería el

correspondiente a una azotea con una pendiente menor a 5%, dado que para efectos de diseño se

considero una pendiente de 2%, de modo que la carga viva para azotea es de 100 kg/m2

2.3.- Peso por elevador.

Para el caso los ascensores, las características geométricas y técnicas son proporcionados

por el proveedor. En nuestro caso se tomó en cuenta un ascensor de la compañía Comsa. Dicho

modelo es un elevador de pasajeros de tracción con las siguientes características:

Tabla 4.- Parametros de elevador


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Figura 1.- Elevador.

Tomando en cuenta la información anterior y dado que las medidas propuestas para el

cubo del elevador son de 2.5m x 2.5m con altura de 2.70m, se propuso utilizar la penúltima

opción, el cual tiene una capacidad de 16 pasajeros es decir de 1500kg, tomando en cuenta el

peso del cuarto de máquinas, y dimensiones de 2.7m x 2.35m. Dentro de lo que se marca como

sobre altura, se requiere un claro de 4.5m, y ya que tenemos solamente 3.6m es posible arreglarlo

con el proveedor de modo que el elevador cumpla con los requerimientos.

Dado que el cuarto de máquinas descansara sobre las trabes intermedias ubicadas en la

losa de azotea, se considerará para el análisis como una carga puntual al centro del claro, sobre

dicha trabe, con una magnitud de 1500 kg.

*Las combinaciones de carga fueron realizadas por medio del Software RAM Frame Vi8


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3.- Cargas de Viento

Para el cálculo de las cargas provocadas por la acción del viento en la estructura, se siguió

el procedimiento indicado en el Manual de Diseño por Viento de la CFE (2008).

3.1.- Criterios para diseño por viento

Clasificación de acuerdo a su importancia

Por tratarse de un edificio de oficinas y/o departamentos pertenece al Grupo B en el cual

se encuentran las estructuras que requieren un grado de seguridad moderado, y que al fallar,

generan baja pérdida de vidas humanas y que ocasionan daños materiales de magnitud

intermedia.

Clasificación de acuerdo a su respuesta ante la acción del viento

Este tipo de edificaciones son poco sensibles a las ráfagas y a los efectos dinámicos del

viento. Además, la relación de esbeltez de nuestra edificación es menor a 5 (λ = 1.044), por lo que

entraría en el Tipo 1.

Acciones del viento a considerarse

Para el diseño de estructuras pertenecientes al Tipo 1, basta analizar la respuesta del a

estructura ante el empuje medio del viento, el cual es causado por presiones y succiones del flujo

medio del viento, tanto exteriores como interiores y generan presiones globales y locales. Se

considera que estos empujes no varían con el tiempo.

Procedimiento para evaluar las acciones generadas por viento

El manual de la CFE proponen 2 procedimientos: el análisis estático y el análisis dinámico.

El primero se aplica a estructuras o elementos estructurales suficientemente rígidos del Tipo 1, por

lo tanto se aplicará dicho procedimiento.

3.2.- Determinación de la velocidad básica de diseño

La velocidad básica de diseño, VD, es la velocidad a partir de la cual se calculan los efectos

del viento sobre la estructura y se obtiene con la siguiente ecuación:


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En donde:

Vd es la velocidad básica de diseño, en km/hr,

Frz el factor que toma en cuenta el efecto de las características de exposición

local, adimensional,

Ft es el factor que depende de la topografía local, adimensional, y

Vro la velocidad regional de ráfaga que le corresponde al sitio en donde se

construirá la estructura, en km/hr

Categorías de terrenos según su rugosidad

Depende del grado de rugosidad que se presenta alrededor de la zona de desplante de la

estructura. El factor de exposición y el de topografía deben relacionarse con las características del

sitio de desplante.

En las especificaciones del proyecto no se hace referencia a las características del terreno

ni a su ubicación en la ciudad, por lo que al tratarse de un edificio destinado a oficinas se hará la

suposición de que este se encuentra dentro de la ciudad, en donde se encuentran numerosas

obstrucciones largas, altas y estrechamente espaciadas, por lo tanto es un terreno Categoría 4.

Velocidad Regional

Para obtener la velocidad regional, VR, se hará uso de los mapas de isotacas que aparecen

en el manual de la CFE. Para elegir el mapa de isotacas a utilizar, se debe tomar en cuenta la

importancia de la estructura ya que ésta se relaciona con el periodo de retorno fijo a considerar.


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Figura 2.- Mapa de Isotacas para Periodo de Retorno de 50 años.

Nuestra edificación se sitúa en la ciudad de Colima en el estado de Colima, a la cual le

corresponde una Velocidad Regional de 149 km/h a una altura de 10 m en un terreno tipo 2. Sin

embargo para obtener la Velocidad de Diseño, es necesario considerar los factores de exposición,

Frz, y de topografía FT.

Factor de exposición

Este factor establece la variación de la velocidad del viento con la altura, en función de la

categoría del terreno. Se obtiene con las siguientes expresiones:

(

)


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(

)

En donde:

Z = es la altura por encima del terreno natural, a la cual se desea conocer la velocidad

de diseño, en m.

α = el exponente que determina la forma de la variación de la velocidad del viento con la

altura, adimensional.

δ = la altura medida a partir del nivel del terreno de desplante, por encima de la cual la

variación de la velocidad del viento no es importante y puede suponerse constante; a esta

altura se le conoce como altura gradiente, en m. y

c = el coeficiente de escala de rugosidad, adimensional.

Los valores de α, δ y c, pueden ser obtenidos de la tabla 2.1 en función de la clasificación

del terreno. La cual en nuestro caso es de Tipo 4, considerando que el terreno se encuentra

cubierto por numerosas obstrucciones estrechamente espaciadas. Así obtenemos unos valores de

α= 0.17, δ=455 m y c= 0.815.

(

)

(

)

Tabla 5.- Tabla 6.- Cargas para entrepiso


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Factor de topografía

Este factor toma en cuenta el efecto topográfico local del sitio en donde se desplantará la

estructura. En la siguiente tabla se indican los valores del factor que le corresponden de acuerdo a

la topografía del terreno:

Tabla 7.- Factor de topografía.

Como se mencionó anteriormente, se hizo la suposición de que el edificio a construir

estará situado en un área urbana, por lo que la superficie se considerará prácticamente plana y

corresponderá un factor de topografía local de 1.0.

Por lo tanto ya es posible calcular la Velocidad de Diseño:

( )( )( )

3.3.- Determinación de la presión dinámica de base

Cuando el viento actúa sobre una construcción, genera presiones sobre sus superficies,

que varían según la intensidad de la velocidad y la dirección del viento. La presión que ejerce el

flujo del viento sobre una superficie plana perpendicular a él, se denomina presión dinámica de

base, qz, y se determina con la siguiente ecuación:

(

)


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En donde:

Vd es la velocidad básica de diseño, en km/hr,

qz la presión dinámica de base a una altura z sobre el nivel del terreno, en Pa,

y

G el factor de corrección por temperatura y por altura con respecto al nivel del

mar, adimensional

Y en donde el valor de G es calculado mediante la siguiente expresión:

En donde:

Ω es la presión barométrica, en mm de Hg, y

τ la temperatura ambiental, en °C

A continuación se muestra una tabla en donde se presentan los valores que

relacionan la altitud en msnm y la presión barométrica en mm de Hg:

Colima se encuentra a una altura de 500 msnm, a la cual le corresponde una presión

barométrica de 720 mm de Hg y su temperatura promedio anual es de 25°C;

Tabla 8.- Relación altitud y presión.


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( )( )

Por lo tanto,

( )( )( )

3.4.- Determinación de las presiones actuantes sobre la estructura

La presión actuante sobre una estructura determinada, pz, se obtiene tomando en cuenta

su forma y está dada por la ecuación:

En donde Cp se le denomina coeficiente de presión y es adimensional.

De aquí se obtiene la ecuación para encontrar la presión exterior, pe, sobre una superficie

de una construcción cerrada:

El primero de los factores que se obtiene es el factor de reducción de presión por tamaño

de área, KA, el cual se obtiene de la siguiente tabla:

Tabla 9.- Factor de reducción para techos y muros.

Ya que para este tipo de estructuras la carga de viento no suele ser crítica, se tomará como

área tributaria la superficie total de cada entrepiso, por lo que para las presiones en el lado con el

ancho menor del edificio (áreas menores de 100 m2) se utilizara un factor de 0.9 y para las

presiones sobre el lado del ancho mayor (áreas mayores de 100 m2) de 0.8.


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Para el valor de KL se hace referencia a la sección 4.3.2.1.1 del reglamento, en cual indica

que cuando se está realizando el diseño global de la estructura dicho factor será igual a la unidad.

Por último para los valores de Cpe se utilizaran los valores de las siguientes tablas:

Tabla 10.- Coeficientes de presión exterior C paramuros MB y MS.

Tabla 11.- Coeficiente para presión esterios.


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3.5.- Viento en “x”

Tabla 12.- Construcciones con planta rectangular cerrada. Cubierta <10°

Figura 3.- Acción del viento en X.


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Tabla x.- Valores de α, δ y c

Tabla 13.- Normal a generatrices.

Tabla 14.- Normal a generatrices z<13.6.


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Tabla 16.- Normal a generatrices z<20.8


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25


3.6.- Viento en “y”

Tabla 19.- Normal a generatrices en techo.

Figura 4.- Acción del viento en Y.


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Tabla 20.- Paralela a las generatrices.

Tabla 21.- Paralela a las generatrices z<1.6.


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Tabla 22 Paralela a las generatrices z<17.2.

Tabla 23.- Paralela a las generatrices z<20.8


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29


Tabla 26.- Paralela a las generatrices en techo.


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4.- Cargas de Sismo.

El análisis sísmico del edificio se basa en reproducir los efectos producidos por las fuerzas

incidentales debidas a los sismos mediante la aplicación de fuerzas estáticas equivalentes sobre los

diafragmas de la estructura o sobre el centro de corte, estas se obtienen al conocer el

comportamiento de la zona donde se construirá y el tipo de suelo, además de los periodos

fundamentales de la estructura. Para establecer las fuerzas debemos conocer las aceleraciones a

las que las masas del edificio son sometidas durante un sismo; dada la dificultad de conocer etas

magnitudes en eventos aislados se crean espectros de diseño con el fin de establecer la

aceleración cuando el periodo del edificio y el este espectro son iguales.

Para el diseño del espectro de diseño se tomo como base el manual de Diseño de Obras

Civiles, Diseño por Sismo de la CFE (2008).

4.1.- Datos de sitio.

a0r = 85 cm/s2.

Ts = 0.6

ps = 0.5

Q = 4

Ro = 2.5

ρ = 1.25

De a cuerdo al manual nuestra estructura dadas sus características cumple con lo

siguiente:

Estructura grupo B Tipo 1

En la imagen X.1 podemos ver las aceleraciones máximas del terreno a lo largo de

diferentes zonas de la república mexicana, estos valores fueron medidos para suelos rocosos y el

espectro generado debe ser modificado por los factores mostrados más adelante.


31

Figura 5.- Aceleraciones máximas del terreno en fracciones de gravedad.

4.2.- Factores dependientes del sitio.

-Factor de distancia.

( )( )

= aceleración de referencia 400 cm/s2.

-Factor de sitio: relación entre aceleración máxima del suelo y la aceleración en terreno

rocoso, la obtenemos al interpolar de la siguiente tabla.

Tabla 27.- Factores de sitio Fs.

Donde ( ) ( )


32

y dado que

después de interpolar tenemos:

-Factor de respuesta: relación entre aceleración espectral máxima y la aceleración máxima

del suelo, se obtiene mediante interpolación en la tabla siguiente.

Tabla 28.- Factores de respuesta Fr.

-Factores de comportamiento no lineal del suelo: debidos a la reducción en la velocidad de

propagación de ondas.

•Factor de no linealidad: parámetro con que se reducen las ordenadas del espectro por

amortiguamiento.

( )

Donde:

Y se obtiene de la siguiente tabla:

Tabla 29.- Factores F’nl.


33

( )

•Factor de velocidad: para reducir velocidad efectiva del manto.

( )

Donde se obtiene de la siguiente tabla:

Tabla 30.- Factores F’v.

( )

4.3.- Construcción del espectro de diseño.

La aceleración del espectro se definirá siguiendo las siguientes expresiones según sea el

caso.

a es la aceleración espectral normalizada con la aceleración de la gravedad

Te es el periodo estructural


34

Ta es el límite inferior de la meseta del espectro de diseño

Tb es el límite superior de la meseta del espectro de diseño

Tc 2s si Tb < 2s ó Tb si Tb > 2s es el periodo de inicio de la rama descendente

en que los desplazamientos espectrales tienden correctamente al desplazamiento

del terreno

r es el parámetro que controla la caída de las ordenada espectrales para Tb ≤ Te <

Tc, y es igual a Ts, pero no será menor que 0.5 ni mayor que 1.0 (0.5 ≤ r ≤ 1.0). Para

terreno firme r=0.5.

k es el parámetro que controla la caída de las ordenada espectrales para Te ≥ Tc

β es el factor de amortiguamiento

-Ordenada espectral máxima c

( )

-Periodos característicos y .

Donde :

( )

( )

-Caída de rama espectral k

-Factor de amoriguamiento β

β

Al aplicar los parámetros antes considerados tenemos el siguiente espectro:


35

Figura 6.- Espectro de aceleraciones.

Para ver los valores de aceleración para periodos más específicos ver la hoja de cálculo

anexa en el CD del presente trabajo.

4.4.- Fuerzas estáticas equivalentes.

Para el cálculo de las fuerzas a diferentes niveles de una estructura se supondrá un

conjunto de fuerzas de inercia laterales actuando sobre cada uno de los niveles, en los que se

suponen concentradas las masas, como se ilustra en la figura x.x.

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

a

Te

Espectro de Aceleraciones


36

Figura 7.- Fuerzas sísmicas en un edificio.

Las fuerzas de inercia se determinarán considerando que las aceleraciones de las masas de

la estructura varían linealmente con la altura y que la fuerza cortante basal de la estructura es

igual al coeficiente sísmico, reducido por ductilidad, redundancia y sobrerresistencia y multiplicado

por el peso de la construcción, independientemente del periodo fundamental de la estructura.

Las fuerzas son iguales a:

Pn = αf Wnhn

donde

Wn es el peso de la masa del nivel n

hn es la altura del nivel n sobre el desplante

y


37

Finalmente

Parámetros

Con el uso de una hoja de cálculo se calcularon las fuerzas para cada nivel.

Tabla 31.- Fuerzas estáticas equivalentes por piso.

Nivel h Masas Tex Ax [g] Ax [m/s2] Fx

Azotea 26.1 240700 1.03 0.25 2.4525 26055.99

6 22.5 354320 1.03 0.25 2.4525 33065.05

5 18.9 354760 1.03 0.25 2.4525 27809.13

4 15.3 355610 1.03 0.25 2.4525 9026.44

3 11.7 356500 1.03 0.25 2.4525 6919.85

2 8.1 357310 1.03 0.25 2.4525 4801.55

1 4.5 359450 1.03 0.25 2.4525 2683.50

Suma 2378650

C 0.29286

R 2.5

Q' 3.83

Tb 0.76

Acd 0.81

ρ 1.25


38

5.- Diseño

Se anexan al final de este trabajo los reportes arrojados por el Software.

5.1.- Viga secundaria crítica.

Datos del elemento :

Acero A992 ( )

Losa de 5.9” de espesor

Porcentaje de acción compuesta: 85%

a) Selección Preliminar del perfil

Del análisis en el software RAM Structural System se obtuvo el momento último al que se

ve sujeta la estructura:

Para el peralte utiliza la aproximación:

W12 o W14

Suponiendo el eje neutro en la losa,

(

)

( )( )( )

( ) ( )

( ) ( )

Probar el perfil W12x14

( )


39

( )( ) (

)

b) Diseño de los conectores de corte

≤ .5tfb=0.5 5 Especificaciones en Sección I5.2d del Manual de la AISC

3. 5

√

√ √

(

) ( )

Si se colocan dos conectores por sección transversal,

Los primeros conectores (en cada extremo) se colocan a

( )( )

Distancias mínimas y máximas entre atiesadores:

- Longitudinal:

|

- Transversal:

5.2.- Viga principal crítica (lateral).

Se analizará el elemento #18 siendo este un perfil W18X40 con las siguientes propiedades:

L= 8m = . 5’

Lb= m= .5 ’

Está sometida a las siguientes fuerzas:


40

Resultante vertical = 130934.9 kg 288.06 kips

Resultante horizontal = 192320.9 kg 423.11 kips

-Efectos gravitacionales:

MUX= 63317.06 kg-m 457.021 k-ft

VUX= 23746.63 kg-m 52.24 k

-Efectos por carga sísmica:

MUX= Pl/4 = 1890.4 kg-m

VUX= 144.03 k

PUX=423.11 k

-Efectos laterales:

MUX= 2347.4 k-ft

VUX= 196.27 k

PUX=423.11 k

( )

Se propones un perfil W36X231 (AISC, 2008):

( )( )( )

( )( )

[

⁄ ]

√


41

( )

( )( ) ( )( )

5.3.- Diseño de Columna Interior (cargas de gravedad)

Acero A992

Longitud = 14.764 ft

K=1

Figura 8.- Configuración de estructura para columna de interior a diseñar.

Curvatura simple en ambos ejes

;

Se asume que el efecto de la carga axial es el dominante:

De tabla 6-1 del Manual de la AISC Probar perfil

( )

( )

Cálculo de


42

Cálculo de

Del análisis se obtuvo

(

)

Cálculo de

(

)

Cálculo de

No existen efectos de traslación

( )

( )

( )

( )

Evaluación de la ecuación de interacción

(

)

(

)


43

Probar siguiente perfil más pesado

( )

( )

Cálculo de

Cálculo de

Del análisis se obtuvo

(

)

Cálculo de

(

)

Cálculo de

No existen efectos de traslación

( )

( )

( )

( )


44

Evaluación de la ecuación de interacción

(

)

(

)

El perfil es adecuado.

5.4.-Diseño columna de borde crítica.

Perfil seleccionado: Nivel 1 Línea D-4

Sometido a los siguientes efectos.

Vemos que controla principalmente carga axial y proponemos un perfil. Con la tabla 4-1

del manual AISC XXX vemos que perfiles W12 cumplen con Pu y analizamos estos.

Datos de elementos superiores.

Columna superior.

W12X96

L=11.81 ft

Iy=270 in4

Vigas laterales.

W10X12

L=26.24 ft

Ix=53.8 in4

Iy=2.18 in4

Viga interior.

W24X64

L=26.24ft

Ix=1830 in4

Iy=70.4 in4

Viga exterior.

W18X40

L=8.2 ft


45

Ix=612 in4 Iy=19.1 in4

Deacuerdo a las tabla 12.12.1 del libro (REF JHONSON) tenemos un pavg= 1.08x10-3.

( )( )

( )( )

De la tabla 6-1 Tenemos que el perfil W12X106 tiene:

⁄

para ( )

( ) para

( ) para

( )

∑(

⁄ )

∑( ⁄ )

( )( ⁄ )

( ⁄ )

GB es igual a 1 al estar conectada a la cimentación de forma rigida.

√ ( )

√ ( ) ( )

( ) ( )

( )

( ) ⁄

( )

Al controlar el eje y.


46

En cuanto a las fuerzas flectoras,

L=12 ft

( )

( )

( ) ( ) ( )

Corrección bx:

( )

( )

Se usará bx0 para la ecuación de interacción:

El perfil W12X106 cumple tal como lo propone el software.

5.5.- Diseño columna de esquina crítica.

Perfil seleccionado: Nivel 1 Línea B-4


47

Sometido a los siguientes efectos.

Vemos que controla principalmente carga axial y proponemos un perfil. Con la tabla 4-1

del manual AISC XXX vemos que perfiles W12 ó W14 cumplen con Pu y analizamos estos.

Datos de elementos superiores.

Columna superior.

W12X96

L=11.81 ft

Iy=270 in4

Vigas laterales.

W18X35

L=8.2 ft

Ix=510 in4

Iy=15.3 in4

W21X44

L=26.24 ft

Ix=843 in4

Iy=20.7 in4

Viga interior.

W24X55

L=26.24ft

Ix=1350 in4

Iy=29.1 in4

Viga exterior.

W24X76

L=13.12 ft

Ix=2100 in4

Iy=82.5 in4

De acuerdo a las tabla 12.12.1 del libro (REF JHONSON) tenemos un pavg= 0.68x10-3 para

perfiles W14.

( )( )

( )( )

De la tabla 6-1 Tenemos que el perfil W14X159 tiene:

⁄

para ( )


48

( ) para

( ) para

( )

∑(

⁄ )

∑( ⁄ )

( )( ⁄ )

( ⁄ )

GB es igual a 1 al estar conectada a la cimentación de forma rigida.

√ ( )

√ ( ) ( )

( ) ( )

( )

( ) ⁄

( )

Al controlar el eje y.

En cuanto a las fuerzas flectoras,

L=12 ft


49

( )

( )

( ) ( ) ( )

Corrección bx:

( )

( )

Se usará bx0 para la ecuación de interacción:

El perfil W14X159 cumple tal como lo propone el software.

5.6.- Conexión entre viga secundaria y viga principal.

Debido a que la secundaria se encuentra simplemente apoyada sobre la principal, se

diseñará un conexión simple a corte, por medio de un placa de con tornillos.

Conexión viga secundaria # 86 con la viga principal #83, ubicadas en el entrepiso # 1

Se tiene el siguiente perfil como viga secundaria:

W12X14

d= 11.9”

tw= 0. “

bf= 3.97”

tf=0. 5”

T= 10 3/8”

Se usaran tornillos:

A325

db= ¾”

Placa de conexión

Fy = 36 ksi

El corte al que está sometida la conexión es:


50

Primero se determina el número de tornillos a usar.

( ) (

) (

)

( )( )

Según la tabla 10-9a (AISC, 2008), se pueden usar placas de ¼, 5/1 , 3/8 ó 7/1 ” y cumplir

con la resistencia necesaria.

3,5

2,5

8,5

3

.8.5 70 1/8

Figura 9.- Dimensionamiento propuesto por sección 10.

El espesor mínimo de placa es:

( )( ) ( ) ( )

Se decide probar la placa con espesor t=¼”.

Para dimensionar el resto de la placa se usa la sección 10 del manual (AISC, 2008).


51

Dibujo MANUAL PAG 10-100

a deberá ser ≤ 3 ½”

Leh debe ser ≥ db .

Lev debe ser ≥ 1 ¼”

Además la separación entre tornillos se considera 3”

Con ello L=8.5” y b=5”

Revisiones.

A fluencia de la placa.

( )( )( )( )

Por ruptura de la placa.

( )( )( )( )

Aumentar la b de placa a ”

A fluencia de la placa.

( )( )( )

Por ruptura de la placa.

( )( )( )

Bloque de corte.

( )( )( )( ) ( )( )( ) ( )( )( ) ( )( )( )

Diseño de soldadura.

Dado que la placa es de ¼” se debe usar un espesor de soldadura de 1/8” mínimo.

( )( )( ) (

) ( )


52

Se puede comparar con la conexión arrojada por el software y se puede observar que

coinciden en dimensiones y numero de tornillos así como sus dimensiones.

Figura 10.- Conexión viga principal- viga secundaria tornillos db=3/4”.

5.7.- Conexión entre contravientos concéntricos y viga principal.

Conexión viga-contraviento, viga lateral #31, contraviento #5 primer piso.

Perfil de los contravientos: ( )


53

Perfil de la viga: ( )

Soldadura

Acero A36

Factores de resistencia

SOLUCIÓN

a) Tensión última en el contraviento

b) Soldadura del contraviento a la placa de nudo

De la Tabla 9-5, el tamaño de la soldadura en dieciseisavos de pulgada es:


54

Probar con

La longitud de soldadura es, considerando que se tendrán cuatro cordones,

Usar cuatro cordones con

El espesor mínimo de la placa de nudo para desarrollar la resistencia de la soldadura es

Sin embargo, se requiere un espesor mayor para evitar el pandeo del borde de la placa,

por lo que se supone

c) Retraso de corte en el contraviento

De las consideraciones sísmicas del AISC, Secciones 13.2b y 6.2, se tiene


55

Como el área efectiva requerida es mayor que el área gruesa del perfil del contraviento,

controla la fractura, lo cual no es un comportamiento deseable en este tipo de elementos. Por lo

tanto, se tienen dos opciones: a) cambiar el perfil o b) colocar un refuerzo. Si optamos por colocar

un refuerzo en forma de cubreplaca en segmento circular de 90°, y suponiendo una holgura de

1/16" a cada lado de la placa de nudo entre ésta y el contraviento, el área neta del contraviento es

(

)

De la tabla D3.1,

Ya que

El área requerida en la cubreplaca es

Sin embargo, al colocar la placa de refuerzo el valor de U se reduce. Para las cubreplacas

propuestas (sectores circulares de 90° de tubo 10 Std).

La excentricidad del círculo parcial se calcula con las expresiones siguientes:

( )


56

(

)

( )

( )

d) Soldadura entre la cubreplaca y el contraviento

El tamaño máximo de la soldadura es

Usamos

La longitud de soldadura está dada por

Usar 15 in

e) Fuerzas en la conexión


57

Las fuerzas en la conexión se calculan con la resistencia esperada a tensión y la capacidad

a compresión de los contravientos con base en su longitud real.

√

√

(

)

( )(

)

La fuerza esperada de tensión es

f) Fuerzas entre la placa de nudo y la viga (ver la figura)

( ) (

)

( ) (

)


58

g) Diseño de la soldadura entre la placa de nudo y la viga

Con la longitud de la conexión entre la placa de nudo y la viga, el módulo elástico por

unidad de ancho es

El esfuerzo debido a la fuerza cortante es

El esfuerzo debido a la fuerza de tensión (compresión) neta es

El esfuerzo por flexión es

√ ( )

[√

( ) √

( ) ]

Por lo tanto,


59

El tamaño de soldadura en 16-avos de pulgada es

Como una alternativa a este cálculo, se puede usar la Tabla 8-4 con =0° ya que

(

)

√

h) Revisión del pandeo por compresión de la placa

De la Sección 13.3c de las Consideraciones Sísmicas, la placa deberá tener una capacidad

de carga de al menos

Para una placa de espesor t igual a


60

el radio de giro de la placa de nudo es

√

El ancho de Whitmore es

( )

Otra opción para este cálculo es usar la Tabla 1-7 una vez conocida la longitud efectiva

i) Revisión de la fluencia a tensión de la placa

La placa de nudo con espesor

es adecuada

j) Revisión de la fluencia local del alma de la viga

La máxima carga de compresión por unidad de longitud de placa es


61

La máxima carga de tensión en la viga, por unidad de longitud de placa, es

La fuerza resultante es

Para la viga W21x44,

La capacidad de carga por fluencia local del alma de la viga es

k) Revisión por aplastamiento del alma de la viga

( )

La resistencia de la viga por aplastamiento del alma se calcula con los valores de la Tabla 9-

4.

La resistencia por aplastamiento del alma de la viga es

( )

l) Revisión del pandeo del borde de la placa


62

Para prevenir el pandeo del borde libre de la placa de nudo, la longitud máxima del borde

libre está dada por la siguiente ecuación

√

( )

La distancia libre entre el atiesador y la viga es adecuada, no así la distancia libre entre los

dos contravientos. Por lo tanto, se requiere usar atiesadores

Si se coloca un atiesador al centro,

[ ( )]

Se requieren dos atiesadores, en cuyo caso la distancia libre es menor de la máxima


63

Figura 11.- Conexión viga-contraviento, viga lateral #31, contraviento #5 primer piso.

5.8.- Conexión entre contraviento concéntrico, viga y columna.

Conexión viga-columna-contraviento, viga lateral #31, contraviento #5 segundo piso y

columna #3 segundo piso.

Propiedades de los perfiles empleados

- Contraviento: HSS 8.625x0.322

- Viga: W21x44

- Columna: W10x77


64

Resistencias en el contraviento

a) A tensión

b) A compresión

Se emplea el mismo espesor de la placa utilizada en la conexión contravientos-viga

Determinación de las fuerzas de conexión entre interfaces

Dado que el valor de tiene que ser aproximado a 1 para que no exista

momento, se sugiere incrementar el largo de la placa de conexión en la dimensión que une el

alama de la columna con la misma.

De modo que:

17.70 in 27 in

Por lo tanto:

Cargas factorizadas de viga

De los resultado para la viga # :

La combinación de cargas a usar de acuerdo al ASCE7-05 es la siguiente:

( )


65

Corte total al paño de la columna

( )

El momento en el paño e la columna es:

( ) ( )

Brazo resistente al momento

División proporcional de la fuerza cortante en las placas

Corte tomado por cada placa

Corte tomado por la viga

Para la placa de conexión en el contraviento a compresión

Brazo de palanca para componente vertical de la fuerza en el contraviento a compresión


66

( ) ( ) ( )

Para la placa de conexión en el contraviento a tensión

( ) ( ) ( )

Fuerza axial transmitida de la viga del patín

Diseño de soldadura entre placa y columna.

Empleando la tabla 8-4 del Manual de la AISC (L=27 in)

(

)

√

Usar dos cordones de 3/1 ” a todo lo largo de la placa

Revisión de la placa por fractura

Revisión de la resistencia de placa por fluencia

( )

Revisión del alma de la columna por fluencia y aplastamiento


67

( )

( ) ( ( ))

Diseño de la soldadura entre la viga y la placa de compresión

Empleando la tabla 8-4 del Manual de la AISC (L=72 in)

(

) ;

√


Revisión del alma de la viga por fluencia y aplastamiento

( )

( )

( )

Diseño de la soldadura entre la viga y la placa de tensión

Utilizaremos la tabla 8-4 del Manual de la AISC (L=27 in)

(

) ;

√ ( )

Usar dos cordones de 4/1 ” a todo lo largo de la

placa


68

Revisión fluencia

( )

No hay aplastamiento

Figura 12.- Conexión viga-columna-contraviento, viga lateral #31, contraviento #5 segundo piso y columna #3 segundo piso.

5.9.- Conexión entre contraviento concéntrico y columna en la base del edificio.

Conexión contraviento columna, contraviento #5 primer piso y columna #3 primer piso.

Propiedades de los perfiles empleados.

- Contraviento: HSS 8.625x0.322


69

- Columna: W14x159

Resistencias en el contraviento

c) A tensión

d) A compresión

Se emplea el mismo espesor de la placa utilizada en la conexión contravientos-viga

Determinación de las fuerzas de conexión entre interfaces

No existe momento, se

El momento en el paño e la columna es:

( )

Diseño de soldadura entre placa y columna.

Empleando la tabla 8-4 del Manual de la AISC (L=14.5 in)


70

(

)

√


Revisión de la placa por fractura

Revisión de la resistencia de placa por fluencia

( )

Revisión del alma de la columna por fluencia y aplastamiento

( )

( ) ( ( ))


71

6.- Conclusiones.

Omar Ulises del Carmen Cortez

El diseño de edificios toma en cuenta consideraciones que el proyecto anterior no

requería, por ejemplo intervino en gran medida el efecto de las fuerzas producidas por el sismo

debido a la nueva ubicación de la construcción.

Después se analizó el impacto de las fuerzas originadas por el viento, donde dado el

procedimiento desarrollado por la CFE pudimos, primero clasificar la estructura, los coeficientes

que le afectan y por ultimo obtener las fuerzas equivalentes sobre los nodos de la estructura

propuesta. Por medio de este análisis (al notar y predecir el efecto del viento efecto) es que

ubicamos los contravientos, además la bibliografía fue muy útil para este y otros aspectos del

diseño. Se hizo uso del mismo manual en sus especificaciones de sismo, primero para generar el

espectro de aceleraciones pertinente, después obtener las fuerzas estáticas equivalentes propias

de la estructura y del sitio.

El uso de las diferentes soluciones computacionales usadas en este proyecto permitió una

estructuración en principio sencilla para dedicar más tiempo a la optimización del diseño, el fácil

manejo entre las diferentes aplicaciones permitió detallar cada sección (elementos, conexiones,

etc.) de manera más adecuada.

Para el diseño de elementos secundarios críticos, se uso la información arrojada por el

software para seleccionar el elementos crítico, ya con las acciones sobre este procedimos a

diseñar para compararlos con los reportes del programa.

El estudio y diseño de de conexiones fue parte importante del proyecto, pues requirió

aproximadamente la mitad de nuestros diseños, estos diseños no solo se realizaron para confirmar

lo que el proyecto presenta sino que en algunos casos para más detalle sobre la conexión.

Pudimos confirmar con bastante cercanía los diseños del RAM, con nuestros diseños a mano.

Finalmente este proyecto así como la lectura de diversas fuentes nos ayudo al

planteamiento y estructuración de un proyecto de diseño estructural, donde intervienen diversos

miembros y que requiere no solo el uso adecuado de alguna ayuda computacional sino del sentido

común y normativas de diseño.

Coevaluación

Alumno Porcentaje de participación


72

Ulises del Carmen 1062408 33.3% Andrés Quirarte 1095415 33.3%

Fernando Quesada 1100757 33.3%

Andrés Quirarte Dayarse

En este segundo proyecto pusimos en práctica los conocimientos adquiridos

durante diversos cursos de la carrera, desde Mecánica de Sólidos, Análisis Estructural,

Diseño de Elementos de Acero, Diseño de Estructuras de Concreto, hasta el material visto

en el presente curso. Aunado a esto, se recabó información con respecto a las

reglamentaciones y criterios de diseño que existen para las estructuras de acero.

En la primera etapa se definió la estructuración y se diseñó el sistema de piso que

utilizaríamos basándonos en las cargas gravitacionales que habría de soportar nuestra

estructura. En cuanto a la geometría del edificio, esta ya estaba definida en el proyecto así

como también el sistema de piso, el cual consiste en vigas secundarias actuando de forma

compuesta con losa de concreto reforzado sin lámina.

En lo que se refiere al análisis, se utilizó el paquete computacional RAM Structural

System, además de apoyarnos en la hoja de cálculo de Excel para facilitar los cálculos de

fuerzas generadas por viento y sismo. En cuanto a las cargas utilizadas, se aplicaron las

diversas combinaciones propuestas en el Manual de la AISC, además de que se hizo uso

del Manual de Diseño De Obras Civiles de la CFE tanto el de Viento como el de Sismo,

hasta que se encontró la combinación de cargas más crítica. El resultado del análisis fue el

esperado, ya que en este tipo de estructuras rigen las fuerzas provocadas por sismo por lo

que hubo que tomar medidas para contrarrestar dichos efectos.

De aquí se procedió al diseño de los elementos principales, como las vigas

principales y columnas, para los cuales se utilizaron los procedimientos de diseño vistos en

clase y en cuyo caso los resultados fueron similares y en ocasiones iguales a los arrojados

por el software.

La siguiente etapa del proyecto consistió en el diseño de los contravientos y las

conexiones. Con respecto a los contravientos, estos fueron necesarios para contrarrestar


73

las fuerzas sísmicas, por lo que se diseñaron para que estos fallen antes de la estructura,

es por esto que también se les llaman fusibles. En cuanto a las conexiones, también nos

apoyamos en el material visto en clase, sin embargo fue esta etapa donde nos

encontramos con mayores complicaciones debido a nuestra falta de experiencia en el

tema.

Por último, se elaboraron los planos requeridos de planta, elevación, sistema de

piso, conexiones, entre otros. Dichos planos se obtuvieron directamente del software

RAM y para su edición se hizo uso de AutoCad. Cabe mencionar que no se precedió a

diseñar la cimentación del edificio debido a que el Profesor no la requirió.

Finamente, pienso que este proyecto ha sido bastante útil para consolidar el

material visto recientemente, además de repasar temas que se vieron anteriormente en

otros semestres, ya que consistió en una actividad más práctica y no simplemente teórica

como normalmente se ve en clases. Es de gran importancia conocer todos los aspectos a

cubrir al realizar un proyecto de esta clase, ya que en un futuro nos podríamos enfrentar a

un reto similar y es nuestra responsabilidad que el trabajo se haga de manera

responsable, segura, al menor costo posible y con calidad.

Coevaluación

Evaluación

Omar Ulises del Carmen Cortez 33% Andrés Quirarte Dayarse 33% Fernando Miguel Quesada Rojas 33%

Fernando Quesada:

En este proyecto pudimos realizar la estructuración de un edificio de acero,

destinado al uso de oficinas.

Es un proyecto bastante completo ya que tomamos en cuenta todo aquello que envuelve

el diseño estructural de un edificio en la vida real. Seguimos los pasos desde la estructuración del

edificio y el análisis del comportamiento hasta el diseño del mismo.


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También se pudo poner a prueba los conocimientos adquiridos durante este parcial acerca

del diseño de conexiones. Por otro lado se pusieron en práctica los conocimientos acerca del

diseño estructural en base a los efectos de viento y de sismo, empleando las especificaciones

técnicas de la CFE.

Dentro de lo que puedo destacar fue el aprendizaje adquirido en cuanto el diseño de

fusibles para contrarrestar los efectos de un sismo, en donde aparte de tomar las especificaciones

provisionales de la AISC, tomamos en cuenta las provisiones sísmicas de la AISC y el reglamento de

la ASCE7-05.

Por otro lado la comprobación a mano de los diseños realizado en el RAM Connections nos

permitió comprobar y rediseñar aquellas conexiones que se consideraron como críticas, y de este

modo modificarlas para obtener un mejor desempeño en ellas.

Finalmente hay que resaltar que los resultados obtenidos tanto en el diseño hecho por el

programa como en el diseño hecho a mano son muy similares, aunque en el caso de las

conexiones puedan variar un poco. Esto nos da una idea de que las consideraciones hechas tienen

coherencia y por lo tanto pudimos definir que nuestro diseño es efectivo.

Coevaluación

Alumno Porcentaje de participación

Ulises del Carmen 1062408 33.3% Andrés Quirarte 1095415 33.3%

Fernando Quesada 1100757 33.3%


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7.- Referencias.

AISC. (2008). General Desing Considerations. En AISC, Steel Construction Manual. EU: AISC.

Amarengo. (2009). Amarengo. Recuperado el 23 de Enero de 2011, de

http://amarengo.org/construccion/normas/rne/edificaciones/estructuras/e090/condiciones

CFE. (2008). Manual de Obras Civiles. México: CFE.

Construmatica. (s.f.). Recuperado el 25 de Febrero de 2011, de

http://www.construmatica.com/construpedia/Estructuras_Met%C3%A1licas

Gaylord, E. (1980). Diseño de Estructuras de Acero. México: McGraw Hill.

RAM Estructure Software V8i. (2010). Bentley.

Segui, W. (1999). Concepts in Structural Steel Design. En W. Segui, LRFD Steel Design. EU:

PWS.


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8.- Planos.


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9.- Reportes.

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