Acero - Ing Zapata Baglietto

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ESTRUCTURAS DE ACEROESTRUCTURAS DE ACEROESTRUCTURAS DE ACERO

Luis F. Zapata Baglietto

1999

CONTENIDO

ü INTRODUCCIÓN

üMATERIAL ACERO

ü TIPOS DE PERFILES DE ACERO

ü ESTRUCTURAS DE ACERO TÍPICAS

ü ESPECIFICACIONES AISC COMOREGLAMENTO DE DISEÑO

ü EJEMPLOS DE ANALISIS Y DISEÑOESTRUCTURAL

ü ACCION DEL VIENTO Y SISMOSSOBRE LAS ESTRUCTURAS DE ACERO

ESTRUCTURAS DE ACERO

2

INTRODUCCIÓN

l La industria de la construcción es vital para eldesarrollo de nuestro país, se dice que cuando laconstrucción camina el país camina. La aplicacióndel acero en la construcción es enorme.l La Ingeniería Estructural es una ciencia y un arte

para diseñar y realizar, con economía y elegancia,edificaciones, puentes, armazones y otrasestructuras similares de tal modo que ellas resistanlas fuerzas a las cuales pueden estar sujetas.


INTRODUCCIÓN

l El acero es la base de construcciones livianas,grandes o pequeñas, bellas y esculturales, quepermite un trabajo limpio, planificado y de unarapidez sorprendente.l El acero mejora la destreza del operario y ayuda a

la imaginación de los promotores de lasconstrucciones a presentar interesantes propuestas.l Es el único material que disminuye su precio con

los años y que mejora en su resistencia y formas.


3

INTRODUCCIÓN

l Los puentes vehiculares y peatonales puedenedificarse con acero, las construcciones deestablecimientos de industrias, las de minas, lasde petróleo, las torres de electricidad, decomunicaciones, hangares, coliseos, etc.


A continuación algunos ejemplos de estructurasde acero

10

Alicorp, Lima10000 m2

Alicorp, Limaen construcción

11

Alicorp, Limaen construcción

Sandoval, Lima14000 m2

12

Tele2000, Limatorre de antena

Puente peatonal, Piura109 m, tendido de cables

13

Puente peatonal, Piuracolocación de plataforma

Puente peatonal, Piuradetalles de los cables

14

Puente peatonal, Piura109 m de luz

Puente peatonal, Piuradetalle de anclaje

15

Puente peatonal, Piurapiezas de conexión de cables

Puente peatonal, Piuramás detalles

16

Puente peatonal, Piuraplataforma, detalles

MATERIAL ACERO

l El material acero es de relativa reciente invención,tal como se conoce ahora es de fines del siglo XIX.Es la fusión del mineral de hierro, carbono y otrasaleaciones y que ahora se trabaja en lassiderúrgicas con un proceso industrial cada vezmás exacto.l La industria del acero es muy grande.


17

MATERIAL ACERO

l El acero se puede obtener de la materias primaspor desoxidación del hierro y la mezcla con otrosminerales, o por tratamiento del acero de reciclaje.El material puede tener muchas variedades yformas al finalizar su manufactura.l Los ingenieros y arquitectos apreciamos su

resistencia y su facilidad de trabajo para laconstrucción de nuestras obras.


MATERIAL ACERO

Hay una frase que define muy bien la importanciadel acero en nuestras vidas:


"Para su bien o para su mal, el materialacero es uno de los materiales que mas hainfluido en la historia de la humanidad;es agente de adelanto y civilización, dedestrucción y miseria, de bienestar y

libertad, de poder y opresión. El arado y laespada que caracterizan a la humanidad,

son de acero"

18

F

Fy

Fp

0.05 0.20 0.25 0.30 0.350.150.10

dFdε = E

Es Fu

ε

P

PPROPIEDADES FÍSICOMECÁNICAS DEL ACERO

1. Fy : Punto de Fluencia2. Fp : Límite de Proporcionalidad

Fp = Fy - 705 kg/cm2 perfiles laminados en caliente,Fp = Fy - 1130 kg/cm2 perfiles soldados

3. Fu : Resistencia a la Fractura

MATERIAL ACEROESTRUCTURAS DE ACERO

F

Fy

Fp

0.05 0.20 0.25 0.30 0.350.150.10

dFdε = E

Es Fu

ε

P

PPROPIEDADES FÍSICOMECÁNICAS DEL ACERO

4. Ductilidad5. Módulo de Elasticidad: E6. Tenacidad del acero7. Densidad específica del acero: 7.858. Soldabilidad

MATERIAL ACEROESTRUCTURAS DE ACERO

19

F (kg/cm2)

7000

2500

3500

0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35

A572

A242

A36

ε

A36 Para propósitos generales en estructuras: edificacionessoldadas o empernadas.

A242 Para puentes empernados o soldados, resistente a laoxidación.

A572 Para perfiles estructurales, planchas, y barras paraedificaciones empernadas o soldadas; puentes soldadossólo en los Grados 42 y 50.

ACEROSESTRUCTURALES

ASTM


RESISTENCIA ALA CORROSIÓN

DEL ACERO

A

B

C

t (años)

Porcentajede Pérdidade Espesor

10

8

6

4

2

2 106 84

A: Acero estructural al CarbonoB: Acero estructural al Carbono mas cobreC: Acero Aleado ( Cr-Si-Cu-P )


20

TIPOS DE PERFILES DE ACERO

• PERFILES LAMINADOS EN CALIENTE

• PERFILES PLEGADOS

• PERFILES SOLDADOS


PERFILES LAMINADOS EN CALIENTE

ÁNGULOCANAL

SECCIÓN W

SECCIÓN T

SECCIÓN S

TUBULAR

Nomenclatura y tipos definidos por el AISC


21

PERFILES PLEGADOS

CANALES ZETAS

SECCIÓN I

ÁNGULO SOMBRERO

Comportamiento normado por el AISI


PERFILES SOLDADOS

CS CVS VS

Nomenclatura por ITINTEC -UNI


22

ESTRUCTURAS DE ACERO TÍPICAS

• ESTRUCTURAS PARA PROCESOSINDUSTRIALES

• ESTRUCTURAS PARA TELE-COMUNICACIONES

• ESTRUCTURAS PARA LÍNEAS DETRASMISIÓN

• CUBIERTAS

• EDIFICIOS

• PUENTES PEATONALES Y VEHICULARES


ESTRUCTURASPARA

PROCESOSINDUSTRIALES

SILO

SILO

COLUMNA

ARRIOSTRE

VIGAS


23

ESTRUCTURASPARA TELE-

COMUNICACIONESTORRESPARAANTENAS

CUADRADA 100m CUADRADA 60m TRIANGULAR 15m


ESTRUCTURASPARA LÍNEAS

DE TRASMISIÓN


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ESTRUCTURAESPACIAL

CUBIERTASANILLOCENTRAL

ARCOS450

150

PLs

DIÁMETRO 105mPESO EST. METÁLICA = 13 Kg/m2

450

150

2Ls

2Ls


CUBIERTAS

PÓRTICOS DEALMA LLENA

SISTEMA DEARRIOSTRAMIENTO


25

CUBIERTASPÓRTICOS DEALMA LLENA

PÓRTICOSDE CELOSÍA

USA PERÚ

yy


CUBIERTAS

ARMADURAS DEGRAN LUZ

L=60m h=6m

SECCIÓN:BRIDASUPERIOR

SECCIÓN:BRIDAINFERIOR


26

EDIFICIOS

PÓRTICOSARRIOSTRADOS

PÓRTICOSTUBULARES


PUENTES PEATONALES

PUENTEPEATONAL

L=36m


27

LAS ESPECIFICACIONES A I S CCOMO REGLAMENTO DE DISEÑO

INSTITUTO AMERICANO DE LA CONSTRUCCION ENACERO (AISC). FUNDADO EN 1912.

AISC ESTÁ INTEGRADO POR LOS PRODUCTORES DEPERFILES, POR LOS USUARIOS Y POR INDIVIDUOSINTERESADOS EN EL DESARROLLO DEL ACEROCOMO MATERIAL PARA LA CONSTRUCCIÓN.

DESDE 1921 HA PRESENTADO 11 EDICIONES DELAS "ESPECIFICACIONES PARA EL DISEÑO,CONSTRUCCION Y MONTAJE DE ESTRUCTURAS DEACERO PARA EDIFICACIONES".


• "DISEÑO POR ESFUERZOS PERMISIBLES",conocido por sus siglas ASD (ALLOWABLESTRESS DESIGN) 1989 - Novena Edición.

• "DISEÑO POR ESTADOS LÍMITES", conocidopor sus siglas LRFD (LOAD AND RESISTANCEFACTOR DESIGN) 1993 - Segunda Edición.

LAS ESPECIFICACIONES A I S CCOMO REGLAMENTO DE DISEÑO

DOS SON LOS ENFOQUES DEL DISEÑOESTRUCTURAL EN ACERO:


28

LA FILOSOFÍA DEL DISEÑO POREL MÉTODO ASD SE BASA:

Fa ≥ fa

Fa : ESFUERZO ADMISIBLEfa : ESFUERZO APLICADO

SE APLICAN

COMBINACIÓN DE CARGAS:• CARGAS DE GRAVEDAD = D + L• CARGAS DE GRAVEDAD CON VIENTO O SISMO =

0.75 (D + L + W o E)

AISC 89

CARGAS DE SERVICIOCARGAS DE SERVICIO


LA FILOSOFÍA DEL DISEÑO POR ELMÉTODO LRFD SE BASA:

φ Rn ≥ Σ γ . Qi

φ Rn : RESISTENCIA DE DISEÑORn : RESISTENCIA NOMINALφ : FACTOR DE RESISTENCIA

γ . Qi : CARGAS FACTORIZADASQi : CARGAS APLICADASγ : FACTOR DE MAYORACIÓN

DE CARGAS

AISC 93


29

Valor de φ Elemento0.90 Sección total en tracción0.90 Sección en flexión0.85 Sección en compresión axial0.75 Sección neta de conexión en tracción

FACTORES DE RESISTENCIA φ

MENOR QUE LA UNIDAD, DEPENDEN DELCONOCIMIENTO QUE SE TENGA DELCOMPORTAMIENTO DEL ELEMENTOESTRUCTURAL


FórmulaAISC-LRFD

Combinación de Carga Máxima posibilidad de cargaen la vida útil de 50 años

(A4.1)

(A4.2)(A4.3)(A4.4)

(A4.5)(A4.6)

1.4 D

1.2 D + 1.6 L + 0.5 ( S ó Lr ó R )1.2 D + 1.6 ( Lr ó S ó R ) + ( 0.8 W ó 0.5 L )1.2 D + 1.3 W + 0.5 L + 0.5 ( Lr ó S ó R )

1.2 D + 1.5 E + ( 0.5 L ó 0.2 S )0.9 D - ( 1.3 W ó 1.5 E )

Carga muerta D durante la construcción

Carga viva LCarga en el techoCarga de viento W más carga muerta

Carga de sismo más carga muertaW ó E opuesta a la carga muerta

FACTORES DE CARGA

D : Carga muertaL : Carga viva interiorLr : Carga viva sobre el techo

S : Carga de nieveE : Carga debida a sismoW : Carga debida al vientoR : Lluvia retenida

Σ γ . Qi


30

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

50

100

150

200

250

300

350

400

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

EJEMPLO:Carga Factorizadaaxial en la columna de unedificio sobre la que actúan lassiguientes cargas de servicio:D = 100 t, L = 150 t, Lr =30 t,W = 60 t, E = 50 t

P

P

375 t


EJEMPLOS DE ANALISIS YDISEÑO ESTRUCTURAL

PUENTE PEATONAL METÁLICOEN ARCO DE 36 m DE LUZ

EJEMPLOS DE ANALISIS YEJEMPLOS DE ANALISIS YDISEÑO ESTRUCTURALDISEÑO ESTRUCTURAL

PUENTE PEATONAL METÁLICOPUENTE PEATONAL METÁLICOEN ARCO DE 36 m DE LUZEN ARCO DE 36 m DE LUZ

31

CONTENIDO

üCONCEPTO ESTRUCTURALüMATERIALESüCARGAS Y ANÁLISISüDISEÑO ESTRUCTURALüPRESENTACIÓN DE PLANOSüMETRADOSüPRESUPUESTOüCONCLUSIONES

D

PUENTEPEATONALMETÁLICOE

FG

H

21

34

AB

CESCALERA

SUPERESTRUCTURA:ARCO

TORRE DEAPOYO

32

CONCEPTO ESTRUCTURAL

Las estructuras metálicas está conformada por trescomponentes:

•La superestructura con dos arcos de circunferencia,tubulares, de sección cuadrada, con una luz de 36 m y unaflecha de 4.5 m. El tablero del puente peatonal estarácolgado del arco mediante tirantes y estará conformado portravesaños sobre los que descansará la superficie deltablero con tablas de madera empernadas a dichostravesaños. El ancho del tablero será de 2.1 m para tenerun ancho libre de 1.9 m aproximadamente. El tableroestará conformado por largueros sobre los que se apoyanlos travesaños cada 1.5 m. Los travesaños soportarán elentablado. Las barandas tendrán una altura de 0.9 m yserán metálicas.

CONCEPTO ESTRUCTURAL

•Dos torres de estructura de acero que servirán deapoyo a la superestructura, y asimismo, de apoyo a lasescaleras metálicas.

•Dos escaleras que tendrán el mismo ancho del tablerode la superestructura. Las dimensiones de los pasos ydescansos de las escaleras son idénticas a las de otrospuentes peatonales y estarán constituidos por marcosmetálicos de perfiles angulares y con superficies detablas de madera.

33

• Estructura metálicaPerfiles laminados en caliente fabricadosde acero A36 o similar.Soldaduras con electrodos E70XX.Pernos A325-X.

• Entablado de maderaMadera Grupo A: Estoraque o Pumaquiro

MATERIALES

cm : Carga muertacv : Carga viva plena (375 kgf/m2)cvi : Carga viva en mitad izquierda del arco

(225 kgf/m2)cvd : Carga viva en mitad derecha del arco

(225 kgf/m2)ct+ : Carga incremento de temperatura (10ºC)ct- : Carga decremento de temperatura (10ºC)cwn : Carga de viento norte-sur (veloc. 55KPH)cws : Carga de viento sur-norte (veloc. 55KPH)cs : Carga de sismo (RNC)

CARGAS Y ANÁLISIS

34

1 1.00cm + 1.00cv2 1.00cm + 1.00cvi3 1.00cm + 1.00cvd4 1.00cm + 1.00cv + 1.00ct+5 1.00cm + 1.00cv + 1.00ct-6 1.00cm + 1.00cvi + 1.00ct+7 1.00cm + 1.00cvi + 1.00ct-8 1.00cm + 1.00cvd + 1.00ct+9 1.00cm + 1.00cvd + 1.00ct-

10 0.75cm + 0.75cwn11 0.75cm + 0.75cws12 0.75cm + 0.75cv + 0.75cwn

13 0.75cm + 0.75cv + 0.75cws14 0.75cm + 0.75cvi + 0.75cwn15 0.75cm + 0.75cvi + 0.75cws16 0.75cm + 0.75cvd + 0.75cwn17 0.75cm + 0.75cvd + 0.75cws18 0.75cm + 0.75cv + 0.75cs19 0.75cm + 0.75cv - 0.75cs20 0.75cm + 0.75cvi + 0.75cs21 0.75cm + 0.75cvi - 0.75cs22 0.75cm + 0.75cvd + 0.75cs23 0.75cm + 0.75cvd - 0.75cs

COMBINACIONES DE CARGAS

cm : Carga muertacv : Carga viva plenacvi : Carga viva en mitad izq. del arcocvd : Carga viva en mitad der. del arco

ct+ : Carga incremento de temperaturact- : Carga decremento de temperaturacwn : Carga de viento norte-surcws : Carga de viento sur-nortecs : Carga de sismo

CONDICIONES DE CARGA:

Para el Análisis Estructural, se ha empleado elprograma de computo SAP90, A Series ofComputer Programs for the Finite ElementAnalysis of Structures para la determinación delos desplazamientos y esfuerzos a que estásometida la estructura según cada condición decarga y las 23 combinaciones consideradas.

35

Carga viva = 375 kgf/m

Carga muerta = 250 kgf/m

DIAGRAMASDEMOMENTOSFLECTORES

carga muerta +carga viva plena

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

DIAGRAMASDEMOMENTOSFLECTORES

carga muerta + carga vivaen mitad izq. del arco

36

Cambio de temperatura: incremento de 10ºC

Diagrama de esfuerzosaxiales en los elementos

Deformaciones dela estructura

Carga viva = 375 kgf/m

Carga muerta = 250 kgf/m ANALISIS PARAMOMENTOS DE

SEGUNDO ORDEN

Carga Crítica:wcr = 2700 kgf/m

factor deseguridad = 4.37

37

• El diseño estructural se ha efectuado para elmáximo efecto de las cargas sobre cada unode los elementos empleando las combi-naciones y los esfuerzos permisibles de lasEspecificaciones del Instituto Americano de laConstrucción en Acero, AISC versión ASD-89.

DISEÑO ESTRUCTURAL

• Las conexiones se han diseñado para losmáximos efectos cortantes en el caso devigas, considerando un mínimo del 50% de lacapacidad de la viga en carga uniformementerepartida y, para el caso de los arrios-tramientos, para los máximos efectos axialesconsiderando un mínimo del 50% de lacapacidad del miembro.

DISEÑO ESTRUCTURAL

38

D

PUENTEPEATONALMETÁLICO

EF

GH

21

34

AB

C

PRESENTACIÓNDE PLANOS

ESCALERA

SUPERESTRUCTURA:ARCO

TORRE DEAPOYO

ESTRUCTURADEL PUENTE

39

DETALLESDE CONEXIONES

ESTRUCTURADEL PUENTE

40

DETALLE DEPLANCHA DE BASE

ESCALERAS

41

CIMENTACIÓN

DETALLE DE LACIMENTACIÓN

42

METRADOS1. CONSTRUCCIÓN METÁLICA

a) Puente, torres de apoyo yescaleras

PERFIL LONG.(m)

kgf/m kgf

L3x3x1/2 115.0 14.10 1622L3x3x3/8 412.5 10.80 4455L3x3x5/16 103.2 9.15 944L2.5x2.5x5/16

166.9 7.50 1252

L3x3x1/4 538.2 7.35 3956L2.5x2.5x1/4

104.0 6.15 640

L2x2x1/4 46.2 4.78 221L2x2x3/16 120.0 3.66 439L1.5x1.5x3/16

256.0 3.18 814

C4x5.8 7.0 8.70 61Varios 1152

total = 15555

b) Barandas metálicas

PERFIL LONG. (m)

kgf/m kgf

L3x3x1/4 254.2 7.35 1868L2.5x2.5x3/16 404.0 4.57 1846Varilla 5/8" 303.0 1.56 473

total = 4187

2. ENTABLADO DE MADERA

pie2

Madera tipo A 2047.0

43

3. BASES DECONCRETO

a)Excavación

44.1 m3

13 m3

2.5 m3

59.6 m3

b) Concreto 50 m3

c) Varillas de refuerzo Long.-m Kgf/m Kgfφ = 3/8" 92.6 0.56 51.9φ = 1/2" 10 1 10.0φ = 5/8" 149 1.6 238.4φ = 3/4" 264 2.24 591.4

891.6d) Pernos de anclaje

φ = 1" 43.2 5.08 219.5φ = 5/8" 33.2 1.6 53.1

273.0

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

1.00.00 ESTRUCTURAS DE ACERO1.00.01 Materiales, Fabricación, Pintura Kg 15555 6.7 104218

y Montaje de la estructura1.00.02 Materiales, Fabricación, Pintura Kg 4187 5.4 22609

y Montaje de las barandas

2.00.00 ESTRUCTURAS DE MADERA2.00.01 Pisos de Madera Grupo A de 1½” pie

22047.0 4.9 10030

3.00.00 ESTRUCTURAS DE CONCRETO(Cimentaciones)

3.00.01 Excavaciones m3 59.6 38.7 23063.00.02 Concreto f’c = 210 Kgf/cm2 m3 50.0 170.0 85003.00.03 Acero de Refuerzo Kg 892.0 2.5 22303.00.04 Pernos de Anclaje varilla Kg 273.0 5.4 1474

lisa de Acero A36 o similarSubTotal: S/. 151367

+ IGV 27246

TOTAL S/. 178613Fecha: 30 de julio de1997

PRESUPUESTO

44

• EL ACERO ES EL MATERIAL ADECUADOPARA PUENTES PEATONALES CON LÍNEASARMONIOSAS Y MODERNAS PARA EL EMBE-LLECIMIENTO DE LA CIUDAD.

• SE POSEE LA TECNOLOGÍA PARA SU DISEÑOY CONSTRUCCIÓN.

CONCLUSIONES

• LOS PUENTES PEATONALES PUEDEN SERCONSTRUIDOS CON PERFILES LAMINADOSEN CALIENTE PARA CUBRIR LUCES GRAN-DES EN FORMA ECONÓMICA APROVE-CHANDO EL MATERIAL Y LA FORMA.

• PUEDEN REEMPLAZAR A LOS PUENTESPEATONALES DE CONCRETO ARMADO YDE VIGAS METÁLICAS DE ALMA LLENAPESADAS.

CONCLUSIONES

45

EJEMPLOS DE ANALISIS YDISEÑO ESTRUCTURAL

ESTRUCTURA PARA PROCESOSINDUSTRIALES

IND. QUIMICA DEL PACIFICO

EJEMPLOS DE ANALISIS YEJEMPLOS DE ANALISIS YDISEÑO ESTRUCTURALDISEÑO ESTRUCTURAL

ESTRUCTURA PARA PROCESOSESTRUCTURA PARA PROCESOSINDUSTRIALESINDUSTRIALES

IND. QUIMICA DEL PACIFICOIND. QUIMICA DEL PACIFICO


ESTRUCTURAS DE DOS O TRES PISOS

Descripción de elementos:Angulos y tees para lossistemas de arriostramientocon resistencia en tracción ycompresión.Vigas y columnas de perfilesde alma llena.Descripción de las cargas:Las cargas debidas al sismopueden ser apreciables.La masa de los silos esconsiderada en los elementossólidos.


46

1Z

Y

432


Modelo de Presentaciónde Proyecto

1Z

Y43

2PLANTA niveles +5650 y +6650


47

1Z

Y43

2PLANTA nivel +10900


1Z

Y

43

2

ELEVACIÓNeje Y


48

1Z

Y

43

2

ELEVACIÓNejes 1 y 2


CONEXIÓNDE APOYO


49

CONEXIÓNDE VIGA -COLUMNA


CONEXIÓN DEEMPALME DEARRIOSTRES


50

CONEXIÓNDE VIGA -

TRABE


ACCION DEL VIENTOSOBRE LAS ESTRUCTURASDE ACERO

ACCION DEL VIENTOACCION DEL VIENTOSOBRE LAS ESTRUCTURASSOBRE LAS ESTRUCTURASDE ACERODE ACERO

51

ACCIÓN DEL VIENTO SOBRE LAS ESTRUCTURAS DE ACERO

• EL VIENTO TIENE UN PAPEL IMPORTANTEEN LAS CONSTRUCCIONES

• SUS ASPECTOS SON POCO FAMILIARES ALOS INGENIEROS

• ES TEMA MULTIDISCIPLINARIO• DEBE TRATARSE CON LA DEBIDA

IMPORTANCIA EN LA CURRÍCULA DEESTUDIOS

• ES NECESARIO CONOCER LAS FUERZAS DELVIENTO EN LAS ZONAS URBANAS YRURALES DEL PAIS

ACCIÓN DEL VIENTO SOBRE LASESTRUCTURAS DE ACERO

VELOCIDAD DEL VIENTO

EL MOVIMIENTO DEL AIRE SE DESCRIBE PORSU VECTOR VELOCIDAD.

HAY VARIAS DEFINICIONES PARA LAVELOCIDAD DEL VIENTO:

•VELOCIDAD PICO

•VELOCIDAD MEDIA

•LA MAYOR VELOCIDAD DE UNA “MILLA DEVIENTO”, USADA POR EL U.S. NATIONALWEATHER SERVICE Y ADOPTADA POR ELAMERICAN NATIONAL STANDARD ASCE 7-88,Cap. 6. SE MIDE A UNA ALTURA DE 10m ENTERRENO PLANO LIBRE DE OBSTÁCULOS


52

VARIACIÓN DEL VIENTO CON LA ALTURA

EL TERRENO Y LASCONSTRUCCIONESRETARDAN EL AIRECERCA DE LASUPERFICIE.

A CIERTA ALTURA LAVELOCIDAD YA NO SEALTERA.

DAVENPORT PROPUSOLAS CURVAS MOSTRADASEN LA FIGURA.


EFECTOS DE LA TOPOGRAFÍA

LA TOPOGRAFÍA LOCAL INFLUYE SOBRE ELVIENTO.

SUS EFECTOS PRINCIPALES SON:

AMPLIFICACIONES SOBRE LA CIMA DE CERROS OCOLINAS Y “TUNELIZACIÓN” EN LOS VALLES.

SE REQUIERE INVESTIGACIÓN LOCAL.

LOS REGLAMENTOS NO PARTICULARIZAN PARAESTOS CASOS.


53

MAPA EÓLICODE LA

DISTRIBUCIÓNDE VIENTOS

EXTREMOS ENEL PERÚ

(UNI, 1966)

Isotacas quantiles de 0.02

K.P.H. a 10 m del suelo

Periodo de recurrencia :50 años


EFECTOS DEL VIENTO

ACCIONES EXTERNAS DEL VIENTO


54

EFECTOS DEL VIENTO

ABERTURAS Y PRESIÓN INTERNA DEL VIENTO


EL VIENTO EJERCE PRESIONES SOBRE LASSUPERFICIES DE LA CONSTRUCCIÓN.

PRESIÓN POSITIVA:HACIA LA SUPERFICIE

PRESIÓN NEGATIVA:DESDE LA SUPERFICIE

HAY EFECTOS GLOBALES Y LOCALES.

EFECTOS DEL VIENTO


55

NORMAS PARA CONSIDERAR ELVIENTO SOBRE LAS ESTRUCTURAS

ACCIONES DEL VIENTO PARA EL DISEÑO:

• PROCEDIMIENTO ANALÍTICO: RESULTADODE ESTUDIOS EN MODELOS.

• TÚNELES DE VIENTO: INVESTIGACIÓN ENLABORATORIOS

ESTA CONFERENCIA TRATA SOBRE ELPROCEDIMIENTO ANALÍTICO PROPUESTO PORLAS NORMAS ASCE 7-88 MINIMUM DESIGN LOADSFOR BUILDINGS AND OTHER STRUCTURES, CAP. 6


RELACIÓN ENTRE EL VIENTO Y SUSCORRESPONDIENTES PRESIONES

p = q C GRF

Presióndel vientoestimada

Presión porla velocidaddel viento enla zona

Factoraerodinámico deforma

Factor derespuestadinámicade ráfaga

= · ·

· ·


56


q = 0.05 K ( I.V)2

q : PRESIÓN QUE GENERA LAVELOCIDAD DEL VIENTO (N/m2)

K :COEFICIENTE DE EXPOSICIÓN DELA ZONA Y DE LA ALTURA

I : FACTOR DE IMPORTANCIA DE LACONSTRUCCIÓN

V :VELOCIDAD BÁSICA DE DISEÑODEL VIENTO (km/h)



(Continuación)

C : FACTOR DE FORMA AERODINÁMICA(OBTENIDOS EN TÚNELES DEVIENTO).

GRF : FACTOR DE RESPUESTA DERÁFAGA (GUST RESPONSE FACTOR),AMPLIFICA LOS EFECTOS DE LASRÁFAGAS.

Ga : GRF APLICABLE A ESTRUCTURASFLEXIBLES.


57

COEFICIENTE DE EXPOSICIÓN KZ

VARIACIÓN DE LA VELOCIDADDEL VIENTO CON LA ALTURA.

•EXPOSICIÓN A : CENTRO DECIUDAD O TERRENOS RUGOSOS

•EXPOSICIÓN B : ÁREASSUBURBANAS O TERRENOSBOSCOSOS

•EXPOSICIÓN C : CAMPOABIERTO, SEMBRÍOS, ARBUSTOS

•EXPOSICIÓN D : ÁREASCOSTERAS EXPUESTAS AL MAR


COEFICIENTE DE PRESIÓN C

LOS COEFICIENTES DE PRESIÓN AERODINÁMICOS,QUE SE DAN EN LAS NORMAS DE VIENTO, SE BASANEN RESULTADOS DE PRUEBAS DE MODELOS ENTÚNELES DE VIENTO. ESTAS PRUEBAS CON FLUJOSTURBULENTOS SE HAN HECHO PARA EDIFICIOSCERRADOS.

LOS VALORES DE LOS COEFICIENTES DE PRESIÓNSE DAN EN LAS TABLAS 4 A 19 Y FIG. 2 A 4 DE LASNORMAS DE VIENTO DEL ASCE 7-88, CAP. 6. SÓLOTRATAREMOS LAS FIG. 2, 3 Y 4, Y LAS TABLA 9 Y 10DE LAS NORMAS, CON EL OBJETO DEDESARROLLAR, MÁS ADELANTE, UN EJEMPLO DEAPLICACIÓN.


58

COEFICIENTES DE PRESIÓN EXTERNA (Cp)

SOBRE PAREDES

Superficie L / B C p Para usarcon

pared de barlovento

pared de sotavento

paredes laterales

todos losva lores

0 - 12

≥ 4

todos losva lores

0.8

-0.5-0.3-0.2

-0.7

q z

q h

q h


COEFICIENTES DE PRESIÓN EXTERNA (Cp)

SOBRE TECHOS

(CONTINUACIÓN)

barloventodireccióndel viento

ángulo θ en grados

h / L 0 10-15 20 30 40 50 ≥ 60 sotaventonormal a lacumbre

≤0.3

0.51.0≥1.5

-0.7

-0.7-0.7-0.7

0.2*-0.9*-0.9-0.9-0.9

0.2

-0.75-0.75-0.9

0.3

-0.2-0.2-0.9

0.4

0.30.3

-0.35

0.5

0.50.50.2

0.01 θ

0.01 θ

0.01 θ0.01 θ

-0.7para todoslos valores

de h / L y θ

paralelo a lacumbre

h/B o h/L≤2.5

h/B o h/L>2.5

-0.7

-0.8

-0.7

-0.8


59

COEFICIENTES DE PRESIÓN INTERNA (GCpi)

C o n d i c i o n e s G Cp i

Condic ión I

Condic ión II

T o d a s l a s c o n d i c i o n e s e x c e p t o l a s q u e s e i n d i c a n b a j o l aCo n dición II.

E d i f i c i o s e n l o s c u a l e s s e c u m p l e s i m u l t á n e a m e n t e l os iguie n te:1. E l p o r c e n t a j e d e l a s a b e r t u r a s e n u n a p a r e d e x c e d e l a

s u m a d e l o s p o r c e n t a j e s d e l a s a b e r t u r a s e n l a ss u p e r f i c i e s d e l a s p a r e d e s y t e c h o s r e s t a n t e s p o r 5 % om á s .

2. E l p o r c e n t a j e d e l a s a b e r t u r a s e n c u a l q u i e r a d e l o s m u r o sy t e c h o r e s t a n t e s n o e x c e d e 2 0 % .

+0.25-0 .25

+0.75-0 .25


COEFICIENTES DE PRESIÓN EXTERNAPARA COMPONENTES Y CERRAMIENTOS


60

Áreas tributarias (en m2):Techos:

correas 11.2planchas 2.4tirafones 0.6

Paredes:largueros 15.0planchas 2.4tirafones 0.6

a = 0.1x60 = 6 m ó= 0.4x6 = 2.4 m

EL MENOR

Ver Zonas en Fig. 3

a = 2.4 m

EJEMPLO DE APLICACIÓN


(a) Viento normal a la cumbre

(b) Viento normal a la cumbre

SOLUCIÓN - PASO 4 (Continuación)

(c) Viento paralelo a la cumbre

PRESIONESDEL VIENTOSOBRE LOSPÓRTICOS ADOS AGUAS

p = qGhCp - qh(GCpi)

(a) Viento normal a la cumbre

(b) Viento normal a la cumbre


61

SOLUCIÓN - PASO 5 (Continuación)COMPONENTES Y CERRAMIENTOS

Las presiones mostradasson para valores deenvolvente para áreastributarias de1 m2 o menos

(a)Áreas tributarias de 1 m2 o menos, ver este esquema.(b)Áreas tributarias de 10 m2 o más: Zona 1 p = -191 N/m2

Zonas 2 y 3 p = -231 N/m2

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

-210 N/m2

Nota: Las presionesde diseño por vientointerpoladas paraotras áreastributarias sonconservadoras

RESULTADOS


ACCION DE LOS SISMOSSOBRE LAS ESTRUCTURASDE ACERO

ACCION DE LOS SISMOSACCION DE LOS SISMOSSOBRE LAS ESTRUCTURASSOBRE LAS ESTRUCTURASDE ACERODE ACERO

62

CONEXIONES DE PÓRTICOS

AISC DEFINE TRES TIPOS DE CONEXIONES:

ACCION DE LOS SISMOS SOBRE LASESTRUCTURAS DE ACERO

Conexiones“articuladas”

Conexionessemi-rígidas

Conexionesrígidas

CONEXIONESDE PÓRTICOS


63

• ESTRUCTURAS DE CUBIERTA:Cargas livianasEj. galpones, depósitos, industria liviana, auditorios,hangares, etc.

• ESTRUCTURAS DE DOS O TRES PISOS:Cargas livianas en el piso superior y cargas pesadas enlos pisos inferiores.Ej. Oficinas, depósitos de almacenamiento, industrias

• EDIFICIOS DE PISOS MÚLTIPLES:Cargas significativas

TIPOS MAS COMUNES DEESTRUCTURAS DE ACERO


ESTRUCTURAS DE CUBIERTA



64

ESTRUCTURAS DE DOSO TRES PISOS




EDIFICIOS DEPISOS MÚLTIPLES


65

• ESTRUCTURAS DE CUBIERTA:Arriostramiento para resistencia sólo en tracción

• ESTRUCTURAS DE DOS O TRES PISOS:Arriostramiento para resistencia en tracción ycompresión

• EDIFICIOS DE PISOS MÚLTIPLES:Arriostramiento para resistencia en tracción ycompresiónConexiones rígidas como una reserva de ductilidadpara zonas sísmicasSoluciones Tubulares

SISTEMAS SISMORRESISTENTES


Diseño de columnacomo voladoempotrado en elsuelo

tijeral

columna deconcreto

ESTRUCTURAS DE CUBIERTAESTRUCTURAS DE CUBIERTA


66

ESTRUCTURAS DE CUBIERTAESTRUCTURAS DE CUBIERTASe emplean planchas de cubierta de peso ligero.Se emplean planchas de cubierta de peso ligero.Las cargas de viento pueden ser más importantes queLas cargas de viento pueden ser más importantes quelas cargas de sismo.las cargas de sismo.

“pata de gallo”

FUNCIÓN:

tijeral

columnade acero

rigidizar el nudode esquina


tirante protegido

pórtico dealma llenanudos rígidos

a

b

c



67


arriostres en X

sistem

a de

arriost

ramien

to



H

L

A

h

α

N

∆

∆1

α

α

Para una crujía: resistencia sólo en tracción

NH

=cosα

∆ =H h

EA cos sen2 α α


68


Las cargas debidas al sismopueden ser apreciables yconviene emplear ángulos, Teespara los sistemas dearriostramiento con resistenciaen tracción y compresión.

Cuando se cruzan se conectanen el centro y la diagonal entracción contribuye a laresistencia de la diagonal encompresión como un apoyoelástico.


γ

γ=0

γ=∞


Si γ = 0: Si γ = ∞:

CEIL

Pcec

e= =π2

2C Pce e= 4

K = 1.0 K = 0.5

Resistencia en tracción y compresión


69

EDIFICIOS DE PISOS MÚLTIPLES

Tienen pisos de losas deconcreto (diafragma rígido).

Se debe conseguir que elcentro de gravedad coincidacon el centro de rigidez delpiso.

Se debe controlar ladeformación lateral con unarigidez lateral mediante elíndice:

∆/h ≤ 1/200


Estos dependen íntegramente de la rigidez de los nudos parasu estabilidad lateral. Se emplean conexiones con nudosrígidos. Se debe procurar ubicar crujías con arriostramientosen los planos de los ejes débiles de las columnas para mejorarla seguridad y la economía de la edificación.

Edificios sinarriostramientosverticales



70

P.S. P.A.


Para edificios de mayor altura esnecesario usar arriostramientosverticales para seguridad contralas acciones laterales y controlarlas deflexiones laterales.

Pórticos con arriostramientos verticales

Pórticos arriostrados (P.A.)Pórticos soportados (P.S.)

• P.A. resisten cargas degravedad y cargas laterales

• P.S. resisten cargas verticales

En P.S. usar conexiones rígidascomo una reserva de ductilidadpara zonas sísmicas.



Tipos de enrejados paraarriostramientos verticales:1 Arriostramiento en X2 Arriostramiento en K3 Arriostramiento en V4 Arriostramiento excéntrico,patrocinado por Popov (Univ.de California, Berkeley) con elobjeto de producir rótulasplásticas localizadas y disiparenergía a través de ellas.

443

321


71


Para edificios de gran altura(más de 40 pisos)Se recomiendan las llamadasSoluciones Tubulares que hanprobado ser muy apropiadaspara edificios de gran altura,ya que abarca todo el edificio yreparten mejor las cargassobre el terreno.En este caso no es necesarioarriostrar internamente lospórticos, propiciando grandesespacios libres.


CONCLUSIONES

• Se ha presentado el estado del conocimiento de la forma dearriostrar las estructuras de acero para enfrentar lasacciones de los sismos controlando los desplazamientoslaterales y la resistencia de los elementos estructurales, enespecial, de los arriostramientos, las conexiones y susdetalles.

• Se debe evitar la formación de rótulas plásticas en losnudos de las vigas con las columnas, desplazando lasrótulas hacia las vigas.

• Para edificios de gran altura es preferible la solución depórticos arriostrados, controlando mejor la rigidez lateralde las edificaciones.


72

MUCHAS GRACIAS

Acero - Ing Zapata Baglietto

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