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(1)UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA FACULTAD DE INGENIERIAS CARRERA DE INGENIERIA MECANICA CAMPUS KENNEDY. TESIS PREVIA A LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE INGENIERO MECÁNICO. DISEÑO DE CUBIERTAS TELESCÓPICAS INTEGRALES PARA PISCINAS PARTICULARES. AUTORES: NICOLAS HEREDIA A. DANILO VILLAMARIN. Dirigido por: ING. WILLIAM DÍAZ. Quito, Junio del 2008.

(2) DECLARATORIA DE RESPONSABILIDAD Por el Director de Tesis. Certifico que la presente tesis ha sido elaborada en su totalidad por los Sres. Nicolás Heredia A. y Danilo Villamarín como requerimiento parcial a la obtención del titulo de Ingeniero Mecánico Industrial.. ____________________ Ing. William Díaz DIRECTOR DE TESIS. Por los autores Nosotros, Nicolás Heredia A. y Danilo Villamarín declaramos que el trabajo aquí descrito es de nuestra autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que hemos consultado las referencias bibliográficas que se incluye en este documento. Los conceptos desarrollados, análisis realizados y las conclusiones del presente trabajo, son de exclusiva responsabilidad de los autores. La Universidad Politécnica Salesiana puede hacer uso de los derechos correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la ley de Propiedad Intelectual, por su reglamento y por la normativa institucional vigente.. _______________. ______________. Nicolás Heredia A. – Danilo Villamarín. i.

(3) DEDICATORIA. Este trabajo va dedicado a todas las personas que de manera desinteresada aportaron con un granito de arena para su culminación, tanto con palabras de aliento como con regaños en tiempos difíciles.. En especial a mi Madre y mi esposa María Isabel.. ____________________ Danilo Villamarín ii.

(4) DEDICATORIA. Este proyecto lo dedico a mis Padres quienes con esfuerzo y entusiasmo me han demostrado su apoyo y confianza, en cada etapa de mi vida. Ellos hicieron posible la culminación de esta etapa, la más importante.. ____________________ Nicolás Heredia A. iii.

(5) AGRADECIMIENTO. Nuestro agradecimiento para las personas que nos apoyaron en todo momento, Ingenieros y Compañeros testigos de nuestro esfuerzo y dedicación. A la Universidad Politécnica Salesiana un agradecimiento porque nos llevamos los mejores recuerdos.. _______________. ______________. Nicolás Heredia A. – Danilo Villamarín iv.

(6) INTRODUCCIÓN El diseño de la Cubierta Telescópica que se planteo para este tesis esta proyectada para su construcción sobre piscinas particulares. Los materiales planificados para la construcción de la cubierta serán Acero y Aluminio estructural, fusionando estos materiales con la bondad y belleza del vidrio y la ligereza del policarbonato. El diseño es novedoso, observado en países desarrollados como es España, en el cual su uso es extendido en residencias y hoteles que poseen piscinas. El diseño desarrollado, muestra una arquitectura de vanguardia con elementos rectos y curvos en su estructura principal y acabados que cuidan la estética. La cubierta es funcional, presenta al usuario la posibilidad de tener una piscina descubierta para días soleados y cerrada para días fríos. El tiempo de ejecución para la construcción de la cubierta se proyecta prudente y su valor en comparación a los beneficios que ofrece esta acorde. En los elementos de la estructura que se diseñan como placas bases, columnas, vigas curvas, trabes, estructura de la cubierta, se emplean métodos de cálculo para la solución de la estructura como para el diseño. Además estos diseños se apoyan con la ayuda de software, con la introducción del programa SAP2000. Se aplicarán normas ecuatorianas referentes a códigos de la construcción y sus respectivas especificaciones, en el cálculo y diseño de la cubierta se emplean materiales existentes en el mercado ecuatoriano. La estructura estará diseñada con conexiones soldadas para rapidez y facilidad de montaje en el sitio, asegurando solidez y seguridad. El método que se aplicará para la realización de esta tesis será deductivo ya que partiendo de normas generales y procedimientos conocidos en la construcción de estructuras metálicas se llegará a un caso particular. v.

(7) INDICE DE CONTENIDO. •. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. xxi. •. ALCANCE. xxi. •. JUSTIFICACIÓN. xxii. •. OBJETIVOS. xxiii. o GENERAL o ESPECIFICOS •. VARIABLES E INDICADORES. xiv. •. HIPOTESIS. xiv. •. METODOLOGIA. xiv. •. RESUMEN. xv. CAPITULO I.- ESTUDIO DE MATERIALES. 1.1 EL ALUMINIO. 1. 1.1.1 DESCRIPCIÓN. 1. 1.1.2 INFORMACIÓN ADICIONAL. 2. 1.1.3 APLICACIONES GENERALES. 2. 1.1.4 PROPIEDADES MECÁNICAS. 3. 1.1.4.1 Dureza. 4. 1.1.4.2 Resistencia a la compresión, a la flexión, al corte y a la torsión. 4. 1.1.4.3 Resistencia a la fatiga. 5 vi.

(8) 1.1.4.4 Influencia del material. 5. 1.1.4.5 Tenacidad. 6. 1.1.4.6 Resistencia al desgaste. 6. 1.1.5 VENTAJAS DEL ALUMINIO. 7. 1.2 EL POLICARBONATO. 8. 1.2.1 DESCRIPCIÓN:. 8. 1.2.2 INFORMACIÓN ADICIONAL. 8. 1.2.3 VENTAJAS Y DESVENTAJAS RESPECTO AL VIDRIO. 10. 1.2.3.1 Ventajas:. 10. 1.2.3.2 Desventajas:. 10. 1.2.4 EL POLICARBONATO ANTE LA TRANSMISIÓN DE LUZ. 11. 1.2.5 PROPIEDADES FÍSICAS. 12. 1.2.6 CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS. 12. 1.2.6.1 Resistencia al impacto. 13. 1.2.6.2 Curvatura. 13. 1.2.6.3 Coeficiente de Dilatación Térmica. 14. 1.3 EL ACRÍLICO. 16. 1.3.1 DESCRIPCIÓN. 16. 1.3.2 INFORMACIÓN ADICIONAL. 16. 1.3.3 CARACTERÍSTICAS. 17. 1.3.4 APLICACIONES Y USOS EN DIVERSOS SECTORES:. 17. 1.3.5 COMPARACIÓN CARACTERÍSTICAS ACRÍLICO, POLICARBONATO Y VIDRIO. 18. 1.4 EL VIDRIO 1.4.1 PROCESO DE PRODUCCIÓN. 20 20 vii.

(9) 1.4.2 PROPIEDADES MECÁNICAS. 21. 1.4.3 ESFUERZO DE CARGA. 22. 1.4.4 DUREZA. 23. 1.4.5 PROPIEDADES FÍSICAS. 23. 1.4.6 ESPECIFICACIONES Y MEDIDAS NORMALIZADAS. 24. 1.4.7 INSTALACIÓN. 24. 1.4.8 CONTROL DE RADIACIÓN SOLAR. 25. 1.4.9 PROCESO PARA DETERMINAR EL ESPESOR DEL VIDRIO. 25. 1.4.9.1 Velocidad del viento básico. 26. 1.4.9.2 Análisis simple. 26. 1.4.9.3 Presión producida por el viento. 26. 1.4.9.4 Cómo hallar el espesor del vidrio. 27. CAPITULO II.- ANALISIS DE CARGAS. 2.1 CARGAS. 30. 2.2 CARGAS MUERTAS. 30. 2.3 CARGAS VIVAS. 31. 2.3.1 CARGAS DE PISO.. 31. 2.3.2 HIELO Y NIEVE.. 31. 2.3.3 LLUVIA.. 33. 2.3.4 CARGAS DE GRANIZO. 33. 2.3.5 CARGAS LATERALES. 34. 2.3.6 CARGAS DE VIENTO. 34 viii.

(10) 2.3.7 CARGAS SÍSMICAS. 36. 2.4 DISEÑO DE CUBIERTAS. 38. 2.4.1 DISTRIBUCIÓN DE CARGAS. 38. 2.4.2 CARGA DE SEGURIDAD. 39. CAPITULO III.- DISEÑO Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL. 3.1 ESTUDIO Y SELECCIÓN DE ALTERNATIVAS. 42. 3.1.1 ESTUDIA DE ALTERNATIVAS. 42. 3.1.2 SELECCIÓN DE ALTERNATIVAS. 45. 3.2 DIMENSIONES DE LA CUBIERTA. 48. 3.3 HIPOTESIS DE CARGAS. 49. 3.3.1 CARGA DEBIDA AL PESO PROPIO DE LA ESTRUCTURA. 50. 3.3.2 CARGA DEBIDA AL PESO DE LA CUBIERTA DE POLICARBONATO. 51. 3.3.3 CARGA DE VIENTO (WH). 52. 3.3.4 VELOCIDAD Y DIRECCIÓN DEL VIENTO. 52. 3.5 CONEXIONES ATORNILLADAS. 54. 3.5.1 TIPOS DE TORNILLOS. 54. 3.5.2 RESISTENCIA DEL PERNO. 55. 3.5.3 SELECCIÓN DE PERNOS PARA SOPORTAR CARGA ESTÁTICA. 56. 3.5.4 SEPARACIÓN Y DISTANCIA A BORDES DE TORNILLOS. 57. 3.5.4.1 Separación mínima. 57. 3.5.4.2 Distancias mínimas al borde. 58 ix.

(11) 3.5.4.3 Pernos para soportar carga estática por esfuerzo cortante.. 59. 3.5.4.4 Factores de Seguridad y Carga. 61. 3.5.4.5 Esfuerzos permisibles. 63. 3.6 COJINETES DE CONTACTO RODANTE 3.6.1 CARGAS COMBINADAS, RADIAL Y DE EMPUJE 3.7 RESORTES DE EXTENSIÓN 3.7.1 DISEÑO DE RESORTES DE EXTENSIÓN 3.8 TEORÍA DE LA ENERGÍA DE LA MÁXIMA DISTORSION. 65 67 69 71 74. 3.8.1 JUNTAS SOLDADAS SUJETAS A CARGA AXIAL Y CARGA CORTANTE DIRECTA. 75. 3.8.2 JUNTAS SOLDADAS SUJETAS A CARGA ESTÁTICA TORSIONAL Y CARGA A LA FLEXIÓN. 79. 3.8.3 NUMERACIÓN DE ELECTRODOS. 83. 3.8.3.1 Prefijos. 83. 3.8.3.2 Resistencia a la Tracción. 83. 3.8.3.3 Posiciones para Soldar. 84. 3.8.3.4 Revestimientos. 84. 3.8.3.5 C.C C.A. y Polaridad. 84. 3.9 BASES DE COLUMNAS. 85. 3.9.1 GENERALIDADES. TIPOS DE BASES. 85. 3.9.2 PLACA DE BASE PARA COLUMNAS CARGADAS AXIALMENTE. 89. 3.9.3 DISEÑO DEL PERNO DE ANCLAJE. 97. 3.10 MECANISMOS DE CADENAS 3.10.1 DEFINICIÓN Y CONSTITUCIÓN 3.10.2 MATERIALES PARA CADENAS Y RUEDAS. 99 99 100 x.

(12) 3.10.3 FABRICACIÓN DE CADENAS Y RUEDAS. 100. 3.10.4 MONTAJE Y UTILIZACIÓN. 102. 3.11 INVERSION DE GIRO. 103. CAPITULO IV.- PROGRAMACIÓN EN SAP 2000. 4.1 INICIO DE UN NUEVO PROYECTO. 107. 4.2 ASIGNACION DE COORDENADAS PARA JUNTAS. 108. 4.3 ASIGNACIÓN DE MATERIAL. 111. 4.4 ASIGNACIÓN DE PROPIEDADES PARA PERFILES. 112. 4.5 MODELADO DE ESTRUCTURA EN SAP2000. 114. 4.6 ASIGNACIÓN DE APOYOS. 118. 4.7 ASIGNACIÓN DE CARGAS. 120. 4.8 RESULTADOS EN SAP2000. 123. 4.8.1 REACCIONES EN LOS APOYOS. 125. 4.8.2 DEFLEXIONES. 126. 4.8.3 DIAGRAMAS PARA MIEMBROS ESTRUCTURALES. 127. CAPITULO V.- CALCULOS. 5.1 CÁLCULO DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO. 130. 5.2 CALCULO DEL ESPESOR DEL VIDRIO EN CERRAMIENTO. 131. 5.3 SELECCIÓN DE PERNOS.. 132 xi.

(13) 5.3.1 SUJETAR UN SOPORTE SUPONIENDO CORTANTE TRANSMITIDO POR FRICCIÓN. 132. 5.4 SELECCIÓN DE COJINETES DE BOLAS. 136. 5.5 DISEÑO DEL RESORTE DE EXTENSIÓN. 139. 5.6 CALCULO DE SOLDADURA. 148. 5.6.1 SOPORTE CON CARGA EXCÉNTRICA Y CARGA CORTANTE DIRECTA. 148. 5.6.2 CÁLCULO DEL NÚMERO DE ELECTRODOS. 153. 5.7 DISEÑO DE LA PLACA BASE 5.7.1 DISEÑO DEL PERNO DE ANCLAJE 5.8 SELECCIÓN DE LA CADENA Y MOTOR ELECTRICO. 156 158 161. 5.8.1 MOVILIZACIÓN DE LA CUBIERTA. 161. 5.8.2 DIMENSIONAMIENTO MOTOR ELÉCTRICO. 162. 5.9 DISEÑO DEL MECANISMO DE LA CADENA DE RODILLO. 164. 5.9.1 PROCEDIMIENTO DE ANÁLISIS. 164. 5.9.2 DISEÑO Y CALCULO. 165. CAPITULO VI.- COSTOS DEL PROYECTO. 6.1 INTRODUCCIÓN. 172. 6.2 COSTOS POR MATERIALES. 173. 6.3 COSTOS POR CONSTRUCCIÓN. 175. 6.4 COSTOS POR SUMINISTROS. 177. 6.5 COSTOS POR MONTAJE. 178. 6.6 COSTOS INDIRECTOS. 179 xii.

(14) 6.7 COSTO TOTAL. 179. CONCLUSIONES. 180. RECOMENDACIONES. 183. BIBLIOGRAFIA. 186. ANEXOS Anexo A. Planos. Anexo B. Validación SAP 2000. Anexo C. Circuito de Inversión de Giro. Anexo D. Tablas para Cálculos. Anexo E. Proformas. Anexo F. Manual Motor Puerta Basculante. Anexo G. Plegado de Planos. xiii.

(15) INDICE DE TABLAS Tabla 1.1: Características de Iluminación del Policarbonato. 12. Tabla 1.2: Pesos propios por unidad de superficie y radio mínimo de curvatura. 14. Tabla 1.3: Tabla Comparativa de Características. 19. Tabla 1.4: Esfuerzo de Carga. 22. Tabla 1.5: Propiedades Físicas del Vidrio. 23. Tabla 1.6: Especificaciones y medidas del Vidrio. 24. Tabla 1.7: Control de Radiación del Vidrio. 25. Tabla 1.8: Valores para determinar el Espesor del Vidrio. 25. Tabla 1.9: Valores de Cp para superficies Verticales. 27. Tabla 1.10: Coeficiente S 4 27 Tabla 1.11: Coeficiente C e. 28. Tabla 1.12: Espesores mínimos en función de la presión de cálculo de viento. 29. Tabla 2.1: Cargas Vivas Uniformes Mínimas Comunes para el Diseño de Edificios. 32. Tabla 2.2: Presión dinámica del viento. 35. Tabla 2.3: Valores del factor Z en función de la zona sísmica adoptada. 36. Tabla 2.4: Coeficientes de Ponderación. 37. Tabla 2.5: Cargas vivas mínimas para cubiertas en Kg/m2. 39. Tabla 3.1: Factores de Ponderación. 47 xiv.

(16) Tabla 3.2: Espesores de Policarbonato. 51. Tabla 3.3: Especificaciones ASTM para pernos. 56. Tabla 3.4: Dimensiones básicas de roscas métricas ISO para pernos. 57. Tabla 3.5: Dimensiones para cojinetes de bolas de contacto angular, de un fila, serie 02. 68. Tabla 3.6: Recomendaciones de vida de cojinetes para varias clases de maquinaria. 68. Tabla 3.7: Ultimo Digito Numeración Electrodos. 84. Tabla 3.8: Cadenas de Rodillos Sencilla. 101. Tabla 4.1: Coordenadas en X, Y y Z. 108. Tabla 4.2: Dimensiones Perfila HEA 10. 112. Tabla 4.3: Dimensiones Perfil Al 1016. 112. Tabla 4.4: Asignación de apoyos. 118. Tabla 4.5: Asignación de Cargas. 120. Tabla 4.6: Resultantes en los apoyos obtenidos del SAP 2000. 125. Tabla 4.7: Resultantes de las Deflexiones obtenidas en SAP 2000. 126. Tabla 5.1: Factores de Carga Radial equivalente para Cojinetes de Bolas. 137. Tabla 5.2: Rendimientos Electrodos. 154. Tabla 5.3: Coeficientes de Rozamiento. 162. Tabla 5.4: Series de Ruedas Normalizadas. 165. Tabla 5.5: Valores de orientación para el coeficiente de choque C s 168 Tabla 5.6: Valores de orientación para los coeficientes C 1 a C 3 169. xv.

(17) Tabla 5.7: Resultados seleccionados en base a cálculos. 171. Tabla 5.8: Resultados seleccionados en base a Catálogo. 171. Tabla 6.1: Costos por Materiales. 174. Tabla 6.2: Precios Maquinas Mecánica “Don Bosco”. 175. Tabla 6.3: Costos por Construcción. 176. Tabla 6.4: Costos por Suministros. 178. Tabla 6.5: Costos por Montaje. 178. Tabla 6.6: Costos Indirectos. 179. Tabla 6.7: Costos Total del Proyecto. 179. xvi.

(18) INDICE DE FIGURAS. Fig. 1.1.- Transmisión de la luz solar a través del policarbonato. 11. Fig. 1.2.- Dimensiones del apoyo de la placa. 15. Fig. 1.3.- Aplicaciones del Acrílico. 18. Fig. 1.4.- Esquema producción Vidrio Peldar. 20. Fig. 1.5.- Bóveda de Vidrio. 22. Fig. 1.6.- Utilización de Vidrio como elemento decorativo. 22. Fig. 1.7.- Medidas para la Instalación de un Vidrio. 24. Fig. 2.1.- Ecuador, zonas sísmicas para propósitos de diseño. 36. Fig. 3.1.- Cerramiento Telescópico. 42. Fig. 3.2.- Cerramiento Telescópico Adosado. 43. Fig. 3.3.- Instalación privada en Pontevedra. 43. Fig. 3.4.- Cerramiento Telescópico Sobre pilares. 44. Fig. 3.5.- Cubierta Telescópica en Plano Inclinado. 44. Fig. 3.6.- Cubierta Tipo “Cobertor”. 45. Fig. 3.7.- Medidas de referencia para el Diseño de la Cubierta Telescópica. 48. Fig. 3.8.- Distribución de Cargas en la Cubierta. 49. Fig. 3.9.- Sección Perfiles Aluminio. 50 xvii.

(19) Fig. 3.10.- Separación Mínima y Distancia Mínima al Borde. 58. Fig. 3.10.- Conexión con Perno a Cortante Simple. 60. Fig. 3.12.- Tipos de extremos usados en resortes de extensión. 69. Fig. 3.13.- Extremos para resortes de extensión. 70. Fig. 3.14.- Geometría de la fuerza F y del lugar geométrico de la extensión y de un resorte de extensión. 73. Fig. 3.15.- Ángulos de Soldadura. 76. Fig. 3.16.- Cordones de Soldaduras. 78. Fig. 3.17.- Carga excéntrica en el plano. 79. Fig. 3.18.- Carga excéntrica fuera del plano. 80. Fig. 3.19.- Momento de inercia de segmentos lineales de soldadura. 82. Fig. 3.20.- Bases Empotradas y Articuladas. 86. Fig. 3.21.- Tipos de Base de Columnas. 87. Fig. 3.22.- Tipos de Pernos de Anclaje. 88. Fig. 3.23.- Placas de Base de Columnas. 90. Fig. 3.24.- Dimensiones usadas en el Diseño de Placa de Base. 93. Fig. 3.25.- Distribución de la carga de una columna pequeña al concreto de soporte. 96. Fig. 3.26.- Separación entre Pernos de Anclaje. 97. Fig. 3.27.- Análisis de Cargas para Pernos de Anclaje. 97. Fig. 3.28.- Partes de un Eslabón. 99. Fig. 3.29.- Conexiones Inversión de Giro. 103. Fig. 3.30.- Conexiones Inversión de Giro. 104. Fig. 3.31.- Conexiones Inversión de Giro con temporizador. 105. xviii.

(20) Fig. 4.1.- Selección para realizar un nuevo modelo en SAP2000. 107. Fig. 4.2.- Coordenadas de la Cuadricula (Grid). 109. Fig. 4.3.- Ventana de dialogo para modificar la cuadricula. 109. Fig. 4.4.- Cuadro de coordenadas para en Sap2000. 110. Fig. 4.5.- Cuadricula editada. 110. Fig. 4.6.- Asignación de material. 111. Fig. 4.7.- Asignación de Sección “H”. 113. Fig. 4.8.- Medidas usadas en la sección “H”. 113. Fig. 4.9.- Medidas usadas en el perfil Al 1016. 114. Fig. 4.10.- Modelado de la estructura en SAP2000. 115. Fig. 4.11.- Parámetros para perfiles curvos en SAP2000. 116. Fig. 4.12.- Estructura modelada en SAP2000. 116. Fig. 4.13.- Cuadro de dialogo para Offset en SAP2000. 117. Fig. 4.14.- Dibujo de travesaños de aluminio. 117. Fig. 4.15.- Asignación de apoyos. 118. Fig. 4.16.- Juntas Restringidas. 119. Fig. 4.17.- Opciones de Análisis en SAP2000. 119. Fig. 4.18.- Tipos de Cargas. 121. Fig. 4.19.- Sentido de las cargas en juntas. 121. Fig. 4.20.- Distribución de las cargas en las juntas. 122. Fig. 4.21.- Sentido de las cargas en miembros estructurales. 123. Fig. 4.22.- Ejecución del programa. 124. Fig. 4.23.- Deformación de la cubierta en SAP2000. 124. Fig. 4.24.- Diagrama de esfuerzos. 125 xix.

(21) Fig. 4.25.- Resultados para los apoyos en SAP2000. 126. Fig. 4.26.- Diagrama de Fuerzas Cortantes. 127. Fig. 4.27.- Diagrama de momentos. 128. Fig. 4.28.- Diagramas para miembro estructural especifico. 129. Fig. 5.1.- Suposición de Carga P para cálculo de selección de pernos en uniones. 132. Fig. 5.2.- Junta Rueda Soporte. 133. Fig. 5.3.- Esquema Distribución de Cargas sobre Pernos. 134. Fig. 5.4.- Suposición de Cargas para Rodamientos. 136. Fig. 5.5.- Distribución de Cargas en la Puerta del Cerramiento. 140. Fig. 5.6.- Suposición Distribución de Cargas. 148. Fig. 5.7.- Suma vectorial del esfuerzo torsional en los puntos A y B. 150. Fig. 5.8.- Suma vectorial del esfuerzo cortante directo en los puntos A y B. 151. Fig. 5.9.- Unión de Juntas Viga HBA y Placa de Apoyo. 152. Fig. 5.10.- Detalle Biselado para Soldadura. 153. Fig. 5.11.- Forma Cordón soldaduras. 153. Fig. 5.12.- Medidas de la Placa Base. 157. Fig. 5.13.- Separación entre Pernos de Anclaje. 158. Fig. 5.14.- Análisis de Cargas para Pernos de Anclaje. 158. Fig. 5.15.- Perno de Anclaje. 159. Fig. 5.16.- Fuerzas para vencer el Rozamiento. 161. Fig. 5.17.- Rueda Normalizado. 165. Fig. 5.18.- Suposición de Velocidad de Desplazamiento. 166 xx.

(22) Fig. 5.19.- Potencia Po para cadenas de rodillos sencillas (DIN 8187). 170. xxi.

(23) PLAN DE TESIS APROBADO. TEMA: Diseño de Cubiertas Telescópicas Integrales para Piscinas Particulares. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA El problema que se desea solucionar con la construcción de una cubierta telescópica, es la oscuridad del ambiente interior de una cubierta normal para piscinas. Las estructuras que se han utilizado en nuestro país para cubrir estos espacios, incluyen en su diseño y construcción materiales como: concreto, acero, aglomerado, zinc; los cuales por sus propiedades físicas no permiten el aprovechamiento de energía solar en horas en las que el clima lo permite; haciendo necesario el uso de energía eléctrica para calefacción e iluminación interior. Muchos usuarios de piscinas prefieren un ambiente que permita sentir el aire libre pero en cambio a otros esta idea no les satisface y se sienten más cómodos en un ambiente cerrado que brinde protección. Con la construcción de una cubierta telescópica se logrará tener, de acuerdo a la preferencia los beneficios de cada ambiente por su funcional diseño.. ALCANCE Este estudio tiene como fin, determinar el diseño mediante un análisis técnico y las dimensiones adecuadas de la estructura para una cubierta telescópica integral, así como los materiales que se deben usar para la construcción. Se realizará un estudio básico y breve de la parte eléctrica, de la misma forma que el estudio para la automatización del accionamiento de la cubierta.. xxii.

(24) JUSTIFICACIÓN Se ve necesario el diseño de Cubiertas Telescópicas por ofrecer las siguientes ventajas: 1. No es necesario ningún permiso de obras para este tipo de construcción, lo que le supone un ahorro y evitar papeleos tediosos. 2. Aumenta la temporada de baño de forma excepcional y sin necesidad de climatización. 3. Preserva la limpieza interior tanto del agua de la piscina como del mobiliario, objetos, plantas, evitando así que las hojas de árboles, insectos, etc. ensucien su entorno y consiguiendo un ahorro en productos de limpieza para piscina. 4. Aumenta la seguridad, con la cubierta cerrada puede impedir que niños o mascotas sufran algún accidente involuntario. Los sistemas de cierre en las puertas evita que nadie entre si es cerrado con llave. 5. Permite la entrada de luz solar, permitiendo ahorro de energía eléctrica y con el uso de policarbonato en la cubierta se evita la entrada de rayos UV protegiendo de esta forma el deterioro de la pintura automotriz y enfermedades en la piel humana.. xxiii.

(25) OBJETIVOS: GENERAL •. Diseñar una cubierta telescópica integral para piscinas, automatizada y que su accionamiento sea en función de la temperatura ambiental.. ESPECIFICOS •. Realizar una guía, en la cual se facilite información suficiente respecto a las características, calidades y formatos principales a tener en cuenta a la hora de fabricar una cubierta para un particular.. •. Realizar la selección de los mejores materiales, en consecuencia, se necesitará investigar diferentes características mecánicas de los perfiles y los materiales de cerramiento: vidrios, metacrilato, aluminio y policarbonato.. •. Diseñar según las normas de construcción una Cubierta prefabricada que sirva lo mismo para ubicarla a nivel del mar que para ubicarla en la sierra, puesto que las cargas a soportar por la misma son muy diferentes.. •. Determinar las variables del proceso que permita la apertura y cierre automático de la cubierta telescópica, estas variables podrían ser: temperatura, presión, humedad relativa.. xxiv.

(26) VARIABLES E INDICADORES •. 1.- Costo, existencia en el mercado, propiedades mecánicas y estética de cubiertas para piscinas.. •. 2.- Costo final de la cubierta para ser introducido y comercializado.. •. 3.- Los materiales que se utilicen en la cubierta deben tener resistencia al impacto y alta durabilidad.. HIPOTESIS La Estructura para la Cubierta Telescópica debe ser confiable, segura, funcional, que se pueda desarrollar y comercializar en diferentes formatos, que sea capaz de resistir diferentes tipos de cargas permitiendo un diseño estético y agradable a la vista.. METODOLOGIA Después de analizar los métodos de investigación existentes se ha llegado a la conclusión que el adecuado es el método deductivo; que es un proceso analítico sintético que presenta conceptos, definiciones, leyes o normas generales, de las cuales se extraen conclusiones o se examina casos particulares sobre la base de afirmaciones generales ya presentadas. En otras palabras es aquel que de lo general va a lo particular. En el método deductivo el científico utiliza la lógica y una información general para formular una solución posible a un problema dado. Luego comprueba esa solución en varias situaciones típicas.. xxv.

(27) RESUMEN La presente tesis trata del Diseño de una Cubierta Telescópica para Piscina Particular, cuyo desarrollo se lo realiza en seis capítulos.. El capítulo 1, Estudio de Materiales, involucra un estudio introductorio a los materiales, en este capitulo se realiza un recuento de las propiedades físicas y mecánicas que intervienen en el diseño de la cubierta telescópica.. El capítulo 2, Análisis de Cargas, se estudia en forma breve los distintos tipos de carga que la estructura soportará. Además se aborda conceptos y normas generales para el diseño de cubiertas.. El capítulo 3, Diseño y Análisis Estructural, siendo este el capitulo más extenso donde se realiza un estudio de alternativas que están basados en sistemas novedosos de construcciones de cubiertas, estructuras metálicas, donde se requiere el acero y el aluminio como principal elemento de fabricación, siendo materiales que se adquiere fácilmente en el mercado nacional. Se involucra además un estudio de normas para la construcción de piscinas, y fundamentos teóricos para dimensionamiento de elementos mecánicos como tornillos, rodamientos, resortes, cadenas de transmisión, columnas, etc.. El capítulo 4, Programación en SAP2000, se da una breve introducción a la programación y se redacta una guía con los pasos que se siguieron para elaborar el programa que facilito el análisis estructural de la cubierta.. xxvi.

(28) El capitulo 5, Cálculos, involucran una gran cantidad de datos y operaciones analizando las dimensiones de los elementos para la estructura, los datos iníciales como fuerzas fueron obtenidos de un software de Ingeniería Estructural como es el SAP2000. Para el cálculo realizado se procuró reducir los costos de materiales sin disminuir la resistencia de los mismos, uno de los conceptos que se tuvo presente fue cuidar la estética.. El capítulo 6, Costos del Proyecto, analiza el valor de la cubierta construida en estructura metálica y aluminio, se proporciona valores reales gracias a las proformas proporcionadas por empresas de la ciudad de Quito, proveedoras especializadas de los materiales utilizados en esta tesis.. xxvii.

(29) CAPITULO I.- ESTUDIO DE MATERIALES. 1.1 EL ALUMINIO. 1.1.1 DESCRIPCIÓN El aluminio1 es un metal que reúne una serie de propiedades mecánicas excelentes dentro del grupo de los metales no férreos, de ahí su elevado uso en la industria. Dentro del ciclo vital del aluminio, éste se encuentra actualmente en la etapa de madurez, es decir su producción está estabilizada desde hace un par de décadas, aunque en la industria de la automoción su uso es cada vez mayor. Esta aparente contradicción se debe a que está siendo sustituido por nuevos materiales, como los polímeros o los materiales compuestos, en aplicaciones en las que hasta ahora se había utilizado el aluminio. La ligereza, la densidad del aluminio (2,70 g/cm) es realmente baja comparada con la del hierro (7,90 g/cm). La buena resistencia mecánica de algunas de sus aleaciones, incluso a altas temperaturas, hace que esté llegando a sustituir a aleaciones de titanio en el mundo aeronáutico, donde la ligereza unido a la resistencia mecánica son factores importantísimos. Muy buena resistencia a la corrosión gracias a la película de alúmina, que se forma en su superficie de forma espontánea y lo protege de la corrosión.. 1. www.salonhogar.com/ciencias/fisica/aluminio/intro.htm (Aluminio). 1.

(30) 1.1.2 INFORMACIÓN ADICIONAL Una propiedad cada vez más en alza como es la reciclabilidad donde el aluminio destaca especialmente, ya que si bien el aluminio es el metal más abundante en la corteza terrestre, el proceso de obtención del aluminio requiere una alta cantidad de energía en comparación con otros metales como puede ser el acero, pero esta cantidad de energía se reduce enormemente en el proceso de producción secundaria (reciclaje) para el caso del aluminio, provocando que la industria lo tenga muy en cuenta a la hora de ahorrar dinero en forma de energía. Como propiedades físicas del aluminio caben resaltar, su alta conductividad térmica y eléctrica, esta última le hace adecuado para muchas aplicaciones dentro de la industria eléctrica, su baja temperatura de fusión unido a su elevada temperatura de ebullición hacen al aluminio muy idóneo para la fundición. El aluminio cristaliza en la red FCC (ó CCC) y no sufre cambios alotrópicos, lo que le confiere una alta plasticidad, aunque las propiedades mecánicas varían enormemente según sean los elementos aleantes y los tratamientos termomecánicos a los que se haya sometido el aluminio.. 1.1.3 APLICACIONES GENERALES Su aplicación en la construcción representa el mercado más grande de la industria del aluminio. Millares de casas emplean el aluminio en puertas, cerraduras, ventanas, pantallas, boquillas y canales de desagüe. El aluminio es también uno de los productos más importantes en la construcción industrial. El transporte constituye el segundo gran mercado. Muchos aviones comerciales y militares están hechos casi en su totalidad de aluminio. En los automóviles, el aluminio aparece en interiores y exteriores como molduras, parrillas, llantas (rines), 2.

(31) acondicionadores de aire, transmisiones automáticas y algunos radiadores, bloques de motor y paneles de carrocería. Se encuentra también en carrocerías, transporte rápido sobre rieles, ruedas formadas para camiones, vagones, contenedores de carga y señales de carretera, división de carriles y alumbrado. En la industria aeroespacial, el aluminio también se encuentra en motores de aeroplanos, estructuras, cubiertas y trenes de aterrizaje e interiores; a menudo cerca del 80% del peso del avión es de aluminio. La industria de empaques para alimentos es un mercado en crecimiento rápido. En las aplicaciones eléctricas, los alambres y cables de aluminio son los productos principales. Se encuentra en el hogar en forma de utensilios de cocina, papel de aluminio, herramientas, aparatos portátiles, acondicionadores de aire, congeladores, refrigeradores, y en equipo deportivo como esquíes y raquetas de tenis. El aluminio en polvo se usa en pinturas, combustible para cohetes y explosivos y como reductor químico.. 1.1.4 PROPIEDADES MECÁNICAS Las propiedades mecánicas 2 o propiedades de resistencia mecánica sirven en la mayoría de los casos como base para dictaminar sobre un material metálico, con vistas a un fin de aplicación concreto. A continuación se da un resumen de las propiedades mecánicas más importantes del aluminio no sólo sometido a esfuerzo continuo sino también, oscilante y por golpe.. 2. http://www.salonhogar.com/ciencias/fisica/aluminio/prop_mecanicas.htm (Propiedades Mecánicas). 3.

(32) 1.1.4.1 Dureza La mayoría de las veces se da en los materiales de aluminio la dureza Brinell, a causa de la sencillez de su determinación. Los valores de la dureza Brinell se extienden desde HB=15 para aluminio purísimo blando hasta casi HB=110 para AlZnMgCu 1,5 endurecido térmicamente, es decir, aleación 7075. Los valores de la dureza determinados por otros métodos, como el Vickers o el de Knoop, apenas tienen significado práctico en este metal.. 1.1.4.2 Resistencia a la compresión, a la flexión, al corte y a la torsión En los materiales alumínicos se puede admitir que el valor del límite de aplastamiento 0,2% (parámetro de la resistencia a la compresión) es igual al valor del límite elástico 0,2% de tracción. La resistencia a la compresión o el límite de aplastamiento 0,2% tienen importancia principalmente en las piezas sometidas a compresión tales como cojinetes de fricción. La resistencia a la flexión en las aleaciones de aluminio se tiene en cuenta para las de fundición, en aquellos casos en que, al realizar el ensayo de tracción no es posible determinar el límite elástico con suficiente exactitud a causa de su pequeño valor. La resistencia al cizallamiento es importante para el cálculo de la fuerza necesaria para el corte y para determinadas construcciones. No existen valores normalizados. Generalmente está entre el 55 y 80 % de la resistencia a la tracción. Casi nunca se determina la resistencia a la torsión, si se considera una distribución lineal de tensiones, puede considerársela igual a la resistencia al cizallamiento.. 4.

(33) 1.1.4.3 Resistencia a la fatiga La fatiga depende de una serie de factores. Además de la composición, estado y procedimiento de obtención del material, hay que considerar la clase y frecuencia de las solicitaciones y, especialmente, la configuración de los elementos constructivos (distribución de fuerzas, tensiones máximas, superficie). La denominación "resistencia a la fatiga" se utiliza como concepto genérico para todos los casos de solicitud alternativas. Para el aluminio el límite de ciclos de carga está fijado en 10. Los ensayos se hacen casi siempre con 5 o 10 ciclos. Los resultados de los ensayos de fatiga alternativa presentan siempre una dispersión que no se disminuye aunque se utilicen métodos más precisos de medición. Se deben, principalmente, a contingencias casuales que intervienen al originarse la primera fisura y prosiguen en las fases iníciales de su expansión.. 1.1.4.4 Influencia del material La resistencia a la fatiga se aumenta mediante la formación de soluciones cristalinas, la conformación en frío y el endurecimiento. En las aleaciones de aluminio para laminación y forja existe una clara diferencia entre las no endurecibles y las endurecibles. Al juzgar los valores de la resistencia a la fatiga se ha de tener en cuenta el tipo de solicitación (tracción, compresión, flexión alternativa o rotativa) y, ante todo, la posición de la tensión media o la relación de tensiones respectivamente. Además, se ha de observar atentamente si se da la amplitud de resistencia a la fatiga o a la máxima tensión superior.. 5.

(34) Además de los anteriores factores, también influyen en la resistencia a la fatiga, los máximos de tensión o efectos de entalladura, el estado superficial y del ambiente, la soldadura y la temperatura.. 1.1.4.5 Tenacidad El comportamiento en cuanto a la resistencia a la rotura de un material es importante. En los elementos de construcción se presupone que existen siempre fisuras de un determinado tamaño y que se dimensionan los elementos de tal modo que estas fisuras no sobrepasan una magnitud crítica, dentro de un período de vida previsto y sobre todo, que no aumenten de modo inestable. La carga puede ser monótona estática u oscilante. También se puede tener en cuenta la carga de fluencia (método más apropiado para los materiales de aluminio) o las grietas de corrosión bajo tensión.. 1.1.4.6 Resistencia al desgaste La resistencia a la abrasión o al desgaste de los materiales de aluminio es particularmente baja en el rozamiento en seco. No existe relación entre dureza y resistencia mecánica por un lado y resistencia a la abrasión por el otro. Los materiales de aluminio sometidos a rozamiento, en determinadas circunstancias de funcionamiento, muestran un comportamiento aceptable como prueban las numerosas aplicaciones que tienen en cojinetes de fricción y émbolos. Debe mencionarse también que el desgaste se puede reducir drásticamente por un tratamiento superficial apropiado.. 6.

(35) 1.1.5 VENTAJAS DEL ALUMINIO En el mercado existen multitud de materiales de construcción, de modo que si se va a construir o rehabilitar una estructura se tendrá que elegir entre las distintas posibilidades que se ofrecen. Con el aluminio se sabe exactamente lo que está eligiendo: un material excepcional y de enorme resistencia, perfecto para todo tipo de estructuras. A continuación se presentan las ventajas que el aluminio 3 ofrece: 1. El aluminio posee una vida útil muy larga. Soporta la radiación ultravioleta y la humedad, no se oxida, no se estropea ni se deforma. 2. El aluminio presenta un mantenimiento sencillo. Gracias a su acabado liso y pulido, el aluminio no atrae el polvo ni la suciedad. 3. El aluminio es seguro y no inflamable. Por su solidez, es resistente a la rotura. 4. El aluminio es un material respetuoso con el medio ambiente y ecológico. 5. El aluminio es un material ligero, fácil de incorporar en cualquier construcción. 6. El aluminio posee una excelente relación calidad/precio. 7. El aluminio garantiza una total estanqueidad al aire, al agua y al viento. 8. El aluminio ofrece un factor de aislamiento térmico excepcional. Una ventaja es que el aluminio garantiza un aislamiento óptimo frente al frío y el calor, y cumple todos los requisitos legales sobre eficiencia energética. 9. El aluminio ofrece un aislamiento acústico óptimo.. 3. http://www.merlinsunscreening.co.uk. 7.

(36) Un perfil de aluminio puede incorporar sin dificultad cristales de gran espesor, elemento esencial para lograr una buena protección contra el ruido. 10. El aluminio está disponible en una gran variedad de colores. 11. El aluminio puede adaptarse a una gran variedad de estilos.. 1.2 EL POLICARBONATO. 1.2.1 DESCRIPCIÓN El policarbonato 4 es el material ideal para encristalado y techado termoaislante, recto y arqueado. El policarbonato está dotado de una capa protectora contra los rayos UV la cual procura una larga vida útil y se destaca por una gran resistencia a los golpes. El policarbonato compacto en placas se utiliza en construcciones en los casos en que se desee obtener transparencia de superficies, tanto horizontales como verticales o curvas. Dado que no tiene tanta rigidez como el vidrio, su modo más eficiente de utilización es en superficies curvas, donde la forma es fácilmente obtenible dada su elasticidad. No obstante es también habitual utilizarlo en superficies planas, en cuyo caso debe verificarse la flecha (comba por flexión) como se explica más adelante, por el aspecto estético.. 1.2.2 INFORMACIÓN ADICIONAL El policarbonato se emplea para encristalar y techar objetos industriales, jardines de invierno, piscinas y áreas deportivas. El mismo está amparado por 10 años de. 4. http://zenit.czechtrade.es/policarbonato. 8.

(37) garantía. Sus ventajas consisten en alta resistencia a los golpes, estabilidad con respecto a los rayos UV, flexión en frío, buena transparencia y un campo amplio de temperaturas. Reemplaza al tradicional vidrio o cristal, de acuerdo a cómo se ponderen o adapten sus ventajas y desventajas a los requerimientos de uso. El policarbonato compacto se obtiene en color gris (llamado también nube), en color castaño (llamado oro o bronce) y transparente. Puede adquirirse cortado a medida, pero a los efectos del precio debe considerarse por plancha entera dado que en general los proveedores no aceptan hacerse cargo de los recortes; con excepción del transparente, que en razón de su mayor demanda pueden encontrarse proveedores que presupuesten por unidad de superficie pedida. Por aquella causa es conveniente tener la precaución de considerar en los diseños los tamaños de las placas originales a fin de disminuir los desperdicios y por ende el precio final. Las dimensiones de las placas son generalmente de 2 x 3 metros, aunque existen con menor frecuencia otras dimensiones de placas según cual sea el fabricante o país de origen. Sólo una de las caras es apta para ser expuesta a los rayos ultravioletas del sol. Esta condición debe tenerse en cuenta cuando se efectúe el corte de figuras no regulares (debe aclararse en los croquis de corte si la vista es desde el interior o desde el exterior), y en todos los casos en la colocación. Para su fijación deben tenerse en cuenta los huelgos libres para dilatación establecidos por los fabricantes, como se indica más adelante. La fijación puede efectuarse por medio de burletes encastrados en perfiles especiales (caso del. 9.

(38) aluminio) y/o con selladores aptos. No todos los selladores son adecuados; debe verificarse su aptitud para policarbonato en las instrucciones de uso del sellador.. 1.2.3 VENTAJAS Y DESVENTAJAS RESPECTO AL VIDRIO 1.2.3.1 Ventajas 5: a) Resistencia al impacto (golpes o granizo) 200 veces mayor que el vidrio. b) Menor peso propio para el mismo espesor (menor peso específico). c) Facilidad de curvar en frío (dentro de los límites que se indican más adelante). d) Es más aislante del calor que el vidrio.. 1.2.3.2 Desventajas: a) Más flexible que el vidrio (colocado en forma plana horizontal requiere mayor espesor que el vidrio). b) Se raya con más facilidad que el vidrio. c) Es más costoso que el vidrio.. Observaciones: Las desventajas de su flexibilidad respecto de la mayor rigidez del vidrio, disminuye con la posibilidad de las formas curvas. En cuanto al costo comparativo por unidad de superficie, debe considerarse el mayor espesor requerido en la posición horizontal y las limitaciones de tamaño de la placa.. 5. http://www.plastmavent.com/policarbonato.html. 10.

(39) En las superficies verticales el espesor dependerá de lo que determine el proyectista respecto de la flecha admisible con la acción del viento en los casos en que se deba considerar este factor (uso externo). En las superficies curvas generalmente el espesor será menor que el del vidrio para la misma separación entre apoyos.. 1.2.4 EL POLICARBONATO ANTE LA TRANSMISIÓN DE LUZ. Fig. 1.1.- Transmisión de la luz solar a través del policarbonato.. A pesar de su gran capacidad de transmisión de luz 6, las sobrecubiertas de policarbonato para iluminación, controlan la radiación ultravioleta, e infrarrojos (fig. 1.1), evitando la decoloración de materiales sensibles como tejidos o materiales orgánicos creando un ambiente de iluminación regulada. En la tabla 1.1 se dan valores que indican el comportamiento del policarbonato con respecto a la luz.. 6. http://www.alcristal.com/spanishversion/productos/poli_macrolux.php. 11.

(40) Dentro de sus superiores prestaciones, el Policarbonato posee gran resistencia a los agentes atmosféricos, excelente comportamiento al fuego, gran resistencia a los impactos y un excelente módulo de flexión y resistencia térmica.. POLICARBONATO DE 6 MM. CLARO BRONCE GRIS. % de transmisión de luz. 82. 35. 20. % de transmisión solar. 86. 55. 50. Coeficiente de sombra. 0.99. 0.63. 0.58. Tabla 1.1: Características de Iluminación del Policarbonato Fuente: www.alcristal.com. 1.2.5 PROPIEDADES FÍSICAS •. Densidad de 1.20 g/cm3. •. Rango de uso desde -100 °C a +135 °C. •. Punto de fusión cercano a 250 °C. •. Índice de refracción igual a 1.585 ± 0.001. •. Índice de transmisión lumínica del 90% ± 1%. •. Característica de incombustibilidad. 1.2.6 CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS •. Peso específico: 1,2 daN/dm3. •. Peso propio: 1,2 daN/m2 de 1 mm de espesor. •. Módulo de elasticidad: 23000 daN/cm2. •. Coeficiente de dilatación lineal por temperatura: 65 x 10-6 K-1. •. 1 Kgf = 1 daN (decaNewton). 12.

(41) 1.2.6.1 Resistencia al impacto En las múltiples utilizaciones a las que se destinan, las láminas de policarbonato ofrecen una notable resistencia al impacto. Este tipo de placas tienen la característica de permanecer inalterables en el tiempo. En efecto, la protección UV aplicada preserva el producto del envejecimiento durante el tiempo indicado en la garantía.. 1.2.6.2 Curvatura El policarbonato, ofrece una gran libertad al proyectista para soluciones curvadas 7, ya que tienen la posibilidad de poder ser curvadas en frío, aumentando así los valores de carga estática a los que la lámina puede ser sometida. Para evitar sobre tensiones inducidas por la deformación, se tendrán que adoptar radios mínimos de curvaturas superiores a 150 veces el espesor de la lámina utilizada; la única excepción está representada por la estructura de tres paredes de “cañón” donde la curvatura mínima es de 180 veces el espesor de la lámina. En la tabla 1.2 se indican los radios mínimos admitidos por el policarbonato compacto. Radios menores que los indicados producirán fisuras en la superficie externa. En los casos de estimarse que se produzcan empujes (viento), la deformación consecuente producirá menores radios de curvatura en algunas zonas, por lo que en estos casos se deberá prever mayor espesor de placa en la medida de lo necesario.. 7. http://www.alcristal.com/spanishversion/productos/pdf/macrolux.pdf. 13.

(42) Espesor. Peso Policarbonato 2. Radio. Peso. Mínimo de. Vidrio. mm. daN/m. 2,0. 2,4. 5,00. 400. 3.0. 3.6. 7.5. 600. 4.0. 4.8. 10.00. 800. 5.0. 6.0. 12.50. 1000. 6.0. 7.2. 15.00. 1200. 8.0. 9.6. 20.00. 1600. 9.5. 11.4. 23.80. 1900. 10. 12.0. 25.00. 200. 12. 14.4. 30.00. 2400. Curvatura. Tabla 1.2: Pesos propios por unidad de superficie y radio mínimo de curvatura. Fuente: http://www.construir.com/Econsult/C/Consulta/Renison/document/policomp.htm#*. 1.2.6.3 Coeficiente de Dilatación Térmica El coeficiente de dilatación térmica del policarbonato es de 0.065. 𝑚𝑚. 𝑚º𝐶. , este valor es. más elevado respecto al resto de los materiales y comúnmente utilizados en la construcción para puertas, ventanas y coberturas, (aluminio, acero, etc.) de ahí que sea necesario tenerlo en cuenta en la instalación disponiendo soluciones técnicas que compensen la diferente dilatación térmica de materiales. En la Figura 1.2 se indica la superficie de apoyo requerida y el espacio para dilatación, aconsejados en general por los fabricantes.. 14.

(43) Fig. 1.2.- Dimensiones del apoyo de la placa.. Donde:. G = apoyo de la placa R = profundidad total R-G = espacio para dilatación (idem en todo el contorno de la placa) d = espacio para dilatación. 15.

(44) 1.3 EL ACRÍLICO 1.3.1 DESCRIPCIÓN El Acrílico 8 se obtiene de la polimerización del metacrilato de metilo y la presentación más frecuente que se encuentra en la industria del plástico es en gránulos (“pellets” en inglés) o en láminas. Los gránulos son para el proceso de inyección o extrusión y las láminas para termoformado o para mecanizado. Compite en cuanto a aplicaciones con otros plásticos como el policarbonato (PC) o el Poliestireno (PS), pero indudablemente el Acrílico en cuanto a resistencia a la intemperie, transparencia y resistencia al rayado, es el mejor de los plásticos transparentes.. 1.3.2 INFORMACIÓN ADICIONAL El acrílico 9, es una de las tantas variantes del plástico. La gracia del acrílico, es que puede permanecer largo tiempo, en la intemperie, sin sufrir daño alguno. Por lo mismo, el acrílico es un material, largamente utilizado en las construcciones. Debido principalmente, a lo antes señalado, como al hecho de que es un tipo de plástico, más flexible de lo normal. Lo que lo hace aún más fácil de trabajar. Pero en la construcción, no es el único campo donde se utiliza el acrílico. También es utilizado el acrílico en ciertos medios de transporte, como lo son las motos y las lanchas a motor. Ya que éste material, se utiliza para la fabricación de los parabrisas que utilizan estos medios de transporte. Asimismo, el acrílico es ocupado en la protección de equipos eléctricos, para letreros luminosos, señaléticas, incluso en la fabricación de muchas de las bandejas que hoy en día, se utilizan en las casas.. 8 9. http://es.wikipedia.org/wiki/Polimetilmetacrilato http://www.misrespuestas.com/que-es-el-acrilico.html. 16.

(45) 1.3.3 CARACTERÍSTICAS Dentro de sus características técnicas, podemos señalar, que el acrílico soporta largas horas a la exposición de los rayos ultravioletas, sin dañar su estructura y los colores del mismo. Con lo cual, uno no se tiene que preocupar, en que posición estará el acrílico a utilizar. Por lo mismo, es tan utilizado en las señaléticas. Por otra parte, el acrílico es muchísimo más resistente que el vidrio. Con lo cual, no es fácil que se rompa y, de hacerlo, no se astilla. Con lo cual, no se corre riesgos de lesiones, debido a cortes producidos por su quebradura. Por otra parte, para los más ecologistas, el acrílico es sumamente útil, ya que puede ser reciclado, en un 100%. Con respecto al índice de luz, que permite que lo traspase, el acrílico, es muy superior al vidrio. Asimismo, el peso del acrílico es bastante más reducido que el del vidrio. Este, pesa sólo la mitad del segundo. Otra de las gracias del acrílico, es que en el, se pueden combinar diversos colores. Soporta muy bien la adhesión de colores y como es resistente a los efectos de la intemperie, estos no se borran fácilmente. Por otra parte, el acrílico es bastamente utilizado, en el embazado de alimentos, por su alta capacidad de conservación. Estas cualidades más las mencionadas anteriormente convierten al acrílico en un material bastante popular en el mundo de hoy.. 1.3.4 APLICACIONES Y USOS EN DIVERSOS SECTORES Por las características que presenta el Acrílico es utilizado intensivamente en la industria del automóvil, iluminación, cosméticos, espectáculos, construcción y óptica, entre muchas otras (Fig.1.3).. 17.

(46) Dentro de sus distintas aplicaciones podemos mencionar algunos ejemplos de su uso en los siguientes sectores: Publicitario.- Letreros Luminosos, Exhibidores de Productos, Señaléticas, Cúpulas, Esferas, Bandejas, llaveros, y otros productos. Industrial y Científico.- Protectores de Maquinaria Industrial, Tapas para paneles de control de equipo, Laminas de acrílico para la protección de instalaciones, Acrílicos Termoformados y estriados de formas determinadas. Construcción.- Cúpulas termoformadas, Utilización de Laminas de Acrílico IMPACTA para prisiones de alta seguridad, Estadios, Museos, Exposiciones de Arte, etc. Transporte.- En la fabricación de Parabrisas para Motos y para Lanchas a Motor, Implementación Acrílica para la Aviación Comercial.. Fig. 1.3.- Aplicaciones del Acrílico. 1.3.5. COMPARACIÓN. CARACTERÍSTICAS. ACRÍLICO,. POLICARBONATO Y VIDRIO En la Tabla 1.3 se muestra las características importantes propias de cada uno de los materiales que se utilizan en la construcción de cubiertas estructurales dentro del mercado:. 18.

(47) Tabla Comparativa de Características Acrílico. Policarbonato. Vidrio. Excelente resistencia al Excelente resistencia al Excelente resistencia a la impacto. impacto. intemperie,. Optima transparencia. Fácil de curvar en frío. combustión y al rayado. Excelente resistencia a la Discreta resistencia a la Fácil. a. de. limpiar. intemperie. intemperie. Fácil procesado. Pobre color y brillo de Excelente rigidez. Fácil termoformado. borde. y. mantener. Fácil. Excelente color y brillo de Difícil de termoformar. Rotura. peligrosidad. y por. Se raya fácilmente y no se astillamiento. borde Se. la. pueden. eliminar puede reparar. eventuales rayas. Difícil. Fácil limpieza. mantener. de. Muy difícil y limitado limpiar. y moldeo,. curvado. o. maquinado Muy. pesado. para. manipuleo e instalación Muy difícil reparación de rayaduras Tabla 1.3: Tabla Comparativa de Características Fuente: Los Autores. 19.

(48) 1.4 EL VIDRIO 1.4.1 PROCESO DE PRODUCCIÓN. Fig. 7.- Esquema de la Elaboración del Vidrio. Fig. 1.4.- Esquema producción Vidrio Peldar.. PELDAR inició la producción de vidrio 10 plano estirado en 1961, utilizando el proceso Fourcault (Fig. 1.4). En este proceso el vidrio es estirado verticalmente y en forma continua, desde el Debiteusse (bloque refractario que flota sobre el vidrio fundido), hasta las máquinas donde es cortado en diferentes medidas. La temperatura del vidrio y la velocidad de las máquinas definen el espesor de la lámina. Durante el recorrido del Debiteusse hasta la máquina cortadora, el vidrio es sometido a un proceso de recocido que le permite ser cortado fácilmente en las medidas 10. PELDAR Vidrio Plano para la Construcción y de la Decoración. 20.

(49) deseadas. Aunque los vidrios producidos por este proceso son de gran calidad, existen algunas limitaciones en medidas y espesores y pueden presentar cierto grado de ondulación. El vidrio, en general, tiene una alta resistencia a la acción de los agentes atmosféricos, instalado en las ventanas soporta la acción de la intemperie por muchos años. Sin embargo, el ácido fluorhídrico, algunas soluciones alcalinas, la cal y el cemento, pueden atacarlo fuertemente produciendo manchas capaces de deteriorarlo. La propiedad del ácido fluorhídrico de atacar el vidrio ha sido aprovechada para producir vidrios estampados y grabados, convirtiéndolos en excelente material de decoración.. 1.4.2 PROPIEDADES MECÁNICAS La resistencia mecánica de cualquier producto de vidrio depende en gran parte de las condiciones de su superficie (Fig.1.5). Daños físicos, rayones y ataques químicos reducen considerablemente su resistencia, haciendo muy difícil dar un valor exacto de ella. Teóricamente la resistencia del vidrio plano a la tensión es de 10.000 Lbs./pulg2 (703.08 Kg/cm2), pero para efectos prácticos y debido a las consideraciones anteriores debe tomarse en cuenta sólo como valor teórico. Esta recomendación obedece a las deficiencias que se puedan presentar en el manejo, corte e instalación del vidrio, las cuales pueden en un momento dado producir el debilitamiento de su resistencia. La resistencia a la compresión es aproximadamente igual a 10 veces la resistencia a la tensión, sin embargo y debido a la característica quebradiza del vidrio, la rotura se produce casi siempre por tensión. 21.

(50) Fig. 1.5.- Bóveda de Vidrio. 1.4.3 ESFUERZO DE CARGA ESFUERZO DE CARGA* Clases de vidrio. Carga Permanente. Carga Momentánea. Vidrio plano estirado. 2200 lb/in2. 4500 lb/in2. Vidrio plano flotado. 1500 lb/in2. 3000 lb/in2. Vidrio plano grabado. 1100 lb/in2. 2100 lb/in2. *Máximo esfuerzo a que puede ser sometido cada tipo de vidrio para una rotura no superior a 1% en vidrio de 4mm.. Tabla 1.4: Esfuerzo de Carga. Fig. 1.6.- Utilización de Vidrio como elemento decorativo.. 22.

(51) 1.4.4 DUREZA El vidrio, si se compara con otros materiales transparentes, es muy duro, es más duro que los plásticos y que muchos metales si se les somete a las pruebas de rayado en la escala de Mohs. Algunos valores típicos de esta escala son: Diamante 10, Zafiro 9, Topacio 8, Cuarzo 7 y Vidrio 6.. 1.4.5 PROPIEDADES FÍSICAS Las principales propiedades físicas del vidrio se enumeran en la Tabla 1.5.. PROPIEDADES FISICAS Resistencia (promedio). Tensión. 300 a 700 Kg/cm2. Resistencia (promedio). Compresión. 9.153 Kg/cm2. Módulo de elasticidad. Módulo de Young. 703.08 Kg/cm2. Dureza. Escala de Mohs. 6. Peso específico. A 24 °C. 2.49 g/cc.. Transmisión de luz. Rango visible. Transmitancia térmica. Valor U (A una diferencia de 1°F). 88% en 7mm 91% en 2mm 1.2 BTU/ft2 hr n°F 5Kcal/m2 hr °C 5.5 BTU/ft2 hr °F. Conductividad térmica. Valor K (A una diferencia de 1°F). Indicé de refracción. Aproximadamente. 1.5. Reflectancia. Total energía solar. 8%. Choque térmico. Cambio de temperatura que puede soportar Tabla 1.5: Propiedades Físicas del Vidrio. 23. 5Kcal/m2 hr °C. 60 °C.

(52) 1.4.6 ESPECIFICACIONES Y MEDIDAS NORMALIZADAS En la tabla 1.6 se dan las dimensiones normalizadas para los espesores de vidrio más comunes. ESPECIFICACIONES Y MEDIDAS NORMALIZADAS Espesor. Altura. Ancho. nominal. fija. variable. mm.. cm.. en cm.. 2. 240. 3. Peso. Tolerancia. Aislamiento. espesor en. acústico 100 -. Kg/m.. mm.. 3150 Hz db/A. 120. 5.2. 1.9 a 2.1. 26. 240. 160. 7.21. 2.8 a 3.1. 27. 4. 240. 200. 9.52. 3.8 a 4.0. 28. 5. 240. 200. 12.07. 4.7 a 5.0. 29. 6. 240. 240. 14.6. 5.7 a 6.0. 30. Tabla 1.6: Especificaciones y medidas del Vidrio. 1.4.7 INSTALACIÓN Con el fin de obtener la mejor calidad es necesario que el vidrio se instale correctamente, o sea, con las líneas de ondulación paralelas a la línea de piso (Fig. 1.7). Con esta recomendación no se pretende incrementar áreas de vidrio utilizado, sino obtener el mejor rendimiento y utilización para atender las necesidades de visión e iluminación de cada ambiente. En una palabra, utilizar racionalmente el vidrio.. Fig. 1.7.- Medidas para la Instalación de un Vidrio.. 24.

(53) 1.4.8 CONTROL DE RADIACIÓN SOLAR En la tabla 1.7 se indica el porcentaje de control de radiación solar que tiene el vidrio en tres de sus espesores más utilizados. CONTROL DE RADIACION SOLAR Espesor. Luz solar % Transmitida. Energía Solar %. Reflejada Transmitida Reflejada. Valor U. Coeficiente. (BTU/hr-SQ.ft-F). de sombra. 4. 63. 6. 68. 6. 1.08. 0.8. 5. 58. 6. 64. 6. 1.09. 0.76. 6. 50. 5. 60. 5. 1.09. 0.69. Tabla 1.7: Control de Radiación del Vidrio. 1.4.9 PROCESO PARA DETERMINAR EL ESPESOR DEL VIDRIO El espesor de un vidrio debe determinarse teniendo en cuenta sus dimensiones, el número de lados soportados y las presiones inducidas por el viento u otra causa, que actúan normalmente sobre el mismo. Aunque el procedimiento se aplica a los vidrios comunes, colocados verticalmente y soportados en los cuatro lados, se incluyen en la Tabla 1.8 los factores para definir las áreas máximas para vidrios templados y laminados. Se entiende por vidrios verticales aquellos instalados completamente verticales o con una inclinación máxima de 15° hacia cualquier lado. Valores de q en kN/m2 Altura m. Velocidad (kph) 60. 70. 80. 90. 100. 110. 120. 0 – 10. 0.2. 0.27. 0.35. 0.45. 0.55. 0.67. 0.79. 10 – 20. 0.22. 0.3. 0.4. 0.5. 0.62. 0.75. 0.89. 20 – 40. 0.27. 0.37. 0.48. 0.61. 0.75. 0.91. 1.08. 40 – 80. 0.33. 0.45. 0.59. 0.74. 0.92. 1.11. 1.32. 80 – 150. 0.4. 0.54. 0.71. 0.9. 1.11. 1.34. 1.59. › 150. 0.5. 0.68. 0.88. 1.12. 1.38. 1.67. 1.99. Tabla 1.8: Valores para determinar el Espesor del Vidrio.. 25.

(54) 1.4.9.1 Velocidad del viento básico La velocidad del viento básico V es la velocidad de ráfaga de 3 segundos que se estima será excedida en promedio una vez cada 50 años, medida a 10 m de altura del terreno y en campo abierto. Los valores de esta velocidad deben obtenerse en función de la ubicación de la construcción (Ver Tabla 1.9).. 1.4.9.2 Análisis simple Si al evaluar los efectos producidos por las fuerzas del viento con el análisis simple descrito a continuación, se encuentra que éstos no son fundamentales en el diseño, se puede adoptar el análisis simple como válido, con la presión del viento calculada mediante la ecuación: p = Cp.q.S 4. (Ec. 1.1). y las Tablas 1.9, 1.10 y 1.11.. 1.4.9.3 Presión producida por el viento El viento produce una presión p = Cp.q.S 4 Los valores de q para diferentes intervalos de altura se obtienen de la Tabla 1.9, con base en la velocidad del viento básico para el sitio, definido en el mapa de amenaza eólica. El coeficiente S 4 considera la variación de la densidad del aire con la altura sobre el nivel del mar (m) y debe tomarse de la Tabla 1.10.. 26.

(55) ALTITUD. VALORES Cp. 0. 1. 500. 0.94. 1000. 0.88. 1500. 0.83. 2000. 0.78. 2500. 0.73. 3000. 0.69. Tabla 1.9: Valores de Cp para superficies Verticales. Coeficientes S 4 Estructuras Prismáticas con h<2b. 1.2. Estructuras Prismáticas alargadas. 1.6. Superficies Cilíndricas. 0.7. Superficies Planas (Vallas). 1.4. Tabla 1.10: Coeficiente S 4. 1.4.9.4 Cómo hallar el espesor del vidrio Existen reglas de cálculo sencillas que nos permiten conocer de una manera aproximada el espesor necesario. En la práctica, teniendo en cuenta los coeficientes de seguridad, normalmente admitidos para un vidrio monolítico, recocido y plano, el espesor mínimo teórico es determinado por las fórmulas siguientes:. Donde. Relación entre las dimensiones 𝑎 <3 𝑏 𝑎 ≥3 𝑏 e = espesor. Espesor del vidrio e 𝑒 = 0.12√𝑎𝑏𝑤. 𝑒 = 0.12√𝑎𝑏𝑤. w = Presión del Cálculo del viento en Pa. a = lado mayor del vidrio en mts. b = lado menor del vidrio en mts. 27. (Ec. 1.2).

(56) En la Tabla 1.12 se dan los espesores mínimos recomendables de los vidrios en función de la presión de cálculo de viento w a la que se encuentra sometida la ventanería.. Coeficiente Ce Tipo de Vidrio. Coeficiente C. Templado. 0.8. Armado. 1.2. Laminado Doble. 1.3. Laminado Triple. 1.6. Doble Vidrio con Cámara. 1.5. Tabla 1.11: Coeficiente C e. Notas: 1. Los coeficientes C, de los vidrios laminados y los vidrios dobles con cámara de aire son aplicables, tanto si sus componentes son templados como si no lo son. 2. En el caso de vidrios laminados el espesor que se obtiene es la suma de los espesores de los vidrios que los componen (cuando la diferencia de espesor de sus componentes es el máximo 2 mm).. 28.

(57) Vidrio liso normal monolítico recocido 0.6. 0.7. 0.8. 1. 1.2. 1.4. 1.7. en Pa. 1. 1.5. 2. 3. 4. 6. 9. 500. 4. 4. 4. 5. 6. 8. 8. 760. 4. 4. 5. 6. 8. 8. 10. 1000. 4. 5. 6. 8. 8. 10. 1500. 5. 6. 8. 8. 10. 2000. 6. 8. 8. 10. 10. Presión viento. w. Caso1. Vidrio apoyado en 2 lados. Luz en m. Caso 2. Vidrio enmarcado en 4 lados. Área en m.. Espesor vidrio e en mm. Tabla 1.12: Espesores mínimos en función de la presión de cálculo de viento.. 29.

(58) CAPITULO II.- ANALISIS DE CARGAS 2.1 CARGAS La tarea más importante que debe enfrentar un diseñador de estructuras, es estimar de forma precisa y cercana a la realidad, las cargas 11 que deberá soportar una estructura durante su vida útil. Hay que considerar cualquier carga que se llegue a presentar. Después de estimar las cargas, es necesario investigar las combinaciones más desfavorables que puedan ocurrir en un determinado momento.. 2.2 CARGAS MUERTAS Las cargas muertas son cargas de magnitud constante que permanecen fijas en un mismo lugar. Estas son: •. El peso propio de la estructura.. •. Otras cargas permanentes unidas a la estructura.. Para llevar el diseño de una estructura es necesario estimar los pesos o cargas muertas de sus partes. Los tamaños y pesos exactos de las partes no se conocen, hasta que se hace el análisis estructural y se seleccionan los miembros de la estructura. Los pesos de diseño deben compararse con los pesos estimados. Si existen grandes diferencias, será necesario repetir el análisis y efectuar el diseño con una estimación más precisa de las cargas.. 11. McCORMAC, Jack, Diseño de Estructuras Metálicas, pag. 32. 30.

(59) Una estimación razonable puede hacerse con base en otras similares o en formulas y tablas diversas disponibles. Los pesos de muchos materiales se presentan en el manual de la AISC.. 2.3 CARGAS VIVAS Las cargas vivas son aquellas que pueden cambiar de lugar y magnitud. Las cargas que se mueven bajo su propio impulso como camiones, grúas, gente se denominan cargas móviles y aquellas que pueden ser desplazadas, como muebles, materiales en un almacén, nieve, etc., se denominan cargas movibles. Otras cargas vivas son aquellas causadas al construir, viento, lluvia, sismo y cambios de temperaturas. A continuación se hace un breve examen de estas cargas. (Ver tabla 2.1). 2.3.1 CARGAS DE PISO El peso mínimo de las cargas vivas que debe usarse en el diseño de pisos de edificios se especifica claramente en los códigos de construcción. En la Tabla 2.1 se dan algunos valores comunes para cargas de pisos; estos valores se tomaron del ASCE.. 2.3.2 HIELO Y NIEVE Una pulgada de nieve equivale aproximadamente a 0.5 lb/pie2, pero puede ser mayor en elevaciones menores, donde la nieve es más densa. Para los diseños de techos se usan cargas de nieve de 10 a 40 lb/pie2; la magnitud depende principalmente de la pendiente del techo y en menor grado de la índole de la superficie del techo. Los valores mayores se usan para techos horizontales y los menores para techos inclinados. La nieve tiende a resbalar de los techos con pendiente, sobre todo de 31.

(60) aquellos con superficies de metal. Una carga de aproximadamente 10 lb/pie2 podría usarse para pendientes de 45º y una de 40 lb/pie2 para techos horizontales. La nieve es una carga variable, que puede cubrir todo un techo o sólo partes de él. El viento puede acumularla cerca de los muros, puede deslizarla a otro techo situado mas abajo y también puede barrerla de una parte del techo o solidificarla y dejarla en su posición original aun durante fuertes vendavales.. CARGA VIVA (lb/pie2). TIPO DE EDIFICIOS. Edificios de apartamentos Habitaciones. 40. Salones públicos. 100. Comedores y restaurantes. 100. Garajes (autos únicamente). 50. Gimnasios, pisos principales y balcones. 100. Edificios de Oficina Salas de Recepciones. 100. Oficinas. 50 Escuelas. Salones de Clases. 40. Corredores en Planta Baja. 100. Corredores en pisos arriba de la planta baja. 80. Bodegas De material ligero. 125. De material pesado. 250 Almacenes (menudeo). Planta Baja. 100. Otros Pisos. 75. Tabla 2.1: Cargas Vivas Uniformes Mínimas Comunes Para El Diseño De Edificios. Fuente: McCormac, Diseño de Estructuras Metálicas, 1999. 32.

(61) 2.3.3 LLUVIA Aunque las cargas de nieve son un problema más serio que las cargas de lluvia en los techos comunes, la situación puede invertirse en los techos horizontales, especialmente aquellos localizados en lugares con clima cálido. Si el agua en un techo sin pendiente se acumula rápidamente que lo que tarde en escurrir, el resultado se denomina encharcamiento; la carga aumentada ocasiona que el techo se deflexione en forma de plato, que entonces puede contener más agua, lo que a su vez causa mayores deflexiones, etc. Este proceso continua hasta que se alcanza el equilibrio o el colapso de la estructura. El mejor método para prevenir el encharcamiento, es darle al techo una pendiente adecuada.. 2.3.4 CARGAS DE GRANIZO Las partículas de hielo que no alcanzan a licuarse en su recorrido por efectos de vientos ascendentes y descendentes denominadas granizo, son provenientes del Cumulunimbus, nube que pueden alcanzar hasta los niveles de la Tropopausa (15 a 18 Km.). “Este tipo de precipitaciones sólidas no son muy frecuentes, sin embargo en lo que va del año en el mes de abril ocurrió este evento anómalo en el Sur de la ciudad de Quito, alcanzando una altura de 50 cm.” 12 En referencia a su diámetro se considera granizo a las partículas sólidas que oscilan entre los 5 a 50 mm, en varios casos pueden superar estos diámetros, en la zona de Quito existen evidencias de granizos de 25.4 mm de diámetro, su densidad es muy variable oscila de 0.2 a 0.9 gr/cm 3 que es la densidad del hielo puro, para los casos. 12. INAMHI, Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología, Quito, 2007. 33.

(62) mencionados su densidad posiblemente alcanzara máximo 0.8 gr/cm 3 , el tiempo de duración de la caída de granizo es de 1 a 15 minutos siendo un término medio el de 5 minutos. La ocurrencia de estos eventos se producen generalmente en los meses de marzo y abril, consecuentemente es cuando existe la mayor actividad atmosférica.. 2.3.5 CARGAS LATERALES Las cargas laterales son de dos tipos principales: de viento y de sismo. En la bibliografía de la ingeniería estructural de los últimos 150 años se reportan muchas fallas causadas por el viento. Es importante observar que un gran porcentaje de fallas por viento en edificios, han ocurrido durante el montaje.. 2.3.6 CARGAS DE VIENTO Las magnitudes de las cargas de viento varían con la localidad geográfica, las alturas sobre el nivel del terreno, los tipos de terreno que rodean a los edificios, incluyendo otras estructuras y algunos otros factores. Se supone que las presiones del viento se aplican uniformemente a las superficies en Barlovento de los edificios, y se supone que pueden proceder de cualquier dirección. Estas hipótesis no son muy precisas ya que las presiones no son uniformes sobre grandes áreas, por ejemplo, cerca de las esquinas de los edificios probablemente son mayores que en cualquier otra zona. Las fuerzas de viento representadas en la Tabla 2.2, actúan como presiones sobre las superficies verticales a Barlovento, como presiones o succiones sobre superficies inclinadas a Barlovento y como succiones sobre superficies planas y superficies verticales o inclinadas a Sotavento.. 34.

(63) Se admite que el viento actúa según la dirección horizontal y en cualquier sentido, tomándose para este, en cada caso, el más desfavorable, el viento de velocidad (v) en los puntos en que se anula produce una presión dinámica (w) de valor:. w= Donde:. v2 [kg/m2] 16. (Ec. 2.1) 2. w = Presión dinámica del viento. [kg/m ]. v = Velocidad del viento. [m/s]. La presión dinámica en el cálculo de un edificio se considera en función de la altura de su coronación y de su situación topográfica, según se expone en la Tabla 2.2.. Altura de coronación del edificio sobre el terreno en m, cuando la. Presión Velocidad del viento v. dinámica w. situación topográfica es Normal. Expuesta. m/s. km/h. kg/m2. De 0 a 10. ---. 28. 102. 50. De 11 a 30. ---. 34. 125. 75. De 31 a 100. De 0 a 30. 40. 144. 100. Mayor de 100. De 31 a 100. 45. 161. 125. ---. Mayor de 100. 49. 176. 150. Tabla 2.2: Presión dinámica del viento Fuente: LARBURU, Acero Laminado Prontuario, 1992. 35.

(64) 2.3.7 CARGAS SÍSMICAS Muchas áreas del mundo son sísmicas, en nuestro país se han identificado las zonas de mayor riesgo de sismo, están se visualizan en la figura 2.1 y es necesario considerar en ellas las fuerzas sísmicas en el diseño de estructuras de todo tipo (Tabla 2.3). Durante un sismo se presenta una aceleración en el terreno, la cual puede expresarse en sus componentes horizontal y vertical. Generalmente, la componente vertical de la aceleración es insignificante, pero no así la horizontal que puede ser muy intensa. Se usan varias fórmulas para transformar las aceleraciones sísmicas en fuerzas estáticas horizontales que dependen de la masa de la estructura. Estas fuerzas se expresan como un porcentaje de la carga de gravedad de la estructura y de su contenido y depende de la ubicación de la estructura, del tipo de estructuración y de otros factores. Zona sísmica. I. II. III. IV. Valor factor Z. 0.15. 0,25. 0,30. 0,40. Tabla 2.3: Valores del factor Z en función de la zona sísmica adoptada Fuente: INEN, Código Ecuatoriano de la Construcción, 2001. Fig. 2.1.- Ecuador, zonas sísmicas para propósitos de diseño.. 36.

(65) Algunas personas consideran las fuerzas sísmicas usadas en el diseño como meros incrementos porcentuales de las cargas de viento; esto es incorrecto, ya que las cargas sísmicas son diferentes en su acción y no son proporcionales al área expuesta, sino al paso del edificio arriba del nivel en consideración. El efecto de la aceleración horizontal crece con la altura respecto al suelo debido al “efecto de chicoteo” del sismo, y las cargas de diseño deben incrementarse correspondientemente. Las torres, los tanques de agua y pent-houses mantienen posiciones precarias durante un sismo. En la Tabla 2.4 se dan los Coeficientes de Ponderación utilizados según el tipo de combinación de carga.. Tabla 2.4: Coeficientes de Ponderación Fuente: Larburu, Nicolás, Máquinas Prontuario, pág. 189. r es el coeficiente reductor para las cargas de la Norma Sismorresistente, que indica: Caso 1. Azoteas, viviendas y hoteles (salvo locales de reunión): r = 0.50 37.