Cargas sobre las estructuras

El factor de resistencia

0

para cada tipo de resistencia está dado por el "AISC" en el capítulo de las especificaciones que trata con esa resistencia, esos factores varían en el valor de 0,75 a 1,0.

pueden requerir análisis dinámicos y/o pruebas dinámicas de modelos en el caso de estructuras poco comunes.

Con respecto al diseño de estructuras para edificios, las cargas se obtienen de los códigos locales de construcción. Esos códigos locales se derivan de códigos modelo regionales como el UniformBuildingCode o el SouthernBuildingCode o el código nacional de cargas conservado por la American Society of Civil Engineers.

2.2.5.1 Diseño de cargas por viento

La ocurrencia de presiones o succiones "p" debidas al viento en superficies verticales y horizontales o inclinadas de una edificación serán consideradas simultáneamente y se supondrán perpendiculares a la superficie sobre la cual actúan. La carga de viento depende de la forma. Dicha sobrecarga "p" sobre la unidad de superficie es un múltiplo de la presión dinámica y se expresa de la siguiente manera:

(2.2)

Dónde:

Cp

=

Coeficiente de Presión Cr = Coeficiente de Ráfaga

q

=

Intensidad de la acción dinámica del Viento.

Donde tenemos que la fórmula de la Intensidad Dinámica del viento es:

q = 0.005v² (kg 1 m2) _(2.3)

Dónde:

v

=

Velocidad del Viento.

Esta velocidad del viento se basa en las cargas de diseño para edificios y otras estructuras, la climatología del área geográfica, rugosidad del terreno, aspectos de la topografía local, altura del edificio a diseñarse y el nivel aceptable del riesgo a exceder la carga de diseño. Para referencia del valor de la velocidad del viento tomamos el dato del mapa Eolico, de acuerdo a la siguiente figura, son velocidades extremas de viento en KPH a 1 O m del suelo. En ningún caso se tomarán presiones dinámicas menores de

q =15kg/m^{2 .}

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Fig. 2. 7: Mapa Eólico del Perú

2.2.5.1.1 Presiones interiores

Cuando el porcentaje de abertura "n" de alguna de las paredes de la construcción sea mayor de 30% de la parte de área expuesta que corresponde a dicha planta, en adición a las presiones o succiones exteriores se deberán considerar presiones o succiones calculadas según la ecuación de "p" con valores Cpi siguientes:

Si la abertura se encuentra del lado del barlovento: Cpi

=

^0,8

Si la abertura se encuentra del lado del sotavento: Cpi

=

^-0,5

Para valores de "n" menores de 30%, se considerarán para el cálculo de las presiones internas los valores de Cpi más desfavorables entre los especificados a continuación:

Si la abertura está aliado de barlovento: Cpi = O,Sn/30 ± (1-n/30) Si la abertura se encuentra al lado de sotavento: Cpi = -0,5n/30 ± (1-n/30)

Si la construcción no tiene aberturas, se tomará: Cpi

=

^{± 0,3}

2.2.5.1.2 Coeficientes de ráfaga

Es recomendable usar un coeficiente de ráfaga: Cr

=

1, 7 Para estructuras cuya esbeltez o dimensiones horizontales reducidas las hacen sensibles a las ráfagas de corta duración y cuyos períodos largos favorecen a la ocurrencia de oscilaciones importantes (Fig.1.8)

El

Altura

Base

q

Dirección del

2':~'

Viento

E

D

Fig. 2. 8: Designación de lados para análisis de cargas viento

Fig. 2. 9: Coeficientes de ráfaga

2.2.5.2 Cobertura metálica

F

B Longitud

La cubierta es la parte de la nave, que constituye el cierre superior o tejado de la misma. Dentro de las diferentes marcas y clases de coberturas consideramos las que fabrica la Empresa Ondulit Italiana, a continuación presentamos algunos de los detalles de fabricación así como de los materiales, propiedades y diferentes usos que tienen este tipo de cobertura.

2.2.5.2.1 Propiedades y especificaciones físicas de cobertura

Nombre de Producto: Cubierta aislante en acero con protección multiestrato TR-40 Curvo de acero zincadalum ASTMA792. AZ 150

Espesor de lámina: 0.60mm. (especificaciones técnicas).

Ancho útil: O. 95 m.

Ancho total: 1.00 m.

Largo de lámina: 5.45 m.

Longitud de traslape: 0.1 O m.

Peso por metro cuadrado: 5.26 kg/m2

Colores: Rojo, marfil, verde y otros. (Fig.2.1 O)

Ondulit

Mlllti;ayer protected stee! sheets with sinusoidal p~ofi!e

Fig. 2. 10: Plancha TR-40 Curvo

A continuación se hace una breve descripción de las diferentes aplicaciones que tiene la cobertura designada.

a) Cocheras :

El uso de translúcidas en cocheras crea un ambiente iluminado y acogedor.

b) Invernaderos

El uso de las planchas translúcidas se aplica en proyectos especiales de investigación como son los invernaderos, viveros, etc., utilizados para crear un microclima favorable para el cultivo de las diferentes especies de flores, hortalizas, etc., como es el caso del proyecto de invernaderos ejecutados en distintas ciudades.

e) Playas de estacionamiento

El uso de la amplia gama de colores en las que se comercializa las coberturas posibilita al proyectista diversas combinaciones en la arquitectura que se complementa con los colores de agrado del cliente.

d) Coliseo

La combinación entre coberturas opacas y translúcidas de variados colores posibilita proyectos de coliseos, estadios, centros deportivos y recreativos, etc.

e) Depósitos en general

La combinación entre cobertura opaca y traslúcida nos permite el uso de la luz natural para la iluminación en horario diurno, brindando ahorro en el consumo de energía eléctrica.

f) Pesqueras

Las planchas no son corrosivas ni tienen insumas contaminantes que pueden afectar a la Industria Alimentaria en sus procesos de fabricación, ideal para empresas pesqueras, industrias alimenticias, etc.

g) Naves industriales

Este tipo de cobertura es óptima para su uso en zonas de alta polución industrial por su alta resistencia a la concentración de ácido sulfúrico (90% en volumen).

2.2.5.3 Viguetas de acero de alma abierta

Las viguetas de acero de alma abierta son armaduras prefabricadas del tipo mostrado en la figura: (Fig.11)

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Fig. 2. 11: Viguetas de acero de alma abierta

Muchas de las viguetas menores usan una barra circular continua para formar los miembros del alma y son llamadas comúnmente viguetas de barras. Ellas son usadas en sistemas de piso y techo en una amplia variedad de estructuras. Para un claro dado, una vigueta de alma abierta será más ligera en peso que un perfil laminado y la ausencia de un alma maciza permite el paso de duetos y conductos eléctricos.

Dependiendo de la longitud del claro, las viguetas de alma abierta pueden ser más económicas. que los perfiles laminados, aunque no hay directrices generales para hacer esta determinación.

Las viguetas de alma abierta son hechas por varios fabricantes en peraltes y capacidades de carga estándar. Algunas viguetas de alma

abi~rta son diseñadas para funcionar como viguetas de piso o techo y otras son diseñados para funcionar como trabes que soporten las reacciones concentradas de largueros. Las especificaciones de la American lnstitute of Steel lnstitute (AISC), no tratan las viguetas de acero de alma abierta, una organización aparte, el Steel Joistlnstitute (SJI), existe para este propósito. Todos los aspectos del uso de viguetas de acero, incluido su diseño y fabricación, son tratados en la publicación Estándar Specifications, Load Tables, and Weightablesfor Steel JoistGirders (SJI, 1994).

Para cada combinación de claro y vigueta, se da un par de valores de carga. El número superior es la capacidad de carga total de servicio en lbf/ft y el número inferior es la carga viva de servicio por pie que produce una deflexión de 1/360 del claro.

Aunque las cargas en las tablas son capacidades por carga de servicio, las tablas pueden adaptarse fácilmente para usarse con el enfoque LRFD. Las viguetas de acero de alma abierta que se diseñan para funcionar como viguetas de piso o techo (en contraste con las trabes) se tienen disponibles como viguetas de acero de alma abierta (Serie K, tanto estándar como KCS), viguetas de acero de gran claro

(Serie LH) y viguetas de acero de gran peralte y claro (Serie DLH).

Las tablas estándar de carga están dadas para cada una de éstas categorías (SJI, 1994).

Entre más arriba lee uno en una serie, más grande son las longitudes de los claros disponibles y las capacidades de carga. Con excepción de las viguetas KCS, todas las viguetas de acero de alma abierta están diseñadas como armaduras simplemente apoyadas con cargas uniformemente distribuidas sobre la cuerda superior. Esta carga somete a la cuerda superior a flexión así como a compresión axial, por lo que la cuerda superior se diseña como viga-columna. Las viguetas KCS están diseñadas para soportar cargas concentradas y cargas distribuidas (incluidas distribuciones no uniformes). Para . seleccionarse una vigueta KCS, el ingeniero debe calcular un momento máximo y una fuerza cortante máxima en la vigueta) y entrar a las tablas KCS con esos valores. Las viguetas KCS están diseñadas para resistir un momento uniforme y una fuerza cortante. Si las cargas concentradas deben ser soportadas por una vigueta LH o una DLH, deberá requerirse un análisis especial del fabricante.

Ambas cuerdas de las viguetas de la Serie K deben estar hechas de acero con un esfuerzo de fluencia de 50 ksi y los miembros del alma pueden tener un esfuerzo de fluencia de 36 o de 50 ksi.

Todos los miembros de las viguetas de las Series LH y DLH pueden hacerse con aceros de cualquier esfuerzo de fluencia entre 36 ksi y 50 ksi inclusive.

La capacidad de carga de las viguetas de la Serie K debe verificarse por el fabricante por medio de pruebas y deberá evidenciarse un factor mínimo se seguridad de 1,65; tal programa de pruebas no se requiere para las viguetas de las series LH o DLH.

Las trabes viguetas están diseñadas para soportar viguetas de acero de alma abierta (Series K, LH, y DLH). El ingeniero designa una trabe vigueta especificando su peralte, el número de espacios entre viguetas y la carga es kips en cada punto cargado de la cuerda superior de la trabe - vigueta.

Un procedimiento simple para usar las tablas estándar de carga en el contexto del LRFD se da por el SJI (1994) y se muestra aquí en forma ligeramente modificada, considerando primero la relación básica del AISC.

(2.4)

Escribiendo la última ecuación para una carga uniformemente distribuida como.

(2.5) Donde:

w.<Ji = carga uniformemente factorizada.

wl'!

=

resistencia nominal por carga uniforme de la vigueta.

Usando la razón promedio de la resistencia nominal a la resistencia permisible de 1 ,65; podemos expresar la resistencia nominal como:

(2.6)

Luego sustituyendo el valor:

Pudiendo escribir la ecuación anterior de la siguiente manera:

(2.8)

Para fines de diseño, se puede expresa la relación anterior como:

(2.9)

2.2.5.4 Vigas y trabes armadas

Las vigas son miembros estructurales que soportan cargas transversales y quedan por lo tanto sometidas principalmente a flexión. Si está presente también una cantidad considerable de carga axial, al miembro se le llama viga columna. Las vigas están usualmente orientadas horizontalmente y sometidas a cargas verticales, pero esto no es necesariamente siempre el caso. Se consideran que un miembro estructural es una viga si está cargado de manera que se genere flexión en él.

Los perfiles compuestos por placas son considerados como trabes armadas, pero las especificaciones de la AISC distinguen las vigas de

las trabes armadas con base en la razón de ancho a espesor del alma.

Si la razón ancho - espesor es:

h 970

- < - -

tw-

.jF;

^{(2.1 O)}

El miembro debe tratarse como una viga, independientemente de que sea un perfil rolado o compuesto.

Si la razón ancho espesor es:

h 970 - > - -

tw-

.[F;

^(2.11)

El miembro debe tratarse como trabe armada. La mayoría de los perfiles compuestos se clasifican como trabes armadas, pero algunos son vigas de acuerdo con la definición del AISC.

Para vigas, la relación básica entre los efectos de las cargas y de resistencia es:

(2.12)

Donde:

Mu = combinación gobernante de momentos por cargas factorizadas.

<l>b =factor de resistencia para vigas= 0,90

Mn

=

resistencia nominal por momento

In document PDF Universidad Nacional Del Centro Del Peru Facultad De Ingeniería ... - Uncp (página 36-49)