CV 00-871 Diseño de elementos de acero

Ing. Carlos Enrique Nungaray Pérez

Barbara Stephany de la Fuente Barraza

Dimas Alberto Díaz Zaleta

Fernando Miguel Quesada Rojas

Omar Ulises del Carmen Cortez

Monterrey Nuevo León, 10 de mayo de 2010

Contenido

Introducción

Criterios de diseño

Cargas

Análisis estructural

Diseño estructural

Verificación

Conclusión

Referencias

Introducción El siguiente proyecto consta de la elaboración del análisis y

diseño estructural de un edificio de acero, mediante un programa computacional especializado; así como la verificación de los resultados arrojados dicho software. El programa a utilizar es RAM Elements 10.

Se pretende que el diseño de cada elemento cumpla con las normas requeridas y se ajuste a las restricciones y requerimientos que el proyecto demande, desde el punto de vista técnico y económico, buscando mantener siempre las más elevadas normas de calidad, y tomando en cuenta el aspecto estético, funcional, el material disponible y el procedimiento constructivo.

Criterio de Diseño 2.1 Ubicación y uso del complejo

El edificio está situado en la ciudad de Monterrey, y tiene como destino el uso de departamentos, contando con 5 pisos (incluyendo la azotea) con una altura total de 12m. El terreno dedicado a esta construcción se encuentra rodeado de inmuebles habitacionales y comercios, todos ellos de baja altura.

2.2 Cimentación

El terreno donde se construirá el edificio está ubicado en la zona urbana, del tipo firme, con pendientes que varían hasta un 4%.

La cimentación será diseñada con base en una capacidad de carga de 2.5 kg/cm2 a una profundidad de desplante de 2.00 m.

2.3 Material estructural -Concreto: f ’c = 250 Kg/cm2 (losa del sistema de piso) f ’c = 250 Kg/cm2 (cimentación) -Acero de refuerzo: fy = 4,200 Kg/cm2 -Acero estructural: A992 Soldadura: E70 -Tornillos: A325 2.4Elevador y escaleras Las escaleras están definidas con base en los siguientes criterios mínimos: -Ancho: 1.30 m (mínimo) -Huella: 0.30 m (mínimo) -Peralte: 0.17 m (como máximo, pero ajustable según la altura). -El elevador deberá tener una capacidad para 10 personas.

Cargas 3.1.- Losa entrepiso

A continuación se mostrará el desglose de las cargas muertas consideradas para la losa de entrepiso:

3.2.- Losa azotea

A continuación se mostrará el desglose de las cargas muertas consideradas para la losa de azotea:

3.3.1.- Fachada – de Muros

El peso de los muros de carga fue determinado mediante la obtención del área normal del muro y multiplicado por el peso volumétrico de la mampostería, γ=1500 kg/m3. Esto con la intención de determinar la carga distribuida sobre las vigas en las que se apoyará dicho muro. Los cálculos se muestran a continuación:

3.3.2.- Fachadas de Vidrio

Del mismo modo que para los muros, se consideró el área normal de la fachada de vidrio y se multiplicó por el peso volumétrico del material, γ = 3100 kg/m3, obteniendo así la carga distribuida sobre el elemento de soporte

3.4.- Escaleras En el caso de comunicaciones para peatones, el RCDF3 establece algunas características

mínimas para el diseño de los sitios de paso común en el Capítulo IV del Título Quinto. Tomando en cuenta los puntos anteriores, así como las dimensiones mínimas propuestas

anteriormente, a continuación se mostrará el dimensionamiento de los elementos de comunicación de peatones, como lo son las escaleras y los elevadores.

Dimensiones propuestas L = 1.3 m B = 2 m (ancho) t1 = 30 cm (huella) r = 17 cm (peralte) S = 12 cm (peralte de losa) Recubrimiento = 0.02m H = 3 m 18 escalones 1 descanso Descanso: Largo = 2 m Ancho = 1 m

3.5.-Elevadores

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 Comsa4. Tomando en cuenta que se requiere una capacidad de carga para 10 personas,

3.6.- 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:

Tipo Carga viva (kg/m2)

Azotea pendiente < 5% 100

Habitación 170

Pasillos 350

Escaleras 350

Elevadores 350

3.6.1.- Carga viva de azotea 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

También es necesario tomar en cuenta los tableros en los

que fue establecida una carga extra por aire acondicionado de 250 kg/m2, teniendo entonces una carga viva de 350 kg/m2

3.6.2.- Carga viva de entrepiso

Se tomaron los valores establecidos por el RCDF:

Tipo Carga viva (kg/m2)

Habitación 170

Pasillos 350

Escaleras 350

Elevadores 350

3.6.3.- Cargas debidas al viento

La obtención de las cargas de viento fue realizada en base al manual de diseño por viento de la CFE 2008.

Análisis Estructural

Para el análisis, primeramente se crearon los nodos base, a partir de los cuales, se crearon los elementos estructurales.

Ya con la estructura y las cargas previamente calculadas, se crean áreas de carda y se asignan las correspondientes cargas a cada sección. Es importante crear diafragmas por nivel para el correcto funcionamiento de las losas.

Con estos valores asignados se realizó el análisis, y el programa arrojó los diagramas. Con los diferentes menús pudimos acceder a la información requerida

Diseño Estructural

Ya que el programa ha realizado el análisis podemos realizar el diseño según el código especificado. En donde el programa realizara las revisiones correspondientes a las especificaciones establecidas dentro de los límites permisibles

Una vez realizado el diseño, el programa nos despliega los elementos que no satisfacen los requerimientos. Por consiguiente, se procede a Optimizar los perfiles que no cumplen con las especificaciones

Ya que se ha realizado la optimización es necesario volver a correr el análisis y realizar el diseño. En este punto es importante resaltar la necesidad de actualizar ciertos datos, por ejemplo, los factores de longitud efectiva K. Esto para poder llevar a cabo el diseño de los nuevos elementos sin problema

Una vez actualizados los factores y optimizadas todas las advertencias se tiene el modelo correcto y que cumple con los requerimientos.

Analisis de Resultados Los resultados que se tomarán en cuenta para el diseño

y revisión de los elementos críticos, se hará en base al valor de la ecuación de interacción (stress ratio), en donde podremos ver los elementos críticos sometidos a la combinación de carga crítica

De este modo obtenemos que los elementos críticos son:

Viga principal 2983 con stress ratio de 0.96

Viga secundaria 2032 con stress ratio de 0.99

Columna 161 con stress ratio de 0.97

También es necesario revisar los desplazamientos nodales máximos con el fin de revisar la distorsión debido a cargas laterales de viento y de este modo compararlos con las NCRDF, a fin de evaluar la necesidad de contravientos o muros de cortante. Según las NCRDF la distorsión no debe de exceder:

a) Cuando no existan elementos de relleno que puedan dañarse como consecuencia de las deformaciones angulares: 0.005

b) Cuando existan elementos de relleno que puedan dañarse como consecuencia de las deformaciones angulares: 0.002.

Def. angular = 1.67E-06

Diseño de Cimentaciones

Verificación

Conclusión Este proyecto nos fue de gran ayuda para poder comprender el proceso de

diseño de una estructura de acero, desde la propuesta geométrica hasta la optimización de los elementos. También nos permitió familiarizarnos con un software de diseño como lo es el RAM V.8i 10, siguiendo cada uno de los pasos para la elaboración de un complejo departamental. A su vez pudimos comprobar los resultados obtenidos con el programa y compararlos con los resultados obtenidos mediante la memoria de cálculo, realizada con los conocimientos adquiridos durante el curso de “diseño de elementos de acero”.

En relación a la comprobación de los resultados, pudimos corroborar mediante las especificaciones de diseño del manual de construcción de la AISC los resultados arrojados por el software, obteniendo los mismo perfiles y satisfaciendo la demanda de capacidad de momento y cortante.

Por último, otro aspecto importante fue el estudio realizado en base al diseño por viento según el reglamento de la CFE del 2008. En donde pudimos aplicar las cargas determinadas por el método estático equivalente y analizar sus efectos en la estructura. A su vez pudimos revisar la distorsión creada por las cargas laterales y compararla con los valores permisibles según las NCRDF.

Referencias 1.-

http://www.centrovirtual.com.mx/portal/images/Galvadeck%2015.pdf

2.- http://www.armstrong.com/content2/commclgam/files/4527.pdf

3.- http://www.contraloria.df.gob.mx/prontuario/vigente/385.htm

4.- http://www.elevadorescomsa.com/ 5.http://www.concretocelular.com.mx/Concreto%20Celular%20

deOccidente/Tablas%comparativas/Block%20vs%20tablaroca.pdf

6. American Institute of Steel Construction Inc., Steel Construction Manual, 2005 USA