DISEÑO DE UNA ESTRUCTURA A BASE DE PERFILES DE ACERO DELGADO FORMADOS EN FRIO

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA
UNIDAD ZACATENCO
“DISEÑO DE UNA ESTRUCTURA A BASE DE PERFILES DE ACERO
DELGADO FORMADOS EN FRIO”
T E S I S
Que como uno de los requisitos para obtener el titulo de
INGENIERO CIVIL
P R E S E N T A :
NÈSTOR BRAVO MADRIGAL
México DF Junio 2006
AGRADECIMIENTOS
Dios mió gracias por permitirme
concluir esta etapa tan importante en
mi vida llenándome de esperanzas y
vigor para alcanzar nuevas metas.
Dedico esta tesis a mis padres que siempre me han
acompañado en los momentos más importantes de mi
vida buenos y malos, regalándome sabios consejos, de
igual manera a toda mi familia que tanto quiero y muy
en especial en memoria de mi Tío Leno que siempre
estuvo atento de sus sobrinos y de todo su familia.
i
Agradezco a Marhnos, empresa que me acogió terminada
mi carrera, así como al Ing. Humberto Díaz Torres
Director del área de Edificación, por todo su apoyo y
confianza que me ha brindado, de igual manera a mi
primeros jefes directos en la empresa, quienes siempre se
preocuparon laboral y personalmente por mi crecimiento,
el Arq. Jaime Arturo Martínez Medina. Y el Ing. Luis Terán
Escandón.
Agradezco también a todas mis amistades de Marhnos
a las cuales estimo mucho, especialmente una amiga
la Lic. Erika Andrea Escobar López. Quien me ha
apoyado en todo momento, que con sus buenos
consejos y contagiosa alegría logre abatir malos
momentos y salir adelante.
Por último un agradecimiento muy especial al Ing. José Luis Flores y toda la gente
de su despacho quienes me apoyaron en la realización de este trabajo en
especial al Ing. Juan Alfonso González Zaraut.
ii
Índice
Capitulo
Tema
Pág.
Agradecimientos
i
Índice
iii
Introducción
1
Muros de carga (wall Studs)
Losa de entrepiso
Losa de azotea
Muro divisorio
Muro fachada
Plafones
3
3
4
5
6
8
2
Índice de tablas
10
3
Antecedentes
12
4
Justificación
16
5
Objetivos
17
6
Componentes básicos del sistema
18
Canales
Canal de carga
Canal de amarre
Canal listón
Canal Z
Canal H
Canaleta resilente
Canaleta de carga
Poste viga
Poste H
Poste metálico
Sujeción lateral
Ángulo de unión
Ángulo de amarre
Esquinero
Reborde J
Reborde L
Perfiles omega
Angulo de unión
18
19
20
21
21
22
22
23
23
25
25
26
29
29
30
31
31
32
33
1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
6.1
6.2
6.3
6.4
6.5
6.6
6.7
6.8
6.9
6.10
6.11
6.12
6.13
6.14
6.15
6.16
6.17
6.18
6.19
iii
Capitulo
6.20
6.20.1
6.20.2
6.20.3
6.20.4
6.21
6.22
6.23
6.23.1
6.23.2
6.23.3
6.23.4
6.23.5
6.23.6
6.23.7
6.23.8
6.24
6.24.1
6.24.2
6.24.3
6.24.4
6.24.5
6.24.6
6.24.7
6.24.8
7
7.1
7.2
7.3
7.4
7.5
7.6
7.7
7.8
8
8.1
8.1.2
8.1.3
8.1.4
Tema
Pág.
Tornillos
Txp-12
Thx-34
Tfr-118
Tfr-158
Perfiles para muros divisorios
Perfiles para plafones corridos
Anclajes a la cimentación
Cartabón S/HTT14
Conector S/LTT20
Conector muro concreto MAS-16
Conector muro a concreto HD22-2P
Unión huracán S/H1
Unión huracán S/H2
Conector para viga doble
Adhesivo epóxico
Armaduras más utilizadas
Tipo Fink
Tipo simple con ático
Tipo media tijera
Tipo polinesia
Tipo king post
Tipo warren en tijera
Tipo de cuerdas paralelas con colados laterales
Tipo de cuerdas paralelas pratt
34
34
34
36
36
37
38
39
39
39
40
40
41
41
42
42
43
44
44
44
44
45
45
45
45
Descripción del proyecto
46
Planta baja arquitectónica
Planta primer y segundo nivel arquitectónica
Planta de azotea arquitectónica
Cortes arquitectónicos
Fachadas arquitectónicas
Planta baja distribución de perfiles de acero delgado
Planta primer y segundo nivel distribución de perfiles de acero delgado
Modelo 3D
48
49
50
51
53
54
55
56
Solicitaciones de carga
57
Carga vertical
Análisis de cargas
Obtención de cargas muertas que actúan sobre la estructura
Obtención de las cargas vivas máximas que actúan sobre la estructura
57
57
69
76
iv
Capitulo
8.1.5
8.2
8.2.1
8.2.2
8.2.3
8.2.4
8.2.5
8.2.6
8.2.6.1
8.2.7
8.2.8
8.2.9
8.2.9.1
8.2.9.2
8.2.9.3
8.2.10
8.2.11
8.2.12
8.2.13
8.3
8.3.1
8.3.2
8.3.3
8.3.4
8.3.5
8.3.6
8.3.7
8.3.8
8.3.9
8.3.10
8.3.11
9
9.1
9.2
9.3
9.4
9.5
9.6
9.7
9.8
Tema
Pág.
Obtención de cargas vivas accidentales que actúan sobre la estructura según el
RCDF
Carga por viento
Clasificación de la estructura
Clasificación de la estructura según su respuesta ante la acción del viento
Categoría del terreno según su rugosidad y clase de estructura
Definición de la velocidad regional VR Para el período de retorno requerido
Definición del factor de exposición
Determinación de la velocidad de diseño VD
Factor de topografía FT
Calculo de la corrección de densidad G, y obtención de la presión dinámica base
qz
Fuerzas sobre construcciones cerradas
Presiones interiores
Permeabilidad
Aberturas
Aberturas dominantes
Análisis por viento
Distribución de coeficientes C
Obtención de la presión de viento
Distribución de coeficientes en azotea para determinación de cargas
Carga accidental por sismo
Consideraciones generales
Análisis estructural
Método estático equivalente
Coeficiente sísmico
Factor de comportamiento sísmico Q
Determinación de fuerzas laterales y cortantes en construcciones de varios
niveles
Tipo de terreno
Cargas gravitacionales
Cargas accidentales debidas al efecto sísmico sobre la estructura
Obtención de pesos por nivel de la estructura
Obtención del cortante basal
79
82
82
83
83
84
86
87
88
88
89
94
95
96
96
103
105
106
107
109
109
109
113
113
114
116
118
124
125
127
127
Análisis de la Estructura a base de un modelo en el programa Staad Pro IV
128
Elaboración del modelo
Determinación de apoyos
Preparación del modelo para aplicación de cargas debido a sismo
Aplicación de cargas sobre la estructura en el modelo
Obtención de las propiedades físicas de los perfiles a utilizar
Creación de tablas de perfiles comerciales en México para aplicación en el
modelo
Aplicación de los perfiles sobre cada elemento de la estructura del modelo
Obtención de combinaciones de carga para aplicación en el modelo
128
128
129
130
131
132
v
133
134
Capitulo
10
10.1
10.2
10.3
10.4
10.5
10.5.1
10.5.2
10.5.3
10.6
10.6.1
10.6.2
10.6.3
11
11.1
11.2
11.3
12
Tema
Pág.
Análisis de la Estructura a base de un modelo en el programa Staad Pro IV
Introducción del diseño de acero formado en frío
Consideraciones para el diseño en Staad Pro IV
Primera corrida de diseño en Staad Pro IV
Segunda corrida de diseño en Staad Pro IV
Diseño final
Diseño Planta baja
Diseño Primer Nivel
Diseño segundo nivel
Revisión de diseño
Revisión del diseño de un bastidor
Revisión del diseño de una viga
Revisión de los contravientos de un bastidor
136
136
137
138
139
145
145
146
147
148
149
154
160
Conclusiones, recomendaciones y ventajas
165
Conclusiones
Recomendaciones de estructuración del Sistema Steel Framing
Ventajas
165
166
169
Bibliografía
170
vi
1
Introducción
El diseño
y construcción de estructuras con perfiles de acero galvanizado
delgado, es un sistema prácticamente nuevo en nuestro país y algunos otros
países en el mundo, sin embargo existen muchos otros países en los que ya se
ha aplicado este sistema. Como es el caso de algunos países de Europa así
como Australia donde se ha promovido su uso en casa habitación desde 1982 y
en la actualidad se construyen 40,000 casas por año. Otro ejemplo es Estados
Unidos y Canadá donde se ha acostumbrado a construir casas con perfiles de
madera, mas sin embargo organizaciones a favor del medio ambiente están
prohibiendo la tala indiscriminada de árboles tal motivo ha provocado que se
utilicen sistemas como este, en el que el acero es reciclable además que es ligero
fácil de manejar económico, no se pudre, no se agrieta, no se altera y no es
inflamable.
Dicho sistema es conocido comúnmente con el nombre de Steel Framing para
entender mejor el nombre “Framing” o “Frame” quiere decir; conformar un
esqueleto estructural por elementos diseñados para dar forma y soportar a un
edificio. En el caso específico de la palabra Framing es utilizada también para la
construcción de casas de madera en un sistema similar el cual lleva el nombre de
House Framing. Nuestro sistema esta inspirado en el concepto general de las
casas con estructura de madera sustituyendo la estructura portante de madera por
perfiles de acero galvanizado, por lo cual el Steel Framing es el Sistema de
perfiles estructurales livianos que conforman un esqueleto
soportar un edificio.
-1-
para dar forma y
En México se esta desarrollando y perfeccionando esta nueva forma de diseñar y
de construir. Aún cuando en general el diseño de este sistema esta basado en
reglamentos como el North American Specification for the Design of Cold Formed
Steel Structural Members 2001 reglamento de Norteamérica que dicta las
especificaciones de diseño de perfiles delgados rolados en frío para (Canadá,
Estados Unidos y México) o el AISI (American Iron and Steel Institute),de donde
empresas Mexicanas han tomado lo esencial de dichos reglamentos y
adaptándolo a las condiciones de nuestro país han empezado a fabricar los
perfiles necesarios y diseñar estructuras del mismo estilo.
El Steel Framing se puede utilizar como estructura para construir residencias,
hoteles y departamentos de hasta 4 Niveles. El principio es la utilización de
perfiles de calibre estructural que cumplan con las especificaciones de la AISI
(American Iron and Steel Institute) que nos permiten elaborar el diseño para
resistir cargas de compresión como es el caso de los postes de los muros de
carga, y cargas de flexión como es el caso de las vigas que conforman las losas
de entrepiso y de azotea y los dinteles de puertas y ventanas. Para soportar las
cargas laterales como la acción del viento y del sismo se emplean contravientos
de lámina de acero galvanizado.
-2-
El Steel Framing consiste en la formación de bastidores modulados, elaborados
con perfiles de acero galvanizado o aluzinc formados en frío G-90 o G-60
y
revestidos con paneles de yeso en sus dos caras, estos bastidores forman los
elementos estructurales del sistema, como son muros de carga interiores y
exteriores, entrepisos, techumbres, fachadas, muros divisorios, alfardas y
cualquier otro elemento que se adapte a las formas arquitectónicas del proyecto y
que a continuación se describen los más importantes.
1.1
Muros de carga (Wall Studs)
El muro que recibe directamente la carga de una azotea o un entrepiso o ambos
se le llama Muro de carga. La construcción de un Muro de carga implica la
utilización de perfiles estructurales como postes y canales de carga ( canal de
amarre ) con los cuales se conforman bastidores, logrando tener muros interiores
con carga axial así como muros exteriores con carga y presión de viento.
1.2
Losa de entrepiso
Las losas de entrepiso se componen de: vigas cargadoras que se apoyan en los
postes, una lámina acanalada como cimbra muerta, un colado de concreto con
malla electro soldada encima de la lámina acanalada, aislamiento debajo de la
-3-
lámina acanalada entre las vigas y panel de yeso atornillado a la parte inferior de
las vigas. Esta losa proporciona la superficie adecuada para recibir cualquier piso
y por debajo se puede aplicar al panel de yeso cualquier acabado estético.
1.3
Losa de azotea
Las Losas de Azotea pueden ser horizontales o inclinadas, en caso de ser
horizontal es igual a una losa de entrepiso, pero habría que dar pendiente con
relleno para desaguar la lluvia. Cuando la Losa es inclinada existen distintas
combinaciones de materiales para dar el sistema de techumbre. La configuración
típica de una losa de azotea es: vigas de acero galvanizado a cada 61 cm., por
encima de las losas se atornilla un panel llamado O.S.B., luego por encima del
panel O.S.B. se coloca una capa de cartón asfaltado, y por último, encima del
cartón asfaltado se clava la teja asfáltica al panel O.S.B. La teja asfáltica se puede
sustituir por teja de barro para darle una vista más acorde a la región.
-4-
1.4
Muro divisorio
El Muro divisorio Fig. (1.4) se conforma de una estructura de perfiles de acero
galvanizado a base de postes separados a cada 61 o 40.6 cm. introducidos en
canales de amarre, los cuales se anclan al piso y al techo con fijadores. Esta
estructura es revestida con panel de yeso Estándar, Resistente al Fuego y
Resistente a la Humedad. El aislamiento de fibra de vidrio se coloca entre los
paneles de yeso con el fin de darle las propiedades térmicas y acústicas al muro.
Para el tratamiento de las juntas se utiliza la cinta de papel y el compuesto
estándar o súper ligero para paneles estándar y resistente al fuego. Para el
tratamiento de juntas del panel resistente a la humedad se utiliza la cinta de fibra
de vidrio y recubrimiento base.
-5-
Muro Divisorio
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Panel de Yeso Estándar
Poste Metálico
Canal de Amarre
Tornillo para fijar Estructura
Tornillo para unir Panel a Estructura
Cinta de Papel para Juntas
Compuesto Estándar
Anclaje Mecánico
Aislamiento de Fibra de Vidrio
Calafateo del Muro con Silicón.
Fig. 1.4
1.5
Muro fachada
Este es un muro utilizado en el exterior para proteger la parte interior de la
edificación y dar apariencia hacia la parte exterior. Debe de ser diseñado para
resistir la acción de viento y debe de cumplir con las características necesarias
para proporcionar resistencia a los cambios de temperatura, resistencia a los
efectos del medio ambiente y resistencia térmica para ser considerado como un
aislante térmico. Además debe ser capaz de recibir todo tipo de acabado. Un muro
fachada se compone de perfiles de acero galvanizado de calibre estructural
diseñados según la carga de viento del lugar a realizar. Dicha estructura se reviste
en la parte exterior con panel de yeso Resistente al Exterior, panel de yeso DensGlass Gold Fig. (1.5.1) o panel de cemento Permabase Fig. (1.5.2). El tratamiento
de juntas para cualquier panel para exteriores paneles se realiza con cinta de fibra
de vidrio y recubrimiento base. Se colocan juntas de expansión a distancias
definidas y se aplica una malla de fibra de vidrio con recubrimiento base en toda la
superficie del muros, excepto en el panel de cemento Permabase, al cual se omite
la malla de fibra de vidrio.
-6-
Muro Fachada con Dens-Glass Gold
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Panel resistente a exteriores
Panel para interiores
Poste de acero galvanizado
Canal de carga
Anclaje mecánico
Tornillo para fijar estructura
Tornillo para unir panel a estructura
Cinta de fibra de vidrio para tratamiento de juntas
Recubrimiento base
Malla de fibra de vidrio
Aislamiento de fibra de vidrio
Calafateo de estructura y panel
Fig. 1.5.1
Muro Fachada con Permabase
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Panel resistente a exteriores
Panel para interiores
Poste de acero galvanizado calibre 20 mínimo y a cada 40.6 cm.
Canal de carga
Anclaje mecánico
Tornillo para fijar estructura
Tornillo para unir panel a estructura
Cinta de fibra de vidrio para tratamiento de juntas
Recubrimiento base
Aislamiento de fibra de vidrio
Calafateo de estructura y panel
Fig. 1.5.2
Existe un tercer muro para fachada el cual utiliza el sistema EIFS siendo sus
iniciales (Exterior Insulation and Finish System). Es el nombre que se le da a la
utilización de placas de poliestireno expandido o extruido atornillándose a los
postes con tornillos y arandela de plástico, adheridas al panel para exterior con
Recubrimiento Base. Encima de las placas de poliestireno se aplica la malla de
fibra de vidrio con Recubrimiento Fig. (1.5.3)
-7-
Fig. 1.5.3
1.6
Plafones
Los Plafones son los elementos que permiten la creación de un espacio libre no
visible debajo de cualquier losa o techo. Dicho espacio libre permite el paso de
todas las instalaciones eléctricas, hidráulicas, de aire acondicionado, etc. sin que
sean vistos por los usuarios del lugar. Los plafones se componen de una
estructura metálica de perfiles de acero galvanizados que se cuelga por medio de
cable galvanizado a la estructura principal que se desea cubrir. Según el tipo de
Plafón a usar será la estructura a utilizar. Los dos tipos de plafones son: Plafón
Corrido y Plafón Registrable.
El Plafón Corrido Fig. (1.6.1) presenta una superficie lisa en todo el área y la
estructura que lo conforma no es visible.
-8-
Plafón Corrido
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Panel de yeso
Canal listón
Canaleta de carga
Ángulo perimetral
Alambre galvanizado para unir canal listón a canaleta de carga
Colgante de alambre galvanizado
Anclaje para fijar colgante
Anclaje para fijar ángulo perimetral
Tornillo para unir panel a estructura
Cinta de papel para juntas
Compuesto estándar
Fig. 1.6.1
El Plafón Registrable Fig. (1.6.2) se conforma de módulos de plafón de 61 x 61
cm. o 61 x 122 cm que se apoya en una suspensión (estructura) visible.
Plafón Registrable
1
2
3
4
5
6
7
Fig. 1.6.2
-9-
Plafón Registrable
Suspensión Metálica Principal
Suspensión Metálica Secundaria
Ángulo Perimetral
Alambre Galvanizado
Anclaje para fijar colgante
Anclaje para fijar ángulo perimetral
2
Índice de tablas
Capitulo
Tabla
6
6.1
6.2
6.3
6.4
6.5
6.6
6.7
6.8
6.9
6.10
6.11
6.12
8.1
8.2
6.13
6.14
6.15
6.16
6.17
6.18
6.18 B
6.19
6.20
6.21
8.1.1
8.1.2
8.1.3
8.1.4
8.1.5
8.1.6
8.1.7
8.1.8
8.1.9
8.1.10
8.1.11
8.1.12
8.2.1
8.2.2
8.2.3
8.2.4
8.2.5
8.2.6
8.2.7
Nombre
Pag.
Tabla de propiedades físicas de canal de carga
Tabla canal de amarre
Tabla de propiedades físicas canales de amarre calibre 25 estándar y 26
ligero
Tabla canal listón
Tabla canal Z
Tabla canal H
Tabla canaleta resilente
Tabla canaleta de carga
Tabla de propiedades físicas poste viga calibre 25 estándar y 26 ligero
Tabla poste H
Tabla poste metálico
Tabla propiedades físicas postes metálicos calibres 25 estándar y 26
ligero
Tabla sujeción lateral
Tabla ángulo de amarre
Tabla esquinero
Tabla reborde J
Tabla reborde L
Tabla perfiles omega
Tabla propiedades perfiles omega
Tabla ángulo de unión
Tabla cargas permisibles en kilogramos por tornillo
Tabla espaciamiento mínimo a centros en cm
Análisis de cargas Losa de azotea área de pasillos
Análisis de cargas Losa de azotea área de cuartos
Análisis de cargas Losa de entrepiso área de pasillos
Análisis de cargas Losa de entrepiso área de cuartos
Análisis de cargas Losa de entrepiso área de baños
Análisis de cargas pretil perímetro azotea
Análisis de cargas pretil perímetro domo
Análisis de cargas muro exterior
Análisis de cargas muro interior
Análisis de cargas muro interior baño
Análisis de cargas muro exterior baño
Estructura cubo de luz
Tabla categoría del terreno según su rugosidad
Tabla clase de estructura según su tamaño
Tabla factor de tamaño Fc
Tabla valores de α y δ
Tabla factor de topografía local Ft
Tabla relación entre altitud y la presión barométrica
Tabla coeficiente de presión exterior, Cpe para muros en barlovento y
sotavento de construcciones con planta rectangular cerrada
-10-
19
20
20
21
22
22
22
23
24
25
26
26
27
30
30
31
31
32
33
33
35
35
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
84
84
86
87
88
89
91
Capitulo
Tabla
Nombre
8.2.8
Coeficiente de presión exterior, Cpe, para zonas de muros laterales de
construcción con planta rectangular cerrada
Coeficiente de presión exterior, Cpe, para zonas de techos de
construcciones con planta rectangular cerrada
Tabla de factor de reducción KA para techos y muros laterales
Tabla factor de presión local KL para recubrimientos y sus soportes
Tabla de coeficientes de presión interna Cpi, para construcciones con
planta rectangular cerrada y muros permeables
Tabla de coeficiente de presión interior, Cpi, para construcciones de
planta rectangular cerrada y superficies con aberturas
Tabla de coeficiente de presión exterior C para zonas de techos de
construcciones con planta rectangular cerrada
Tabla de velocidades regionales de las ciudades más importantes
Tabla de coeficientes sísmicos
Tabla de coeficientes sísmicos para estructuras del grupo”B” CFE
Análisis de peso por nivel de la estructura
Tabla Obtención de cortante por nivel de acuerdo al análisis sísmico
estático
Tabla componentes poste viga
Tabla componentes poste viga en cajón
Tabla componentes poste viga espalda con espalda
Tabla componentes Canal
Tabla cold formed Steel Chanel with lips
Tabla Cold formed Steel Chanel
Tabla cambio de perfiles
Tabla revisión del perfil JWE3.625x057CS trabajando como poste en
bastidor
Tabla propiedades de la sección efectiva con respecto al eje x
Tabla revisión del perfil o CS1.625X057 trabajando como viga en losa
Tabla Revisión de la fuerza de tensión en contravientos
8.2.9
8.2.10
8.2.11
8.2.12
8.2.13
8.2.14
8.3
9
10
8.2.15
8.3.1
8.3.2
8.3.3
8.3.4
9.1
9.2
9.3
9.4
10.1
10.2
10.3
10.6.1
10.6.2
10.6.3
10.6.4
Pag.
-11-
92
92
93
94
96
97
97
102
119
121
127
127
131
131
131
131
140
142
142
153
157
159
164
3
Antecedentes
La introducción en 1784 de molinos de rolado de lámina en Inglaterra, realizada
por Henry Cort, condujo a la primera aplicación estructural del acero formado en
frío: láminas corrugadas de acero de calibre ligero para techar o cubrir
construcciones. Los molinos de laminación continua en caliente, desarrollados en
Estados Unidos en 1923 por John Tytus, condujo a la actual industria de
fabricación basada en tiras o perfiles laminados y enrollados de acero. Por lo que
la utilización del Steel Framing en edificios comerciales es de larga edad. En
cambio en el rubro de viviendas comenzó a utilizarse desde mediados del siglo XX
a finales de la Segunda Guerra Mundial cuando en los países de Europa urgía
construir de una forma rápida y eficiente, comenzándose a distribuir en diferentes
países del mundo.
El origen del sistema se remonta a la tradicional colocación de muros divisorios y
plafones con paneles de yeso que posteriormente se expandió con la elaboración
de fachadas de varios niveles, terminando por consolidarse en un sistema
constructivo integral de estructura propia que a partir de su aceptación se han
construido desde casas, comercios, oficinas hasta hoteles de cuatro niveles.
-12-
En México llega en la década de los 90’ cuando es introducida al mercado por
algunas empresas mexicanas como Panel Rey la cual mediante un manual de
diseño estructural que realizó,
diseña el mayor porcentaje de proyectos
elaborados en nuestro país con dicho sistema. A partir de estas fechas año con
año hasta nuestros días no ha parado la construcción con este sistema un ejemplo
se muestra en las siguientes fotos.
Hotel Fiesta Inn Nogales
-13-
En la actualidad se han realizado un sin
Hotel Fiesta Inn Mexicali
fin de proyectos, ejemplo de esto se refleja
en estos hoteles acabados de realizar
en 2004. Los cuales se encuentran en
eficiente funcionamiento en nuestros días
Otros están en pleno proceso de construcción como el que se muestra en estas
fotos.
Country Inn Cd. Valles San Luis Potosí
-14-
Aquí se muestra la utilización del
Sistema en un edificio habitacional
El cual por su rapidez de construcción se vendieron los departamentos muy
rápido.
-15-
4
Justificación
Durante décadas en México se ha construido en general de una forma
tradicionalista sin muchos cambios en sus sistemas constructivos, sin embrago, en
la actualidad demanda más eficiencia en los procesos de construcción que nos
permitan construir proyectos con mayor rapidez sobretodo más accesibles
económicamente, fáciles de construir y con mejores expectativas de crecimiento o
modificación a las necesidades particulares de cada persona, obteniendo con esto
un beneficio general. Por lo que en los últimos años muchas empresas han puesto
la vista en sistemas de construcción que se adapten a las necesidades de un país
que lucha día con día en ser mejor.
El sistema aquí expuesto que en realidad no es nuevo pero que no se había
utilizado en México desde hace apenas unos años ha dado buenos resultados en
los proyectos donde se ha aplicado, logrando terminar dichos proyectos de una
manera muy eficiente y competitiva contra los sistemas tradicionales. Por lo cual
creo de gran importancia aportar los detalles de diseño de este sistema para los
que se interesen y deseen competir en un campo de construcción relativamente
nuevo en México.
-16-
5
Objetivos
Objetivo General
Aportar los detalles del diseño de una estructura a base de acero delgado formado
en frío.
Objetivo Particular
Ampliar la información de diseño que proporciona el Manual de Diseño Estructural
para el Steel Framing que proporciona la empresa Panel Rey.
-17-
6
Componentes básicos del Sistema Steel Framing
Cada elemento del Sistema Steel Framing es esencial para la función que cumple
ya que en combinación con los demás elementos logra la integridad y eficiencia
del sistema. Los perfiles utilizados para formar la estructura principal que
soportará las cargas de edificaciones. Estos perfiles están constituidos
básicamente por canales, postes-viga, sujeciones laterales, ángulos de unión,
tornillería, entre otros, de los cuales a continuación se describen los más
importantes.
Fig. 6.0.1
6.1
Canales*
Componentes perimetrales que unen a los postes-vigas en sus extremos para
formar bastidores para muros, entrepisos y techumbres. La sección de estos
componentes consiste en una C con flancos abiertos. Anclados a los postes que
*Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México
-18-
proporcionan al conjunto una sujeción lateral continua de forma que el bastidor
puede trabajar en conjunto.
Fig. 6.1.1
6.2
Canal de carga*
La canal de carga es un elemento diseñado para unir los postes viga en sus
extremos y así formar, los bastidores, techos y entrepisos.
TABLA 6.1 DE PROPIEDADES FISICASDE CANAL DE CARGA
Area
Espesor de
A
Peso
B
diseño
Producto Codigo
Calibre Sección
cm
Kg/cm
cm
2
(t) cm
cm
Longitud
m
Pies
Eje mayor
Sx
Ix
cm3
cm4
Eje menor
Iy
Sy
cm4
cm3
635 CC 20
FEN-09068
0.891
20
1.040
0.0912
6.35
2.54
3.96
13'
5.50
1.50
0.60
0.30
636 CC 22
FEN-09001
0.773
22
0.870
0.0759
6.35
2.54
3.96
13'
4.40
1.20
0.50
0.30
920 CC 20
FEN-09249
1.012
20
1.000
0.0912
9.20
2.54
3.96
13'
13.40
2.60
0.60
0.30
920 CC 22
1524 CC 20
FEN-09002
FEN-09003
1.000
1.581
22
20
1.080
1.850
0.0759
0.0912
9.20
15.24
2.54
2.54
3.96
3.96
13'
13'
10.70
47.40
2.10
5.80
0.50
0.60
0.30
0.30
1524 CC 22
2032 CC 20
FEN-09101
FEN-09004
1.282
2.100
22
20
1.540
2.310
0.0759
0.0912
15.24
20.32
2.54
2.54
3.96
3.05
13'
10'
38.40
100.20
4.70
9.30
0.50
0.60
0.30
0.30
*Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México
-19-
6.3
Canal de amarre*
El canal de amarre es un perfil de acero galvanizado que se utiliza normalmente
en posición horizontal fijándose al piso y al techo, se combina con el poste de
acero galvanizado, para formar la estructura ligera de un muro divisorio.
Codigo
Calibre
A
plg
cm
TABLA 6.2 CANAL DE AMARRE
B
cm
plg
Longitud
m
pies
Peso
Kg/pza
Atados
FMN-08002
25 Est.
4.10
1 5/8
2.54
1"
3.05
10'
1.034
10 pzas
FMN-08107
26 Lig.
4.10
1 5/8
2.54
1"
3.05
10'
0.955
10 pzas
FMN-08001
25 Est.
4.10
1 5/8
2.54
1"
3.96
13'
1.342
10 pzas
FMN-08108
26 Lig.
4.10
1 5/8
2.54
1"
3.96
13'
1.240
10 pzas
FMN-08004
25 Est.
6.35
2 1/2
2.54
1"
3.05
10'
1.257
10 pzas
FMN-08109
26 Lig.
6.35
2 1/2
2.54
1"
3.05
10'
1.186
10 pzas
FMN-08003
25 Est.
6.35
2 1/2
2.54
1"
3.96
13'
1.632
10 pzas
FMN-08110
26 Lig.
6.35
2 1/2
2.54
1"
3.96
13'
1.540
10 pzas
FMN-08006
25 Est.
9.20
3 5/8
2.54
1"
3.05
10'
1.604
10 pzas
FMN-08111
26 Lig.
9.20
3 5/8
2.54
1"
3.05
10'
1.488
10 pzas
FMN-08005
25 Est.
9.20
3 5/8
2.54
1"
3.96
13'
2.083
10 pzas
FMN-08112
25 Est.
9.20
3 5/8
2.54
1"
3.96
13'
1.932
10 pzas
TABLA 6.3 DE PROPIEDADES FISICAS CANALES DE AMARRE
CALIBRES 25 ESTANDAR Y 26 LIGERO
Area
Ix
Sx
Rx
Peralte
Sección
Calibre
cm
cm
cm4
cm3
2
cm
26 Lig.
4.10
0.354
0.998
0.36
1.526
26 Lig.
6.35
0.458
2.663
0.688
2.252
26 Lig.
9.20
0.522
6.742
0.999
3.185
25 Est.
4.10
0.381
1.165
0.541
1.750
25 Est.
6.35
0.471
3.038
0.934
2.532
25 Est.
9.20
0.587
7.159
1.524
3.484
Calibre 25 Estándar - espesor mínimo 0.0429cm.
Calibre 26 Ligero - espesor mínimo 0.0455cm.
*Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México
-20-
NOTAS GENERALES
Propiedades calculadas de acuerdo al manual AISI
Resistencia a la cedencia 2,325 Kg/cm2
Ix=Momneto de inercia (cm4)
Sx=Módulo de sección (cm3)
Rx=Radio de giro (cm)
6.4
Canal Listón*
El canal listón es un perfil diseñado para que en el puedan fijarse mediante
tornillos los paneles de yeso que formaran la superficie del plafón. Su geometría le
permite fijarse bajo la canaleta de carga. El canal listón se puede utilizar también
para revestir los muros de mampostería o de concreto con paneles de yeso.
Codigo
Calibre
A
cm
plg
TABLA 6.4 CANAL LISTON
B
cm
plg
Longitud
m
pies
Peso
Kg/pza
Atados
FMN-08117
26 Lig.
6.82
2 11/16"
2.22
7/8"
3.05
10'
1.055
20 pzas
FMN-08118
26 Lig.
6.82
2 11/16"
2.22
7/8"
3.96
13'
1.370
20 pzas
FMN-08022
25 Est.
6.82
2 11/16"
2.22
7/8"
3.05
10'
1.257
10 pzas
FMN-08021
26 Est.
6.82
2 11/16"
2.22
7/8"
3.96
13'
1.632
10 pzas
6.5
Canal Z*
Su uso permite aislar térmica y acústicamente muros ya existentes de block,
concreto y mampostería con placas rígidas de fibra de vidrio, poliuretano u otro
material aislante. El panel de yeso se atornilla al canal Z en una de sus piernas
una vez que este esta sujeto al muro.
*Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México
-21-
TABLA 6.5 CANAL Z
Codigo
Calibre
Ancho
Alto
cm
plg
cm
plg
longitud
M
pies
Peso
Kg/pza
CMN-08203
20
5.08
2"
3.17
1 1/4"
3.05
10'
1.760
CMN-08209
25
5.08
2"
3.17
1 1/4"
2.44
8'
0.672
6.6
Canal H*
Este canal complementa el uso del poste H para la formación de bastidores de
muros.
Codigo
Calibre
25
6.7
cm
TABLA 6.6 CANAL H
Alto
plg
cm
plg
5.28
2.08"
Ancho
2.54
1"
longitud
M
pies
Peso
Kg/pza
3.05
10'
1.162
Canaleta resilente*
La canaleta resilente es usada principalmente en muros y plafones donde se
busca proporcionar un excelente aislamiento acústico. Se atornilla directamente a
la estructura de los muros para posteriormente recibir el panel de yeso.
*Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México
-22-
Codigo
CMN-08207
6.8
TABLA 6.7 CANALETA RESILENTE
Ancho
Alto
plg
cm
plg
cm
Calibre
25
5.55
2 3/16"
1 1/4
1/2"
longitud
M
pies
Peso
Kg/pza
3.05
10'
0.778
Canaleta de carga*
La canaleta de carga es un perfil indispensable en la construcción de plafones
corridos, ella transmite las cargas derivadas del peso de los materiales usados
(panel de yeso, perfiles, tornillos, aislamientos). Evita el pandeo concentra las
fuerzas (cargas) hacia el punto de contacto con el colgante
Codigo
A
TABLA 6.8 CANALETA DE CARGA
B
Longitud
cm
plg
m
pies
cm
plg
FEN-13701
4.10
1 5/8"
1.27
1/2"
3.96
FEN-13705
3.81
1 1/2"
1.27
1/2"
3.96
FEN-13702
1.91
1/2"
1.27
1/2"
3.96
6.9
Peso
Kg/pza
Atados
13'
1.370
30 PZAS
13'
1.170
30 PZAS
13'
0.895
20 PZAS
Poste viga*
Es utilizado como columna en muros recibiendo directamente las cargas y
transmitiéndolas a la cimentación o bien como viga en techos y entrepisos.
Son de gran importancia, pues reciben directamente la carga de techumbre o
entrepiso, transmitiéndola al terreno cuando se utiliza en muros. También este es
un elemento en forma de C, pero se distinguen de los canales porque presentan
un pequeño labio, o “atiesador de flanco” en el extremo de cada patín o flanco
(Fig. 6.9.1) Tal y como su nombre lo indica, este mismo perfil puede utilizarse
*Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México
-23-
como viga, soportando cargas a lo largo de un claro, como en el caso de
entrepisos y techumbres. Debido a que en este caso el trabajo del elemento es
fundamentalmente a flexión, el alma del Poste-viga utilizado como viga, es más
grande en comparación al tamaño del alma de los componentes que son usados
como postes (Fig. 6.9.2)
Fig. 6.9.1
Fig. 6.9.2
TABLA 6.9 DE PROPIEDADES FISICAS POSTES VIGA CALIBRES 25 ESTANDAR Y 26 LIGERO
Area
Espesor de
Eje mayor
Longitud
Peso
C
A
B
Ix
Sx
diseño
Calibre Sección
Producto Codigo
Kg/cm
cm
cm
cm
m
Pies
(t) cm
cm2
cm4
cm3
Eje menor
Iy
Sy
cm4
cm3
635 PV22
FEN-09008
1.000
22
1.100
0.0750
6.35
3.81
1.27
2.44
8'
7.40
2.30
1.90
0.70
635 PV20
FEN-09009
1.090
20
1.320
0.0912
6.35
3.81
1.27
2.44
8'
8.80
2.70
2.20
0.90
920 PV22
FEN-09010
1.136
22
1.380
0.0759
9.20
3.81
1.27
2.44
8'
18.20
3.90
2.60
1.00
920 PV20
920 PV18
FEN-09011
FEN-09014
1.345
1.804
20
18
1.660
2.190
0.0912
0.1214
9.20
9.20
3.81
3.81
1.27
1.27
2.44
2.44
8'
8'
21.70
28.40
4.70
6.10
3.10
4.00
1.20
1.50
1524 PV20
1524 PV18
FEN-09016
FEN-09017
1.828
2.398
20
18
2.210
2.920
0.0912
0.1214
15.24
15.24
3.81
3.81
1.27
1.27
3.96
3.96
13'
13'
71.70
94.20
9.30
12.30
3.60
4.70
1.20
1.60
*1524 PV14
FEN-09018
3.586
14
4.500
0.1897
15.24
3.81
1.27
6.00
19'8"
143.00
18.60
6.90
2.40
*1524 PV12
CEN-09004
5.910
12
7.250
0.2657
15.24
5.00
1.91
6.00
19'8"
238.88
31.35
23.74
6.66
*1524 PV10
CEN-09018
7.200
10
9.030
0.3416
15.24
5.00
1.91
6.00
19'8"
298.45
39.17
28.90
8.11
*2032 PV14
FEN-09019
4.348
14
5.460
0.1897
20.32
3.81
1.27
8.00
26'3"
290.10
28.40
7.40
2.40
*2032 PV12
CEN-09015
7.600
12
9.480
0.2657
20.32
6.98
1.91
8.00
26'3"
580.63
57.15
57.11
11.32
*2032 PV10
CEN-09012
9.700
10
12.060
0.3416
20.32
6.98
1.91
8.00
26'3"
730.75
71.92
70.43
13.97
*2540 PV14
CEN-09007
6.400
14
12.060
0.1897
25.40
7.62
1.91
10.00
32'10"
770.09
59.53
57.71
10.16
*2540 PV12
CEN-09013
8.900
12
11.160
0.2625
25.40
7.62
1.91
10.00
32'10"
1041.42
82.00
75.82
13.31
*2540 PV10
CEN-09025
11.300
10
14.260
0.3416
25.40
7.62
1.91
10.00
32'10"
1314.79
103.53
93.80
16.47
*No presentan perforaciones para colocación de instalaciones
Nota:
Los valores de estas tablas son válidos para un punto de cedencia Fy del acero igual a 2.812 kg/cm
Espesor de la lámina sin considerar el recubrimiento galvánico
De acuerdo al AISI
Propiedades de sección calculadas de acuerdo a métodos convencionales y de acuerdo al AISI
Todos los patines de los componetes Canal C tienen un peralte de 2.54 cm
*Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México
-24-
2
6.10
Poste H*
Es empleado en conjunto con la canal H para formar muros especialmente
diseñados para cerrar tubos de elevador de manera segura y eficiente. Diseñados
para soportar las presiones de aire generadas por el movimiento de los
elevadores.
TABLA 6.10 POSTE H
Codigo
CMN-08201
6.11
Calibre
25
Ancho
Alto
cm
plg
cm
plg
longitud
M
pies
Peso
Kg/pza
5.08
2"
3.81
1 1/2"
3.05
10'
1.555
Poste metálico*
Es uno de los principales elementos para formar la estructura ligera se utiliza
normalmente en posición vertical. Cada poste metálico tiene en su-peralte tres
perforaciones ubicadas a la altura adecuada para la colocación de instalaciones
eléctricas, dichas perforaciones permitirán el paso de tuberías o mangueras.
*Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México
-25-
Codigo
Calibre
A
cm
plg
TABLA 6.11 POSTE METALICO
B
cm
plg
Longitud
m
pies
Peso
Kg/pza
Atados
10 pzas
FMN-08101
26 Lig.
*4.10
1 5/8
3.17
1 1/4
2.44
8'
0.961
FMN-08007
25 Est.
*4.10
1 5/8
3.17
1 1/4
2.44
8'
1.049
10 pzas
FMN-08102
26 Lig.
*4.10
1 5/8
3.17
1 1/4
3.05
10'
1.200
10 pzas
FMN-08008
25 Est.
*4.10
1 5/8
3.17
1 1/4
3.05
10'
1.312
10 pzas
FMN-08103
26 Lig.
6.35
2 1/2
3.17
1 1/4
2.44
8'
1.150
10 pzas
FMN-08009
25 Est.
6.35
2 1/2
3.17
1 1/4
2.44
8'
1.271
10 pzas
FMN-08104
26 Lig.
6.35
2 1/2
3.17
1 1/4
3.05
10'
1.437
10 pzas
FMN-08010
25 Est.
6.35
2 1/2
3.17
1 1/4
3.05
10'
1.589
10 pzas
FMN-08105
26 Lig.
9.20
3 5/8
3.17
1 1/4
2.44
8'
1.386
10 pzas
FMN-08011
25 Est.
9.20
3 5/8
3.17
1 1/4
2.44
8'
1.620
10 pzas
FMN-08106
26 Lig.
9.20
3 5/8
3.17
1 1/4
3.05
10'
1.732
10 pzas
FMN-08012
25 Est.
9.20
3 5/8
3.17
1 1/4
3.05
10'
2.025
10 pzas
*No presentan perforaciones para colocación de instalaciones
Nota: los perfiles 26 ligero cumplen con todas las especificaciones ASTM - 6645, excepto el espesor mínimo
TABLA 6.12 DE PROPIEDADES FISICAS POSTES METALICOS CALIBRES 25 ESTANDAR Y 26 LIGERO
Area
Iy
Ix
Sx
Sy
Peralte
Rx
Ry
Sección
Calibre
cm
cm
cm
cm4
cm4
cm3
cm3
2
cm
25 Est
4.10
0.503
1.623
0.639
1.704
0.832
0.409
25 Est
6.35
0.606
4.245
1.13
2.529
0.957
0.442
1.211
1.196
25 Est
9.20
0.703
10.072
1.737
3.548
1.082
0.458
1.153
26 Lig
4.10
0.393
1.415
0.672
1.877
0.541
0.294
1.151
26 Lig
6.35
0.406
3.579
1.131
2.951
0.541
0.294
1.158
26 Lig
9.20
0.529
8.657
1.884
4.051
0.707
0.327
1.161
Calibre 25 Estándar - espesor mínimo 0.0429cm.
NOTAS GENERALES
Propiedades calculadas de acuerdo al manual AISI
Resistencia a la cedencia 2,325 Kg/cm2
Ix=Momneto de inercia (cm4)
Sx=Módulo de sección (cm3)
Rx=Radio de giro (cm)
6.12
Sujeción lateral*
La sujeción lateral es empleada para regidizar las vigas y formar los contravientos
en los muros para que resistan los efectos del viento y auxiliar en casos de sismo.
Son Láminas o cerchas totalmente planas que responden de manera excelente a
un trabajo de tensión o estiramiento. Evitan la deformación de los bastidores de
carga verticales (muros) y de carga horizontales (entrepisos y techumbres) bajo la
acción de las cargas, ayudándolos a realizar un trabajo más unido. Las sujeciones
laterales tienen dos tipos de trabajo: como Sujeciones Laterales Continuas (SL) y
como Sujeciones Laterales Diagonales o Contravientos. Las sujeciones Laterales
*Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México
-26-
Continuas, en bastidores verticales u horizontales impiden que los componentes
poste viga giren sobre su propio eje, auxiliando a las canales estructurales
perimetrales. (Fig. 6.12.1.b). En los bastidores verticales (muros), realizan un
trabajo de división a la altura total del elemento poste-viga, disminuyendo la
deflexión provocada por la carga y por lo tanto, aumentando su capacidad (Fig.
6.12.1a y c). Cuando trabajen en bastidores horizontales para piso o techumbres,
reciben el nombre de ARRIOSTRAMIENTOS. (Fig. 6.12.2).
Calibre
TABLA 6.13 SUJECIÓN LATERAL
A
Longitud
plg
m
pies
cm
Peso
Kg/pza
22
6.35
2 1/2"
25
82'
8.65
22
12.5
5"
25
82'
17.02
22
14.2
5 1/2"
25
82'
19.34
Fig. 6.12.1.a
Fig. 6.12.1.b
-27-
Fig. 6.12.1.c
Fig. 6.12.2
Cuando trabajan como Sujeciones Laterales Diagonales, impiden que el bastidor
se deforme o descuadre al recibir el impacto de la carga lateral provocada por el
viento y en algunos casos, por sismo.
-28-
6.13
Ángulos de unión*
Sirven primordialmente para anclar o unir a dos componentes perpendiculares
entre sí, y consiste en una lámina doblada en L, haciendo una perfecta escuadra
entre sus dos flancos. (Fig. 6.13.1)
Fig. 6.13.1
Fig. 6.13.2
6.14
Ángulo de amarre*
Este perfil accesorio está diseñado para colocarse perimetralmente en los muros
de las áreas en donde se construirá un plafón corrido con paneles de yeso. El
ángulo de amarre sirve para fijar sólidamente el plafón corrido a los muros y en
ocasiones es perfil auxiliar como refuerzo en ángulos de detalles caprichosos de
muros o plafones. Fabricado en acero galvanizado según la norma ASTM-C104785.
*Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México
-29-
Codigo
FMN-8123
6.15
TABLA 6.14 ANGULO DE AMARRE
B
Longitud
cm
plg
m
pies
A
cm
plg
3.17
1 1/4"
3.17
1 1/4"
3.05
10'
Peso
Kg/pza
Atados
0.844
40 PZAS
Esquinero*
Es usado para proteger las esquinas de los muros de panel de yeso y todas las
aristas que estén expuestas a ser dañadas por golpes (alrededor de puertas,
ventanas o nichos) contra cualquier daño debido al uso. Fabricado de acero
galvanizado según la norma ASTM-C1047-85.
Codigo
Calibre
A
cm
plg
TABLA 6.15 ESQUINERO
B
cm
plg
Longitud
m
pies
Peso
Kg/pza
Atados
FMN-8115
3.17
1 1/4"
3.17
1 1/4"
2.44
8'
0.476
40 PZAS
FMN-8116
3.17
1 1/4"
3.17
1 1/4"
3.05
10'
0.595
40 PZAS
3.17
1 1/4"
3.17
1 1/4"
3.05
10'
0.878
20 PZAS
FMN-8144
22
*Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México
-30-
6.16
Reborde “J”*
Este perfil tiene por objeto el proteger los bordes del panel de yeso. Se coloca en
forma horizontal en la parte baja del muro; y separada del suelo 5mm. Como
mínimo, esto evita que el panel de yeso entre en contacto con derrames de agua.
Fabricado en acero galvanizado según la norma. ASTM-C1047-85.
También se utiliza en juntas de expansión en general, en todas las aplicaciones
que requieran la protección del borde del panel de yeso. Se coloca tanto horizontal
como vertical.
cm
plg
TABLA 6.16 REBORDE "J"
B
Longitud
cm
plg
m
pies
FMN-8125
1.27
1/2"
3.17
1 1/4"
3.05
FMN-8123
1.59
5/8"
3.17
1 1/4"
3.05
Codigo
6.17
A
Peso
Kg/pza
Atados
10'
0.845
20 PZAS
10'
0.878
20 PZAS
Reborde “L”*
El reborde “L” es un perfil que sirve para proteger los bordes del panel de yeso. La
diferencia de su forma respecto al reborde “J” le permite conservar aparente la
totalidad de la superficie frontal del panel de yeso. Fabricado en acero galvanizado
según norma ASTM-C1047-85.
cm
plg
TABLA 6.17 REBORDE "L"
B
Longitud
cm
plg
m
pies
FMN-08130
1.27
1/2"
3.17
1 1/4"
3.05
FMN-08129
1.59
5/8"
3.17
1 1/4"
3.05
Codigo
A
*Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México
-31-
Peso
Kg/pza
Atados
10'
0.656
20 PZAS
10'
0.656
20 PZAS
6.18
Perfiles omega*
Son usados para construir armaduras en varias aguas o de cuerdas paralelas lo
cual permite salvar claros prolongados sin necesidad de apoyos intermedios. Las
armaduras pueden armarse en un taller para luego en la obra formar rápidamente
el techo.
Producto
Codigo
Calibre
TABLA 6.18 A PERFILES OMEGA
A
B
cm
plg
cm
Longitud
m
pies
Peso
Kg/pza
410 CO 20
FEN-09005
20
4.1
1 5/8"
4.8
3.96
13'
4.724
410 PO 20
FEN-09245
20
4.1
1 5/8"
4.8
3.96
13'
3.489
410 CU 20
FEN-09006
20
4.1
1 5/8"
3.09
3.96
13'
4.016
*Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México
-32-
6.18 B PERFILES OMEGA
Area
Espesor de
A
Peso
diseño
Calibre Sección
cm
Kg/cm
2
(t) cm
cm
Producto Codigo
B
cm
Eje mayor
Ix
Sx
cm4
cm3
Eje menor
Iy
Sy
cm4
cm3
410 CO 20
FEN-09005
1.181
20
1.244
0.0912
4.10
4.8
4.77
1.47
4.32
1.86
410 PO 20
FEN-09245
0.872
20
1.131
0.0912
4.10
3.09
2.17
0.95
3.39
1.73
410 CU 20
FEN-09006
1.004
20
1.270
0.0912
4.10
4.8
4.18
2.02
3.55
1.67
Los valores de estas tablas son válidos para un punto de cedencia Fy del acero igual a 2.812 kg/cm
Nota:
2
Galvanizado del acero a base por inmersión en caliente y continua de acuerdo a la norma ASTM A525/A525M. Grado G-90
Punto de cedencia mínima al esfuerzo tensil Fyt=3866kg/cm
2
Cálculo de propiedades de a cuerdo al AISI
Ix=Momento de inercia
Sx=Modulo de sección
6.19
Ángulo de unión*
Con el se realizan las conexiones entre los perfiles que forman muros y losas. En
ambos extremos del ángulo se emplean tornillos estructurales autoroscantes para
fijar la unión.
Codigo
Calibre
cm
TABLA 6.19 ANGULO DE UNION
A
B
plg
cm
plg
Longitud
pies
Peso
Kg/pza
CPN-09021
18
7.62
3"
7.62
3"
3"
0.117
CPN-09022
18
7.62
3"
15.24
6"
3"
0.176
*Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México
-33-
6.20
Tornillos
6.20.1 Txp-12*
Tornillo extraplano Nº 10 de ½ de pulgada, sirve para unir
metal con metal donde hay concentraciones de más de tres tornillos y donde la
estructura llevará un forro rígido como triplay o panel de yeso.
6.20.2 Thx-34*
Tornillo hexagonal Nº 10 de ¾ de pulgada, se emplea para
unir metal con metal en donde la estructura no llevara forros de ningún tipo, o
recibirá una mezcla de cemento o concreto.
*Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México
-34-
Tabla 6.20 Cargas permisibles en kilogramos por tornillo
Espesor de la
lámina (calibre)
Cabeza Hexagonal THX-34
Cabeza extra plana TXP-12
Tracción
Cortante
Tracción
Cortante
22
33
82
28
101
20
45
105
39
124
18
Ubicar calibres más delgados
157
62
161
16
a unir de acuerdo a tipo de esfuerzo
220
88
203
14
a unir de acuerdo a tipo de esfuerzo
336
121
236
Tabla 6.21 Espaciamiento mínimos a centros en cm
Localización
Tipo
THX-34
TXP12
A centro
1.5
2.0
A Extremo
0.5
0.7
-35-
6.20.3 Tfr-118*
Tornillo para forros de Nº 6 de 1 1/8 de pulgada de longitud,
sirve para fijar tableros de paneles de yeso o prefabricados no mayores de ¾ de
pulgada de espesor.
6.20.4 Tfr-158*
Tornillo para forros de Nº6 de 1 5/8 de pulgada de longitud. Se
emplea para fijar forros de espesor de más de ¾ “ o capas dobles de paneles de
yeso a estructuras metálicas.
*Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México
-36-
6.21
Perfiles para muros divisorios
Perfiles para muros divisorios
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Canal de amarre 4.10, 6.35 o´9.20cm (posición inferior) según el ancho del muro que requiera
Tornillo para anclñar canal de amarre
Canal de amarre 4.10, 6.35 o´9.20cm (posición superior) según el ancho del muro que requiera
Tornillo para anclaje de canal de amarre
Poste metálico 4.10, 6.35 ó 9.20
Tornillo framer para anclar poste metálico a canal de amarre
Instalaciones hidráulicas o eléctricas
Panel de yeso
Tornillo de cuerda sencilla de 2.54cm. Para anclar panel de yeso a estructura metálica
Cinta de papel (cinta de refuerzo para junteo) y primera capa de compuesto Estrey
Segunda capa de compuesto Estrey
Tercera capa de compuesto Estrey
*Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México
-37-
6.22
Perfiles para plafones corridos
Perfiles para muros divisorios
1
2
3
4
5
6
7
8
Colgante de alambre de acero galvanizado calibre 12.
Canaleta de carga
Amarre con doble alambre de acero galvanizado calibre 18 ó sencillo en calibre 16
Canal listón
Panel de yeso
Ángulo perimetral que se fija con tornillos al muro, y sobre el se fija el panel de yeso en todo el perímetro
Tornillos que fijan el ángulo perimetral sobre el muro.
Muro terminado con el sistema Estrey
*Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México
-38-
6.23
Anclajes a la cimentación
6.23.1 Cartabón S/HTT14*
Uso
Conector de alta resistencia contra
sismos y vientos huracanados
Calibre
10 con placa base de ¼” usar espiga
de diámetro 5/8”
Material
Acero
A-36
acabado
con
pintura
anticorrosivo gris
Resistencia Usar en conjunto con ancla tipo espiga
embebida en la cimentación
6.23.2 Conector S/LTT20*
Uso
Conector de alta resistencia contra
sismos y vientos huracanados
Calibre
12 con placa base de ¼” usar espiga
de diámetro ½”
Material
Acero
A-36
acabado
con
pintura
anticorrosivo gris
Resistencia Usar en conjunto con ancla tipo espiga
embebida en la cimentación
*Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México
-39-
6.23.4 Conector muro a concreto MAS-16*
Uso
Anclaje de la base del muro al firme
Calibre
16
Material
Acero galvanizado
Resistencia A la tracción y al esfuerzo cortante
6.23.5 Conector muro a concreto HD22-2P*
Uso
Empotramiento a la cimentación para
el poste viga
Calibre
10
Material
Acero galvanizado
Resistencia Excelente resistencia a la extracción
*Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México
-40-
6.23.6 Unión huracán S/H1*
Uso
Conectar las armaduras a los muros
cargadores
Calibre
18
Material
Acero galvanizado
Resistencia Impide el desplazamiento lateral y
vertical a la armadura
6.23.7 Unión huracán S/H2*
Uso
Para la conexión del alma de la viga a
el alma del poste
Calibre
18
Material
Acero galvanizado
Resistencia A la tracción vertical succión
*Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México
-41-
6.23.8 Conector para viga doble*
Uso
Para conectar viga de 8cm. De patín
con viga I o mantén
Material
Acero galvanizado
Resistencia Sirve como apoyo para perfiles en
unión a 90º
6.23.9 Adhesivo epóxico ET22*
Uso
Para fijar anclas tipo espiga al
concreto de la cimentación
Material
Dos
resinas
epóxicas
colocadas en compartimientos
separados
*Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México
-42-
6.24
Armaduras más utilizadas para el sistema Steel Framing
Alternativa de uso de armaduras para entrepiso y techumbre empleando
elementos postes-vigas
*Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México
-43-
6.24.1 Tipo Fink*
6.24.2 Tipo simple con ático*
6.24.3 Tipo media tijera*
6.24.4 Tipo polinesia*
*Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México
-44-
6.24.5 Tipo king post*
6.24.6 Tipo warren en tijera*
6.24.7 Tipo de cuerdas paralelas con volados laterales*
6.24.8 Tipo de cuerdas paralelas pratt*
*Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México
-45-
7
Descripción del proyecto
En base a la experiencia adquirida por algunas empresas en la construcción del
Sistema Steel Framing, tomaremos como ejemplo el proyecto a realizarse en
marzo de 2005 por la empresa Marhnos Construcciones. Dicho Hotel se llama
Park Inn Tamazunchale y se encuentra localizado en el Estado de San Luis Potosí
sobre la Cierra Madre Oriental.
Tamazunchale
Zona donde se pretende construir
El hotel constará de un edificio de áreas públicas y servicios así como 4 módulos
de 3 niveles con 23 habitaciones cada uno.
-46-
Del cual tomaremos un módulo para su diseño con este sistema, ya que el edificio
central se realizará de estructura metálica y los demás módulos son similares.
Como se puede apreciar el módulo
consta de 3 niveles
en forma de
cruz con las escaleras al centro, las
cuales de acuerdo al proyecto se
realizaran con estructura metálica,
con lo cual el alcance del sistema
se basa en pasillos y habitaciones.
-47-
7.1
Planta baja arquitectónica
A
C
B
E
D
22.20
7.30
3.80
3.80
7.30
7.30
1
3.80
3
22.20
3.80
2
3.20
4'
1.00
4.10
4
5
HOTEL PARK INN TAMAZUNCHALE
Ubicación: Tamazunchale San Luis potosi
Modulo de habitaciones 1
Planta Baja
-48-
7.2
Planta primer y segundo nivel arquitectónico
A
C
B
E
D
22.20
7.30
3.80
3.80
7.30
7.30
1
22.20
3.80
2
3.80
3
a'
7.30
4
a
5
HOTEL PARK INN TAMAZUNCHALE
Ubicación: Tamazunchale San Luis potosi
Modulo de habitaciones 1
Primer y Segundo nivel
-49-
7.3
Planta de azotea arquitectónico
A
C
B
E
D
22.20
7.30
3.80
3.80
7.30
7.30
1
3.80
3
22.20
3.80
2
7.30
4
5
HOTEL PARK INN TAMAZUNCHALE
Ubicación: Tamazunchale San Luis potosi
Modulo de habitaciones 1
Planta de Azotea
-50-
7.4
Cortes arquitectónicos
planta de azotea
Segundo Nivel
Primer Nivel
Planta Baja
HOTEL PARK INN TAMAZUNCHALE
Ubicación: Tamazunchale San Luis potosi
Modulo de habitaciones 1
Corte a-a
-51-
planta de azotea
Segundo Nivel
Primer Nivel
Planta Baja
HOTEL PARK INN TAMAZUNCHALE
Ubicación: Tamazunchale San Luis potosi
Modulo de habitaciones 1
Corte b-b
-52-
7.5
Fachada arquitectónica
HOTEL PARK INN TAMAZUNCHALE
Ubicación: Tamazunchale San Luis potosi
Modulo de habitaciones 1
Fachada
-53-
7.6
Planta baja distribución de perfiles
HOTEL PARK INN TAMAZUNCHALE
Ubicación: Tamazunchale San Luis potosi
Modulo de habitaciones 1
Planta Baja
Distribución de perfiles en piso
-54-
7.7
Planta primer y segundo nivel distribución de perfiles
HOTEL PARK INN TAMAZUNCHALE
Ubicación: Tamazunchale San Luis potosi
Modulo de habitaciones 1
Primer y segundo nivel
-55-
Distribución de perfiles en piso
-56-
7.8 Modelo 3D
7-12
8
Solicitaciones de carga
8.1
Carga vertical
8.1.2 Análisis de cargas
Tabla 8.1.1 Losa de Azotea área de pasillos
kg/m2
Carga Muerta
Impermeabilización
Concreto aligerado 900 kg/m3. 2% pendiente
Concreto normal 2400 kg/m3 de 3.77 cm de espesor
Lámina R72 cal. 26
Aislamiento de fibra de vidrio
Instalaciones
Plafond
Adicional Según RDCDF colado en sitio + colado de mortero
5.00
18.00
90.00
5.00
0.60
10.00
20.00
40.00
Carga Muerta
188.60
Carga Viva
Wm
Wa
Según RCDF pendiente menor al 5 %
kg/m2
Carga viva máxima
Carga accidental
100.00
70.00
Carga losa sobre estructura
288.60
Carga de losa sobre estructura debida al sismo
258.60
20.32cm
5cm
2.54cm
2.46cm
LOSA DE AZOTEA
-57-
Tabla 8.1.2 Losa de Azotea área de cuartos
kg/m2
Carga Muerta
Impermeabilización
Concreto aligerado 900 kg/m3. 2% pendiente
Concreto normal 2400 kg/m3 de 3.77 cm de espesor
Lámina R72 cal. 26
Aislamiento de fibra de vidrio
Instalaciones
Plafond
Adicional Según RDCDF colado en sitio + colado de mortero
5.00
90.00
91.00
5.00
0.60
10.00
20.00
40.00
Carga Muerta
261.60
Carga Viva
Wm
Wa
Según RCDF pendiente menor al 5 %
kg/m2
Carga viva máxima
Carga accidental
100.00
70.00
Carga losa sobre estructura
361.60
Carga de losa sobre estructura debida al sismo
331.60
20.32cm
5cm
2.54cm
2.46cm
LOSA DE AZOTEA
-58-
Tabla 8.1.3 Losa de entrepiso área de pasillos
kg/m2
Carga Muerta
Concreto simple para dar acabado final 2000 kg/m3. 1cm
Concreto normal 2400 kg/m3 de 3.77 cm de espesor
Lámina R72 cal. 26
Aislamiento de fibra de vidrio
Instalaciones
Plafond suspendido
Adicional Según RDCDF colado en sitio + colado de mortero
20.00
91.00
5.00
0.60
10.00
20.00
40.00
Carga Muerta
186.60
Carga Viva
Wm
Wa
Según RCDF pendiente menor al 5 %
kg/m2
Carga viva máxima
Carga accidental
170.00
90.00
Carga losa sobre estructura
356.60
Carga de losa sobre estructura debida al sismo
276.60
20.32cm
5cm
2.54cm
2.46cm
LOSA DE ENTREPISO
PASILLOS
-59-
Tabla 8.1.4 Losa de entrepiso área de cuartos
kg/m2
Carga Muerta
Alfombra
Concreto normal 2400 kg/m3 de 3.77 cm de espesor
Lámina R72 cal. 26
Aislamiento de fibra de vidrio
Instalaciones
Plafond
Adicional Según RDCDF colado en sitio
6.00
91.00
5.00
0.60
10.00
20.00
20.00
Carga Muerta
152.60
Carga Viva
Wm
Wa
Según RCDF pendiente menor al 5 %
kg/m2
Carga viva máxima
Carga accidental
170.00
90.00
Carga losa sobre estructura
322.60
Carga de losa sobre estructura debida al sismo
242.60
20.32cm
5cm
2.54cm
2.46cm
LOSA DE ENTREPISO
CUARTOS
-60-
Tabla 8.1.5 Losa de entrepiso área de baño
kg/m2
Carga Muerta
Mortero 1900 kg/m3. 1cm
Marmol
Concreto normal 2400 kg/m3 de 3.77 cm de espesor
Lámina R72 cal. 26
Aislamiento de fibra de vidrio
Instalaciones
Plafond suspendido
Adicional Según RDCDF colado en sitio + colado de mortero
19.00
26.00
91.00
5.00
0.60
10.00
20.00
40.00
Carga Muerta
211.60
Carga Viva
Wm
Wa
Según RCDF pendiente menor al 5 %
kg/m2
Carga viva máxima
Carga accidental
170.00
90.00
Carga losa sobre estructura
381.60
Carga de losa sobre estructura debida al sismo
301.60
20.32cm
5cm
2.54cm
2.46cm
LOSA DE ENTREPISO
BAÑO
-61-
Tabla 8.1.6 Pretil Perímetro
Carga Muerta
kg/ml
Concepto
w
Impermeabilización
Flashing
Poliestireno
Basecoat y malla
Pasta 3mm
Panel de yeso 2 caras
Aislamiento de Fibra de vidrio
5.00
1.65
1.02
3.15
3.20
10.00
0.60
Unidad w
Franja Muro
Unidad de muro
No de lados
0.75
0.60
0.60
0.60
0.60
0.60
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
2.00
1.00
kg/m2
kg/ml
kg/m2
kg/m2
kg/m2
kg/m2
kg/m2
3.75
1.65
0.61
1.89
1.92
6.00
0.36
16.18
Carga del pretil sobre estructura
PRETIL PERIMETRO
-62-
Tabla 8.1.7 Pretil perímetro domo
Carga Muerta
kg/ml
Concepto
w
Impermeabilización
Flashing
Basecoat y malla
Pasta 3mm
Panel de yeso 2 caras
Aislamiento de Fibra de vidrio
Pasta 1.5 mm
Unidad w
5.00
1.65
3.15
3.20
10.00
0.60
1.60
Franja Muro
Unidad de muro
No de lados
0.75
0.60
0.60
0.60
0.60
0.60
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
2.00
1.00
1.00
kg/m2
Kg/ml
kg/m2
kg/m2
kg/m2
kg/m2
kg/m2
3.75
1.65
1.89
1.92
6.00
0.36
0.96
16.53
Carga de muro sobre estructura
PRETIL PERIMETRO DOMO
-63-
Tabla 8.1.8 Muro exterior
Carga Muerta
kg/ml
Concepto
w
Basecoat y malla
Pasta 3mm
Panel de yeso 2 caras
Aislamiento de Fibra de vidrio
Instalaciones
Pasta 1.5 mm
Instalaciones
Poliestireno
Unidad w
3.15
3.20
10.00
0.60
10.00
1.60
10.00
1.02
Franja Muro
Unidad de muro
No de lados
2.75
2.75
2.75
2.75
2.75
2.75
2.75
2.75
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
2.00
1.00
1.00
2.00
1.00
1.00
kg/m2
kg/m2
kg/m2
kg/m2
kg/m2
kg/m2
kg/m2
kg/m2
8.66
8.80
6.00
1.65
27.50
8.80
27.50
2.81
91.72
Carga de muro sobre estructura
MURO EXTERIOR
-64-
Tabla 8.1.9 Muro interior
Carga Muerta
kg/ml
Concepto
w
Panel de yeso 2 caras
Aislamiento de Fibra de vidrio
Instalaciones
Pasta 1.5 mm
Unidad w
10.00
0.60
10.00
1.60
Franja Muro
Unidad de muro
No de lados
2.75
2.75
2.75
2.75
1.00
1.00
1.00
1.00
2.00
1.00
1.00
2.00
kg/m2
kg/m2
kg/m2
kg/m2
6.00
1.65
27.50
8.80
43.95
Carga de muro sobre estructura
MURO INTERIOR
-65-
Tabla 8.1.10Muro interior baño
Carga Muerta
kg/ml
Concepto
w
Panel de yeso 2 caras
Aislamiento de Fibra de vidrio
Instalaciones
Pasta 1.5 mm
Mortero 1900 kg/m3. 1cm
Marmol
Unidad w
10.00
0.60
10.00
3.00
19.00
26.00
Franja Muro
Unidad de muro
No de lados
2.75
2.75
2.75
2.75
2.75
2.75
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
2.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
kg/m2
kg/m2
kg/m2
kg/m2
kg/m2
kg/m2
6.00
1.65
27.50
8.25
52.25
71.50
167.15
Carga de muro sobre estructura
MURO INTERIOR BAÑO
-66-
Tabla 8.1.11 Muro exterior baño
Carga Muerta
kg/ml
Concepto
w
Panel de yeso 2 caras
Aislamiento de Fibra de vidrio
Instalaciones
Pasta 1.5 mm
Mortero 1900 kg/m3. 1cm
Marmol
Basecoat y malla
Poliestireno
Unidad w
10.00
0.60
10.00
3.00
19.00
26.00
3.15
1.02
Franja Muro
Unidad de muro
No de lados
2.75
2.75
2.75
2.75
2.75
2.75
2.75
2.75
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
2.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
kg/m2
kg/m2
kg/m2
kg/m2
kg/m2
kg/m2
kg/m2
kg/m2
6.00
1.65
27.50
8.25
52.25
71.50
8.66
2.81
178.62
Carga de muro sobre estructura
MURO EXTERIOR BAÑO
-67-
Tabla 8.1.12 Estructura cubo de luz
kg/m2
Carga Muerta
15.00
26.00
Según RCDF pendiente mayor al 5 %
kg/m2
Wm
Wa
40.00
Carga viva máxima
Carga accidental
20.00
Carga debida a la estructura
81.00
Carga debida al sismo
61.00
4.760
4.760
Carga Viva
Estructura de acero galvanizado
Cubierta de vidrio de 1cm de espesor
-68-
8.1.3
Obtención de Cargas Muertas que actúan sobre la estructura
Para obtener las cargas muertas del modelo de la estructura a realizar en Staad
Pro IV nos basamos en el análisis de cargas antes expuesto, considerando cargas
distribuidas sobre cada una de las vigas que conforman las losas, en este caso
particular obtendremos las cargas de las vigas de la losa de azotea en el área de
cuartos por lo cual consideraremos lo siguiente.
Tenemos una carga por metro cuadrado obtenida del análisis de cargas (WT =
261.60 kg/m2) para la obtención de la carga distribuida de una sola viga, tomamos
la mitad de losa que carga entre viga y viga, como se muestra en la figura,
multiplicando la carga antes mencionada por 0.61m que es la longitud entre viga y
viga, y obtenemos la carga uniformemente repartida que actúa sobre la viga.
C
Superficie señalada
)
W= 0.16 Tn/ml
7.692
Aplicable en las vigas (de la 2 a la 12)
1
Para la Viga 1 se multiplica por la mitad
3
2
4
de 0.61 m.
(
5
)
WT = 261.60kg / m 2 (0.305m ) = 79.79kg / ml
6
7
8
W= 0.080 Tn/ml
9
10
Más peso del pretil
11
12
WT = 16.18kg / ml
W= 0.016 Tn/ml
-69-
0.610
(
WT = 261.60kg / m 2 (0.61m ) = 159.58kg / ml
Losa de azotea pasillos alrededor del domo de las escaleras.
(
)
WT = 188.60kg / m 2 (0.61m ) = 115.05kg / ml
W= 0.115 Tn/ml
(
)
WT = 188.60kg / m 2 (0.305m ) = 57.52kg / ml
W= 0.058 Tn/ml
Peso del pretil área domo
WT = 16.53kg / ml
WT = 0.0165Tn/ml
Peso domo
A1 = 11.32m 2
w1 = (11.32m 2 )(41kg / m 2 ) = 464.12kg
4.760
464.12kg
= 232.06kg
2
R = 0.232Tn
A2
A2 = 5.66m 2
(
)(
A1
)
w2 = 5.66m 2 41kg / m 2 = 232.06kg
Carga de domo sobre viga
w=
232.06kg
= 54.47 kg / ml
4.26m
4.26 es la distancia del pretil donde
Descansa la estructura del domo
W= 0.055Tn/ml
-70-
4.760
R=
Para la obtención de cargas en las losas del primer y segundo nivel, se
considerará lo siguiente, para el área de cuartos:
(
C
B
Superficie señalada
)
WT = 152.6kg / m 2 (0.61m ) = 93.09kg / ml
D
22.200
3.800
Aplicable a las vigas;
3.800
1
2
3
4
2,3,4,5,6,7,8
W= 0.093Tn/ml
5
6
Para la viga 1
7
(
WT = 152.6kg / m
2
8
)(0.305m) = 46.54kg / ml
9
10
W= 0.047Tn/ml
11
12
Peso del muro exterior
Losa primer y segundo nivel
WT = 91.72kg / ml
W= 0.092Tn/ml
Peso del muro exterior zona de baños
WT = 178.62kg / ml
W= 0.179Tn/ml
Para las vigas 8,9,10 y 11 se considerará lo siguiente en base a la siguiente figura.
8
9
10
11
12
Losa primer y segundo nivel
-71-
Viga 9 dado que esta viga recibe el peso de un muro del nivel superior,
procederemos ha realizar el análisis respectivo, la carga del muro se considerara
en la viga 9 y no en la 8 ya que como se considera solamente la carga de losa
solamente a la mitad entre viga y viga, dicho muro cae en la mitad de la viga 9
El muro mide 1.41 metros estos deberán ser multiplicados por la carga del muro
que en este caso se trata de un muro divisorio Interior.
0.062 Tn/ml
0.093 Tn/ml
1.41
7.6
Viga 9
0.142 Tn/ml
0.142 Tn/ml
0.289 Tn/ml
0.289 Tn/ml
0.093 Tn/ml
0.95
0.95
0.95
0.95
7.6
Viga 10
0.087Tn
0.087Tn
0.125 Tn/ml
1.9
0.093 Tn/ml
0.062 Tn/ml
1.41
7.6
Viga 11
-72-
0.125 Tn/ml
1.9
0.096Tn
0.096Tn
0.196 Tn/ml
0.123 Tn/ml
0.123 Tn/ml
1.9
1.9
7.6
Viga 12
Peso muro interior entre habitaciones
W= 0.044Tn/ml
Losa de entrepiso pasillos alrededor de las escaleras.
(
)
WT = 186.60kg / m 2 (0.61m ) = 113.83kg / ml
W= 0.114Tn/ml
(
)
WT = 186.60kg / m 2 (0.305m ) = 56.73kg / ml
W= 0.057Tn/ml
-73-
Peso de las escaleras
Peso por escalón
Peso del ángulo 3.48kg/ml
wesc = (1.36m )(3.48kg / ml )(2 pza ) = 9.47kg
wesc = (0.30m )(3.48kg / ml )(2 pza ) = 2.088kg
(
)
wesc = 2400kg / m 3 (1.36m )(0.30m )(0.038m ) = 37kg
wesc = 9.47 kg + 2.088kg + 37kg = 48.77kg
-74-
Peso alfarda área descanso
walfa = (1.55m )(29.76kg / ml )(2 pza ) = 92.26kg
walfa = (4.26m )(29.76kg / ml ) = 126.78kg
walfa = (1.24m )(29.76kg / ml ) = 36.90kg
Piso de concreto en el descanso
(
)
wpiso = 2400kg / m 3 (4.26m )(1.55m )(0.04m ) = 633.88kg
Soporte
wsoporte = (1.172m )(17.11kg / ml )(2 pza ) = 40.11kg
Wdescanso = 255.94kg + 633.88kg + 40.11kg = 929.93kg
Soporte
Carga que ejercen los soportes en los niveles 1 y 2 de las losas de entrepiso
Rsoporte =
929.93kg
= 464.97kg
2
R =0.465Tn
Cálculo de la carga distribuida que ejerce
La escalera sobre las losas del primer y
Segundo nivel.
wrampa = (8escalones )(48.77 kg ) = 390.16kg
walfa = (6.74m )(29.76kg / ml )(2 pza ) = 401.17 kg
Wrampa = 390.16kg + 401.17 kg = 791.33kg
Carga distribuida sobre losa
791.33kg
= 536.49kg / ml
1.475kg
W= 0.536Tn/ml
-75-
8.1.4
Obtención de Cargas Vivas Máximas que actúan sobre la estructura
Para obtener las cargas vivas del modelo de la estructura a realizar en Staad Pro
nos basamos en el análisis de cargas antes expuesto. Y las cargas se obtienen de
igual manera como se obtuvieron en el apartado anterior.
Para losa de azotea
(
)
WT = 100kg / m 2 (0.61m ) = 61.00kg / ml
C
W= 0.061Tn/ml
7.692
Aplicable en las vigas (de la 2 a la 12)
Para la Viga 1 se multiplica por la mitad
1
de 0.61 m.
3
2
)
WT = 100kg / m 2 (0.305m ) = 30.5kg / ml
5
6
7
W= 0.031Tn/ml
8
9
10
11
12
Losa de azotea pasillos alrededor del domo de las escaleras.
(
)
WT = 100kg / m 2 (0.61m ) = 61.0kg / ml
W= 0.061Tn/ml
(
)
WT = 100kg / m 2 (0.305m ) = 30.5kg / ml
W= 0.031Tn/ml
-76-
0.610
(
4
Peso domo
A1 = 11.32m 2
Carga Viva máxima 40kg/m2
(
)(
)
w1 = 11.32m 2 40kg / m 2 = 452.8kg
R=
452.8kg
= 226.4kg
2
R= 0.226Tn
A2 = 5.66m 2
(
)(
)
w2 = 5.66m 2 40kg / m 2 = 226.40kg
Carga de domo sobre viga
w=
226.4kg
= 53.14kg / ml
4.26m
4.26 es la distancia del pretil donde
4.760
Descansa la estructura del domo
W= 0.053Tn/ml
A1
-77-
4.760
A2
Para la obtención de cargas en las losas del primer y segundo nivel, se
considerará lo siguiente, para el área de cuartos:
(
)
WT = 170.00kg / m 2 (0.61m ) = 103.7kg / ml
3.800
3.800
1
2
3
4
2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 y 12
W= 0.104Tn/ml
5
6
Para la viga 1
(
D
22.200
Aplicable a las vigas;
WT = 170.00kg / m
C
B
Superficie señalada
7
2
)(0.305m) = 51.85kg / ml
8
9
10
W= 0.052Tn/ml
11
12
Losa primer y segundo nivel
Losa de entrepiso pasillos alrededor de las escaleras.
(
)
WT = 170.00kg / m 2 (0.61m ) = 103.7kg / ml
W= 0.104Tn/ml
(
)
WT = 170.00kg / m 2 (0.305m ) = 51.85kg / ml
W= 0.052Tn/ml
-78-
8.1.5
Obtención de Cargas Vivas Accidentales que actúan sobre la
estructura
Para obtener las cargas vivas accidentales del modelo de la estructura a realizar
en Staad Pro nos basamos en el análisis de cargas antes expuesto. Y las cargas
se obtienen de igual manera como se obtuvieron en el apartado anterior.
Para losa de azotea
(
)
WT = 70kg / m 2 (0.61m ) = 42.70kg / ml
C
W= 0.043Tn/ml
7.692
Aplicable en las vigas (de la 2 a la 12)
Para la Viga 1 se multiplica por la mitad
1
de 0.61 m.
3
2
)
WT = 70kg / m 2 (0.305m ) = 21.35kg / ml
6
7
W= 0.021Tn/ml
8
9
10
11
12
Losa de azotea pasillos alrededor del domo de las escaleras.
(
)
WT = 70kg / m 2 (0.61m ) = 42.70kg / ml
W= 0.043Tn/ml
(
)
WT = 70kg / m 2 (0.305m ) = 21.35kg / ml
W= 0.021Tn/ml
-79-
0.610
(
4
5
Peso domo
A1 = 11.32m 2
Carga Viva máxima 40kg/m2
(
)(
)
w1 = 11.32m 2 20kg / m 2 = 226.4kg
R=
226.4kg
= 113.2kg
2
R= 0.113Tn
A2 = 5.66m 2
(
)(
)
w2 = 5.66m 2 20kg / m 2 = 113.2kg
Carga de domo sobre viga
w=
113.2kg
= 26.57kg / ml
4.26m
4.26 es la distancia del pretil donde
Descansa la estructura del domo
W= 0.027Tn/ml
4.760
A1
-80-
4.760
A2
Para la obtención de cargas en las losas del primer y segundo nivel, se
considerará lo siguiente, para el área de cuartos:
(
C
B
Superficie señalada
)
WT = 90.00kg / m 2 (0.61m ) = 54.90kg / ml
D
22.200
3.800
Aplicable a las vigas;
3.800
1
2
3
4
2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 y 12
W= 0.055Tn/ml
5
6
Para la viga 1
(
WT = 90.00kg / m
7
2
8
)(0.305m) = 27.45kg / ml
9
10
W= 0.028Tn/ml
11
12
Losa primer y segundo nivel
Losa de entrepiso pasillos alrededor de las escaleras.
(
)
WT = 90.00kg / m 2 (0.61m ) = 54.90kg / ml
W= 0.055Tn/ml
(
)
WT = 90.00kg / m 2 (0.305m ) = 27.45kg / ml
W= 0.028Tn/ml
-81-
8.2
Carga por viento
Para la solicitación de cargas accidentales por viento se describen los
procedimientos necesarios a utilizar para determinar el diseño por viento
8.2.1 Clasificación de la estructura*
Primero hay que conocer si la estructura pertenece al grupo A o grupo B. Las
estructuras del grupo B, se recomiendan para un grado de seguridad moderado.
Se encuentran dentro de este grupo aquellas que en caso de fallar, representan
un riesgo de pérdidas de vidas humanas y que coaccionarían daños materiales de
magnitud intermedia. Este es el caso de plantas industriales, bodegas ordinarias,
gasolineras (excluyendo los depósitos exteriores de combustibles pertenecientes
al grupo A), Comercios restaurantes, edificios de apartamentos u oficinas, hoteles,
bardas cuya altura sea mayor de 2.5 metros y todas las construcciones cuya falla
por viento pueda poner en peligro a otras de esta clasificación o de la anterior. Se
incluyen también salas de reunión o de espectáculos y estructuras de depósitos,
urbanas o industriales, no incluidas en el Grupo A, así como todas aquellas
construcciones que forman parte de plantas generadoras de energía y que, en el
caso de fallar, no paralizarían el funcionamiento de la planta. Asimismo, se
consideran en este grupo las subestaciones eléctricas y las líneas y postes de
transmisión de menor importancia que las del grupo A.
*Panel Rey 2001 Manual de diseño Estructural, México Pág. 70
-82-
8.2.2 Clasificación de la estructura según su respuesta ante la acción del
viento*
Estructuras del tipo 1. Estas estructuras son poco sensibles a las ráfagas y a los
efectos dinámicos del viento. Abarca todas aquellas en las que la relación de
aspectos λ, (definida como el cociente y la menor dimensión en planta), es menor
a cinco y cuyo periodo natural de vibración es menor o igual a un segundo.
Pertenecen a este tipo, por ejemplo, la mayoría de los edificios para habitación u
oficinas, bodegas, naves industriales, teatros y auditorios, puentes cortos y
viaductos. También incluye las construcciones cerradas con sistemas de cubierta
suficientemente rígidos, es decir, capaces de resistir las cargas debidas al viento
sin que varíe esencialmente su geometría.
8.2.3 Categoría del terreno según su rugosidad y la clase de estructura*.
Tanto en el procedimiento de análisis estático como en el dinámico intervienen
factores que dependen de las condiciones topográficas y de exposición locales del
sitio en donde se desplantará la construcción, así como del tamaño de ésta. Por lo
tanto, a fin de evaluar correctamente dichos factores, es necesario establecer
clasificaciones de carácter práctico. En la tabla (8.2.1) se consignan cuatro
categorías de terrenos atendiendo al grado de rugosidad que se presenta
alrededor de la zona de desplante. La tabla (8.2.2) divide a las estructuras y a los
elementos que forman parte de ellas en tres clases, de acuerdo con su tamaño.
*Panel Rey 2001 Manual de diseño Estructural, México Pág. 70
-83-
Tabla 8.2.1 Categoría del terreno según su rugosidad
Categoría
Descripción
Ejemplos
limitaciones
1
Terreno abierto, prácticamente plano
y sin obstrucciones.
Franjas costeras planas, zonas de
pantano, campos aéreos, pastizales y
tierras de cultivo sin setos o bardas
alrededor. Superficies nevadas planas
La longitud mínima de este tipo
de terreno en la dirección del
viento debe de ser de 2000 m o
10 veces la altura de la
construcción por diseñar, la que
sea mayor
2
Terreno plano u ondulado con pocas
obstrucciones.
Campos de cultivo o granjas con pocas
obstrucciones tales como setos o bardas
alrededor, árboles y construcciones
dispersas.
Las obstruccionestienen alturas
de 1.5 a 10m. En una longitud
mínima de 1500 m.
3
4
Terreno cubierto por numerosas
obstrucciones estrechamente
espaciadas.
Las obstrucciones presentan
áreas urbanas, suburbanas y de bosque, o alturas de 3 a 5 m. La longitud
mínima de este tipo de terreno en
cualquier terreno con numerosas
obstrucciones estrechamente espaciadas. la dirección del viento debe ser
de 500m o 10 veces la altura de
El tamaño de las construcciones
la construcción, la que sea
corresponde al de las casas y viviendas.
mayor.
Terreno con numerosas
obstrucciones largas, altas y
estrechamente espaciadas
Por lo menos el 50% de los
edificios tienen una altura mayor
a los 20m. Las obstrucciones
miden de 10 a 30m. De altura la
Centros de grandes ciudades y complejos
longitud mínima de este tipo de
industriales bien desarrollados.
terreno en la dirección del viento
debe ser la mayor entre 400m. Y
10 veces la altura de la
construcción.
Tabla 8.2.2 Clase de estructura según su tamaño
Categoría
Descripción
A
Todo elemento de recubrimiento de fachadas, de ventanería y de techumbres y sus respectivos sujetadores. Todo
elemento estructural aislado, expuesto directamente a la acción del viento. Asimismo, todas las construcciones cuya
mayor dimensión, ya sea horizontal o vertical, sea menor que 20m.
B
c
Todas las construcciones cuya mayor dimensión, ya sea horizontal o vertical, varíe entre 20 y 50m.
Todas las construcciones cuya mayor dimensión, ya sea horizontal o vertical, varíe entre 50m.
8.2.4 Definición de la velocidad regional VR para el período de retorno
requerido, de 50años*.
El cual se definirá mediante el plano de isostáticas
continuación.
*Panel Rey 2001 Manual de diseño Estructural, México Pág. 72
-84-
que se presenta a
1 50
0
14
0
13
0
16
0
20
160
15
0
220
0
18
150
Fig 8.2.1
-85-
18 0
220
2 00
0
22
15
0
16
0
22
0
22 0
0
18
200
18
0
12
0
140
0
14
14
0
0
14
14
0
0
20
16 0
11 0
1 10
14
0
1 30
180
160
20
0
0
14
140
13 0
130
15 0
15
0
14 0
15 0
12 0
10
0
110
0
11
150
12
0
0
13
0
0
18
16
0
1 40
14 0
13
0
16 0
15
18 0
0
13
2 20
0
130
11
12 0
0
13
14 0 0
15
0
14 0
120
16 0
15 0
12
0
15 0
130
16 14 0 13 0
0
12 0
13
0
16 0
16
0
11
120
15
0
0
12
16
0
0
13
13 0
13
0
120
14 0
15 0
0
15
140
0
14
1 30
130
1 30
Velocida des Regi onales de la república Mexican a VR
13 0
140
16 0
180
0
15
0
14
0
15
160
15 0
15
0
15 0
140
22
0
200
14
0
0
14
15 0
14
0
22 0
18
0
16
0
16 0 18 0
22
0
13 0
14 0
0
18
220
15 0
15
0
0
16
0
10
0
200
20 0
14
13 12 0
0
12 0
110
120
10 0
140
0
16
0
16 0
10 0
110
12 0
22
0
14 0
16 0
0
14
15 0
13
0
12
18 0
15 0
160
0
1 6 0 50
1
0
14
14
14 0
0
15
0
13
15 0
15 0
18 0
16 0
16
0
18 0
16 0
180
0
15
0
16
8.2.5 Definición del factor de exposición*
Fα = FcFrz
El coeficiente Fα refleja la variación de la velocidad del viento con respecto a la
altura Z. Asimismo, considera el tamaño de la construcción o de los elementos de
recubrimiento y las características de exposición.
Fc
Es el factor que determina la influencia del tamaño de la construcción.
Tabla (8.2.5.1)
Frz
es el factor que establece la variación de la velocidad del viento con la
altura Z en función de la rugosidad del terreno de los alrededores.
Tabla 8.2.3 Factor de tamaño Fc
Clasificación de la estructura
Fc
A
B
C
1.00
0.95
0.90
Factor de rugosidad y altura, Frz
Frz
Se obtiene según las siguientes expresiones
[ δ]
α
Frz = 1.56 10
[ δ]
Frz = 1.56 z
Frz = 1.56
α
si z ≤ 10
si 10 < z < δ
si z ≥ δ
Donde:
δ
Es 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 se
puede suponer constante; a esta altura se le conoce como altura gradiente;
δ y z están dadas en metros, y
*Panel Rey 2001 Manual de diseño Estructural, México Pág. 72
-86-
α
El exponente que determina la forma de la variación de la velocidad del
viento con la altura y es adimensional.
Los coeficientes δ y α están en función de la rugosidad del terreno tabla (8.2.1)
En la tabla (8.2.5.2) se consignan los valores que se aconsejan para estos
coeficientes.
Tabla 8.2.4 Valores de α y δ
α
Categoria del terreno
δ (µ)
Clase de estructura
1
2
3
4
A
B
C
0.099
0.128
0.156
0.170
0.101
0.131
0.160
0.177
0.105
0.138
0.171
0.193
245
315
390
455
8.2.6 Determinación de la velocidad de diseño (VD)
La velocidad de diseño VD esta dada en Km/h y la obtendremos de la siguiente
formula.
V D = FT Fα VR
Donde:
FT
es un factor que depende de la topografía del sitio, adimensional.
Fα
factor que toma en cuenta el efecto combinado de las características de
exposiciones locales, tamaño de la construcción y de la velocidad con la
altura, adimensional, inciso 8.2.5
VR
corresponde a la velocidad regional al sitio donde se construirá la
estructura, Km/h.
*Panel Rey 2001 Manual de diseño Estructural, México Pág. 70
-87-
8.2.6.1
Factor de topografía FT*
Este factor toma en cuenta el efecto topográfico local del sitio en donde se
desplantará la estructura. Así, por ejemplo, si la construcción se localiza en las
laderas o cimas de colinas o montañas de altura importante con respecto al nivel
general del terreno de los alrededores, es muy probable que se generen
aceleraciones del flujo del viento y por consiguiente, deberá incrementarse la
velocidad regional.
Tabla 8.2.5 Factor de topografía local F T
Sitios
Protegidos
Normales
Expuestos
Topografía
Base de promontorios y faldas de serranías del lado del sotavento
Valles cerrados
Terreno prácticamente plano, campo abierto, ausencia de
cambios topográficos importantes, como pendientes menores
que 5%
Terrenos inclinados con pendientes entre 5 y 10%, valles
abiertos y litorales planos
Cimas de promontorios, colinas o montañas, terrenos con
pendientes mayores que 10%, caañadas cerradas y valles que
formen un embudo o cañon, islas.
FT
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
8.2.7 Cálculo de la corrección de densidad G, y obtención de la presión
dinámica base, qz
qz = 0.0048GVD2
Donde:
G
Es el factor de corrección por temperatura y por altura con respecto al nivel
del mar, adimensional,
VD
La velocidad de diseño, en Km/hr, definida inciso 8.2.6
qz
La presión dinámica de base a una altura Z sobre el nivel del terreno, en
Km/m2.
*Panel Rey 2001 Manual de diseño Estructural, México Pág. 70
-88-
El factor de 0.0048 corresponde a un medio de la densidad del aire y el valor de G
se obtiene de la expresión:
0.392Ω
273 + τ
G=
Donde:
Ω
Es la presión barométrica, en mm de Hg, y
τ
La temperatura ambiental en ° C
En la tabla I.7 se presenta la relación entre los valores de la altitud, hm, en metros
sobre el nivel del mar, msnm, y la presión barométrica, Ω
Nota: En caso de no contar con t se puede hacer una aproximación de G con la
siguiente fórmula, donde “h” es la altura del lugar sobre el nivel de mar (kmsnm)
en Km.
G=
8+h
8 + 2h
Tabla 8.2.6 Relación entre altitud y la presión barométrica
Altitud (msnm)
Presión barométrica (mm de Hg)
0
500
1000
760
720
675
635
600
565
530
495
1500
2000
2500
3000
3500
Nota: Se puede interpolar para valores intermedios de la altitud, hm
8.2.8. Fuerzas sobre construcciones cerradas*
Las fuerzas que se ejercen sobre los elementos de estructuras cerradas, muros y
techos, serán las resultantes de las presiones actuantes sobre sus superficies
*Panel Rey 2001 Manual de diseño Estructural, México Pág. 73
-89-
exteriores e interiores y deberán de calcularse de acuerdo con la siguiente
ecuación:
Fe = PzAz
Con:
Pz = (Pe − Py )
Ó:
Pz = Pn
Para construcciones cerradas
Para el caso en que se aplique la presión neta
Donde:
Fe
Es la fuerza del viento que actúa perpendicularmente a la superficie de un
elemento de la construcción, en Kg.,
Pz
La presión de diseño a la altura Z, en Kg./m2
Pe
Presión exterior, en Kg./m2
Az
El área de la estructura, o parte de ella, en m2, a la altura Z, sobre la que
actúa la presión de diseño, Pz. Ella corresponderá:
a)
Una parte de alguna de las superficies de la construcción; la presión de
diseño que corresponde a una velocidad y dirección del viento dada, se
verá afectada por el coeficiente de presión, Cp, el cual a su vez depende de
la forma de la estructura.
b)
A la superficie de la construcción o de un elemento estructural, proyectada
sobre un plano normal al flujo del viento; la presión de diseño se verá
afectada por el coeficiente de arrastre, Ca, según la forma de la
construcción o del elemento estructural.
-90-
c) A las superficies que se indique en los incisos correspondientes cuando se
empleen coeficientes de fuerza, Cf, o coeficientes de presión neta, Cpn,
para evaluar la fuerza total de diseño.
Las fuerzas y los momentos de volteo totales que actúan sobre una construcción
deberán obtenerse sumando los efectos de las presiones exteriores e interiores, o
de las presiones netas, que se presentan sobre sus superficies.
PRESIÓN EXTERIOR, Pe,* sobre una de las superficies de una construcción
cerrada se calculará utilizando la siguiente ecuación:
Pe = CpeK A K L q Z
Donde:
Pe
Es la presión exterior, en Kg./m2
Cpe
El coeficiente de presión exterior, adimensional.
KA
El factor de reducción de presión por tamaño de área, adimensional.
KL
El factor de presión local, adimensional, y
qz
La presión de base del viento, en Kg./m2, calculada en el punto 6.
Tabla 8.2.7 Coeficiente de presión exterior, Cpe, para muros en barlovento y sotavento de construcciones
con planta rectangular cerrada
Superficie
Barlovento
Dirección del viento θ
Normal o paralela a las generatrices
Normal a las generatrices (θ=0º)
Sotavento
Paralelas a las generatrices (θ=0º)
Nota: 1. Se puede interpolar para valores intermedios de d/b y γ
2. Esta tabla se aplica con ayuda de la fig.
*Panel Rey 2001 Manual de diseño Estructural, México Pág. 74
-91-
d/b
Inclinación del techo γ
Cpe
Cualquiera
=1
=2
=4
Cualquiera
0.8
-0.5
-0.3
-0.2
-0.3
-0.4
-0.5
-0.5
-0.3
-0.2
<10
Cualquiera
10º = γ = 15º
=20º
=25º
=1
=2
=4
Cualquiera
Tabla 8.2.8 Coeficiente de presión exterior, Cpe, para zonas de muros laterales de construcción con planta
rectangular cerrada
Distancia horizontal a lo largo de un muro lateral medida a
partir de la arista comùn con el muro de barlovento
Coeficiente de presión exterior Cpe
de 0 a 1 H
de 1 H a 2 H
de 2 H a 3 H
>3H
-0.65
-0.5
-0.3
-0.2
Nota: 1. La tabla se aplica con ayuda de la fig.
2. La distancia horizontal se determina en función de la altura de construcción, H, La cual a su vez se cálcula según la fig.
Tabla 8.2.9 Coeficiente de presión exterior, Cpe, para zonas de techos de construcciones con planta rectangular cerrada
Dirección del
viento θ
(θ=0º)
Normal a las
generatrices
Angulo γ
10º
15º
20º
25º
30º
35º
45º
=60º
10º
15º
20º
25º
30º
35º
45º
=60º
10º
15º
20º
25º
30º
35º
45º
=60º
Normal a las generatrices
θ=0º y γ<10º
o paralela a las generatrices
θ=90º y γ todos
Relación
H/d
=0.25
0.50
=1.0
Distancia horizontal sobre el techo medida a
partir de la arista sup. Del muro de barlovento
Toda el área de techo
Toda el área de techo
Toda el área de techo
=0.5
0 a 1H
1Ha2H
2Ha3H
>3H
=1.0
0 a H/2
> H/2
Barlovento
Cpe
Sotavento
-0.7
-0.5,0.0
-0.3,0.2
-0.2,0.3
-0.2,0.3
0.0,0.4
0.5
0.01γ
-0.9
-0.7
-0.4.0.0
-0.3,0.2
-0.2,0.2
-0.2,0.3
0.0,0.4
0.01γ
-1.3
-1
-0.7
-0.5,0.0
-0.3,0.2
-0.2,0.2
0.0,0.3
0.01γ
-0.3
-0.5
-0.6
-0.6
-0.6
-0.6
-0.6
-0.6
-0.5
-0.5
-0.6
-0.6
-0.6
-0.6
-0.6
-0.6
-0.7
-0.6
-0.6
-0.6
-0.6
-0.6
-0.6
-0.6
-0.9
-0.5
-0.3
-0.2
-1.3
-0.7
Nota:
1. Esta tabla se utiliza con ayuda de las figuras I.8 y I.9
2. Cuando se muestren dos valores, el techo deberá diseñarse para el más desfavorable, ya que debido a la turbulencia del viento, el techo puede estar sometido a presiones
positivas o negativas. Asimismo deben de considerarse las diferentes combinaciones de presiones exteriores e interiores a fin de utilizar la condición más adversa en el
diseño.
3. Si se requieren valores del coeficiente de presión correspondientes a valores intermedios de γ , y de la relación H/d, puede realizarse interpolación lineal, la cual se llevará
a cabo entre valores del mismo signo.
-92-
Tabla 8.2.10 Factor de reducción, KA, para techos y muros laterales
Area tributaria en m
A
2
Factor de reducción
KA
1
0.9
0.8
=10
25
=100
El factor de presión local, KL, se obtendrá de la tabla 8.2.8.5 y afectará sólo a las
presiones exteriores, las cuales a su vez se combinarán con las interiores. Sin
embargo, se tomará como 1.0 si la combinación de presiones exteriores e
interiores resulta así más desfavorable. La presión exterior, Pe, se verá afectada
por el factor KL cuando se diseñen los siguientes elementos de una construcción
dada:
–recubrimiento de muros y techos
–elementos que soportan los recubrimientos (tales como largueros), y
–dispositivos de sujeción de los recubrimientos.
Cuando se diseñe la estructura principal de la construcción o se trate de muros de
sotavento, este factor también será igual a la unidad.
-93-
Tabla 8.2.11 Factor de presión local KL, para recubrimientos y sus soportes
Presión
externa
Casos
Parte de la
estructura
Altura de la
estructura
Empuje
(+)
1
Muro de barlovento
Cualquiera
Techo
Cualquiera
Muros laterales
H < 25m.
Muros laterales
H = 25m.
Techo
Cualquiera
Muros laterales
H < 25m.
(a)
2
(b)
Succión
(-)
(a)
3
(b)
4
Muros laterales
H = 25m.
Muros laterales
H = 25m.
Zona de afectación
Area de
afectación
2
Cualquiera sobre el muro de barlovento
= 0.25 a
El ancho de la zona será de 1.0a, a todo lo largo del
borde del techo incluyendo la cumbrera si es un
techo a 2 aguas.
El ancho de la zona será de 1.0a, a todo lo largo de
los bordes verticales del muro del barlovento
La zona afectada se localiza a una distancia mayor
que 1.0a, apartir del borde del muro barlovento
El ancho de la zona será de 0.5a, a todo lo largo del
borde del techo incluyendo la cumbrera si es un
techo a 2 aguas
El ancho de la zona será de 0.5a, a lo largo de los
bordes verticales del muro de barlovento
El ancho de la zona será de 1.0a, a lo largo de los
bordes verticales del muro de barlovento
El ancho de la zona será de 0.5a, a lo largo de los
bordes verticales del muro de barlovento
KL
1.25
2
1.50
2
1.50
=a
=a
2
1.50
2
2.00
2
2.00
= 0.25 a
= 0.25 a
= 0.25 a
2
2.00
=a
2
= 0.25 a
3.00
NOTAS;
1. Los casos 2, 3 y 4 son alternativas y no se aplican simultáneamente.
2. Para techos de edificios bajos que se encuentren adyacentes a edificios altos, y para construcciones altas que tengan muros con bordes inclinados o con salientes,
expuestos a condiciones de alta turbulencia, un factor de presión local con un valor de 3.0 no resulta conservador. Estas situaciones están fuera del alcance de este manual
por lo que deberá recurrirse a las recomendaciones de especialistas.
3. Cuando se presenten presiones positivas (empujes) en zonas de techos, el valor de KL será igual a uno.
4. El área de afectación debe compararse con la tributaria para definir en que áreas se aplican los valores de KL que aquí se indican.
5. Cuando γ sea menor que diez grados, la zona de afectación del techo se definirá como si éste fuese horizontal, por lo que el factor de presión local no se aplicará en la
zona de cumbrera.
Cuando el área de un elemento de recubrimiento, o de un miembro de soporte de
éste, exceda las áreas de afectación dadas en la tabla I.12, el factor de presión
local, KL, será igual a 1.0 para el área restante de dicho elemento. Al aplicar el
factor de presión local, el límite negativo del producto KLCpe será de -2.0
8.2.9 Presiones interiores*
La presión interior, Pi se calculará utilizando la siguiente expresión:
Pi = Cpiq z
Donde:
Pi
Es la presión exterior, en Kg./m2
Cpi
El coeficiente de presión interior, adimensional, y
qz
La presión dinámica base, en kg./m2.
*Panel Rey 2001 Manual de diseño Estructural, México Pág. 76
-94-
Es importante remarcar que esta presión se considera constante sobre todas las
superficies interiores de la construcción, y que para diseñar las estructuras y sus
recubrimientos deberá de tomarse en cuenta que las presiones interiores actúan
simultáneamente con las descritas anteriormente, debiéndose seleccionar la
combinación de ellas que resulte más desfavorable.
Los distintos valores del coeficiente de presión, Cpi, se dan en las tablas 8.2.9.1 y
8.2.9.2 la primera de ellas se aplica para el caso en que las superficies permiten
pequeñas filtraciones al interior de la construcción –son permeables–, mientras
que la segunda es aplicable cuando existen aberturas de tamaño considerable
sobre las distintas superficies que forman la estructura. En estas tablas se
emplean conceptos esenciales que se definen junto con ellas.
8.2.9.1
Permeabilidad*
Si en una estructura existen huecos o hendiduras que permiten que el flujo de
viento penetre a su interior, entonces se presentan presiones interiores que
pueden alcanzar magnitudes importantes o actuar simultáneamente con las
exteriores provocando condiciones desfavorables, por lo que deberán tomarse en
cuenta. La permeabilidad de una superficie se define como el cociente entre el
área de las hendiduras y huecos, resultado de las tolerancias normales de la
construcción, y el área total de esa superficie; dado que en la práctica es difícil
evaluarla, en la tabla 8.2.9.1 se incluyen diferentes casos que, en forma
cualitativa, toman en cuenta la permeabilidad de las superficies expuestas.
*Panel Rey 2001 Manual de diseño Estructural, México Pág. 77
-95-
8.2.9.2
Aberturas*
Se consideran como tales las puertas y ventanas abiertas, ventilas para aire
acondicionado y sistemas de ventilación, y aberturas en los recubrimientos, entre
otras.
8.2.9.3
Aberturas dominantes*
Se presentan sobre una superficie donde la suma de sus áreas excede la suma de
las áreas de las aberturas de cualquiera de las otras superficies; una abertura
dominante no necesariamente es grande. En regiones propensas a ciclones, las
ventanas deberán considerarse como aberturas, a menos que sean capaces de
resistir el impacto de una pieza de madera de 4Kg y 100 mm x 50 mm de sección
transversal, que golpee a una velocidad de 15 m/s. Este requisito puede ser
diferente en el caso de estructuras especiales, en cuyo caso deberá justificarse el
empleo de otros valores.
Tabla 8.2.12 Coeficiente de presión interna, Cpi, para construcciones con planta rectangular cerrada y muros
permeables
Estado de permeabilidad de la construcción
1
Un muro permeable, los otros impermeables:
a) Viento normal al muro permeable
b) Viento normal a un muro impermeable
0.6
-0.3
2
Dos o tres muros igualmente permeables, el (los) otros (s) impermeable (s)
3
a) Viento normal a un muro permeable
b) Viento normal a un muro impermeable
todos los muros igualmente permeables
4
Cpi
0.2
-0.3
-0.3 ó 0.00, según lo que produzca la
combinación de carga más
desfavorable
Construcciones selladas eficientemente y que tengan ventanas que no puedan -0.2 ó 0.00, según lo que produzca la
abrirse
combinación de carga más
desfavorable
*Panel Rey 2001 Manual de diseño Estructural, México Pág. 77
-96-
Tabla 8.2.13 Coeficiente de presión interior, Cpi, para construcciones de plantas rectangular cerrada y superficies con aberturas
Cpi
abertura en la construcciòn
1
Aberturas dominantes
a) En el muro de barlovento: la relación entre el área abierta de este muro y el
área abierta total de los techos y los otros muros (incluyendo permeabilidad),
sometidos a succón exterior, es igual a
-0.3 ó 0.00
+-0.1
0.3
0.5
0.6
0.8
0.5 o menor
1.0
1.5
2.0
3.0
6.0 o mayor
b) En el muro de sotavento
-0.5
c) En un muro lateral
Valor de Cpe para muros
laterales tab 8.2.8.
d) En el techo
El valor de Cpe para techos tab 8.2.9
2
-0.3 ó 0.00, según lo que produzca la
combinación de carga más
desfavorable.
Igual área de aberturas en dos o más muros
NOTAS;
1. Dado que en las tablas 8.2.8.2 y 8.2.8.3 el Cpe varía según la zona de la superficie para calcular el Cpi deberá considerarse un valor promedio de acuerdo con los casos de cada tabla. En función
del tamaño y ubicación de las aberturas. Otra manera de seleccionar el coeficiente en esas tablas es localizar en la superficie en cuestión el centroide de las aberturas y tomar el valor correspondiente
a esa posición.
Tabla 8.2.14 Coeficiente de Presión Exterior C para zonas de techos de construcciones con planta rectangular cerrada
Dirección del
viento
8
Angulo 8
10°
15°
20°
25°
30°
35°
45°
>=60°
10°
15°
8=0° Normal a 20°
25°
las
generatrices 30°
35°
45°
>=60°
10°
15°
20°
25°
30°
35°
45°
>=60°
Normal a las generatrices 8Λ
8Λ0° y 8Λ 10°
o paralela a las
generatrices q = 90° y g
Relación H/d
<=0.25
Distancia horizontal sobre el techo medida a
partir de la arista superior del muro de
barlovento
Toda el área del techo
0.5
Toda el área del techo
>=1.0
Toda el área del techo
<=0.5
>=1
0 a 1H
1H a 2H
2H a 3H
>3H
0 a H/2
>H/2
-97-
C
Barlovento
Sotavento
-0.7
-0.5, 0.0
-0.3, 0.2
-0.2, 0.3
-0.2, 0.3
0.0, 0.4
0.5
0.018
-0.9
-0.7
-0.4, 0.0
-0.3, 0.2
-0.2, 0.2
-0.2, 0.3
0.0, 0.4
0.018
-0.3
-1.0
-0.7
-0.5, 0.0
-0.3, 0.2
-0.2, 0.2
0.0, 0.3
0.018
-0.3
-0.5
-0.6
-0.6
-0.6
-0.6
-0.6
-0.6
-0.5
-0.5
-0.6
-0.6
-0.6
-0.6
-0.6
-0.6
-0.7
-0.6
-0.6
-0.6
-0.6
-0.6
-0.6
-0.6
-0.9
-0.5
-0.3
-0.2
-1.3
-0.7
Definición de parámetros de construcción con planta cerrada*
γ
H
Muro lat eral
Muro barlovento
D
Techo sotavento
B
Borde de barlovento
γ
H
Viento paralelo a las gene ratrices
(θ=90° )
Muro barlovento
Muro lateral
B
D
Dirección del viento
(θ=0)
Borde de barlovento
Techo barlovento
γ
H
(γ<60°)
H
(γ>=60°)
Muro
barlovento
D
B
Dirección del viento
(θ=0)
Cumbre ra
Techo sotaven to
Techo barlovento
H
(γ<60°)
( γ>=60°)
( γ>=60°)
Muro barlovento
Muro lateral
B
D
Borde de barlovento
Vien to norm al a las generatrices
( θ=0)
*Comisión federal de Electricidad Manual de diseño por viento Pág. 1.4.32
-98-
Muro lateral
Fig. 8.2.2
Borde de barlovento
Definición de zonas en muros laterales para aplicar los coeficientes de presión
exterior*.
Fig. 8.2.3
*Comisión federal de Electricidad Manual de diseño por viento Pág. 1.4.35
-99-
Factores de presión KL, para recubrimientos y sus soportes*
Fig. 8.2.4
*Comisión federal de Electricidad Manual de diseño por viento Pág. 1.4.39
-100-
Fig. 8.2.5
-101-
Tabla 8.2.15 Velocidades regionales de las ciudades más importantes
Ciudad
Num. Obs
V 10
V 50
Velocidades (Km/h)
V 100
V 200
V 2000
Acapulco, Gro.
Aguascalientes, Ags.
Campeche, Camp.
Cd. Guzmán Jal.
12002
129
162
172
181
209
1001
118
141
151
160
189
4003
98
132
146
159
195
101
120
126
132
155
Cd. Juárez, Chih.
Cd. Obregón, Son.
Cd. Victoria, Tamps.
Coatzacoalcos, Ver.
Colima, Col.
Colotlán, Jal.
Comitán, Chis.
Cozumel, Q. Roo
*Cuernavaca, Mor.
Culiacán, Sin.
Chapingo, Edo. Méx.
Chetumal, Q. Roo
Chihuahua, Chih.
Chilpancingo, Gro.
Durango, Dgo.
Ensenada, B.C.
Guadalajara, Jal.
Guanajuato, Gto.
*Guaymas, Son.
Hermosillo, Son.
Jalapa, Ver.
La Paz, B.C.
Lagos de Moreno, Jal.
*León, Gto.
Manzanillo, Col.
Mazatlán, Sin.
14030
26020
28165
30027
6006
14032
7025
23005
17726
25014
15021
23006
8040
12033
10017
2025
14065
11024
26039
26040
30075
3026
14083
11025
6018
25062
116
147
135
117
105
131
72
124
93
94
91
119
122
109
106
100
146
127
130
122
118
135
118
127
110
145
144
169
170
130
128
148
99
158
108
118
110
150
136
120
117
148
164
140
160
151
137
171
130
140
158
213
152
177
184
137
138
155
112
173
114
128
118
161
142
127
122
170
170
144
174
164
145
182
135
144
177
225
158
186
197
145
147
161
124
185
120
140
126
180
147
131
126
190
176
148
190
179
152
200
141
148
195
240
171
211
235
180
174
178
160
213
139
165
150
220
165
144
140
247
192
158
237
228
180
227
157
157
240
277
-102-
8.2.10
Análisis por viento
Para comenzar el análisis por viento obtenemos los datos a partir de la ubicación
del proyecto e información estadística de los manuales de la CFE.
Estructura del grupo
B
Clasificación de la estructura según su respuesta ante la acción del viento
Categoría del terreno según su rugosidad
Clase de estructura según su tamaño
Factor de topografía (FT)
1
Factor de tamaño (Fc)
0.95
B
Exponente de variación de velocidad α
Gradiente de altura δ (m)
Altura en (m) Z
0.131
315
10.00
Velocidad Regional Vr
140km/hr
Factor de variación de velocidad Frz
[ δ]
Frz = 1.56 10
FRZ
10
= 1.56
315
2
α
0.99
si z ≤ 10
0.131
= 0.99
Factor de tamaño Fc
0.95
-103-
1
Factor de exposición Fα
0.94
Fα = FcFRZ = (0.99)(0.95) = 0.94
Velocidad de diseño
132 Km/hr
VD
V D = FT FαV R = (1)(0.94)(140) = 131.67 km / hr
Temperatura media anual
T
32°C
Presión Barométrica
Ω
760 mm de Hg
G=
0.392Ω (0.392)(760) 297.92
=
=
= 0.98
273 + τ
273 + 32
305
Presión del viento
Pv = 0.0048GCV D2 = (0.0048)(0.98)(C )(132 )
2
Pv = 81.96C
Barlovento
Sotavento
Fig. 8.2.6
-104-
8.2.11
Distribución de coeficientes C
Sotavento
C= -0.3
C= -0.65
C= -0.68
C=
C=
-0 .
9
C=
C=
0.7
5
C= -0.5
-0.
3
C= -0.68
-0.
5
C
C=
C=
C= -0.68
0.7
5
C=
-0 .
9
C=
65
-0.
C=
0.7
5
0.3
=-
-0 .
9
C=
65
-0 .
Fig. 8.2.7
Barlovento
Los coeficientes C fueron obtenidos mediante la tabla 8.2.14 y las figuras 8.2.2 y
8.2.3
-105-
8.2.12
Obtención de la presión de viento
De acuerdo a los coeficientes y a la formula
que se obtuvo en el análisis
correspondiente obtenemos los siguientes valores de carga para las diferentes
áreas de la estructura:
Presión de Viento Pv = 0.0048GCVD2
(
)
Pv = 0.0048(0.98)C 132 2 = 81.96Ckg / m 2
C=0.75
Pv = 81.96(0.75) = 61.47kg / m 2 = 0.062Tn / m 2
C=-0.65
Pv = 81.96(− 0.65) = −53.27kg / m 2 = 0.053Tn / m 2
C=-0.68
Pv = 81.96(− 0.68) = −55.73kg / m 2 = 0.056Tn / m 2
C=-0.50
Pv = 81.96(− 0.50) = −40.98kg / m 2 = 0.041Tn / m 2
C=-0.30
Pv = 81.96(− 0.30) = −24.59kg / m 2 = 0.025Tn / m 2
C=-0.90
Pv = 81.96(− 0.90) = −73.76kg / m 2 = 0.074Tn / m 2
-106-
8.2.13
Distribución de Coeficientes en Azotea para determinación de
cargas
C
B
E
D
22.20
7.30
3.80
1
3.80
7.30
1
2
3
4
5
7.30
6
7
8
9
10
11
3.80
11
12
9
10
8
6
7
4
5
2
1
3
3.80
22.20
12
11
10
C = -0.30
8
7
7.30
9
C = -0.50
6
C = -0.90
5
4
3
2
5
1
BARLOVENTO
Fig. 8.2.8
-107-
2
4
1
4
3
3
5
6
7
8
9
10
11
2
12
12
Para la viga 1 entre ejes 1 y 2
Wav = 0.025(0.305m ) = 0.008Tn / ml
Wav = -0.008 Tn/ml
Para las vigas 2 a 9 entre ejes 1 y 2 donde el coeficiente C es -0.30
Wav = 0.025(0.61m ) = 0.015Tn / ml
Wav = -0.015 Tn/ml
Para la viga 10 ejes 1 y 2
Wav = 0.025(0.305m ) = 0.008Tn / ml
Wav = 0.041(0.305m ) = 0.013Tn / ml
Wav = -0.021 Tn/ml
Para las vigas 11 y 12 ejes 1 y 2
Wav = 0.041(0.61m ) = 0.025Tn / ml
Wav = -0.025 Tn/ml
Para las vigas 1 entre los ejes AB, 4,5 y DE
Wav = 0.074(0.305m ) = 0.023Tn / ml
Wav = -0.023 Tn/ml
Para las vigas de la 2 a la 12 entre los ejes AB, 4,5 y DE
Wav = 0.074(0.61m ) = 0.045Tn / ml
Wav = -0.045 Tn/ml
-108-
8.3
Carga accidental por sismo
Para la obtención de la carga debido a la acción de un sismo se explica el
procedimiento utilizado para este fin.
8.3.1 Consideraciones generales
Las cargas laterales provocadas por eventos sísmicos se consideran como
aplicaciones puntuales en los entrepisos de este modo tales cargas deberán ser
resistidas por elementos de contraviento dispuestos en los muros de carga del
sistema estructural. Por tal motivo el proyecto arquitectónico deberá permitir una
estructuración eficiente para resistir las acciones producidas por el sismo. De
preferencia deberá cumplir con los requisitos que se establezcan en las normas
técnicas complementarias de diseño sísmico del DF.
8.3.2 Análisis estructural
El análisis sísmico de cualquier estructura se basa en el equilibrio dinámico de los
cuerpos estructurales como se ilustra en la Figura 8.3.1
F (t)
V
F1=MV
F (t)
M
V
K
C
K
Fs=Kv
FD=CV
M
C
(-B-)
(-A-)
( -C-)
Equilibrio dinámico Sistema de un grado de libertad
sujeto a una fuerza horizontal
Entonces:
Fig. 8.3.1
ma + Cv + Kd = F (t ) *
*Minoru Wakabayashi. 1988 Diseño de estructuras sismorresistentes. Pág. 36,37.
-109-
El cual se resuelve como un problema de dinámica clásica, donde se aceptan las
leyes de Newton:
a) “Una partícula de material no es capaz por si sola, de alterar el estado de
movimiento o reposo en que se encuentre”
b) “La derivada con respecto al tiempo de la cantidad de movimiento de una
partícula es igual a la fuerza que lo produce” es decir;
d (mv )
=F
dt
m
es constante
F = ma
c) “A toda acción corresponde una reacción, y en conjunto integran un sistema
de fuerzas en equilibrio”, es decir;
F + (− ma ) = 0
Interpretándose como “La fuerza efectiva de una partícula y la fuerza de inercia de
la misma, están en equilibrio”. Que no es más que la segunda ley de newton que
se llama principio de D’Alembert y sirve para la solución de problemas de dinámica
como estáticos.
Cuando una estructura se somete a una aceleración del terreno, llámese sismo
entonces:
F(t ) = m (a + g )
En donde:
F(t)
Es la fuerza que produce el sismo
a
Aceleración de la estructura
m
Masa de la estructura
g
Aceleración del terreno
Fig. 8.3.1b
-110-
Sin embargo para lograr poner en equilibrio a una estructura hay que tomar en
cuenta otras dos fuerzas que intervienen y son representativas.
Una de ellas se basa a partir de la hipótesis de comportamiento de los elementos
restitutivos. Estos elementos sólo transforman energía de deformación en energía
cinética y la fuerza que se genera en uno de esos elementos es función lineal del
desplazamiento relativo de sus extremos a sea;
FR = − Kd
Donde K se llama constante de resorte y puede ser llamada rigidez angular o
rigidez a la torsión y a d se le llama magnitud del desplazamiento.
La segunda fuerza se basa en la hipótesis del comportamiento de los elementos
amortiguadores. Donde estos elementos son disipadores de energía del sistema y
provocan en la partícula una fuerza directamente proporcional a la velocidad
relativa de la misma y con sentido contrario como se muestra a continuación:
FD = −Cv
Llamando C constante de amortiguamiento y v la velocidad del desplazamiento.
Así de acuerdo con el principio de D’Alembert tenemos:
FI + FD + FR = 0
En donde:
FI
Fuerza de inercia
FD
Fuerza de amortiguamiento
FR
Fuerza que resiste el resorte
-111-
Quedando:
ma + Cv + Kd = − mg
En donde:
m
Masa de la estructura
a
Aceleración de inercia de la masa de la estructura
v
Velocidad del desplazamiento
K
Rigidez de la estructura
d
Magnitud del desplazamiento
C
Constante de amortiguamiento de la estructura
g
Aceleración del terreno
Las estructuras se caracterizan por ciertas propiedades que definen su
comportamiento bajo cargas laterales. Estas propiedades involucran su masa y su
rigidez. Como se mencionó anteriormente en las estructuras actúan mecanismos
de disipación de energía cuando se presenta un evento sísmico. Estos
mecanismos afectan el equilibrio dinámico de las estructuras por medio de
amortiguamiento, que puede considerarse de varias formas. De este modo las
fuerzas que se involucran en el equilibrio dinámico de una estructura son las
fuerzas inerciales, derivadas directamente de la masa; la rigidez del sistema, las
fuerzas de amortiguamiento y las fuerzas externas.
-112-
Cada uno de estos parámetros pueden ser considerados de diferentes maneras y
será decisión del diseñador tomar el criterio que más le favorezca.
Por su parte Ia masa de las estructuras pueden ser consideradas puntuales en
cada entrepiso (modelo de masas concentradas). Por su parte la rigidez se evalúa
en función de Ia geometría de las estructuras, de las propiedades de los
materiales y de las secciones de diseño. Con respecto al amortiguamiento, este
puede ser considerado como un factor empírico-experimental que afecta
directamente los desplazamientos.
En el diseño sismorresistente de una estructura normalmente se consideran datos
de movimientos sísmicos pasados. Estos datos se obtienen de gráficas
Aceleración vs. Tiempo que comúnmente se conocen con el nombre de acelero
gramas.
8.3.3 Método estático equivalente
A continuación se describe este método que de acuerdo a la estructuración del
Sistema Steel Framing nos permite una buena opción de acuerdo al manual de
diseño de la Comisión Federal de Electricidad.
8.3.4 Coeficiente Sísmico
La CFE propone que la aceleración de excitación de una estructura en un evento
sísmico es un porcentaje de la gravedad, este porcentaje se define como
Coeficiente Sísmico (C).
-113-
Así:
a = (C )( g )
F = (m )(a )
F = ⎛⎜ W ⎞⎟(C )( g )
⎝ g⎠
F (W )(C )
De este modo, C es el factor que multiplicado por el peso de la estructura,
determina la fuerza que el sismo produce en su base.
CW = F
En done:
C
Coeficiente sísmico
W
Peso de la estructura
F
Fuerza horizontal
El coeficiente sísmico depende del tipo de suelo donde se localice la construcción.
8.3.5 Factor de comportamiento sísmico (Q)
Las estructuras tienen la capacidad de deformarse ante la acción de fuerzas
externas y recuperar su geometría original, siempre y cuando no sea superado su
rango elástico. En el caso de un sismo, las deformaciones inducidas por el
movimiento del suelo sobrepasan, en la mayoría de los casos, el rango elástico de
las estructuras. Su capacidad de deformación antes de que ocurra el colapso se
-114-
conoce como ductilidad. Esta propiedad de las estructuras permite reducir las
fuerzas sísmicas de diseño, ya que al deformarse en el rango plástico una gran
cantidad de energía sísmica es disipada. Esta reducción se obtiene empleando un
factor de comportamiento sísmico (Q) que relaciona al coeficiente sísmico.
Cs =
C
Q
En donde:
Cs
Coeficiente de cortante basal
C
Coeficiente sísmico
Q
Factor de comportamiento sísmico
Así:
Vb = CsW
Vb =
Vb
CW
Q
Fuerza cortante basal que actúa en la base de la estructura
-115-
El factor de comportamiento sísmico de las estructuras depende de los materiales
que se utilicen su disposición y su trabajo estructural (flexión, cortante o flexo
compresión). Para estructuras con características como las del sistema Estrey se
recomienda utilizar:
Q=2
En estructuras irregulares se recomienda multiplicar este factor por 0.8. Es
importante utilizar el factor de comportamiento sísmico Q, ya que resultaría
antieconómico el diseñar estructuras que se comporten elásticamente ante la
acción de un sismo.
8.3.6 Determinación de fuerzas laterales y cortantes en construcciones de
varios niveles*.
De acuerdo con el modelo de masas concentradas de la figura 8.3.2 la fuerza en
cualquier nivel se determina con la siguiente expresión:
Fi =
WihiCs ∑ Wi
∑ Wihi
Ecuación 1
1
La fuerza lateral Fi se considera que actúa al nivel del entrepiso (posición de la
masa concentrada con respecto a la altura de la construcción). En la ecuación 1:
Wi
Peso del piso en el que actúa la fuerza
hi
Altura del piso en el que actúa la fuerza medida desde la base.
∑ Wi = (W 1 + W 2 + W 3 + ...Wn )
∑ Wihi = (W 1hi + W 2h 2 + W 3h3 + ...Wnhn )
n
Número de niveles
*Panel Rey 2001 Manual de diseño Estructural, México Pág. 91
-116-
Se deberá verificar que:
( F 1 + F 2 + F 3 + ...Fn ) = Vb
Vb = Cs ∑ Wi
Si la fuerza en el último nivel de la estructura es Fi, entonces la fuerza en el nivel
inmediato anterior será Fi+1. De esta manera:
(Fn > Fn − 1... > F 3 > F 2 > F1)
W3
F3
F3
M3
W2
F2
M2
W1
F2
H3
F1
F1
H2
H1
Modelo de masas concentradas
M1
VB
Diagrama de cortantes
Fig. 8.3.2
1
-117-
8.3.7 Tipo de terreno*
Al realizar el análisis sísmico de la estructura se deberá ubicar el tipo de suelo en
donde se localizará la construcción. El Reglamento de Construcciones para el
Distrito Federal, distingue las siguientes divisiones de zonas con sus
características generales.
ZONA I. LOMAS.- Formadas por rocas o suelos generalmente firmes que fueron
depositados fuera del ambiente lacustre, pero en los que pueden existir,
superficialmente o intercalados, depósitos arenosos en estado suelto o cohesivos
relativamente blandos. En esta zona, es frecuente la presencia de oquedades en
rocas y de cavernas y túneles excavados en suelos para explotar minas de arena.
ZONA II. TRANSICIÓN.- En la que los depósitos profundos se encuentran a 20.00
mts. de profundidad, o menos, y que está constituida predominantemente por
estratos arenosos y limo-arenosos intercalados con capas de arcilla lacustre; el
espesor de éstas es variable entre decenas de centímetros y pocos metros.
ZONA III. LACUSTRE.- Integrada por potentes depósitos de arcilla altamente
compresible, separados por capas arenosas con contenido diverso de limo o
arcilla. Estas capas arenosas son de consistencia firme a muy dura y de
espesores variables de centímetros a varios metros. Los depósitos lacustres
suelen estar cubiertos superficialmente por suelos aluviales y rellenos artificiales;
el espesor de este conjunto puede ser superior a 50.00 mts.
*Panel Rey 2001 Manual de diseño Estructural, México Pág. 92
-118-
El Reglamento de Construcción para el Distrito Federal establece los siguientes
valores para el coeficiente sísmico:
Tabla 8.3.1 Coeficientes Sismicos
Tipo de suelo
C
Zona I
Zona II
Zona IIIa
Zona IIIb
Zona IIIc
Zona IIId
0.16
0.32
0.40
0.45
0.40
0.30
De igual modo el Manual de Diseño Sísmico de la Comisión Federal de
Electricidad (CFE) propone valores de coeficiente sísmico para las diferentes
regiones de la República Mexicana. El Reglamento para los Estados de la
República elaborado por el Instituto de Ingeniería para la Secretaría de Obras
Públicas divide en 4 zonas sísmicas (A, B, C, D) según la probabilidad de
ocurrencia de eventos especiales.
-119-
Fig. 8.3.3
-120-
B
C
Zonificación sísmica de México
C
D
B
A
D
C
A
Tabla 8.3.2 Coeficientes Sísmicos para estructuras del Grupo "B"
Zona sísmica
A
B
C
D
CFE
Tipo de suelo
C
I
II
III
I
II
III
I
II
III
I
II
III
0.08
0.16
0.20
0.14
0.30
0.36
0.36
0.64
0.64
0.50
0.86
0.86
En general será necesario realizar un estudio de mecánica de suelos, para cada
predio en que se ubique una construcción dentro de la República Mexicana, para
determinar la cimentación requerida en función del tipo de terreno. El Reglamento
de Construcciones para el Distrito Federal y algunos reglamentos estatales, como
el del estado de Guerrero; incluyen mapas de zonificación de tipo de suelo a los
que podemos recurrir para determinar la zona a la que pertenece el predio en
estudio.
A continuación se presentan un ejemplo de la zonificación de algunas zonas de la
República Mexicana.
-121-
“Car acol”
Texcoco
Pe
rifé
Au
top
i sta
co
tex
o xic
Mé
co
i
rc
o
fo
Re
a
rm
Aer op uer to
Cir cuito
I nt erior
ic o
I ns
u rg
ente
s
Re
ye
s
Te
xc
oc
o
Viad uc to
c
lpa
o
ualc
rt
no
e
Zona I
Zona IIIb
Zona II
Zona IIIc
Zona IIIa
Zona IIId
imilc o
- Tu
o
Tlah
ua c
-
l
De
v.
Tuly
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Di
X och
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ral
E st ado
de Méx
c
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P
n
Ta
l
l.
Pro
Tl
a
A v.
er
fi
ér
ci
o
Pe
rfi é
r
Za
r
T la hu
ac Ch
C. Xico
alco
Esta zona se considerará como II (transición)
para fines de las NTC para diseño de
cimentaciones
Estas regiones no estan suficientemente
investigadas por lo que la zonificación
es solamente indicativa
Fig. 8.3.4
Zonificación sísmica para el distrito federal
Normas Técnicas complementarias por Sismo.
-122-
Terreno no Clasificado
A Mé xico
Te rreno no C lasificado
A México
d
hía
Ba
eA
ca p
o
ulc
Océano Pacífico
Tipo de terreno
Fig 8.3.5
I
II
III
Zonificación sísmica para la bahía de Acapulco*
A Méxi co
Tipo de terren o
I
II
III
Bahía de Acapulco
A Puerto M arquez
Fig. 8.3.6
Zonificación sísmica del puerto de Acapulco
*Panel Rey 2001 Manual de diseño Estructural, México Pág. 105
-123-
8.3.8 Cargas gravitacionales
Las cargas gravitacionales con las cuales se calculan las acciones sísmicas
laterales se dividen en muertas y vivas. Para el caso de las cargas vivas, cuando
se trata de análisis sísmico son cambiadas por cargas instantáneas de acuerdo
con el Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal.
-124-
8.3.9 Cargas accidentales debidas al efecto sísmico sobre la estructura
Para la obtención de dichas cargas, nos basaremos en la teoría antes expuesta,
por lo que obtendremos el peso de la estructura en los diferentes niveles para la
aplicación de la formula:
Fi =
WihiCs ∑ Wi
∑ Wihi
Tamazunchale San Luís Potosí se en encuentra localizada en la zona sísmica B
siendo su tipo de suelo I, por lo que el coeficiente C en dicha zona es de C=0.14
El Factor de comportamiento Sísmico para estructuras de acero galvanizado
rolado
Cs =
en
frió
es
de
C 0.14
=
= 0.07
2
Q
Por lo que nos dará un Cs = 0.07
Calculado esto obtendremos el cortante basal Vb
Vb = ∑ W Cs
Este cortante es el que se aplica directamente en los niveles de la estructura.
-125-
Q=2
Para la obtención del cortante que afecta a los niveles de la estructura debemos
obtener los pesos por nivel, para lo cual se obtendrán los pesos de la siguiente
manera:
-126-
8.3.10 Obtención de pesos por nivel
Análisis de Peso por nivel sobre estructura
Concepto
Losa area de cuartos azotea
Pretil perimetro
Losa area de pasillos azotea
Pretil area domo
Carga por domo 1
Carga por domo 2
Muro exterior
Muro exterior baño
Muro interior
Muro interior baño
Area
Distancia
W
W
Wa
Puntual
Peso
m2
m
Kg/ml
kg/m2
kg/m2
Kg
Kg
221.92
88.80
361.60
331.60
80,246.27
288.60
258.60
11,751.79
16.80
40.72
16.52
16.53
8.52
96.31
1,491.84
273.08
820.56
916.92
916.92
61.20
45.86
2,806.63
15.44
89.31
1,378.95
46.12
21.98
1,013.49
32.72
83.58
2,734.57
Total Peso Nivel 3
103,434.10
Análisis de Peso por nivel sobre estructura
Concepto
Losa area de cuartos entrepiso
Losa area de cuartos entrepiso baño
Muro Interior cuartos
Muro Interior Baño
Muro interior baño cara pasillo
Muro interior pasillos
Losa area pasillo
Muro exterior
Muro exterior baño
Escaleras
Escaleras
Area
Distancia
W
W
Wa
Puntual
Peso
m2
m
Kg/ml
kg/m2
kg/m2
Kg
Kg
197.80
322.60
242.60
63,810.28
24.12
381.60
301.60
9,204.19
7.96
43.95
349.84
9.80
167.15
1,638.40
15.36
167.15
2,567.42
5.64
43.95
40.72
247.88
356.60
276.60
14,520.75
61.20
45.86
15.44
89.31
2,806.63
1,378.95
2.95
581.86
1,716.49
929.94
929.94
Total Peso Nivel 2
99,170.78
Análisis de Peso por nivel sobre estructura
Concepto
Losa area de cuartos entrepiso
Losa area de cuartos entrepiso baño
Muro Interior cuartos
Muro Interior Baño
Muro interior baño cara pasillo
Muro interior pasillos
Losa area pasillo
Muro exterior
Muro exterior baño
Escaleras
Escaleras
Area
Distancia
W
W
Wa
Puntual
Peso
m2
m
Kg/ml
kg/m2
kg/m2
Kg
Kg
197.80
322.60
242.60
63,810.28
24.12
381.60
301.60
9,204.19
7.96
43.95
349.84
9.80
167.15
1,638.40
15.36
167.15
2,567.42
5.64
43.95
40.72
247.88
356.60
276.60
14,520.75
61.20
45.86
15.44
89.31
2,806.63
1,378.95
2.95
581.86
1,716.49
929.94
Total Peso Nivel 1
929.94
99,170.78
8.3.11 Obtención del Cortante Basal
Tabla 8.3.4
Niveles
W(Tn)
H(m)
(W)(H)
F
V
Area
Presión/ Niv
3
2
1
0
103.430
99.170
99.170
0.000
8.01
5.34
2.67
0.00
828.474
529.568
264.784
0.000
21.568
13.786
6.893
0.000
21.568
35.355
42.248
42.248
270.940
270.940
270.940
270.940
0.080
0.130
0.156
0.156
301.770
1622.826
-127-
9
Análisis de la estructura a base de un modelo en el programa
Staad Pro IV
9.1
Elaboración del modelo
Una vez obtenidas las cargas por peso propio así como las cargas accidentales
debidas al viento y al sismo se realizo el modelo de la estructura en Staad Pro
como se muestra en la figura
La manera más sencilla para realizar el modelo fue realizándolo en Auto Cad e
importándolo al Staad y guardado como un archivo dxf,
9.2
Determinación de apoyos
lo siguiente que se realizo fue colocarle los apoyos, en este caso el apoyo que
más se asemejan a este tipo de estructura son los apoyos fijos.
-128-
9.3
Preparación del modelo para aplicación de cargas debido al Sismo
posteriormente lo que se procedió a realizar fue la preparación de la estructura
para la aplicación de las cargas, específicamente para la aplicación de las cargas
debidas al sismo, para lo cual se colocaron en los 3 niveles de la estructura placas
entre cada poste, los cuales transmitirán el cortante del sismo sin que dicha placa
influya dentro de la estructura por lo cual en las propiedades de la placa se le
coloca, un módulo de Elasticidad de 10 Tn/cm2 Una densidad de 0.1tn/m3 así
como una relación de Poisson del 0.12 y un espesor de 5 cm. quedando como se
muestra en la figura.
-129-
9.4
Aplicación de cargas sobre la estructura en el modelo
Posteriormente se procede a cargar la estructura mediante las cargas obtenidas
por carga muerta, carga viva máxima, carga viva accidental, carga obtenida por el
análisis de viento y la carga obtenida en el análisis estático sísmico.
Carga muerta
Carga viva máxima
Carga viva accidental
Carga por sismo
Carga por viento
-130-
9.5
Obtención de propiedades físicas de los perfiles por utilizar
Una vez colocadas las cargas se procede a colocar el tipo de perfil sobre cada
miembro de la estructura así como las propiedades físicas de los perfiles que para
tal caso se creo una tabla de los perfiles con sus respectivas propiedades
ayudados con el programa Section Wisard.
-131-
9.6
Creación de tablas de perfiles comerciales en México para aplicación
en el modelo
Para colocar los perfiles con las tablas anteriores se crean los tipos de sección y
sus propiedades que solicita el programa.
Ya que utilizamos acero galvanizado se
utilizó un módulo de elasticidad de
210,000 KN/mm2 así como una densidad de 7.85 Tn/m3 y una relación de Poisson
de 0.27.
-132-
9.7
Aplicación de los perfiles sobre cada elemento de la estructura del
modelo
Se seleccionan uno a uno los elementos de la estructura de acuerdo al tipo de
perfil que se utilizara para tal caso. La determinación del tipo de perfil para ocupar
como viga o como poste se hace de acuerdo a la experiencia en proyectos
realizados con el mismo sistema y de la misma clase de construcción en este caso
un hotel.
-133-
9.8
Obtención de combinaciones de carga para aplicación en el modelo
antes del diseño
Una vez colocados los elementos se procede a realizar la combinación de cargas
las cuales serán para el diseño de la estructura la cual se realizará a partir del
método de factores de carga.
Dichas combinaciones quedan de la siguiente manera.
Donde:
CM
Carga Muerta
CVm Carga Viva Máxima
CVa
Carga Viva Accidental
PP
Peso propio de la estructura
Sx
Sismo en X
Sz
Sismo en Z
PV
Presión de viento
Combinaciones:
1
1.4CM+1.4CVm+1.4PP
2
1.1CM+1.1CVa+1.1PP+1.1Sx+0.33Sz
3
1.1CM+1.1CVa+1.1PP-1.1Sx+0.33Sz
4
1.1CM+1.1CVa+1.1PP+1.1Sx-0.33Sz
5
1.1CM+1.1CVa+1.1PP-1.1Sx-0.33Sz
6
1.1CM+1.1CVa+1.1PP+0.33Sx+1.1Sz
7
1.1CM+1.1CVa+1.1PP-0.33Sx+1.1Sz
8
1.1CM+1.1CVa+1.1PP+0.33Sx-1.1Sz
-134-
9
1.1CM+1.1CVa+1.1PP-0.33Sx-1.1Sz
10
1.1CM+1.1CVa+1.1PP+1.1PV
Obtenidas dichas combinaciones se procede al diseño
-135-
10
Diseño de la estructura de acero formado en frío en Staad Pro IV
10.1 Introducción del diseño de acero formado en frió
El comportamiento estructural de los perfiles formados en frío satisfacen los
principios de la mecánica estructural. Pero la distorsión de la sección proviene de
la deformación por alabeo y otros efectos similares que deben tenerse en cuenta.
(Las propiedades de los elementos rectos están dados en la información
suplementaria del AISI Specification for the disign of cold formed Steel Structural
Members)
Cuando elementos anchos y delgados están sujetos a compresión axial (por
ejemplo en elementos como columnas) tienden a deformarse localmente con
esfuerzos por debajo del límite elástico.
Otros factores, tal como la fuerza cortante, que produce una distribución no
uniforme del esfuerzo e inestabilidad torsional, pueden ser considerablemente más
pronunciados en secciones delgadas y abiertas que en las gruesas y cerradas.
-136-
10.2 Consideraciones para el diseño en Staad Pro
Lo antes descrito en el cap. 10.1 es considerado en el diseño dentro del programa
de Staad Pro IV mediante el apartado de diseño del AISI
Fig. 10.1
Para iniciar el diseño en el programa se selecciona el método de diseño que para
nuestro caso tomamos el método del AISI y se definen los parámetros necesarios,
los cuales se aplican a toda la estructura para que realice el proceso de análisis y
diseño.
-137-
10.3
Primera corrida de diseño en Staad Pro
Después de la primera corrida, el programa nos proporciona los datos de salida de
diseño la cual nos permite conocer si los elementos de la estructura de acuerdo a
la condición de carga más desfavorable pasan o fallan.
Para este caso obtuvimos la siguiente información.
Fig. 10.2
Da acuerdo a los colores proporcionados por el programa el color azul indica que
ha pasado el elemento el rojo indica que el elemento falla, el color morado indica
que el elemento tiene una falla extrema y el color verde son los elementos no
diseñados, como se aprecia en la Fig. 10.2 Muy pocos elementos son los que no
-138-
fallan, dadas estas condiciones y de acuerdo a que cuando se le proporcionaron
los perfiles creados con sus propiedades físicas, el programa ya no tiene forma de
optimizar y buscar un nuevo perfil que permita satisfacer las condiciones de carga
más desfavorable teniendo que regresar hasta antes de la corrida para realizar un
cambio de perfiles de manera manual.
Por lo que se decidió colocar los nuevos perfiles directamente de las tablas del
AISI del programa los cuales de acuerdo a sus características tomamos los que
más se asemejan a los perfiles comerciales en México.
Fig. 10.2
10.4
Segunda corrida de diseño en Staad Pro
Para la segunda corrida se tomaron los perfiles que presentan la tabla del AISI del
programa.
A continuación se presentan las propiedades y los perfiles de dichas tablas:
-139-
Tabla 10.1 Cold Formed Steel Table Chanel with Lips (Canal con atiezador)
Elemento
16CS3.75X135
16CS3.75X105
16CS3.75X090
16CS3.75X075
14CS3.75X135
14CS3.75X105
14CS3.75X090
14CS3.75X075
14CS3.75X060
12CS3.75X135
12CS3.75X105
12CS3.75X090
12CS3.75X075
12CS3.75X060
12CS1.625X102
12CS1.625X071
11CS3.75X135
11CS3.75X105
11CS3.75X090
11CS3.75X075
11CS3.75X060
10CS3X135
10CS3X105
10CS3X090
10CS3X075
10CS3X060
10CS1.625X102
10CS1.625X071
10CS1.625X057
9CS3X135
9CS3X105
9CS3X090
9CS3X075
9CS3X060
8CS1.625X102
8CS1.625X071
8CS1.625X057
8CS1.625X045
5.5CS1.625X102
5.5CS1.625X071
5.5CS1.625X057
5.5CS1.625X045
5.5CS1.625X035
4CS4X135
4CS4X105
4CS4X090
4CS4X075
4CS4X060
4CS1.625X071
4CS1.625X057
4CS1.625X045
4CS1.625X035
3.5CS1.625X071
3.5CS1.625X057
3.5CS1.625X045
3.5CS1.625X035
3CS3X135
3CS3X105
3CS3X090
3CS3X075
3CS3X060
3CS1.625X071
3CS1.625X057
3CS1.625X045
3CS1.625X035
2.5CS1.625X071
2.5CS1.625X057
2.5CS1.625X045
2.5CS1.625X035
1.5CS1.625X071
Area
m2
0.002038706
0.001593545
0.001374191
0.001148385
0.001864512
0.001458062
0.001258062
0.001051611
0.000845160
0.001690319
0.001322578
0.001141933
0.000954837
0.000767740
0.001012901
0.000716128
0.001606448
0.001258062
0.001083869
0.000903224
0.000729031
0.001387094
0.001090320
0.000935482
0.000787095
0.000632257
0.000883869
0.000625805
0.000509676
0.001296772
0.001019353
0.000877418
0.000735482
0.000593547
0.000754837
0.000535483
0.000432257
0.000341935
0.000587096
0.000419354
0.000341935
0.000270967
0.000212903
0.001038708
0.000819353
0.000703224
0.000593547
0.000477418
0.000335483
0.000270967
0.000219354
0.000167742
0.000329032
0.000264516
0.000212903
0.000167742
0.000774192
0.000612902
0.000529031
0.000445160
0.000361290
0.000296774
0.000238709
0.000193548
0.000148387
0.000270967
0.000219354
0.000180645
0.000141935
0.000225806
D
m
0.4064
0.4064
0.4064
0.4064
0.3556
0.3556
0.3556
0.3556
0.3556
0.3048
0.3048
0.3048
0.3048
0.3048
0.3048
0.3048
0.2794
0.2794
0.2794
0.2794
0.2794
0.2540
0.2540
0.2540
0.2540
0.2540
0.2540
0.2540
0.2540
0.2286
0.2286
0.2286
0.2286
0.2286
0.2032
0.2032
0.2032
0.2032
0.1397
0.1397
0.1397
0.1397
0.1397
0.1016
0.1016
0.1016
0.1016
0.1016
0.1016
0.1016
0.1016
0.1016
0.0889
0.0889
0.0889
0.0889
0.0762
0.0762
0.0762
0.0762
0.0762
0.0762
0.0762
0.0762
0.0762
0.0635
0.0635
0.0635
0.0635
0.0381
B
m
0.0953
0.0953
0.0953
0.0953
0.0953
0.0953
0.0953
0.0953
0.0953
0.0953
0.0953
0.0953
0.0953
0.0953
0.0414
0.0414
0.0953
0.0953
0.0953
0.0953
0.0953
0.0762
0.0762
0.0762
0.0762
0.0762
0.0414
0.0414
0.0414
0.0762
0.0762
0.0762
0.0762
0.0762
0.0414
0.0414
0.0414
0.0414
0.0414
0.0414
0.0414
0.0414
0.0414
0.1016
0.1016
0.1016
0.1016
0.1016
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0.0414
0.0414
0.0414
0.0414
0.0414
0.0414
0.0414
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0.0762
0.0762
0.0762
0.0762
0.0414
0.0414
0.0414
0.0414
0.0414
0.0414
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0.0414
0.0414
t
m
Lip
m
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-140-
R
m4
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0.0483
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0.0635
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0.0483
0.0483
0.0483
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0.0229
0.0356
Iy
m4
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1.86971E-05
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1.78647E-05
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1.04516E-05
1.11467E-05
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1.83974E-05
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1.05598E-05
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1.26493E-05
1.00312E-05
8.67843E-06
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5.898E-06
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4.59936E-06
4.00415E-06
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1.91466E-06
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1.12799E-06
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3.32985E-07
2.7055E-07
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5.41101E-08
Iz
m4
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1.15296E-06
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1.11966E-06
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6.6597E-08
5.82724E-08
4.57855E-08
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4.32881E-07
3.78771E-07
3.24661E-07
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6.24347E-08
5.41101E-08
4.57855E-08
3.32985E-08
5.82724E-08
4.99478E-08
4.16231E-08
3.32985E-08
4.99478E-08
Tabla 10.1 Cold Formed Steel Table Chanel with Lips (Canal con atiezador)
Elemento
CEE4X102CS
JW4X035CS
JW4X045CS
JW4X057CS
JW4X071CS
JW4X102CS
JWE4X045CS
JWE4X057CS
JWE4X071CS
JWE4X102CS
CEE5.5X035CS
CEE5.5X045CS
CEE5.5X057CS
CEE5.5X071CS
JW5.5X035CS
JW5.5X045CS
JW5.5X057CS
JW5.5X071CS
CN6X035CS
CN6X045CS
CN6X057CS
CN6X071CS
CEE6X035CS
CEE6X045CS
CEE6X057CS
CEE6X071CS
CEE6X102CS
JW6X035CS
JW6X045CS
JW6X057CS
JW6X071CS
JW6X102CS
JWE6X045CS
JWE6X057CS
JWE6X071CS
JWE6X102CS
JWE6X124CS
SCJ6X057CS
SCJ6X071CS
SCJ6X102CS
SCJ6X124CS
CEE7.25X035CS
CEE7.25X045CS
CEE7.25X057CS
CEE7.25X071CS
CEE7.25X102CS
JW7.25X045CS
JW7.25X057CS
JW7.25X071CS
JW7.25X102CS
JWE7.25X045CS
JWE7.25X057CS
JWE7.25X071CS
JWE7.25X102CS
CN8X035CS
CN8X045CS
CN8X057CS
CN8X071CS
CEE8X035CS
CEE8X045CS
CEE8X057CS
CEE8X071CS
CEE8X102CS
JW8X035CS
JW8X045CS
JW8X057CS
JW8X071CS
JW8X102CS
JWE8X045CS
JWE8X057CS
Area
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0.000412902
0.000225806
0.000290322
0.000361290
0.000445160
0.000625805
0.000245161
0.000316128
0.000399999
0.000490322
0.000690321
0.000348386
0.000432257
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0.000903224
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0.000625805
0.000890321
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0.000322580
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0.000503225
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0.000354838
0.000445160
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0.000348386
0.000432257
0.000535483
0.000754837
0.000290322
0.000374193
0.000470967
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D
m
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0.1016
0.1016
0.1016
0.1016
0.1016
0.1016
0.1016
0.1016
0.1016
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0.1397
0.1397
0.1397
0.1397
0.1397
0.1397
0.1397
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0.1524
0.1524
0.1524
0.1524
0.1524
0.1524
0.1524
0.1524
0.1524
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0.1524
0.1524
0.1524
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0.1842
0.1842
0.1842
0.1842
0.1842
0.1842
0.1842
0.1842
0.1842
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0.1842
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0.2032
0.2032
0.2032
0.2032
0.2032
0.2032
0.2032
0.2032
0.2032
0.2032
0.2032
0.2032
0.2032
0.2032
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B
m
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0.0508
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0.0635
0.0635
0.0635
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0.0414
0.0414
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0.0508
0.0508
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0.0351
0.0351
0.0351
0.0351
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0.0414
0.0414
0.0414
0.0508
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0.0508
0.0508
0.0508
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0.0635
0.0635
0.0635
0.0635
0.0889
0.0889
0.0889
0.0889
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0.0414
0.0414
0.0414
0.0414
0.0508
0.0508
0.0508
0.0508
0.0635
0.0635
0.0635
0.0635
0.0351
0.0351
0.0351
0.0351
0.0414
0.0414
0.0414
0.0414
0.0414
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0.0508
0.0508
0.0508
0.0508
0.0635
0.0635
t
m
Lip
m
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0.01600
0.01600
0.01600
0.00965
0.00965
0.00965
0.00965
0.01270
0.01270
0.01270
0.01270
0.01270
0.01600
0.01600
0.01600
0.01600
0.01600
0.01600
0.01600
0.01600
0.01600
0.01600
0.01600
0.01600
0.01600
0.01600
0.01270
0.01270
0.01270
0.01270
0.01270
0.01600
0.01600
0.01600
0.01600
0.01600
0.01600
0.01600
0.01600
0.00965
0.00965
0.00965
0.00965
0.01270
0.01270
0.01270
0.01270
0.01270
0.01600
0.01600
0.01600
0.01600
0.01600
0.01600
0.01600
-141-
R
m4
0.0381
0.0203
0.0178
0.0229
0.0279
0.0381
0.0178
0.0229
0.0279
0.0381
0.0203
0.0178
0.0229
0.0279
0.0203
0.0178
0.0229
0.0279
0.0203
0.0178
0.0229
0.0279
0.0203
0.0178
0.0229
0.0279
0.0381
0.0203
0.0178
0.0229
0.0279
0.0381
0.0178
0.0229
0.0279
0.0381
0.0483
0.0229
0.0279
0.0381
0.0483
0.0203
0.0178
0.0229
0.0279
0.0381
0.0178
0.0229
0.0279
0.0381
0.0178
0.0229
0.0279
0.0381
0.0203
0.0178
0.0229
0.0279
0.0203
0.0178
0.0229
0.0279
0.0381
0.0203
0.0178
0.0229
0.0279
0.0381
0.0178
0.0229
Iy
m4
7.57541E-07
3.4131E-07
4.37043E-07
5.41101E-07
6.57646E-07
8.9906E-07
5.07802E-07
6.32672E-07
7.7419E-07
1.06139E-06
6.16023E-07
7.82515E-07
9.73982E-07
1.18626E-06
7.11756E-07
9.07385E-07
1.13215E-06
1.38605E-06
6.6597E-07
8.49112E-07
1.05307E-06
1.28199E-06
7.53379E-07
9.61495E-07
1.19875E-06
1.46097E-06
2.00207E-06
8.74086E-07
1.1155E-06
1.39021E-06
1.70239E-06
2.34338E-06
1.28199E-06
1.60249E-06
1.96045E-06
2.70967E-06
3.20498E-06
2.01872E-06
2.48074E-06
3.45056E-06
4.09988E-06
1.18626E-06
1.51508E-06
1.88969E-06
2.31008E-06
3.18001E-06
1.73985E-06
2.17689E-06
2.66804E-06
3.68781E-06
1.98542E-06
2.4849E-06
3.04681E-06
4.22891E-06
1.34443E-06
1.71904E-06
2.13943E-06
2.61393E-06
1.50676E-06
1.92299E-06
2.40582E-06
2.93859E-06
4.05409E-06
1.7232E-06
2.20186E-06
2.75545E-06
3.37564E-06
4.67844E-06
2.49739E-06
3.13006E-06
Iz
m4
1.04058E-07
7.9084E-08
9.57332E-08
1.20707E-07
1.45681E-07
1.91466E-07
1.66493E-07
2.03953E-07
2.49739E-07
3.32985E-07
4.57855E-08
5.82724E-08
7.49217E-08
8.74086E-08
8.74086E-08
1.0822E-07
1.33194E-07
1.6233E-07
2.91362E-08
3.74608E-08
4.57855E-08
5.41101E-08
4.99478E-08
6.24347E-08
7.49217E-08
9.15709E-08
1.16545E-07
8.74086E-08
1.12382E-07
1.37356E-07
1.66493E-07
2.20603E-07
1.91466E-07
2.37252E-07
2.872E-07
3.87095E-07
4.45368E-07
5.32776E-07
6.53483E-07
8.90735E-07
1.04474E-06
4.99478E-08
6.6597E-08
7.9084E-08
9.57332E-08
1.24869E-07
1.16545E-07
1.45681E-07
1.74817E-07
2.3309E-07
1.99791E-07
2.49739E-07
3.03849E-07
4.07907E-07
2.91362E-08
3.74608E-08
4.57855E-08
5.41101E-08
5.41101E-08
6.6597E-08
8.32463E-08
9.57332E-08
1.29032E-07
9.57332E-08
1.20707E-07
1.49843E-07
1.7898E-07
2.41414E-07
2.08116E-07
2.58063E-07
Tabla 10.2 Cold Formed Steel Table Chanel (canal)
Elemento
12CU1.25X071
12CU1.25X057
10CU1.25X071
10CU1.25X057
10CU1.25X045
8CU1.25X071
8CU1.25X057
8CU1.25X045
8CU1.25X035
5.5CU1.25X071
5.5CU1.25X057
5.5CU1.25X045
5.5CU1.25X035
4CU1.25X071
4CU1.25X057
4CU1.25X045
4CU1.25X035
3.5CU1.25X071
3.5CU1.25X057
3.5CU1.25X045
3.5CU1.25X035
3CU1.25X071
3CU1.25X057
3CU1.25X045
3CU1.25X035
2.5CU1.25X071
2.5CU1.25X057
2.5CU1.25X045
2.5CU1.25X035
1.5CU1.25X071
1.5CU1.25X057
1.5CU1.25X045
1.5CU1.25X035
Area
m2
D
m
0.000651612
0.000522580
0.000554838
0.000445160
0.000354838
0.000464515
0.000374193
0.000296774
0.000232258
0.000348386
0.000283870
0.000225806
0.000174193
0.000283870
0.000225806
0.000180645
0.000141935
0.000258064
0.000212903
0.000167742
0.000129032
0.000238709
0.000193548
0.000148387
0.000116129
0.000212903
0.000174193
0.000135484
0.000109677
0.000167742
0.000135484
0.000109677
0.000083871
0.3048
0.3048
0.2540
0.2540
0.2540
0.2032
0.2032
0.2032
0.2032
0.1397
0.1397
0.1397
0.1397
0.1016
0.1016
0.1016
0.1016
0.0889
0.0889
0.0889
0.0889
0.0762
0.0762
0.0762
0.0762
0.0635
0.0635
0.0635
0.0635
0.0381
0.0381
0.0381
0.0381
B
m
0.03175
0.03175
0.03175
0.03175
0.03175
0.03175
0.03175
0.03175
0.03175
0.03175
0.03175
0.03175
0.03175
0.03175
0.03175
0.03175
0.03175
0.03175
0.03175
0.03175
0.03175
0.03175
0.03175
0.03175
0.03175
0.03175
0.03175
0.03175
0.03175
0.03175
0.03175
0.03175
0.03175
t
m
0.001778
0.001524
0.001778
0.001524
0.001016
0.001778
0.001524
0.001016
0.001016
0.001778
0.001524
0.001016
0.001016
0.001778
0.001524
0.001016
0.001016
0.001778
0.001524
0.001016
0.001016
0.001778
0.001524
0.001016
0.001016
0.001778
0.001524
0.001016
0.001016
0.001778
0.001524
0.001016
0.001016
R
m
0.004826
0.004826
0.004826
0.004826
0.004826
0.004826
0.004826
0.004826
0.004826
0.004826
0.004826
0.004826
0.004826
0.004826
0.004826
0.004826
0.004826
0.004826
0.004826
0.004826
0.004826
0.004826
0.004826
0.004826
0.004826
0.004826
0.004826
0.004826
0.004826
0.004826
0.004826
0.004826
0.004826
Iz
m4
6.53067E-06
5.27781E-06
4.03744E-06
3.26742E-06
2.59312E-06
2.2643E-06
1.83558E-06
1.46097E-06
1.14047E-06
8.78248E-07
7.15918E-07
5.70237E-07
4.45368E-07
4.03744E-07
3.28823E-07
2.62226E-07
2.08116E-07
2.91362E-07
2.37252E-07
1.91466E-07
1.49843E-07
2.03953E-07
1.66493E-07
1.33194E-07
1.04058E-07
1.33194E-07
1.0822E-07
8.74086E-08
7.07593E-08
4.16231E-08
3.32985E-08
2.91362E-08
2.08116E-08
Iy
m4
2.91362E-08
2.49739E-08
2.91362E-08
2.49739E-08
2.08116E-08
2.91362E-08
2.49739E-08
2.08116E-08
1.66493E-08
2.49739E-08
2.08116E-08
1.66493E-08
1.24869E-08
2.49739E-08
2.08116E-08
1.66493E-08
1.24869E-08
2.49739E-08
2.08116E-08
1.66493E-08
1.24869E-08
2.08116E-08
1.66493E-08
1.66493E-08
1.24869E-08
2.08116E-08
1.66493E-08
1.24869E-08
1.24869E-08
1.66493E-08
1.24869E-08
1.24869E-08
8.32463E-09
Proporcionados los nuevos perfiles que en este caso se cambiaron de la siguiente
manera:
Tabla 10.3 Cambio de perfiles
Elemento
Primera corrida
Segunda corrida
Vigas
Poste viga
Poste viga
Vigas área de pasillos
2032PV14
920PV16
920PV16
C2032PV14
CN8X071CS
CN3.625X045CS
CN3.625X045CS
CN8X057CS
Unas vez hecho el cambio de perfiles se procede a realizar la segunda corrida.
-142-
Para esta corrida colocamos la opción de optimización y obtenemos la siguiente
información.
Fig. 10.3
De acuerdo a los colores casi todos los elementos pasan, sin embargo existen
algunos elementos que siguen fallando y de acuerdo a la búsqueda del programa
del perfil más conveniente, estos no fueron sustituidos ya que por el tipo de perfil
seleccionado en este caso un canal 8CUI.25X035 el programa ya no encuentra un
perfil que satisfaga las condiciones, por lo que se propondrá un canal con
atiesadotes para realizar una tercera corrida.
-143-
10.4
Tercera corrida de diseño en Staad Pro
Cambiando los elementos que no pasan se procede a realizar la corrida
Fig. 10.4
obteniendo la siguiente información.
Fig. 10.5
-144-
De acuerdo a la información obtenida vemos que pasan todos los elementos que
fueron optimizados por el programa y dado que en la optimización se utilizaron
una gran diversidad de perfiles, lo que se realizó fue la uniformidad en todas las
áreas de la estructura quedando el diseño de la siguiente manera.
10.5
Diseño final
10.5.1 Planta baja
Fig. 10.6
-145-
10.5.2 Primer Nivel
Fig. 10.7
-146-
10.5.3 Segundo Nivel
Fig. 10.8
-147-
10.6 Revisión de diseño
La rigidez del material del bastidor debe ser suficiente para contener los perfiles
contra los tornillos laterales. La unión de los bastidores, la cual es requerida en
ambos lados, debe ser suficiente para proveer soporte contra los tornillos
colocados de forma plana y a la distancia “a” la cual no debe ser menor que:
a max =
8EIyKw
A2 F 2 y
Ec. 10.6.1
Lry
2rx
Ec. 10.6.2
O
a max =
Donde
Kw =
F 2 yaA 2
8 EIy
Módulo de elasticidad del soporte
Ec. 10.6.3
La fuerza lateral que absorbe cada tornillo que une el panel de yeso al bastidor
debe ser capaz de esforzarse lo suficiente para prevenir el movimiento lateral
dicha fuerza la obtenemos mediante la siguiente formula*:
P min =
KwPs L 240
2 EIy Kw a − Ps
Ec. 10.6.4
Donde:
Ps
Diseño de la carga del bastidor
L
Longitud del perfil en el bastidor
E
Módulo de elasticidad
Kw
Módulo de elasticidad del soporte
Iy
Momento de inercia sobre el eje Y
* Bogdan o. Kuzmanovic Nicholas Willems, Steel Design Structural Engineers. Pag. 392
-148-
10.6.1
Revisión del diseño de un bastidor
-149-
Para el diseño del bastidor consideramos la utilización del perfil JW3.62X57CS
que es el que se utilizara como poste de acuerdo al análisis y diseño del programa
Staad Pro para lo cual requeriremos la siguiente información.
Datos del perfil utilizado:
1.600
D = 9.22cm
A = 3.48cm 2
hc = d = 8.44cm
Ix = 50.78cm 4
B = 6.35cm
Iy = 19.98cm 4
b = 5.57cm
rx = 3.82cm
t = 0.152cm
ry = 2.40cm
Lip = 1.6cm
5.570
Fig. 10.10
R = 0.238
b)
0.152
8.440
Fy = 4515kg / cm 2
9.220
a)
6.350
Para perfiles no sujetos a flexo-torsión el AISI (Especificación 8.27 Sección
3.6.1.1) se requiere el factor de pandeo local Q.
Q = QsQa
Qs
Qa =
Ae
be
Se determina para los patines que son elementos planos no atiesados*
b 5.57
=
= 36.64
t 0.152
b 1470
>
t
fy
1470
1470
=
= 24.79
fy
3515
36.64 > 24.79
∴ Qs =
1,400,000
⎛b⎞
Fy⎜ ⎟
⎝t⎠
2
=
1,400,000
⎛ 5.57 ⎞
3515⎜
⎟
⎝ 0.152 ⎠
2
= 0.297
* Oscar de Buen López de Heredia Diseño de estructuras de acero, miembros en compresión (la
columna aislada). Fundación ICA, México. Pág. 94
-150-
El esfuerzo f que se utiliza para calcular el ancho efectivo del alma es el esfuerzo
crítico de pandeo local de los patines.
Fcr = QsFy = (0.297 )(3515) = 1043kg / cm 2
Alma
hc 8.44
=
= 55.53
t
0.152
be =
(2730)(0.152) ⎡1 −
1043
⎢
⎣
480
⎤
= 9.41
55.53 1043 ⎥⎦
Ae = At − ∑ (d − be )t
Ae = 3.48 − (8.44 − 9.41)0.152 = 3.63cm 2
Qa =
Q = QsQa = (0.297 )(0.386 ) = 0.115
Ae 3.63
=
= 0.386
be 9.41
QFy = (0.115)(3515) = 404kg / cm 2
KL
Cc
Debe ser menor que
rx
Q
KL (1.00)(268)
=
= 70.16
rx
3.82
Cc =
107.92
Cc
=
= 318
0.115
Q
c)
2πE
=
Fy
2π (2074044)
= 107.92
3515
70.16 < 318
Obtención de carga de diseño por perfil de un bastidor
12
3(QFy ) ⎛ KL ⎞
QFy −
⎜
⎟
23
23π 2 E ⎝ rx ⎠
2
Fal =
Ps = FalA
(
)
Fal = (0.522 ) 404kg / cm 2 −
3(404)
(70.16)2 = 205.77kg / cm 2
2
23π (2074044 )
2
Ps = FalA = 205.77(3.48) = 716kg
-151-
d)
De la ecuación 10.6.1 y de la ecuación 10.6.2 Obtenemos la separación
máxima (amáx); El módulo de soporte elástico Kw basados en los valores de la
prueba son tomados como 178.57kg/cm.
amáx =
8 EIyKw
A2 F 2 y
amáx =
8(2074044)(19.98(178.57 ))
= 396cm
(3.48)2 (3515)2
amáx =
Lry (268)(2.40)
=
= 84.19cm
2rx
2(3.82)
e)
De la ecuación 10.6.3 revisión del módulo mínimo de soporte elástico
2
2
(
3515) (84.19)(3.48)
Kw =
8(2074044)
F 2 yaA 2
Kw =
8 EIy
f)
= 37.998 < 178.57
De la ecuación 10.6.4 obtenemos la fuerza que absorbe cada tornillo que
une los paneles de yeso contra el bastidor.
Pmín =
(178.57 )(716) 268
240
= 7.91kg
(
2074044 )(19.98)(178.57 )
2
− 716
84.19
Un tornillo A307 de 0.635cm de diámetro en cortante puede soportar 222kg; para
un material con un Fy de 3515kg/cm2 , 889kg entonces tornillos de 0.635cm de
diámetro espaciados en 84.19cm es satisfactorio
‘g)
Chequeo de conectores en elementos a compresión
S = 4663
t
f
= 4663
0.152
= 49.41cm
205.77
Se considero una separación entre tornillos de 84.19cm > a los 49.41cm del
chequeo; por lo que es satisfactoria la separación
-152-
De acuerdo a la carga permisible por perfil en el bastidor que obtuvimos de 716kg
podemos comparar con las cargas reales obtenidas del análisis y diseño de la
estructura en Staad Pro IV con lo cual demostramos que el perfil utilizado para
resistir dichas cargas es el adecuado como se puede observar en la tabla 10.6.1.
Tabla 10.6.1 Revisión del perfil JWE3.625X057CS trabajando como postes en bastidor
Viga
Combinación
de Carga más
desfavorable
3314
3316
3297
3292
3292
3300
3300
3300
3296
3297
3298
3300
3298
3318
3318
3292
3318
3421
3316
3316
3296
3295
3316
3295
3298
3292
3318
3318
3316
3292
3421
3295
3296
3298
3316
1
10
16
12
13
12
13
16
9
1
8
1
9
8
13
7
1
13
1
13
10
7
8
8
10
8
16
12
16
9
12
9
11
11
12
Fuerza axial en Fuerza axial en Carga admisible
Trabajan en %
Tn
Kg
en Kg
0.713
0.705
0.702
0.696
0.685
0.685
0.676
0.669
0.669
0.666
0.666
0.649
0.619
0.605
0.593
0.592
0.59
0.583
0.578
0.578
0.566
0.566
0.562
0.56
0.554
0.552
0.533
0.521
0.517
0.515
0.515
0.514
0.509
0.507
0.493
713.00
705.00
702.00
696.00
685.00
685.00
676.00
669.00
669.00
666.00
666.00
649.00
619.00
605.00
593.00
592.00
590.00
583.00
578.00
578.00
566.00
566.00
562.00
560.00
554.00
552.00
533.00
521.00
517.00
515.00
515.00
514.00
509.00
507.00
493.00
-153-
716.00
716.00
716.00
716.00
716.00
716.00
716.00
716.00
716.00
716.00
716.00
716.00
716.00
716.00
716.00
716.00
716.00
716.00
716.00
716.00
716.00
716.00
716.00
716.00
716.00
716.00
716.00
716.00
716.00
716.00
716.00
716.00
717.00
718.00
719.00
99.58
98.46
98.04
97.21
95.67
95.67
94.41
93.44
93.44
93.02
93.02
90.64
86.45
84.50
82.82
82.68
82.40
81.42
80.73
80.73
79.05
79.05
78.49
78.21
77.37
77.09
74.44
72.77
72.21
71.93
71.93
71.79
70.99
70.61
68.57
10.6.2
Revisión del diseño de una viga
Fig. 10.11
Para la revisión de una viga consideramos la que de acuerdo al análisis y diseño
se utilizara en la losa de azotea zona de habitaciones, considerando un perfil
8CS1.625x057 con las siguientes características:
Datos del perfil utilizado:
4.140
D peralte = 20.32cm
1.270
R=0.238
B = 4.14cm
t = 0.152cm
R = 0.238
Lip = 1.27cm
fy = 3515kg / cm 2
0.152
3.360
-154-
20.320
19.540
Fig. 10.12
Para el cálculo del momento admisible procedemos a efectuar los siguientes
cálculos:
Propiedades de esquinas a 90°
r = R+
t
0.152
= 0.238 +
= 0.314cm
2
2
Longitud de arco “U”
U = 1.57 r = 1.57(0.314 ) = 0.493cm
Distancia del centro de gravedad al centro del radio “c”
c = 0.637 r = 0.637(0.314 ) = 0.20cm
Cálculo del momento de inercia Ix
Para
la
primera
aproximación,
f = Fy = 3515kg / cm 2 = 50ksi
se
toma
un
de
compresión
en la fibra superior de la sección y el alma es
completamente efectiva.
Compresión en el patín
W = 3.60cm
3.60
W
=
= 22.105
0.152
t
⎛E⎞
2074090
S = 1.28⎜⎜ ⎟⎟ = 1.28
= 31.09
3515
⎝f⎠
S 31.09
W
=
= 10.36 <
= 22.11 < S = 31.09
3
3
t
⎧
kv ⎫
Ia = 399t 4⎨[(W / t ) S ] −
⎬
4⎭
⎩
esfuerzo
3
3
⎧
0.43 ⎫
4
Ia = (399 )(0.152 )(4 )⎨[(22.11) 31.09] −
⎬ = 0.0118cm
4 ⎭
⎩
-155-
D = Lip = 1.27cm
0.88
d
=
= 5.789 < 60
t 0.152
d = 0.88cm
d 3 t (0.88) (0.152)
=
= 0.00863cm 4
12
12
3
Is =
D 1.27
=
= 0.358
W 3.60
0.25 <
D
= 0.358 < 0.8
W
K = C 2n(Ka − Ku ) + Ku
K = 0.733 (3.36012 − 0.43) + 0.43 = 2.9389
Dado que Is < Ia el atiesador es considerado como un borde simple
W
= 22.105 < 60
t
f
⎛ 1.052 ⎞
⎟( w / t )
E
⎝ k ⎠
λ =⎜
3515
⎛ 1.052 ⎞
= 0.5584 < 0.673
⎟(22.105)
2074090
⎝ 0.43 ⎠
λ =⎜
b=w=3.60
Patín a compresión completamente efectivo.
Compresión atiesador superior
K = 0.43 Elemento a compresión sin atiesador
d / t = 5.789
El esfuerzo de compresión f se toma de forma conservadora igual a 3515kg/cm2
como en la fibra superior a compresión.
-156-
3515
⎛ 1.052 ⎞
= 0.3824 < 0.673
⎟(5.789)
2074090
⎝ 0.43 ⎠
λ =⎜
Por lo tanto d ' s = d = 0.88cm
⎛ Is ⎞
ds = d ' s⎜ ⎟ ≤ d ' s
⎝ Ia ⎠
⎛ Is ⎞
⎛ 0.00863 ⎞
d ' s⎜ ⎟ = 0.88⎜
⎟ = 0.645 < 0.88cm
⎝ Ia ⎠
⎝ 0.0118 ⎠
ds = 0.645cm
Atiesador a compresión no es totalmente efectivo
Tabla 10.6.2 Propiedades de la sección efectiva con respecto al eje x
Longitud Efectiva
Distancia desde
la fibra superior
Ly
Ly2
I'1
cm
cm
cm2
cm3
Con respecto
a su propio eje
Alma
Esquina Superior
Esquina inferior
Patín a compresión
Atiesador Superior
Patín a tensión
Atiesador inferior
19.54
0.986
0.986
3.36
0.645
3.36
0.88
10.16
0.19
20.13
0.076
0.635
20.244
19.485
198.526
0.187
19.847
0.255
0.41
68.02
17.147
2017.028
0.036
399.528
0.019
0.26
1376.994
334.105
621.717
Suma
29.757
304.392
4127.97
621.774
Elemento
Distancia desde la fibra al eje x es yeg =
0.057
304.393
= 10.229cm
29.757
Como la distancia desde la fibra superior de compresión hasta el eje neutro es
mayor que la mitad del peralte de la viga
un esfuerzo a compresión de
3515kg/cm2 regirá como se asumió.
Para verificar si el alma es totalmente efectiva.
f1 = [(10.229 − 0.39) / 10.229](3515) = 3381kg / cm 2 Compresión
f 2 = −[(10.229 − 0.39) / 10.229](3515) = −3333kg / cm 2 Tensión
-157-
Psi =
f 2 − 3333.4
=
= −0.986
f1
3381
K = 4 + 2(1 − Psi )3 + 2(1 − psi )
K = 4 + 2(1 − (− 0.986 ))3 + 2(1 − (− 0.986 )) = 23.636
h = w = 19.54
h w 19.54
= =
= 128.553
t
t 0.152
h
= 128.553 < 20
t
⎛ 1.052 ⎞
⎛f⎞
⎟(w / t )⎜ ⎟
⎝ k ⎠
⎝E⎠
λ =⎜
⎛ 1.052 ⎞
⎛ 3381 ⎞
⎟(128.553)⎜
⎟ = 2.979 < 0.673
⎝ 23.636 ⎠
⎝ 2074090 ⎠
λ =⎜
Por lo tanto:
PE =
[1 − (0.22 / λ )] = [1 − (0.22 / 2.979)] = 0.311
λ
2.979
be = pw = (0.311)(3.36 ) = 6.075cm
b1 =
be
6.075
=
= 1.524cm
(3 − psi ) (3 − (− 0.986))
b2 =
be 6.075
=
= 3.038cm
2
2
b1 + b2 = 1.524 + 3.038 = 4.562cm
Porción en compresión del alma calculada en la base de la sección efectiva
yeg − 0.390 = 10.229 − 0.39 = 9.839cm
Ix = Ly 2 + I '1 − Lyeg 2
Ix = (427.97 + 621.773 − 29.757 )(10.229 ) = 1636.032
2
-158-
Ixreal = Ixt = 1636.032(0.152) = 248.677cm 4
Ix
248.677
=
= 24.310cm 3
yeg 10.229
Mn = SeFy = (24.31)(3515) = 85450kg / cm
Ω = 1.67 Factor de Seguridad
Mn 85450
Ma =
=
= 51168kg / cm
Ω
1.7
Se =
De acuerdo al momento máximo admisible obtenido de 51,168kg-cm lo
comparamos con las vigas utilizadas en la planta de azotea sobre el área de los
cuartos con la combinación de cargas más desfavorable, podemos observar que
todas las vigas de acuerdo a sus momentos obtenidos del análisis y diseño son
menores que el momento máximo admisible con lo cual se demuestra que el perfil
utilizado para tal efecto es el adecuado.
Tabla 10.6.3 Revisión del perfil 8CS1.625X057 trabajando como vigas en losa
Viga
Combinación de
Carga más
desfavorable
Moment-Z
Ton-m
3952
3965
4018
3371
3968
4032
4022
3962
3380
3384
3388
3382
3955
3411
4034
3944
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
0.511
0.503
0.503
0.502
0.501
0.501
0.5
0.5
0.499
0.499
0.498
0.497
0.493
0.491
0.488
0.457
Moment-Z
Kg-cm
51,100.00
50,300.00
50,300.00
50,200.00
50,100.00
50,100.00
50,000.00
50,000.00
49,900.00
49,900.00
49,800.00
49,700.00
49,300.00
49,100.00
48,800.00
45,700.00
-159-
Momento
Admisible
Kg-cm
51,168.00
51,168.00
51,168.00
51,168.00
51,168.00
51,168.00
51,168.00
51,168.00
51,168.00
51,168.00
51,168.00
51,168.00
51,168.00
51,168.00
51,168.00
51,168.00
Trabajan en
%
99.87
98.30
98.30
98.11
97.91
97.91
97.72
97.72
97.52
97.52
97.33
97.13
96.35
95.96
95.37
89.31
10.6.3
Revisión de los contravientos de un bastidor
Fig. 10.13
De acuerdo a los datos obtenidos del análisis de la estructura obtuvimos las
cargas axiales que actúan en los contravientos de este bastidor siendo las
siguientes según muestra figura 10.13:
Nodo
1007
contiene una carga a la tensión de 2801kg
Nodo
533
contiene una carga a la tensión de 2276kg
Nodo
1329
contiene una carga a la tensión de 2441kg
Nodo
94
contiene una carga a la tensión de 2401kg
-160-
Para el diseño de los contravientos de este bastidor consideramos que se utilizará
una cercha de 14.2cm de ancho calibre 22 (0.0759cm de espesor) y la utilización
de tornillos de cabeza extraplana TXP-12 de 1.27cm de diámetro los cuales se
consideraran 2 en el área de corte y un
Fy = 2812kg / cm 2 .
D = 14.20cm
14.200
t = 0.0759cm
fy = 2812kg / cm 2
Tornillos
TXP − 12
d = 1.27cm
0.076
Fig. 10.14
Fig. 10.15
Fig. 10.16
-161-
Para la determinación de la carga admisible a tensión, consideraremos lo
siguiente:
Resistencia nominal
Tn = AnFy
Factor de seguridad
Ωt = 1.67
Carga admisible
Ta =
Donde
An
Tn AnFy
=
Ωt 1.67
es el área neta de la sección quitándole el área de los agujeros
provocados por los tornillos.
Para el diseño de los contravientos de este bastidor consideramos que se utilizará
una cercha de 14.2cm de ancho calibre 22 (0.0759cm de espesor) y la utilización
de tornillos de cabeza extraplana TXP-12 de 1.27cm de diámetro los cuales se
consideraran 2 en el área de corte según se muestra en la figura 10.15 y un
Fy = 2812kg / cm 2 .
An = (14.20cm )(0.0759cm ) − 2(1.27 )(0.0759) = 0.885cm 2
Área neta
Carga admisible:
Ta =
(0.885cm )(2812kg / cm ) = 1490kg < 2801kg
2
2
1.67
C arg a + grande
Como podemos observar 1490kg es menor que cualquiera de las cargas en los
contravientos por lo que utilizaremos 2 cerchas como se muestra en la figura
10.17.
-162-
Fig. 10.17
1.270
(-)
Agujeros
An
1.270
(+)
-163-
Área neta
An = (2 pza )(0.885cm 2 ) = 1.77cm 2
Carga admisible
Ta =
Por lo tanto 2980kg >
(1.77cm )(2812kg / cm ) = 2980kg
2
2
1.67
2801kg
ok 2 cerchas calibre 22 de 14.20cm
Tabla 10.6.4 Revisión de la fuerza de tensión en contravientos
Nodo
Combinación
de Carga más
desfavorable
1007
533
1329
94
7
16
13
12
T Fuerza de
T Fuerza de
Tr Tensión
tensión actuante
tensión
resistente
en tn
actuante en Kg admisible en Kg
2.801
2.276
2.441
2.401
2801.00
2276.00
2441.00
2401.00
-164-
2,980.00
2,980.00
2,980.00
2,980.00
Trabajan en %
0.94
0.76
0.82
0.81
11
11.1
Conclusiones, recomendaciones y ventajas
Conclusiones
Es importante mencionar que aún cuando el análisis que se realizó no fue
dominante la consideración por sismo, cabe mencionar que en zonas altamente
sísmicas se puede encarecer mucho el sistema por la gran cantidad de acero que
se necesita, caso es el Hotel Fiesta Inn Mexicali, Ubicado en Baja California Norte
y una de las zonas del país con el coeficiente sísmico más alto.
Fig. 11.1
En la figura 11.1 se muestra la cantidad de perfiles utilizados.
De acuerdo al diseño realizado en el programa Staad Pro IV se vio la facilidad en
la realización del diseño ya que una vez analizada la estructura el programa deja
casi todo diseñado y solo hay que uniformizar y diseñar lo restante como es el
caso de los contravientos, es importante mencionar que esta facilidad que nos
brindó el programa fue a partir de la utilización de las tablas de los perfiles de
acero delgado en la sección del AISI, ya que utilizando los perfiles comerciales en
México también es posible realizar el diseño, sin embargo, esto se tiene que
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realizar de una manera manual ya que el programa solo informa si el perfil pasa o
no pasa, por lo que habría que regresar a estar cambiando los perfiles hasta
encontrar los óptimos.
11.2
Recomendaciones de estructuración del Sistema Steel Framing
a)
Los largueros que forman el sistema de piso y la cubierta deberán coincidir
con los postes que forman los muros cargadores para así lograr una transmisión
adecuada de la carga.
b)
Los postes deben tener continuidad en toda la altura de la construcción, los
vanos se resolverán con dinteles.
c)
Se evitarán las concentraciones de carga en los dinteles principalmente por
concepto de vigas, en caso de requerirse las reacciones se tomarán con arreglos
de postes en sección cajón, estos postes de requerirse en los niveles superiores
deberán tener continuidad hasta la cimentación.
d)
El sentido de los largueros será tal que su apoyo se realice sobre muros
que tengan continuidad en todos los niveles.
e)
Tanto los postes, como los largueros, tendrán que estar provistos como
mínimo de un arriostramiento al centro de la longitud del elemento o a cada 1.22
mts., así se evitarán posibles fallas por pandeo lateral y por consiguiente se
obtendrá la resistencia completa a la compresión de los elementos.
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f)
Las acciones producidas por el evento sísmico o alguna otra carga lateral
serán resistidas con diagonales de contraviento colocadas en los muros de carga;
estas deberán cumplir las siguientes condiciones:
f.1.)
Las diagonales serán ortogonales y se colocarán en forma simétrica en
planta para evitar torsiones por excentricidad de rigidez. Ver figura 11.2
f.2)
Es indispensable que las diagonales se instalen en bastidores muros, que
tengan continuidad del nivel de cimentación al nivel de azotea.
f.3)
De preferencia los contravientos se instalarán en muros cuya relación de
aspecto sea h / b <1.0 figura 11.2 El contraviento es más eficiente y económico si
el muro es muy ancho.
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Fig. 11.2
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11.3
Ventajas
Alguna de las ventajas más importantes del sistema Steel Framing es que siendo
un sistema ligero existe mucho ahorro en lo que se invertiría en una cimentación
con un sistema más tradicional, sin embargo, la estructura en cuestión de costos
es muy similar a los demás sistemas, a diferencia que este sistema se realiza más
rápido por el tipo de materiales, es muy limpio al construir, existe gran facilidad
para el alojamiento de instalaciones de cualquier tipo, existe una medición exacta
de los niveles termo acústicos, su mantenimiento es barato y rápido, se adapta a
otros sistemas constructivos, muy adecuado para hacer remodelaciones, se
minimizan los accidentes al momento de construir, su vida útil es alta ya que el
galvanizado de los perfiles le ayuda a evitar los efectos de corrosión.
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Bibliografía
American Iron and Steel Institute, Edition 1991, LRFD Cold Formed Steel
design manual, U.S.A, Part I
American Iron and Steel Institute, Edition 1996, Specification for the design
of cold-formed steel structural members Manual, U:S.A. part V
Bogdan o. Kuzmanovic Nicholas Willems, Steel Design Structural
Engineers. Pag. 391-394.
Cold-Formed Steel Framing Design Guide, U.S.A, draft 2
Comisión Nacional de Electricidad, Manual de diseño por viento, México.
Pág. 1.4.30 – 1.4.42
Gobierno del Distrito Federal, Normas Técnicas Complementarias para
Sismo, México.
Gobierno del Distrito Federal, Reglamento de Construcciones del Distrito
Federal, México
North American Specification for the Design of Cold-Formed Steel Structural
Members, Edition 2001 and commentary on the specification, edition 2001
M. Paz,1992. Dinámica Estructural Teoría y Cálculo, Editorial Reverte,
España. Pág. 24-37
Minoru Wakabayashi, Enrique Martínez Romero, 1988, Diseño de
Estructuras Sismorresistentes, Mc Graw Hill, México, Pág. 36,37.
Oscar de Buen López de Heredia, Diseño de estructuras de acero,
miembros en compresión (la columna aislada). Fundación ICA, México,
Pág. 94-97
Panel Rey 2001, Catálogo de perfiles de acero galvanizado, México
-170-
Panel Rey 2001, Manual de diseño estructural, México, Pág. 7-10, 34, 7083, 89-94, 103, 105, 107
Panel Rey 2001 CD técnico del Sistema constructivo México
Thirteenth International Specialty Conference on Cold-Formed Steel
Structures October 17-18, 1996 ,St. Louis, Missouri U.S.A., page 505
(Capitulo I)
William T. Segui, Diseño de estructuras de acero con LRFD Estados
Unidos de América. Pág. 21,22,23
www.gaesaga.es/componentes.php
http://clgchalets.com/info7.htm
http://www.euatm.upm.es/david
http://www,panelrey.com.
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