diseÑo de acero y madera

CONTENIDO

INTRODUCCIÓN

MATERIAL ACERO

TIPOS DE PERFILES DE ACERO

ESTRUCTURAS DE ACERO TÍPICAS

ESPECIFICACIONES AISC COMO

REGLAMENTO DE DISEÑO

EJEMPLOS DE ANALISIS Y DISEÑO

ESTRUCTURAL

ACCION DEL VIENTO Y SISMOS

SOBRE LAS ESTRUCTURAS DE ACERO

ESTRUCTURAS DE ACERO

INTRODUCCIÓN

La industria de la construcción es vital para el

desarrollo de nuestro país, se dice que cuando la

construcción camina el país camina. La aplicación

del acero en la construcción es enorme.

La Ingeniería Estructural es una ciencia y un arte

para diseñar y realizar, con economía y elegancia,

edificaciones, puentes, armazones y otras

estructuras similares de tal modo que ellas resistan

las fuerzas a las cuales pueden estar sujetas.


INTRODUCCIÓN

El acero es la base de construcciones livianas,

grandes o pequeñas, bellas y esculturales, que

permite un trabajo limpio, planificado y de una

rapidez sorprendente.

El acero mejora la destreza del operario y ayuda a

la imaginación de los promotores de las

construcciones a presentar interesantes propuestas.

Es el único material que disminuye su precio con

los años y que mejora en su resistencia y formas.


INTRODUCCIÓN

Los puentes vehiculares y peatonales pueden

edificarse con acero, las construcciones de

establecimientos de industrias, las de minas, las

de petróleo, las torres de electricidad, de

comunicaciones, hangares, coliseos, etc.


A continuación algunos ejemplos de estructuras

de acero

Alicorp, Lima

10000 m2

Alicorp, Lima

en construcción

Sandoval, Lima

14000 m2

Tele2000, Lima

torre de antena

Puente peatonal, Piura

109 m, tendido de cables


colocación de plataforma


detalles de los cables


109 m de luz


detalle de anclaje


piezas de conexión de cables


más detalles


plataforma, detalles

MATERIAL ACERO

El material acero es de relativa reciente invención,

tal como se conoce ahora es de fines del siglo XIX.

Es la fusión del mineral de hierro, carbono y otras

aleaciones y que ahora se trabaja en las

siderúrgicas con un proceso industrial cada vez

más exacto.

La industria del acero es muy grande.


MATERIAL ACERO

El acero se puede obtener de la materias primas

por desoxidación del hierro y la mezcla con otros

minerales, o por tratamiento del acero de reciclaje.

El material puede tener muchas variedades y

formas al finalizar su manufactura.

Los ingenieros y arquitectos apreciamos su

resistencia y su facilidad de trabajo para la

construcción de nuestras obras.


MATERIAL ACERO

Hay una frase que define muy bien la importancia

del acero en nuestras vidas:


"Para su bien o para su mal, el material

acero es uno de los materiales que mas ha

influido en la historia de la humanidad;

es agente de adelanto y civilización, de

destrucción y miseria, de bienestar y

libertad, de poder y opresión. El arado y la

espada que caracterizan a la humanidad,

son de acero"

F

Fy

Fp

0.05 0.20 0.25 0.30 0.350.150.10

dFde

= E

Es Fu

e

P

PPROPIEDADES FÍSICO

MECÁNICAS DEL ACERO

1. Fy : Punto de Fluencia

2. Fp : Límite de Proporcionalidad

Fp = Fy - 705 kg/cm2 perfiles laminados en caliente,

Fp = Fy - 1130 kg/cm2 perfiles soldados

3. Fu : Resistencia a la Fractura

MATERIAL ACERO


F

Fy

Fp

0.05 0.20 0.25 0.30 0.350.150.10

dFde

= E

Es Fu

e

P

PPROPIEDADES FÍSICO

MECÁNICAS DEL ACERO

4. Ductilidad

5. Módulo de Elasticidad: E

6. Tenacidad del acero

7. Densidad específica del acero: 7.85

8. Soldabilidad

MATERIAL ACERO


F (kg/cm2)

7000

2500

3500

0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35

A572

A242

A36

e

A36 Para propósitos generales en estructuras: edificaciones soldadas o empernadas.

A242 Para puentes empernados o soldados, resistente a la oxidación.

A572 Para perfiles estructurales, planchas, y barras para edificaciones empernadas o soldadas; puentes soldados sólo en los Grados 42 y 50.

ACEROS

ESTRUCTURALES

ASTM


RESISTENCIA A

LA CORROSIÓN

DEL ACERO

A

B

C

t (años)

Porcentaje

de Pérdida

de Espesor

10

8

6

4

2

2 106 84

A: Acero estructural al Carbono

B: Acero estructural al Carbono mas cobre

C: Acero Aleado ( Cr-Si-Cu-P )


TIPOS DE PERFILES DE ACERO

PERFILES LAMINADOS EN CALIENTE

PERFILES PLEGADOS

PERFILES SOLDADOS


PERFILES LAMINADOS EN CALIENTE

ÁNGULOCANAL

SECCIÓN W

SECCIÓN T

SECCIÓN S

TUBULAR

Nomenclatura y tipos definidos por el AISC


PERFILES PLEGADOS

CANALES ZETAS

SECCIÓN I

ÁNGULO SOMBRERO

Comportamiento normado por el AISI


PERFILES SOLDADOS

CS CVS VS

Nomenclatura por ITINTEC -UNI


ESTRUCTURAS DE ACERO TÍPICAS

ESTRUCTURAS PARA PROCESOS

INDUSTRIALES

ESTRUCTURAS PARA TELE-

COMUNICACIONES

ESTRUCTURAS PARA LÍNEAS DE

TRASMISIÓN

CUBIERTAS

EDIFICIOS

PUENTES PEATONALES Y VEHICULARES


ESTRUCTURAS

PARA PROCESOS

INDUSTRIALES

SILO

SILO

COLUMNA


ESTRUCTURAS

PARA TELE-

COMUNICACIONESTORRES

PARA

ANTENAS

CUADRADA 100m CUADRADA 60m TRIANGULAR 15m


ESTRUCTURAS

PARA LÍNEAS

DE TRASMISIÓN


ESTRUCTURA

ESPACIAL

CUBIERTAS

ANILLO

CENTRALARCOS450

150

PLs

DIÁMETRO 105m

PESO EST. METÁLICA = 13 Kg/m2

450

150

2Ls

2Ls


CUBIERTAS

PÓRTICOS DE

ALMA LLENA

SISTEMA DE

ARRIOSTRAMIENTO


CUBIERTASPÓRTICOS DE

ALMA LLENA

PÓRTICOS

DE CELOSÍA

USA PERÚ

yy


CUBIERTAS

ARMADURAS DE

GRAN LUZ

L=60m h=6m

SECCIÓN:

BRIDA

SUPERIOR

SECCIÓN:

BRIDA

INFERIOR


EDIFICIOS

PÓRTICOS

ARRIOSTRADOS

PÓRTICOS

TUBULARES


PUENTES PEATONALES

PUENTE

PEATONALL=36m


LAS ESPECIFICACIONES A I S C

COMO REGLAMENTO DE DISEÑO

INSTITUTO AMERICANO DE LA CONSTRUCCION EN

ACERO (AISC). FUNDADO EN 1912.

AISC ESTÁ INTEGRADO POR LOS PRODUCTORES DE

PERFILES, POR LOS USUARIOS Y POR INDIVIDUOS

INTERESADOS EN EL DESARROLLO DEL ACERO

COMO MATERIAL PARA LA CONSTRUCCIÓN.

DESDE 1921 HA PRESENTADO 11 EDICIONES DE LAS

"ESPECIFICACIONES PARA EL DISEÑO,

CONSTRUCCION Y MONTAJE DE ESTRUCTURAS DE

ACERO PARA EDIFICACIONES".


• "DISEÑO POR ESFUERZOS PERMISIBLES",

conocido por sus siglas ASD (ALLOWABLE

STRESS DESIGN) 1989 - Novena Edición.

• "DISEÑO POR ESTADOS LÍMITES", conocido

por sus siglas LRFD (LOAD AND RESISTANCE

FACTOR DESIGN) 1993 - Segunda Edición.

LAS ESPECIFICACIONES A I S C

COMO REGLAMENTO DE DISEÑO

DOS SON LOS ENFOQUES DEL DISEÑO

ESTRUCTURAL EN ACERO:


LA FILOSOFÍA DEL DISEÑO POR EL

MÉTODO ASD SE BASA:

Fa fa

Fa : ESFUERZO ADMISIBLE

fa : ESFUERZO APLICADO

SE APLICAN

COMBINACIÓN DE CARGAS:

• CARGAS DE GRAVEDAD = D + L

• CARGAS DE GRAVEDAD CON VIENTO O SISMO =

0.75 (D + L + W o E)

AISC 89

CARGAS DE SERVICIO


LA FILOSOFÍA DEL DISEÑO POR EL

MÉTODO LRFD SE BASA:

fRn .Qi

fRn : RESISTENCIA DE DISEÑORn : RESISTENCIA NOMINALf : FACTOR DE RESISTENCIA

. Qi : CARGAS FACTORIZADASQi : CARGAS APLICADAS : FACTOR DE MAYORACIÓN

DE CARGAS

AISC 93


Valor de f Elemento

0.90 Sección total en tracción

0.90 Sección en flexión

0.85 Sección en compresión axial

0.75 Sección neta de conexión en tracción

FACTORES DE RESISTENCIA f

MENOR QUE LA UNIDAD, DEPENDEN DEL

CONOCIMIENTO QUE SE TENGA DEL

COMPORTAMIENTO DEL ELEMENTO

ESTRUCTURAL


Fórmula

AISC-

LRFD

Combinación de CargaMáxima posibilidad de carga

en la vida útil de 50 años

(A4.1)

(A4.2)

(A4.3)

(A4.4)

(A4.5)

(A4.6)

1.4 D

1.2 D + 1.6 L + 0.5 ( S ó Lr ó R )

1.2 D + 1.6 ( Lr ó S ó R ) + ( 0.8 W ó 0.5 L )

1.2 D + 1.3 W + 0.5 L + 0.5 ( Lr ó S ó R )

1.2 D + 1.5 E + ( 0.5 L ó 0.2 S )

0.9 D - ( 1.3 W ó 1.5 E )

Carga muerta D durante la construcción

Carga viva L

Carga en el techo

Carga de viento W más carga muerta

Carga de sismo más carga muerta

W ó E opuesta a la carga muerta

FACTORES DE CARGA

D : Carga muerta

L : Carga viva interior

Lr : Carga viva sobre el techo

S : Carga de nieve

E : Carga debida a sismo

W : Carga debida al viento

R : Lluvia retenida

.Qi


A4.1 A4.2 A4.3a A4.3b A4.4 A4.5a A4.5b A4.6a A4.6b0

50

100

150

200

250

300

350

400

A4.1 A4.2 A4.3a A4.3b A4.4 A4.5a A4.5b A4.6a A4.6b

EJEMPLO:Carga Factorizada

axial en la columna de un

edificio sobre la que actúan las

siguientes cargas de servicio:

D = 100 t, L = 150 t, Lr =30 t,

W = 60 t, E = 50 t

P

P

375 t


EJEMPLOS DE ANALISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL

PUENTE PEATONAL METÁLICO

EN ARCO DE 36 m DE LUZ

CONTENIDO

CONCEPTO ESTRUCTURAL

MATERIALES

CARGAS Y ANÁLISIS

DISEÑO ESTRUCTURAL

PRESENTACIÓN DE PLANOS

METRADOS

PRESUPUESTO

CONCLUSIONES

D

PUENTE

PEATONAL

METÁLICOE

FG

H

21

34

A

BC

ESCALER

A

SUPERESTRUCTURA:

ARCO

TORRE DE

APOYO


Las estructuras metálicas está conformada por tres

componentes:

La superestructura con dos arcos de circunferencia,

tubulares, de sección cuadrada, con una luz de 36 m y una

flecha de 4.5 m. El tablero del puente peatonal estará

colgado del arco mediante tirantes y estará conformado por

travesaños sobre los que descansará la superficie del

tablero con tablas de madera empernadas a dichos

travesaños. El ancho del tablero será de 2.1 m para tener

un ancho libre de 1.9 m aproximadamente. El tablero

estará conformado por largueros sobre los que se apoyan

los travesaños cada 1.5 m. Los travesaños soportarán el

entablado. Las barandas tendrán una altura de 0.9 m y

serán metálicas.


Dos torres de estructura de acero que servirán de

apoyo a la superestructura, y asimismo, de apoyo a las

escaleras metálicas.

Dos escaleras que tendrán el mismo ancho del tablero

de la superestructura. Las dimensiones de los pasos y

descansos de las escaleras son idénticas a las de otros

puentes peatonales y estarán constituidos por marcos

metálicos de perfiles angulares y con superficies de

tablas de madera.

• Estructura metálica

Perfiles laminados en caliente fabricados

de acero A36 o similar.

Soldaduras con electrodos E70XX.

Pernos A325-X.

• Entablado de madera

Madera Grupo A: Estoraque o Pumaquiro

MATERIALES

cm : Carga muerta

cv : Carga viva plena (375 kgf/m2)

cvi : Carga viva en mitad izquierda del arco

(225 kgf/m2)

cvd : Carga viva en mitad derecha del arco

(225 kgf/m2)

ct+ : Carga incremento de temperatura (10ºC)

ct- : Carga decremento de temperatura (10ºC)

cwn : Carga de viento norte-sur (veloc. 55KPH)

cws : Carga de viento sur-norte (veloc. 55KPH)

cs : Carga de sismo (RNC)

CARGAS Y ANÁLISIS

1 1.00cm + 1.00cv

2 1.00cm + 1.00cvi

3 1.00cm + 1.00cvd

4 1.00cm + 1.00cv + 1.00ct+

5 1.00cm + 1.00cv + 1.00ct-

6 1.00cm + 1.00cvi + 1.00ct+

7 1.00cm + 1.00cvi + 1.00ct-

8 1.00cm + 1.00cvd + 1.00ct+

9 1.00cm + 1.00cvd + 1.00ct-

10 0.75cm + 0.75cwn

11 0.75cm + 0.75cws

12 0.75cm + 0.75cv + 0.75cwn

13 0.75cm + 0.75cv + 0.75cws

14 0.75cm + 0.75cvi + 0.75cwn

15 0.75cm + 0.75cvi + 0.75cws

16 0.75cm + 0.75cvd + 0.75cwn

17 0.75cm + 0.75cvd + 0.75cws

18 0.75cm + 0.75cv + 0.75cs

19 0.75cm + 0.75cv - 0.75cs

20 0.75cm + 0.75cvi + 0.75cs

21 0.75cm + 0.75cvi - 0.75cs

22 0.75cm + 0.75cvd + 0.75cs

23 0.75cm + 0.75cvd - 0.75cs

COMBINACIONES DE CARGAS

cm : Carga muerta

cv : Carga viva plena

cvi : Carga viva en mitad izq. del arco

cvd : Carga viva en mitad der. del arco

ct+ : Carga incremento de temperatura

ct- : Carga decremento de temperatura

cwn : Carga de viento norte-sur

cws : Carga de viento sur-norte

cs : Carga de sismo

CONDICIONES DE CARGA:

Para el Análisis Estructural, se ha empleado el

programa de computo SAP90, A Series of

Computer Programs for the Finite Element

Analysis of Structures para la determinación de

los desplazamientos y esfuerzos a que está

sometida la estructura según cada condición de

carga y las 23 combinaciones consideradas.

Carga viva = 375 kgf/m

Carga muerta = 250 kgf/m

DIAGRAMAS

DE

MOMENTOS

FLECTORES

carga muerta +

carga viva plena

Carga viva = 225 kgf/mCarga muerta = 250 kgf/m

DIAGRAMAS

DE

MOMENTOS

FLECTORES

carga muerta + carga viva

en mitad izq. del arco

Cambio de temperatura: incremento de 10ºC

Diagrama de esfuerzos

axiales en los elementos

Deformaciones de

la estructura

Carga viva = 375 kgf/m

Carga muerta = 250 kgf/mANALISIS PARA

MOMENTOS DE

SEGUNDO ORDEN

Carga Crítica:

wcr = 2700 kgf/m

factor de

seguridad = 4.37

El diseño estructural se ha efectuado para el

máximo efecto de las cargas sobre cada uno

de los elementos empleando las combi-

naciones y los esfuerzos permisibles de las

Especificaciones del Instituto Americano de la

Construcción en Acero, AISC versión ASD-

89.

DISEÑO ESTRUCTURAL

Las conexiones se han diseñado para los

máximos efectos cortantes en el caso de

vigas, considerando un mínimo del 50% de la

capacidad de la viga en carga uniformemente

repartida y, para el caso de los arrios-

tramientos, para los máximos efectos axiales

considerando un mínimo del 50% de la

capacidad del miembro.

DISEÑO ESTRUCTURAL

D

PUENTE

PEATONAL

METÁLICO

E

FG

H

21

34

A

BC

PRESENTACIÓN

DE PLANOS

ESCALERA

SUPERESTRUCTURA:

ARCO

TORRE DE

APOYO

ESTRUCTURA

DEL PUENTE

DETALLES

DE CONEXIONES

ESTRUCTURA

DEL PUENTE

DETALLE DE

PLANCHA DE BASE

ESCALERAS

CIMENTACIÓN

DETALLE DE LA

CIMENTACIÓN

METRADOS

1. CONSTRUCCIÓN

METÁLICA

a) Puente, torres de apoyo y

escaleras

PERFIL LONG.

(m)

kgf/m kgf

L3x3x1/2 115.0 14.10 1622

L3x3x3/8 412.5 10.80 4455

L3x3x5/16 103.2 9.15 944

L2.5x2.5x5/

16

166.9 7.50 1252

L3x3x1/4 538.2 7.35 3956

L2.5x2.5x1/

4

104.0 6.15 640

L2x2x1/4 46.2 4.78 221

L2x2x3/16 120.0 3.66 439

L1.5x1.5x3/

16

256.0 3.18 814

C4x5.8 7.0 8.70 61

Varios 1152

total = 15555

b) Barandas metálicas

PERFIL LONG.

(m)

kgf/m kgf

L3x3x1/4 254.2 7.35 1868

L2.5x2.5x3/16 404.0 4.57 1846

Varilla 5/8" 303.0 1.56 473

total = 4187

2. ENTABLADO DE

MADERA

pie2

Madera tipo A 2047.0

3. BASES DE CONCRETO

a) Excavación 44.1 m3

13 m3

2.5 m3

59.6 m3

b) Concreto 50 m3

c) Varillas de refuerzo Long.-m Kgf/m Kgf

f = 3/8" 92.6 0.56 51.9

f = 1/2" 10 1 10.0

f = 5/8" 149 1.6 238.4

f = 3/4" 264 2.24 591.4

891.6

d) Pernos de anclaje

f = 1" 43.2 5.08 219.5

f = 5/8" 33.2 1.6 53.1

273.0

ITEM DESCRIPCION UNID. CANT CU (S/.) TOTAL

1.00.00 ESTRUCTURAS DE ACERO

1.00.01 Materiales, Fabricación, Pintura Kg 15555 6.7 104218

y Montaje de la estructura

1.00.02 Materiales, Fabricación, Pintura Kg 4187 5.4 22609

y Montaje de las barandas

2.00.00 ESTRUCTURAS DE MADERA

2.00.01 Pisos de Madera Grupo A de 1½” pie2

2047.0 4.9 10030

3.00.00 ESTRUCTURAS DE CONCRETO

(Cimentaciones)

3.00.01 Excavaciones m3

59.6 38.7 2306

3.00.02 Concreto f’c = 210 Kgf/cm2

m3

50.0 170.0 8500

3.00.03 Acero de Refuerzo Kg 892.0 2.5 2230

3.00.04 Pernos de Anclaje varilla Kg 273.0 5.4 1474

lisa de Acero A36 o similar

SubTotal: S/. 151367

+ IGV 27246

TOTAL S/. 178613Fecha: 30 de julio de1997

PRESUPUESTO

•EL ACERO ES EL MATERIAL ADECUADO

PARA PUENTES PEATONALES CON LÍNEAS

ARMONIOSAS Y MODERNAS PARA EL EMBE-

LLECIMIENTO DE LA CIUDAD.

• SE POSEE LA TECNOLOGÍA PARA SU DISEÑO

Y CONSTRUCCIÓN.

CONCLUSIONES

•LOS PUENTES PEATONALES PUEDEN SER

CONSTRUIDOS CON PERFILES LAMINADOS

EN CALIENTE PARA CUBRIR LUCES GRAN-

DES EN FORMA ECONÓMICA APROVE-

CHANDO EL MATERIAL Y LA FORMA.

•PUEDEN REEMPLAZAR A LOS PUENTES

PEATONALES DE CONCRETO ARMADO Y DE

VIGAS METÁLICAS DE ALMA LLENA

PESADAS.

CONCLUSIONES

EJEMPLOS DE ANALISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL

ESTRUCTURA PARA PROCESOS

INDUSTRIALESIND. QUIMICA DEL PACIFICO


ESTRUCTURAS DE DOS O TRES PISOS

Descripción de elementos:

Angulos y tees para los

sistemas de arriostramiento

con resistencia en tracción y

compresión.

Vigas y columnas de perfiles

de alma llena.

Descripción de las cargas:

Las cargas debidas al sismo

pueden ser apreciables.

La masa de los silos es

considerada en los elementos

sólidos.


1

ZY

43

2


Modelo de Presentación

de Proyecto

1

ZY

43

2PLANTA niveles +5650 y +6650


1

ZY

43

2PLANTA nivel +10900


1

ZY

43

2

ELEVACIÓN

eje Y


1

ZY

43

2

ELEVACIÓN

ejes 1 y 2


CONEXIÓN

DE APOYO


CONEXIÓN

DE VIGA -

COLUMNA


CONEXIÓN DE

EMPALME DE

ARRIOSTRES


CONEXIÓN

DE VIGA -

TRABE


ACCION DEL VIENTOSOBRE LAS ESTRUCTURASDE ACERO

ACCIÓN DEL VIENTO SOBRE LAS ESTRUCTURAS DE ACERO

EL VIENTO TIENE UN PAPEL IMPORTANTE

EN LAS CONSTRUCCIONES

SUS ASPECTOS SON POCO FAMILIARES A

LOS INGENIEROS

ES TEMA MULTIDISCIPLINARIO

DEBE TRATARSE CON LA DEBIDA

IMPORTANCIA EN LA CURRÍCULA DE

ESTUDIOS

ES NECESARIO CONOCER LAS FUERZAS DEL

VIENTO EN LAS ZONAS URBANAS Y

RURALES DEL PAIS

ACCIÓN DEL VIENTO SOBRE LAS


VELOCIDAD DEL VIENTO

EL MOVIMIENTO DEL AIRE SE DESCRIBE POR

SU VECTOR VELOCIDAD.

HAY VARIAS DEFINICIONES PARA LA

VELOCIDAD DEL VIENTO:

VELOCIDAD PICO

VELOCIDAD MEDIA

LA MAYOR VELOCIDAD DE UNA “MILLA DE

VIENTO”, USADA POR EL U.S. NATIONAL

WEATHER SERVICE Y ADOPTADA POR EL

AMERICAN NATIONAL STANDARD ASCE 7-88,

Cap. 6. SE MIDE A UNA ALTURA DE 10m EN

TERRENO PLANO LIBRE DE OBSTÁCULOS


VARIACIÓN DEL VIENTO CON LA ALTURA

EL TERRENO Y LAS

CONSTRUCCIONES

RETARDAN EL AIRE

CERCA DE LA SUPERFICIE.

A CIERTA ALTURA LA

VELOCIDAD YA NO SE

ALTERA.

DAVENPORT PROPUSO LAS

CURVAS MOSTRADAS EN

LA FIGURA.


EFECTOS DE LA TOPOGRAFÍA

LA TOPOGRAFÍA LOCAL INFLUYE SOBRE EL

VIENTO.

SUS EFECTOS PRINCIPALES SON:

AMPLIFICACIONES SOBRE LA CIMA DE CERROS O

COLINAS Y “TUNELIZACIÓN” EN LOS VALLES.

SE REQUIERE INVESTIGACIÓN LOCAL.

LOS REGLAMENTOS NO PARTICULARIZAN PARA

ESTOS CASOS.


MAPA EÓLICO

DE LA

DISTRIBUCIÓN

DE VIENTOS

EXTREMOS EN

EL PERÚ

(UNI, 1966)

Isotacas quantiles de 0.02

K.P.H. a 10 m del suelo

Periodo de recurrencia :50 años


EFECTOS DEL VIENTO

ACCIONES EXTERNAS DEL VIENTO


EFECTOS DEL VIENTO

ABERTURAS Y PRESIÓN INTERNA DEL VIENTO


EL VIENTO EJERCE PRESIONES SOBRE LAS

SUPERFICIES DE LA CONSTRUCCIÓN.

PRESIÓN POSITIVA:

HACIA LA SUPERFICIE

PRESIÓN NEGATIVA:

DESDE LA SUPERFICIE

HAY EFECTOS GLOBALES Y LOCALES.

EFECTOS DEL VIENTO


NORMAS PARA CONSIDERAR EL

VIENTO SOBRE LAS ESTRUCTURAS

ACCIONES DEL VIENTO PARA EL DISEÑO:

PROCEDIMIENTO ANALÍTICO: RESULTADO

DE ESTUDIOS EN MODELOS.

TÚNELES DE VIENTO: INVESTIGACIÓN EN

LABORATORIOS

ESTA CONFERENCIA TRATA SOBRE EL

PROCEDIMIENTO ANALÍTICO PROPUESTO POR

LAS NORMAS ASCE 7-88 MINIMUM DESIGN LOADS

FOR BUILDINGS AND OTHER STRUCTURES, CAP. 6


RELACIÓN ENTRE EL VIENTO Y SUS

CORRESPONDIENTES PRESIONES

p = q C GRF

Presión

del viento

estimada

Presión por

la velocidad

del viento en

la zona

Factor

aerodiná

mico de

forma

Factor de

respuesta

dinámica

de ráfaga

= · ·

· ·




q = 0.05 K ( I.V)2

q : PRESIÓN QUE GENERA LA

VELOCIDAD DEL VIENTO (N/m2)

K :COEFICIENTE DE EXPOSICIÓN DE

LA ZONA Y DE LA ALTURA

I : FACTOR DE IMPORTANCIA DE LA

CONSTRUCCIÓN

V :VELOCIDAD BÁSICA DE DISEÑO

DEL VIENTO (km/h)




(Continuación)

C : FACTOR DE FORMA AERODINÁMICA

(OBTENIDOS EN TÚNELES DE

VIENTO).

GRF : FACTOR DE RESPUESTA DE

RÁFAGA (GUST RESPONSE FACTOR),

AMPLIFICA LOS EFECTOS DE LAS

RÁFAGAS.

Ga : GRF APLICABLE A ESTRUCTURAS

FLEXIBLES.


COEFICIENTE DE EXPOSICIÓN KZ

VARIACIÓN DE LA VELOCIDAD

DEL VIENTO CON LA ALTURA.

EXPOSICIÓN A : CENTRO DE

CIUDAD O TERRENOS RUGOSOS

EXPOSICIÓN B : ÁREAS

SUBURBANAS O TERRENOS

BOSCOSOS

EXPOSICIÓN C : CAMPO

ABIERTO, SEMBRÍOS, ARBUSTOS

EXPOSICIÓN D : ÁREAS

COSTERAS EXPUESTAS AL MAR


COEFICIENTE DE PRESIÓN C

LOS COEFICIENTES DE PRESIÓN AERODINÁMICOS,

QUE SE DAN EN LAS NORMAS DE VIENTO, SE BASAN

EN RESULTADOS DE PRUEBAS DE MODELOS EN

TÚNELES DE VIENTO. ESTAS PRUEBAS CON FLUJOS

TURBULENTOS SE HAN HECHO PARA EDIFICIOS

CERRADOS.

LOS VALORES DE LOS COEFICIENTES DE PRESIÓN

SE DAN EN LAS TABLAS 4 A 19 Y FIG. 2 A 4 DE LAS

NORMAS DE VIENTO DEL ASCE 7-88, CAP. 6. SÓLO

TRATAREMOS LAS FIG. 2, 3 Y 4, Y LAS TABLA 9 Y 10

DE LAS NORMAS, CON EL OBJETO DE

DESARROLLAR, MÁS ADELANTE, UN EJEMPLO DE

APLICACIÓN.


COEFICIENTES DE PRESIÓN EXTERNA (Cp)

SOBRE PAREDES

Superficie L / B Cp Para usar

con

pared de

barlovento

pared de

sotavento

paredes

laterales

todos los

valores

0 - 1

2

4

todos los

valores

0.8

-0.5

-0.3

-0.2

-0.7

qz

qh

qh


COEFICIENTES DE PRESIÓN EXTERNA (Cp)

SOBRE TECHOS

(CONTINUACIÓN)

barlovento

direccióndel viento

ángulo en grados

h / L 0 10-15 20 30 40 50 60 sotavento

norm al a lacum bre

0.3

0.51.0

1.5

-0.7

-0.7-0.7-0.7

0 .2*-0.9*-0.9-0.9-0.9

0.2

-0.75-0.75-0.9

0.3

-0.2-0.2-0.9

0.4

0.30.3

-0.35

0.5

0.50.50.2

0.01

0.01

0.01

0.01

-0.7para todoslos valores

de

h / L y

paralelo a lacum bre

h/B o

h/L2.5

h/B o h/L>2.5

-0.7

-0.8

-0.7

-0.8


COEFICIENTES DE PRESIÓN INTERNA (GCpi)

Condiciones GCpi

Condición I

Condición II

Todas las condiciones excepto las que se indican bajo la

Condición II.

Edificios en los cuales se cumple simultáneamente lo

siguiente:

1.El porcentaje de las aberturas en una pared excede la

suma de los porcentajes de las aberturas en las

superficies de las paredes y techos restantes por 5% o

más.

2.El porcentaje de las aberturas en cualquiera de los muros

y techo restantes no excede 20%.

+0.25

-0.25

+0.75

-0.25


COEFICIENTES DE PRESIÓN EXTERNA

PARA COMPONENTES Y CERRAMIENTOS


Áreas tributarias (en m2):

Techos:

correas 11.2

planchas 2.4

tirafones 0.6

Paredes:

largueros 15.0

planchas 2.4

tirafones 0.6

a = 0.1x60 = 6 m ó

= 0.4x6 = 2.4 m

EL MENOR

Ver Zonas en Fig. 3

a = 2.4 m

EJEMPLO DE APLICACIÓN


(a) Viento normal a la cumbre

(b) Viento normal a la cumbre

SOLUCIÓN - PASO 4 (Continuación)

(c) Viento paralelo a la cumbre

PRESIONES

DEL VIENTO

SOBRE LOS

PÓRTICOS A

DOS AGUAS

p = qGhCp - qh(GCpi)

(a) Viento normal a la cumbre

(b) Viento normal a la cumbre


SOLUCIÓN - PASO 5 (Continuación)

COMPONENTES Y CERRAMIENTOSLas presiones mostradas

son para valores de

envolvente para áreas

tributarias de

1 m2 o menos

(a)Áreas tributarias de 1 m2 o menos, ver este esquema.

(b)Áreas tributarias de 10 m2 o más: Zona 1 p = -191 N/m2

Zonas 2 y 3 p = -231 N/m2

Áreas tributarias de 50 m2 o más: Zonas 4 y 5 p = +177 N/m2

-210 N/m2

Nota: Las presiones

de diseño por viento

interpoladas para

otras áreas

tributarias son

conservadoras

RESULTADOS


ACCION DE LOS SISMOSSOBRE LAS ESTRUCTURASDE ACERO

CONEXIONES DE PÓRTICOS

AISC DEFINE TRES TIPOS DE CONEXIONES:

ACCION DE LOS SISMOS SOBRE LAS


Conexiones

“articuladas”

Conexiones

semi-rígidas

Conexiones

rígidas

CONEXIONES

DE PÓRTICOS



ESTRUCTURAS DE CUBIERTA:

Cargas livianas

Ej. galpones, depósitos, industria liviana, auditorios,

hangares, etc.

ESTRUCTURAS DE DOS O TRES PISOS:

Cargas livianas en el piso superior y cargas pesadas en

los pisos inferiores.

Ej. Oficinas, depósitos de almacenamiento, industrias

EDIFICIOS DE PISOS MÚLTIPLES:

Cargas significativas

TIPOS MAS COMUNES DE




ESTRUCTURAS DE CUBIERTA





ESTRUCTURAS DE DOS

O TRES PISOS







EDIFICIOS DE

PISOS MÚLTIPLES



ESTRUCTURAS DE CUBIERTA:

Arriostramiento para resistencia sólo en tracción

ESTRUCTURAS DE DOS O TRES PISOS:

Arriostramiento para resistencia en tracción y

compresión

EDIFICIOS DE PISOS MÚLTIPLES:

Arriostramiento para resistencia en tracción y

compresión

Conexiones rígidas como una reserva de ductilidad

para zonas sísmicas

Soluciones Tubulares

SISTEMAS SISMORRESISTENTES



Diseño de columna

como volado

empotrado en el

suelo

tijeral

columna de

concreto





Se emplean planchas de cubierta de peso ligero.

Las cargas de viento pueden ser más importantes que

las cargas de sismo.

“pata de gallo”

FUNCIÓN:

tijeral

columna

de acero

rigidizar el nudo

de esquina



tirante protegido

pórtico de

alma llenanudos rígidos

a

b

c





arriostres en X




H

L

A

h

N

1

Para una crujía: resistencia sólo en tracción

NH

cos

H h

EAcos sen2




Las cargas debidas al sismo

pueden ser apreciables y

conviene emplear ángulos, Tees

para los sistemas de

arriostramiento con resistencia

en tracción y compresión.

Cuando se cruzan se conectan

en el centro y la diagonal en

tracción contribuye a la

resistencia de la diagonal en

compresión como un apoyo

elástico.



=0

=


Si = 0: Si =

CEI

LPce

c

e 2

2C Pce e 4

K = 1.0 K = 0.5

Resistencia en tracción y compresión



EDIFICIOS DE PISOS MÚLTIPLES

Tienen pisos de losas de

concreto (diafragma rígido).

Se debe conseguir que el

centro de gravedad coincida

con el centro de rigidez del

piso.

Se debe controlar la

deformación lateral con una

rigidez lateral mediante el

índice:

/h 1/200



Estos dependen íntegramente de la rigidez de los nudos para

su estabilidad lateral. Se emplean conexiones con nudos

rígidos. Se debe procurar ubicar crujías con arriostramientos

en los planos de los ejes débiles de las columnas para mejorar

la seguridad y la economía de la edificación.

Edificios sin

arriostramientos

verticales




P.S. P.A.


Para edificios de mayor altura es

necesario usar arriostramientos

verticales para seguridad contra

las acciones laterales y controlar

las deflexiones laterales.

Pórticos con arriostramientos verticales

Pórticos arriostrados (P.A.)

Pórticos soportados (P.S.)

• P.A. resisten cargas de

gravedad y cargas laterales

• P.S. resisten cargas verticales

En P.S. usar conexiones rígidas

como una reserva de ductilidad

para zonas sísmicas.




Tipos de enrejados para

arriostramientos verticales:

1 Arriostramiento en X

2 Arriostramiento en K

3 Arriostramiento en V

4 Arriostramiento excéntrico,

patrocinado por Popov (Univ.

de California, Berkeley) con el

objeto de producir rótulas

plásticas localizadas y disipar

energía a través de ellas.

443

321



Figura 11


Para edificios de gran altura

(más de 40 pisos)

Se recomiendan las llamadas

Soluciones Tubulares que han

probado ser muy apropiadas

para edificios de gran altura,

ya que abarca todo el edificio y

reparten mejor las cargas

sobre el terreno.

En este caso no es necesario

arriostrar internamente los

pórticos, propiciando grandes

espacios libres.



CONCLUSIONES

• Se ha presentado el estado del conocimiento de la forma de

arriostrar las estructuras de acero para enfrentar las

acciones de los sismos controlando los desplazamientos

laterales y la resistencia de los elementos estructurales, en

especial, de los arriostramientos, las conexiones y sus

detalles.

• Se debe evitar la formación de rótulas plásticas en los

nudos de las vigas con las columnas, desplazando las

rótulas hacia las vigas.

• Para edificios de gran altura es preferible la solución de

pórticos arriostrados, controlando mejor la rigidez lateral

de las edificaciones.



MUCHAS GRACIAS

diseÑo de acero y madera

Engineering