CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA …

CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA

ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO

SANTIAGO MUÑOZ NAVARRETE

CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA


SANTIAGO MUÑOZ NAVARRETE

Proyecto de Grado

Director

Ingeniero Luis Eduardo Yamín L.

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL

PREGRADO EN INGENIERÍA CIVIL

BOGOTÁ D.C.

2006

CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18


SANTIAGO MUÑOZ N. i

TABLA DE CONTENIDO

Página

ÍNDICE DE FIGURAS iv

ÍNDICE DE IMÁGENES viii

ÍNDICE DE TABLAS x

INTRODUCCIÓN 1

1. APROXIMACIÓN HISTÓRICA A LAS EDIFICACIONES PARA

ALMACENAMIENTO 3

2. MATERIALES UTILIZADOS EN LA CONSTRUCCIÓN DE EDIFICACIONES

PARA ALMACENAMIENTO 13

2.1 CONCRETO ESTRUCTURAL 13

2.1.1 Propiedades Mecánicas del Concreto 14

2.2 ACERO ESTRUCTURAL 16

2.2.1 Propiedades del Material 18

2.2.2 Fabricación de Perfiles Estructurales en Acero 23

2.3 CERRAMIENTOS, FACHADAS Y OTROS 26

2.3.1 Cerramientos – Tejados 29

2.3.2 Fachadas 37



SANTIAGO MUÑOZ N. ii

2.4 SOLDADURAS 38

2.4.1 Tipos de Soldadura 38

3. CARACTERIZACIÓN Y TIPOS DE EDIFICACIONES PARA

ALMACENAMIENTO 41

3.1 EDIFICACIÑON PARA ALMACENAMIENTO TIPO 1 44

3.1.1 Materiales 45

3.1.2 Cimentación 46

3.1.3 Estructura Principal 46

3.1.4 Conexiones 47

3.1.5 Cubierta 48

3.1.6 Fachadas 49

3.1.7 Otros 49


3.2.1 Materiales 52



3.2.4 Conexiones 54

3.2.5 Cubierta 55

3.2.6 Fachadas 56

3.2.7 Otros 56




SANTIAGO MUÑOZ N. iii

3.3.1 Materiales 58

3.3.2 Cargas 59



3.3.4.1 Columnas 61

3.3.4.2 Vigas Perimetrales 61

3.3.5 Cubierta 63

3.3.5.1 Vigas Longitudinales 63

3.3.5.2 Vigas Transversales 65

3.3.5.3 Correas 66

3.3.5.4 Contravientos y Templetes 67

3.3.6 Conexiones 68

3.3.6.1 Conexiones en Columnas Perimetrales 68

3.3.6.2 Conexiones en Columnas Centrales 69

3.3.7 Fachada y Tejado 71

3.3.8 Otros 72

4. ANÁLISIS DE CASO 73

4.1 CARÁCTERÍSTICAS GENERALES DE LA EDIFICACIÓN 73



4.1.3 Columnas y Vigas 75



SANTIAGO MUÑOZ N. iv

4.1.4 Cubierta 76

4.1.5 Fachada y Tejado 79

4.1.6 Materiales 79

4.2 ANÁLISIS ESTRUCTURAL 79

4.2.1 Cargas 80

4.2.2 carga de Sismo 82

4.2.3 Combinaciones de Carga 83

4.2.4 Modelo Computacional 84

4.2.5 Índices de Sobreesfuerzo en Columnas 86

3.2.6 Desplazamientos 90

CONCLUSIONES 92

REFERENCIAS DE FIGURAS 94

BIBLIOGRAFÍA 96



SANTIAGO MUÑOZ N. v

ÍNDICE DE FIGURAS


ALMACENAMIENTO

1.1. Planta del ático en madera de una hilandería en Bolton,

Inglaterra, (alrededor de 1800). 4

1.2. Planta de ático con la estructura del techo en hiero,

(alrededor de 1835). 4

1.3. Mercado de pescado de Hungerford (Londres, 1835). 5

1.4. Construcciones de techos de madera o acero. Libro de

construcciones de edificios, 1885. 6

1.5. Construcciones de techos de madera o acero. Libro de

construcciones de edificios, 1885. 6

1.6. Construcciones de techos de madera o acero.

Libro de construcciones de edificios, 1885. 7

1.7. Construcciones de techos de madera o acero.

Libro de construcciones de edificios, 1885. 7

1.8. Conexiones del mercado de granos de Munich, 1853. 8



SANTIAGO MUÑOZ N. vi

1.9. Exposición Internacional de 1878, París. Sección general de las

galerías. 9

1.10. Exposición Internacional de 1878, París. Galería de las Máquinas.

10

1.11. Exposición de París (1878). Galería de las Máquinas. 10

1.12. Exposición de París (1878). Apoyo de la estructura de la Galería

de las Máquinas. 11

1.13. Exposición de París (1878). Detalle del apoyo de la estructura de

la Galería de las Máquinas. 11

1.14. Selección de Vigas en celosía de la época. 11

1.15. Detalle de conexión columna-viga de Fair Store, Chicago, 1891.12

1.16. Collieries Tariff Union, Essen, 1932. 12


PARA ALMACENAMIENTO

2.1 Curvas esfuerzo-deformación unitaria a la compresión típicas para

concretos con densidad normal (Wc = 2300 kg/m3) y livianos (Wc =

1600 kg/m3). 15

2.2 Secciones de hierro fundido y forjado, Freitag, 1906. 17

2.3 Conexión típica remachada, 1900. 18



SANTIAGO MUÑOZ N. vii

2.4 Diagrama Esfuerzo – Deformación para varios aceros 20

2.5 Rodillos para laminado de secciones H e I. 25

2.6 Cubierta Metálica A42-P100-G4, Industrias METCOL. 30

2.7 Panel Techmet para cubierta A42-P100-G4, Industrias METCOL. 31

2.8 Cubierta estructural Corpatecho DF, Industrias Corpacero 32

2.9 Cubierta estructural Corpatecho RF, Industrias Corpacero 32

2.10 Teja de Zinc ondulada, Industria Acesco 33

2.11 Cubierta Arquitectónica de Acero galvanizado, Industria Acesco 33

2.12 Cubiertas metálicas de Aluminio, Industria Toptec 34

2.13 Tejas en Fibrocemento, Industria Toptec 34

2.14 Tejas metálicas Ajover 35

2.15 Tejas en Fibrocemento Eternit 36

2.16 Tipos de Soldadura 39

2.17 Soldadura de Penetración Total 40

3. CARACTERIZACIÓN Y TIPOS DE EDIFICACIONES PARA ALMACENAMIENTO

3.1 Esquema de edificación para almacenamiento tipo 1 44

3.2 Sistema de cimentación típica 46

3.3 Sistema estructural típico 47

3.4 Corte transversal. Cercha metálica de cubierta típica 48

3.5 Esquema de edificación para almacenamiento tipo 2 51



SANTIAGO MUÑOZ N. viii

3.6 Esquema de Edificación para almacenamiento tipo 3 57

3.7 Cimentación de estructura principal, HCD 59

3.8 Axonometría general de la estructura principal, HCD 60

3.9 Corte transversal de la estructura principal, HCD 61

3.11 Planta vigas a nivel superior N+7.25, HCD 62

3.12 Sección predominante de viga longitudinal, HCD 63

3.13 Corte longitudinal típico, HCD 64

3.14 Detalle de apoyo de viga transversal de culata, HCD 65

3.15 Vigas transversales, HCD 66

3.16 Disposición de correas, HCD 66

3.17 Sistema de contravientos, HCD 67

3.18 Conexión columna perimetral costado sur-viga transversal, HCD68

3.19 Conexión columna perimetral costado oeste - viga longitudinal,

HCD 69

3.20 Conexión vigas de cubierta-columna central, vista longitudinal,

HCD 70

3.21 Conexión vigas de cubierta-columna central, vista transversal,

HCD 70

3.22 Soportes típicos para ductos de aire acondicionado, HCD 72



SANTIAGO MUÑOZ N. ix

4. ANÁLISIS DE CASO

4.1 Esquema de la estructura principal 74

4.2 Zapatas de cimentación y placa de contrapiso 74

4.3 Secciones de columnas y vigas 75

4.4 Esquema de toda la estructura 76

4.5 Planta general de cubierta 77

4.6 Cercha típica 77

4.7 Detalle de los apoyos de la cercha 77

4.8 Correas 78

4.9 Detalles tensores y contravientos 78

4.10 Distribución de cargas de tejado y cubierta 81

4.11 Distribución de cargas sobre columnas y de muros 82

4.12 Espectro de respuesta y diseño de la Zona 3 82

4.13 Numeración de elementos 84

4.14 Cargas Muertas 84

4.15 Cargas viva de cubierta 85

4.16 Cargas de Granizo 85

4.17 Cargas de Viento 86

4.18 Índices de sobre-esfuerzo de la columna 1 86





SANTIAGO MUÑOZ N. x












SANTIAGO MUÑOZ N. xi

ÍNDICE DE IMÁGENES


PARA ALMACENAMIENTO

2.1 Fachada en ladrillo 37

2.2 Fachada metálica 38

2.3 Detalle de Fachada metálica 38

3. CARACTERIZACIÓN Y TIPOS DE EDIFICACIONES PARA ALMACENAMIENTO

3.1 Edificación para almacenamiento con cubierta de pescado típica 45

3.2 Materiales de los componentes principales 45

3.3 Conexión cercha transversal – columna y Detalle de conexión 47


3.5 Cubierta tipo espina de pescado 48

3.6 Puente grúa apoyado sobre columna propia 49

3.7 Puente grúa apoyado sobre pórtico principal 50

3.8 Edificación para almacenamiento con cubierta a dos aguas 52



SANTIAGO MUÑOZ N. xii

3.9 Columnas con muros en lugar de vigas perimetrales 53

3.10 Columna de sección variable 53

3.11 Conexión parcialmente restringida en solo un extremo 54

3.12 Conexión parcialmente restringida en ambos extremos 54

3.13 Cubiertas a dos aguas con modulo de iluminación central 55

3.14 Cubiertas a dos aguas con modulo de iluminación central 55

3.15 Cubierta a dos aguas iluminación lateral 55

3.16 Sistemas de iluminación típicos 56

3.17 Sistemas de iluminación típicos 56



3.18 Homecenter El dorado (HCD) 58

3.19 Ménsula de columna de 50x60 del costado norte, HCD 61

3.10 Ménsula de columna de 50x60 del costado norte, HCD 61

3.20 Detalle de ménsula metálica para viga transversal de culata,

HCD 65

3.21 Correas, HCD 67

3.22 Detalle de contraviento, HCD 67

3.23 Detalle de conexión viga transversal-columna, HCD 68

3.24 Detalle de conexión viga longitudinal-columna, HCD 69

3.25 Paral metálico de fachada, HCD 71

3.26 Fachadas, HCD 71



SANTIAGO MUÑOZ N. xiii

3.27 Ducto de aire acondicionado, HCD 72


4.1 Vista sur oriental 73

4.2 Fachada 79



SANTIAGO MUÑOZ N. xiv

ÍNDICE DE TABLAS


PARA ALMACENAMIENTO

2.1 Requerimientos Químicos para Acero A36

2.2 Resistencias de varios tipos de acero según el año. Propiedades

basadas en Resistencias de Aceros Estructurales según ASTM

y AISC 22

2.3 Componentes no Estructurales: Aplicabilidad de Requerimientos

para la Protección a la Vida y Ocupación Inmediata y Métodos de

Análisis 26

2.4 Riesgos de Componentes arquitectónicos no estructurales debido

a la Componente Sísmica 29

2.5 Características geométricas y mecánicas de Cubierta Metálica A42-

P100-G4, Industrias METCOL. 31

2.6 Características geométricas y mecánicas de Panel Metálico Techmet

A42-P100-G4, Industrias METCOL. 31

2.7 Características geométricas y mecánicas de Cubiertas Corpatecho,

Industrias Corpacero 32



SANTIAGO MUÑOZ N. xv

2.8 Características geométricas y mecánicas de Teja de Zinc ondulada,

Industria Acesco 32

2.9 Características geométricas y mecánicas de Cubierta Arquitectónica

de Acero galvanizado, Industria Acesco 34

2.10 Características geométricas y mecánicas de Tejas metálicas

Ajover 35

2.11 Características geométricas y mecánicas de Paneles monowall,

industria Metcol 38



SANTIAGO MUÑOZ N. 1

INTRODUCCIÓN

Las edificaciones para almacenamiento son actualmente construcciones

indispensables en nuestro país y en general en todo el mundo debido a la

importancia que tienen para la economía de una región, una ciudad o un

país. A partir de las nuevas reglamentaciones para diseño y construcción

sismoresistente se han generado varias dudas acerca de la estabilidad de

las mismas frente a un posible evento sísmico y su potencial efecto

económico sí ocurre una catástrofe.

Dada la importancia de tales construcciones para el sector industrial y

económico del país, considerando que se encuentra en zonas de amenaza

sísmica intermedia y alta, y a la reciente tendencia de verificación de la

seguridad en las construcciones para preservar dichas propiedades y por

ende la vida humana, este documento se presenta como un acercamiento

al estado actual de las edificaciones para almacenamiento localizadas en

Bogotá, a través de las particulares características que presentan desde los

sistemas arquitectónicos y constructivos empleados, como el análisis de las

estructuras resistentes en cada caso; las cuales pueden dar una idea de las

mismas a nivel nacional debido a la importancia de esta ciudad como

capital.




Generalmente son construcciones de una sola planta constituida por una

cubierta en su parte superior, soportada sobre elementos horizontales en

su mayoría de acero, que a su vez finalizan en columnas regularmente

espaciadas lo máximo posible para permitir el funcionamiento adecuado de

la edificación. Estas grandes áreas están destinadas principalmente a usos

industriales, fabriles, comerciales, agrícolas o civiles propiamente dicho.

Según su uso, cada edificación de este tipo envuelve planteamientos

diferentes que cambian la perspectiva de análisis de acuerdo a las

circunstancias, requerimientos, personas, etc. involucrados en cada

proyecto. En algunos casos sobresalen aquellas obras que fueron

proyectadas a partir de un acercamiento ingenieril, en el que predominan

costos reducidos, ejecución sencilla, rápida y segura, utilización de

materiales tradicionales y un mantenimiento y durabilidad óptimos. En

otros casos se encuentran proyectos basados en razones arquitectónicas

que establecen el resultado final, a partir del manejo del espacio interior,

conceptos estéticos y novedosos, dimensiones que se ajustan a diferentes

aspectos y propuestas; más cercanos a intereses de mercadeo que a

razones técnicas.





ALMACENAMIENTO

La evolución histórica de este tipo de construcciones se dio principalmente

a partir de la Revolución Industrial, la cual sólo fue posible gracias al hierro

y al acero, quienes permitieron una situación tecnológicamente y

económicamente favorable para el desarrollo de un mercado en aumento;

paralelo a la instalación de industrias, fábricas y talleres para satisfacer esa

demanda. El desarrollo y perfeccionamiento de este material se inició a

mitades del siglo XVIII con la fundición del hierro y carbón coke en manos

del inglés Abraham Derby, quien llegó a transformar 500 Kg. de hierro

bruto en acero en sólo 36 horas; proceso que siglo y medio antes tomaba

10 días para ser realizado.

En un principio, se utilizó principalmente para la construcción de cubiertas

y tejados, ya que solucionaba el riesgo de los teatros y los grandes

almacenes a quemarse en su totalidad debido a sus techos en madera.

Además, permitía al constructor equilibrar de manera precisa la forma de

los elementos con sus dimensiones, lo cual revela un conocimiento casi

empírico del momento de inercia, el cual no había sido estudiado

técnicamente hasta la época. Hacia 1780 apareció la primera columna de

hierro fundido reemplazando los pilares fabricados de madera que




sostenían los techos de las tradicionales hilanderías de algodón inglesas, lo

que permitió incluir las nuevas máquinas en grandes salas con el mínimo

de obstrucción. En 1801 se empleó las primeras vigas con perfil en I en la

construcción de otra hilandería en Manchester, Inglaterra. Estas vigas se

extendían de muro a muro separadas por distancias regulares, lo cual

ejemplifica el uso de la forma más eficiente utilizada hasta nuestros días.

En el siglo XIX empiezan a parecer los primeros edificios que no tienen

nada que ver con los construidos anteriormente, como solución a las

nuevas necesidades de las grandes ciudades en progreso, las vías de

comunicación y las industrias en pleno desarrollo. Estas nuevas

construcciones fueron creadas con el fin de satisfacer la función principal

de organizar la producción de las industrias y la distribución de las

grandes mercancías.




Figura 1.1. Planta del ático en madera de una hilandería en Bolton, Inglaterra,

(alrededor de 1800).

Figura 1.2. Planta de ático con la estructura del techo en hiero, (alrededor de

1835).




Los grandes mercados se caracterizaron por ser los primeros que dieron

adecuadas soluciones a las necesidades ya mencionadas con nuevos

sistemas constructivos, basados en la economía del material y en la

ligereza de la construcción. El Mercado de pescado de Hungerford

(Londres) en 1835 representó un enorme adelanto para la época, ya que la

cubierta tenía un perfil rectilíneo que cubría una vasta luz de 9,60 m sin

soportes laterales.

Figura 1.3. Mercado de pescado de Hungerford (Londres, 1835).

La temprana utilización de una gran variedad de cerchas se dio en base a

métodos empíricos que determinaban sus formas, las cuales fueron

disminuyendo a medida que se desarrollaron teorías de análisis de las

mismas.




“Una cercha es un sistema de miembros lineales cuyos extremos están

conectados de manera articulada”

Otto Königer, 1890.

Figura 1.4. Construcciones de techos de madera o acero. Libro de construcciones de edificios, 1885.

Cubierta de la estación hacia a a

Detalle de las

Conexiones




Figura 1.5. Construcciones de techos de madera o acero. Libro de construcciones de edificios, 1885.

Cubierta. Reparación de taller en toures. Detalle de la unión de la viga principal. Figura 1.6. Construcciones de techos de madera o acero. Libro de construcciones

de edificios, 1885.

Cubierta de estación del tren en cercha tipo versalles.

ff

d

c c

Det c

Det a

Det f

Det e




Figura 1.7. Construcciones de techos de madera o acero. Libro de construcciones

de edificios, 1885

Los grandes almacenes se dieron a partir de 1860 en París como respuesta

a la industrialización de la época y a la necesidad de ofrecer una gran

cantidad de productos a mucho público mediante el máximo de

iluminación y una buena comunicación en su interior. El “Gran Depot” de

1876 en Filadelfia es un claro ejemplo de los almacenes de la época, el cual

consistía en un cobertizo gigante de más de una hectárea de superficie y

un mostrador circular de 27 metros, destinado a la venta de tejidos.

Construcción de la cubierta de la tercera institución de gas de

a

bc c

b

Detalle nodo

Detalle nodo

Detalle nodo b




Paralelo a los grandes almacenes y en especial en la segunda mitad del

siglo XIX aparecieron las Grandes exposiciones, las cuales constituyeron el

campo más grande de experimentación para este tipo de construcciones en

hierro debido a su importancia a nivel mundial y a sus breves intervalos, se

construían sólo para una temporada. Así mismo, estas exposiciones son las

aproximaciones más cercanas a las estructuras que se encuentran hoy día

con fines industriales.

En el pasado la gente pensaba que debía haber una relación visual

equilibrada entre carga y soporte, la cual empezó a cambiar a medida que

aparecieron estos nuevos sistemas que cubrían grandes superficies

utilizando formas estilizadas de hierro.

Figura 1.8. Conexiones del mercado de granos de Munich, 1853.




La “Exposición Universal de los productos de la industria” de 1855 fue una

de las más audaces construcciones de la época, destacada por su cubierta

de 48 metros de luz con armaduras en forma circular y enormes láminas

de cristal, semejando una bóveda. A diferencia de lo convencional,

contrafuertes de plomo substituían los tirantes que contrarrestaban los

empujes laterales.

La Exposición Internacional de 1878 (París) es un ejemplo de varios

aspectos constructivos que se tomaron en cuenta a partir de esta. Se

utilizaron armaduras tipo De Dion para vencer las grandes luces, capaces

de soportar las fuerzas actuantes sin tirantes a la vista. “Gracias al trabajo

de De Dion ha llegado a ser posible derivar todas las fuerzas que actúan en

un edificio directamente hacia las fundaciones sin necesidad de tirante

alguno. Sin embargo, estas fundaciones estaban todavía rígidamente

conectadas con los pilares y el elemento estructural. Las columnas o pilares

quedan fijados a unos pies de hierro en forma de U, que están hundidos

dentro de los fundamentos. Pero una armazón de hierro se halla sujeta a

cambios de temperatura y no puede estar trabada totalmente en la forma

como lo estaría si se tratara de un palacio construido en piedra. De Dion

fue el precursor en el estudio de los problemas que se derivan de este

hecho. En cada sesenta metros a lo largo del caballete del sostén del




tejado, donde se encontraban los pares de los cuchillos, existía un

complicado sistema de rodillos puestos en hueco de forma ovalada, que

automáticamente compensaban la expansión o contracción de toda la

armazón. La rígida conexión con el suelo se mantiene todavía…”1

Figura 1.9. Exposición Internacional de 1878, París. Sección general de las

galerías.

Figura 1.10. Exposición Internacional de 1878, París. Galería de las Máquinas.

1 Tomado de: ESPACIO TIEMPO Y ARQUITECTURA. GIEDION, Sigfried. El Desarrollo de las Nuevas Posibilidades, p. 275. Ed. Dossat, Madrid, 1978.




El acero entra de lleno en este tipo de construcciones con la Exposición de

París de 1889, en donde sobresalía de manera imponente la Galería de las

Máquinas. Con una longitud de 420 metros, una altura de 43.5 metros y

una luz de 115 metros, resultado de la experiencia acumulada a través de

un siglo, superó lo conocido hasta la época. Su estructura estaba

compuesta por veinte armaduras, cada una compuesta por dos segmentos,

unidos por un pivote en la parte más alta en la línea central. Además, estos

arcos disminuían de sección a medida que descendían hacia el suelo,

terminando en apoyos articulados que soportaban los empujes laterales y a

su vez permitían movimientos en la cimentación. Con este tipo de

estructura, se había conseguido un equilibrio elástico entre sus partes

internas, externas, cimientos y las presiones externas, viento y nieve.

Figura 1.11. Exposición de París (1878). Galería de las Máquinas.




Figura 1.12. Exposición de París (1878). Apoyo de la Figura 1.13. Exposición de París estructura de la Galería de las Máquinas. (1878). Detalle del Apoyo de la estructura de la Galería de las Máquinas.

Posteriormente, las cerchas fueron utilizadas principalmente en la

construcción de puentes, grandes cubiertas en las estaciones de trenes y




edificios industriales, basadas en las mismas formas estructurales de las

grandes exposiciones. A medida que avanzó el siglo XX, las vigas en

celosía fueron parcialmente reemplazadas por las secciones continuas y

soldadas, que siguieron un progreso importante dentro de la construcción

de complejos industriales y comerciales.

Figura 1.14. Selección de Vigas en celosía de la época.

A medida del tiempo, el desarrollo de elementos individuales que

soportaban fuerzas compresivas sin ningún problema pero con limitantes

para miembros sometidos a flexión debido a su fragilidad y sus

conexiones, las cuales eran todas sujetadas con pernos proporcionando

una rigidez también limitada, siguió evolucionando constantemente hasta

ahora. El acero se volvió irremplazable en estructuras industriales y

construcciones especiales, tanto por sus características mecánicas como

por su capacidad de adaptabilidad y flexibilidad en todo tipo de

estructuras.




Figura 1.15. Detalle de conexión columna-viga de Fair Store, Chicago, 1891.

Figura 1.16. Collieries Tariff Union, Essen, 1932.




2. MATERIALES UTILIZADOS EN LA CONSTRUCCIÓN DE

EDIFICACIONES PARA ALMACENAMIENTO

Las estructuras y los elementos que conforman este tipo de edificaciones

están construidas principalmente con materiales comúnmente utilizados en

todo tipo de obras civiles, como lo son el concreto reforzado en

cimentación y columnas, el acero en todo tipo de conexiones y en perfiles

laminados tanto de alma llena como en celosías que conforman las vigas y

elementos estructurales horizontales en general. Además de estos, se

encuentran diferentes materiales en fachadas, tejados y servicios que en

este documento se mencionan a modo de información. A continuación se

presentan la descripción de cada uno, con sus características principales y

propiedades mecánicas importantes para el diseño y la revisión de los

mismos.

2.1 CONCRETO ESTRUCTURAL

El concreto estructural es un material artificial formado por una pasta de

cemento y agregados, junto a barras de acero que complementan sus

propiedades mecánicas.




El cemento hidráulico es el material aglomerante que cumple las funciones

de adhesión y cohesión necesarias para unir los agregados y así conformar

una masa sólida durable y con resistencia apropiada. Comúnmente se

utiliza el cemento Portland∗, el cual es un material grisáceo compuesto por

silicatos de calcio y aluminio.

El agua cumple un papel indispensable en la elaboración del concreto, ya

que se mezcla con el cemento para producir la pasta y controla los

cambios de volumen por retracción y fraguado del conjunto en el proceso

de hidratación. Normalmente se utiliza una relación agua cemento de 25

por ciento para obtener buenos resultados.

En general, los agregados ocupan entre el 70 y el 75 por ciento de la

mezcla, la cual se ve directamente afectada en su comportamiento por la

densidad del agregado, el cual contribuye a la resistencia mecánica, a la

intemperie y a la economía del concreto. Los agregados se clasifican

principalmente en finos y gruesos. El agregado fino comúnmente llamado

arena es cualquier agregado natural que pase por el tamiz No. 4, mientras

que el tamaño del agregado grueso o grava se ve controlado por la

separación de las barras de acero de refuerzo o el tamaño de las

formaletas, lo cual está debidamente reglamentado por la NSR 98. La

gradación óptima se da mediante varios grupos de diferente tamaño para

∗ El cemento Portland fue patentado por Joseph Aspdin en 1824, Inglaterra.




las arenas y para las gravas, los cuales se combinan para obtener un

agregado denso en conjunto.

El concreto posee una buena resistencia a la compresión, pero frente a la

tensión reduce este valor casi a la décima parte. El acero tiene alta

resistencia tanto a la tensión como a la compresión, pero es mucho más

costoso que el concreto; por lo tanto el concreto se utiliza para resistir los

esfuerzos de compresión y el acero los esfuerzos de tensión.

El acero es una aleación de hierro (aprox. 98%) con carbono y otros

minerales en bajas cantidades como el silicio, manganeso, azufre, fósforo y

en ocasiones vanadio. El carbono funciona como elemento endurecedor y

los demás minerales mejoran su manejabilidad, soldabilidad y resistencia a

la intemperie. El tipo de refuerzo que se utiliza usualmente son las barras

corrugadas, comúnmente llamadas varillas, las cuales aumentan la

adherencia y la resistencia al deslizamiento debido a sus resaltes

superficiales. También se utilizan las mallas electrosoldadas de alambrón,

las cuales están formadas por un conjunto de alambrones formados en frío

y soldados en ángulos rectos.




2.1.1 Propiedades Mecánicas del Concreto

El concreto es un material esencialmente frágil y elástico que tiende a

desarrollar fracturas perpendiculares a la dirección unitaria de elongación

al ser sometido a esfuerzos de tensión.

Por esta razón, el concreto se utiliza principalmente a compresión y su

análisis se realiza fundamentalmente a partir de la curva esfuerzo-

deformación unitaria en compresión.

Aunque el concreto está hecho de materiales frágiles, la curva esfuerzo-

deformación no es lineal y muestra cierta ductilidad, debido a un

fisuramiento inicial de las partículas y a la resultante redistribución interna

de los esfuerzos.




Figura 2.1. Curvas esfuerzo-deformación unitaria a la compresión típicas para concretos con densidad normal (Wc = 2300 kg/m3) y livianos (Wc = 1600 kg/m3).

Para concretos de densidad normal (wc = 2300 kg/m3), la resistencia a la

compresión f ’c varía de 20 a 40 MPa. La resistencia de los concretos

livianos está generalmente por debajo de estos valores y los concretos de

alta resistencia pueden llegar hasta 82 Mpa. El esfuerzo crítico es

significativo ya que la estructura de concreto tiende a volverse inestable

bajo cargas mayores a la crítica y sus deformaciones aumentan

rápidamente. Luego alcanza el valor máximo de resistencia a la compresión

f ’c y comienza a sufrir deformaciones mayores acompañadas de una

reducción en su resistencia. El esfuerzo crítico es aproximadamente 0.75 f

’c.

De todas maneras, es importante tratar la resistencia a la tensión del

concreto. Cuando un elemento de concreto reforzado es sometido a

flexión, a cortante, a torsión o a otras acciones combinadas, se presentan

esfuerzos de tensión que llevan al agrietamiento y a la formación de fisuras

perpendiculares a los esfuerzos y deformaciones principales, lo cual

cambia de manera drástica el comportamiento de la sección que se va a




analizar. Se puede decir que la resistencia a la tensión varía

aproximadamente entre 3 y 5 c ' f .2

2.2 ACERO ESTRUCTURAL

El hierro y el acero han sido utilizados en la construcción por siglos. El

hierro fundido tiene un relativo alto contenido de carbón (más del 1.5 %)

además de silicio y azufre, lo cual lo hace más fuerte y frágil a la vez, con

una resistencia a la tensión limitada. Gracias a esto, a su disponibilidad en

el mercado y a su buena resistencia a la compresión, fue muy usado para

columnas en construcciones del siglo XIX. Generalmente los ingenieros

preferían no usarlo en elementos que resistieran cargas laterales o que

sufrieran excesiva flexión o tensión, debido a la fragilidad experimentada

en puentes y otras estructuras de ese tipo. Más tarde aparecería el hierro

forjado, que se convertiría en el material dominante de finales del siglo XIX

y luego el acero a principios del siglo XX.

El hierro forjado se comenzó a elaborar manualmente desde 1613 con

características muy variables dependiendo de la habilidad del productor y

de las cantidades encontradas en el mercado. Sólo a partir de mediados

2 DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO. NILSON, Arthur H. Materiales, p. 44. 12ª Edición. Ed. Mc Graw Hill, Colombia, 2001.




de 1800 se empezaron a producir grandes cantidades de hierro forjado y a

ser utilizado en un gran número de construcciones, aprovechando su

ductilidad, mayor resistencia a la tensión y versatilidad a diferencia del

hierro fundido; aunque el hierro fundido seguía siendo más económico

para columnas. (Figura 2.2)

Figura 2.2. Secciones de hierro fundido y forjado, Freitag, 1906.

El acero apareció en forma con el desarrollo del proceso Bessemer

combinado con el horno de solera en 1856, aunque no se hizo común en la

construcción sino hasta 1880 debido a diferencias en las propiedades del

material. En 1895 fue publicada la primera especificación para acero

estructural, que establecía el control de calidad y los requerimientos

estándares para el material pero no incluía recomendaciones de diseño. En




1896 los productores de acero estandarizaron las características de los

perfiles y así el acero empezó a dominar el mercado estructural. A partir de

esto también aparecieron las primeras pruebas del acero y de elementos

estructurales, que demuestran que no eran muy diferentes al acero A36

usado desde 1950. El acero A9 tenía una resistencia a la fluencia menor

con un valor nominal de 30 ksi. Otro factor importante en el desarrollo del

acero, fueron las pruebas contra el fuego, las cuales ayudaron a mejorar

los elementos estructurales por medio de mampostería en 1890, y luego

con el concreto a comienzos de 1900. También fueron fundamentales las

conexiones remachadas como primera forma de conectar los elementos de

acero y de hierro formado entre sí. (Figura 2.3)

Figura 2.3. Conexión típica remachada, 1900.

En los años siguientes, la construcción en acero continuó siendo utilizada

de forma continua con pequeñas variaciones en el tipo de estructura y de




material dependiendo para que era utilizada. Las primeras técnicas de

soldadura aparecieron en 1915 pero no fueron muy usadas sino hasta

1930 debido a su baja calidad. En 1930 apareció la primera soldadura de

arco y en 1940 se mejoro con el arco eléctrico, el cual cambiaría la

soldadura por las conexiones con remaches. En este período también

apareció el acero A7 con una resistencia a la fluencia de 33 ksi

reemplazando al acero A9. Todo esto fue posible gracias a la creación del

American Institute of Steel Construction (AISC). En 1950 el acero A36 con

36 ksi de esfuerzo de fluencia se convirtió en al acero estándar para

construcción y luego aparecieron los de alta resistencia.

2.2.1 Propiedades del Material

El acero es una aleación de Hierro (Fe), Carbono (C) y otros elementos

pesados y de aleación que se extraen de una mina. Dentro de los

elementos pesados se encuentran el Fósforo (P), el Azufre (S) y el Nitrógeno

(N); y los elementos de aleación incluyen al Manganeso (Mn), el Silicio (Si),

el Cromo (Cr), el Níquel (Ni), el Molibdeno (Mo) y otros más. Posteriormente

la composición química y el tratamiento calórico son los que definen las

propiedades mecánicas del acero para luego convertirlo en un determinado

propósito, entre los cuales se destacan el acero estructural, acero de

refuerzo y de preesfuerzo, acero inoxidable y otros especiales como el




acero resistente a deformaciones a largo plazo bajo cargas constantes.

Cada tipo de acero contiene una composición diferente que determina su

calidad; a medida que el carbono aumenta se incrementa su dureza y

resistencia a la tensión pero decrece su ductilidad, y así mismo el

manganeso y el cromo se funden para incrementar la resistencia.

Tabla 2.1. Requerimientos Químicos para Acero A36

Producto SeccionesA Láminas Barras

Hasta De 19

a De 38

a De 64 a Más de Hasta

De 19 a

De 38 a Más de Espesor (mm) Todas

19 mm 38 mm 64 mm 102 mm 102 mm 19 mm 38 mm 102 mm 102 mm

Carbono, máx. %

0,26 0,25 0,25 0,26 0,27 0,29 0,26 0,27 0,28 0,29

Manganeso, % - - 0,80 - 0,80 - 0,85 - 0,85 - - 0,60 - 0,60 - 0,60 -

1,20 1,20 1,20 1,20 0,90 0,90 0,90 Fósforo, máx. %

0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04

Azufre, máx. % 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05

Silicio, % - - - 0,15 - 0,15 - 0,15 - - - - -

0,40 0,40 0,40

Cobre, mín. % B 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20

A Contenido de Manganeso de 0,85 a 1,35 % y contenido de Silicio de 0,15 - 0,40 % es requerido para

láminas sobre 426 lb/ft. B Cuando el acero tiene especificación de presencia de cobre.

Las propiedades mecánicas de los elementos y las conexiones metálicas

determinan el comportamiento estructural de las mimas bajo diferentes

cargas actuantes. Las propiedades mecánicas de mayor interés son la

resistencia a la fluencia (Fye) y a la tensión (Fte), la ductilidad, el módulo de




elasticidad, la tenacidad a la fractura, su soldabilidad, plasticidad,

resistencia a la corrosión y otras.

La resistencia del acero a tensión o a compresión es semejante y se

determina por medio de pruebas de ruptura que suministran detalles de la

elongación y reducción del área, que a la vez determinan la deformación

unitaria del mismo y su módulo de elasticidad. Aunque ya bien se sabe que

el acero se comporta bien bajo grandes esfuerzos, se puede ver que ante

altas temperaturas el acero reduce su resistencia última y aumenta su tasa

de deformación hasta llegar a la ruptura. Sin embargo, a temperaturas

normales la relación entre la tasa de carga o de deformación y la

resistencia es proporcional, es decir, si la velocidad de carga aumenta la

resistencia ultima crece y la elongación hacia la ruptura decae.

Figura 2.4. Diagrama Esfuerzo – Deformación para varios aceros




La tenacidad a la fractura es una medida de la capacidad del material para

evitar el crecimiento de grietas internas y se mide mediante una prueba de

impacto.

La soldabilidad es una propiedad que se analiza a partir de la capacidad del

tipo de acero para producir conexiones resistentes y soldadas

económicamente con elementos convencionales. La mayoría de aceros

poseen esta cualidad, aunque depende directamente de la composición

química del acero. De todas formas, los problemas en las conexiones se

deben comúnmente a la formación de grietas en la soldadura por cambio

en la composición del material o por perdida de resistencia debido a

temperaturas altas localizadas en la zona.

La plasticidad es la capacidad del material para ser moldeado y formado

comúnmente para un fin comercial. El acero se puede formar en caliente o

en frío, según el propósito. El formado en caliente es caracterizado

principalmente por el laminado y el forjado, los cuales dependen

esencialmente de la composición química. Aceros bajos en carbono con

aleación de níquel o manganeso aumentan la tenacidad a la fractura y la

posibilidad de reducir el área, que se resume en buena deformabilidad.

El formado en frío se hace bajo la temperatura de cristalización y altera en

forma directa las propiedades mecánicas del material dependiendo el




grado de deformación al que es sometido el material. Ese daño puede ser

recuperado después con un proceso de templado y endurecimiento.

La resistencia a la corrosión se obtiene a partir de la creación de aleaciones

con cromo, fósforo o cobre, los cuales crean capas de oxido que retrasan

el proceso de oxidación y así protegen al acero que se encuentra debajo.

Otros factores importantes a tener en cuenta como ventajas del acero, es la

habilidad para resistir cargas dinámicas durante un tiempo prolongado

hasta de 2 ∗ 106 ciclos, la ductilidad implícita en las propiedades ya

mencionadas y la dureza.

Por último, la determinación de estas propiedades en estructuras ya

construidas está relacionada con la disponibilidad de los documentos

originales de diseño y las memorias de obra, la descripción de la calidad

original lograda en la construcción, la accesibilidad y la condición de los

materiales. En el caso del acero, las resistencias difieren dependiendo de la

época en la cual haya sido construida la estructura y la norma bajo la cual

haya sido estandarizado el tipo de acero utilizado. (Ver Tabla 2).




Tabla 2.2. Resistencias de varios tipos de acero según el año A Propiedades basadas en Resistencias de Aceros Estructurales según ASTM y AISC

Fecha Especificación Observación Resistencia a

la Límite de

Tensión (ksi)

B

Fluencia (ksi) B

1900 ASTM, A9 Acero remachado 50 30 Edificios Acero intermedio 60 35 1901 - 1908 ASTM, A9 Acero remachado 50 25 Edificios Acero intermedio 60 30 1909 - 1923 ASTM, A9 Acero Estructural 55 28 Edificios Acero remachado 46 23 1924 - 1931 ASTM, A7 Acero Estructural 55 30 Acero remachado 46 25 ASTM, A9 Acero Estructural 55 30 Acero remachado 46 25

1932 ASTM, A140-32T Publicado Placas, perfiles, barras 60 33

como una revisión tentativa 67 36 de ASTM, A9 (Edificios)

1933 ASTM, A 140-32T descontinuada Acero Estructural 55 30

y ASTM, A9 revisada Oct. 30, 1933 (Edificios)

ASTM, A9 revisado tentativamente Acero Estructural 60 33

a ASTM, A9-33T (Edificios)

ASTM, A141-32T adoptado como Acero remachado 52 28

estándar




1934 en ASTM, A9 Acero Estructural 60 33 adelante ASTM, A149 52 28 1961 - 1990 ASTM, A36/A36M-00 Acero Estructural Grupo 1 62 44 Grupo 2 59 41 Grupo 3 60 39 Grupo 4 62 37 Grupo 5 70 41

Fecha Especificación Observación Resistencia a

la Límite de

Tensión (ksi)

B

Fluencia (ksi) B

1961 en ASTM, A 572, Grado 50 Acero Estructural adelante Grupo 1 65 50 Grupo 2 66 50 Grupo 3 68 51 Grupo 4 72 50 Grupo 5 77 50 1990 en A36/A36M-00 y grado dual Acero Estructural adelante Grupo 1 66 49 Grupo 2 67 50 Grupo 3 70 52 Grupo 4 70 49

A Los valores inferiores de los materiales antes de 1960 están basados en valores mínimos específicos. Los valores inferiores de los materiales después de 1960 son el menor de la desviación estándar de datos específicos. B Los valores indicados son representativos del material extraído del alma de muchos

perfiles.




2.2.2 Fabricación de Perfiles Estructurales en Acero

La fundición del acero empieza quitando las impurezas contaminantes de

los lingotes de hierro, generalmente es fósforo, manganeso y silicio, por

medio de un proceso de gasificación y combustión en el cual es

introducido el oxígeno. Al mismo tiempo, la composición química para el

tipo de acero que se quiere obtener es introducida como refinación del

material y el oxígeno es removido mediante desoxidación. Para evitar la

segregación se adicionan a la mezcla silicio, manganeso, calcio o aluminio;

aunque las cantidades de acero descartados en esta etapa no son

susceptibles a envejecer y también son apropiados para la soldadura.

Existen varios procesos para la producción de acero crudo que se

diferencian principalmente por la forma de introducir el oxígeno y por el

gradiente de temperatura utilizado. Sin embargo, todos los equipos de

fundición son similares en su gran área pero poca altura.

El acero fundido puede ser convertido a estado sólido mediante varias

formas de llenado, las cuales después son convertidas al producto final con

procesos de moldeado, laminado o forjado.

La primera forma se hace por gravedad con moldes de llenado verticales,

los cuales posteriormente son pasados a partir de rodillos u otros moldes




para obtener productos planos, barras, secciones huecas y secciones

estructurales.

Otra forma es introducir el acero fundido en grandes moldes horizontales,

que luego son formados usando patrones a escala real y adicionalmente

cortados posteriormente.

El método Shaw es popular por crear complicadas formas geométricas

usando en un principio duros moldes de cera, que luego son ensamblados

con el contorno final y luego son metidos dentro de otro molde de

cerámica. Más tarde, este mole de cerámica se calienta para que la cera se

derrita, y se rompe para sacar la forma final de acero con una superficie

muy buena y con bajas tolerancias de error.

El moldeado es la técnica más importante para la obtención de productos

de acero debido a su gran libertad de diseño en el proceso y amplio rango

de aplicaciones. El comportamiento del acero moldeado es mejor ante altas

temperaturas y es bien logrado con respecto a la tenacidad a la fractura.

De todas maneras, hay una gran probabilidad que en el proceso de llenado

queden vacíos que aparecen después en los tratamientos posteriores,

afectan la resistencia y ayudan a la fractura de las piezas. Esto le trae al

productor grandes costos en relación a las pruebas para evaluar la calidad.




A partir del moldeado, se llevan a cabo dos procesos secundarios en la

realización de piezas estructurales. Uno de estos es el laminado, en el cual

el producto semiterminado es calentado a aproximadamente 1250 ºC antes

de ser formado por la presión de los rodillos, que mejoran las propiedades

mecánicas del material ya que su microestructura se compacta. Con este

proceso es que se hacen la mayoría de perfiles y secciones estructurales

que se usan para la construcción, además de cables, barras de refuerzo,

secciones laminadas y productos planos.

Figura 2.5. Rodillos para laminado de secciones H e I.

El otro proceso secundario es el forjado, que al igual que el laminado se

hace calentando el producto semiterminado. Consiste en darle forma al

material con fuerzas compresivas por medio de herramientas de forjado




como martillos y prensas, que funcionan con presión de vapor, aire o agua

para trabajos livianos y tornillos o manivelas para trabajos pesados. Con

este proceso también se incrementa la resistencia del material debido a la

alteración de la microestructura.

Otros procesos como el endurecimiento y el templado del acero se llevan a

cabo para modificar las cualidades del material, más no para formarlo. El

endurecimiento se obtiene acelerando el proceso de enfriamiento del acero

después de ser moldeado y el templado manteniendo el acero largos

períodos de tiempo en una fase de transición de temperatura que forma

carburos y disminuye su densidad. Gracias a esto, disminuye la ductilidad

del acero pero se incrementa su resistencia y tenacidad a las fracturas.

2.3 CERRAMIENTOS, FACHADAS Y OTROS

Esta sección se refiere a todos los elementos no estructurales que hacen

parte o están adheridos permanentemente a la edificación, teniendo en

cuenta sobre todo los componentes arquitectónicos comunes en

construcciones industriales o destinadas al almacenamiento, que en caso

de un evento sísmico pueden afectar tanto a la misma edificación como

poner en riesgo la vida de sus ocupantes. Igualmente dichos componentes

arquitectónicos, al ser parte integral de la construcción, necesitan cumplir

los requerimientos técnicos para comportarse apropiadamente ante las




diferentes cargas a la cual puede ser sometida la edificación y así permitir

niveles de ocupación inmediata, protección de la vida y reducción de

daños. Los sistemas, componentes y elementos mecánicos o eléctricos se

mencionan de soslayo ya que difieren en gran medida según el uso de la

edificación, aclarando que en muchos casos representan parte

indispensable del funcionamiento y fin de la edificación, como también

pueden costar más que la misma construcción en conjunto.

A continuación se presenta una lista de los componentes no estructurales

típicos en una edificación, que según la zona sísmica requieren o no de

análisis y rehabilitación para asegurar el nivel de ocupación inmediata y de

protección a la vida.

Tabla 2.3 Componentes no Estructurales: Aplicabilidad de Requerimientos para la

Protección a la Vida y Ocupación Inmediata y Métodos de Análisis

Sismicidad

Alta Sismicidad Moderada

Sismicidad Baja

Método de

COMPONENTE PV OI PV OI PV OI Análisis

A. ARQUITECTÓNICO

1. Fachada

Enchapado Adherido SI SI SI SI NO SI F / D

Enchapado Anclado SI SI SI SI NO SI F / D

Aparejos de Vidrio SI SI SI SI NO SI F / D

Paneles Prefabricados SI SI SI SI SI SI F / D

Fachada de Vidrio SI SI SI SI SI SI F / D

Sismicidad


Sismicidad Baja

Método de





2. Particiones

Pesadas SI SI SI SI NO SI F / D

Livianas NO SI NO SI NO SI F / D

3. Enchapados Interiores

Piedra, incluído mármol SI SI SI SI NO SI F / D

Cerámicas SI SI NO SI NO SI F / D

4. Tejado

a. Directamente aplicado a la estructura NO 13 SI NO 13 SI NO SI F

b. Losas de Yeso NO SI NO SI NO SI F

c. Listones de Yeso suspendidos SI SI SI SI NO SI F

d. Tejado Integrado suspendido NO 11 SI NO 11 SI NO 11 SI PR

5. Parapetos y accesorios SI SI SI SI SI SI F 1

6. Marquesinas y Toldos SI SI SI SI SI SI F

7. Chimeneas SI SI SI SI NO SI F 2

8. Escaleras SI SI SI SI SI SI *

B. EQUIPOS MECÁNICOS

1. Equipos Mecánicos

Calderas y Hornos SI SI SI SI SI SI F

Maquinaria Multi-funcional NO 3 SI NO SI NO SI F

Equipos HVAC aislado de vibraciones NO 3 SI NO SI NO SI F

Equipos HVAC sin aislamiento NO 3 SI NO SI NO SI F

Equipos HVAC junto a los Ductos NO 3 SI NO SI NO SI PR

2. Tanques de almacenamiento y

Calentadores de Agua

Tanques soportados por Estructura (Cat. 1) NO 3 SI NO SI NO SI 4

Tanques sobre el piso (Cat. 2) NO 3 SI NO SI NO SI 5

3. Tubería a Presión SI SI NO SI NO SI 5

4. Tubería contra Incendios SI SI NO SI NO SI PR

5. Tubería de fluidos

Materiales peligrosos SI SI SI SI SI SI PR / F/D

Materiales no peligrosos NO SI NO SI NO SI PR / F/D

6. Ductos NO 6 SI NO SI NO SI PR

C. ELÉCTRICOS Y COMUNICACIONES

1. Equipos Eléctricos y de Comunicación NO 7 SI NO 7 SI NO SI F

2. Equipos de Distribución Eléctricos

y de Comunicación NO 8 SI NO 8 SI NO SI PR




Sismicidad


Sismicidad Baja

Método de


3. Instalaciones de Luz

Iluminación Empotrada NO NO NO NO NO NO

Montada sobre la Superficie NO NO NO NO NO NO

Integrada al Tejado SI SI SI SI SI SI PR

Colgante NO 9 SI NO 9 SI NO SI F

D. MOBILIARIO Y EQUIPAMENTO INTERIOR

1. Estanterías SI 10 SI SI 10 SI NO SI F 2. Libreros SI SI SI SI NO SI F

3. Almacenamiento de materiales peligrosos SI SI NO 12 SI NO 12

SI PR

4. Estantes de Computadores y Comunicaciones

NO SI NO SI NO SI PR / FD

5. Ascensores SI SI SI SI NO SI F / D

6. Cinta transportadoras NO SI NO SI NO SI F / D

NOTAS

1. Parapetos de mampostería no reforzada de menos de 4 pies de altura pueden ser rehabilitados según los conceptos de diseño.

2. Chimeneas residenciales de mampostería pueden ser rehabilitados según los conceptos de diseño.

3. Para el nivel de protección a la vida es requerida la rehabilitación para: Equipos tipo A o B, o tanques de 6 o mas pies de altura Equipos tipo C Equipos que hacen parte del sistema eléctrico de emergencia Equipos de gas en espacios ocupados o desocupados 4. Calentadores de agua residenciales con capacidad menor a 100 gal pueden ser rehabilitados con

un proceso prescrito. 5. Tanques o sistemas de tuberías pueden ser rehabilitados acorde a un proceso preescrito. 6. Se requiere rehabilitación cuando los ductos transportan materiales peligrosos, exceden 6 ft2 de

área transversal o están suspendidos más de 12 in. de la estructura que lo soporta. 7. Para el nivel de protección a la vida es requerida la rehabilitación para: Equipos de 6 o mas pies de altura Equipos de mas de 20 Lb. de peso Equipos que hacen parte del sistema de comunicaciones o eléctrico de emergencia 8. Para el nivel de protección a la vida es requerida la rehabilitación cuando los equipos hacen

parte de iluminación de emergencia, sistema eléctrico o de comunicaciones. 9. Para el nivel de protección a la vida es requerida la rehabilitación cuando la instalación excede

20 Lb. por soporte.




10. La rehabilitación no es requerida si las estanterías se encuentran en un espacio vacío. 11. Para el nivel de protección a la vida es requerida la rehabilitación cuando los paneles excedan 2

Lb/ft2 o se quiera mejorar la rehabilitación. 12. La rehabilitación es requerida cuando el material está cerca de un lugar habitado y represente

una amenaza a la vida. 13. La rehabilitación es requerida para mejorar el nivel de protección a la vida si grandes áreas (mas

de 10 ft2) están mal sujetas o tejas plásticas se encuentra sobre listones metálicos o de madera. Símbolos: PV Nivel de Protección a la Vida OI Nivel de Ocupación Inmediata PR Procedimiento preescrito aceptado F Procedimiento analítico: Análisis de Fuerzas F/D Procedimiento analítico: Análisis de Fuerzas y Desplazamiento relativo * La rehabilitación es requerida individualmente para el componente en específico

2.3.1 Cerramientos – Tejados

El tejado es la superficie superior exterior de las construcciones y puede

ser horizontal o inclinado, estar sujeto a la estructura de la cubierta o

suspendido de ella. Así mismo, todos los sistemas de cerramiento superior

son susceptibles a deformaciones y aceleraciones por sismo. Generalmente

están soportados por elementos metálicos por separado y pueden ser

clasificados en los siguientes tipos:

a. Superficies aplicadas o revestidas con materiales que están

apoyados directamente sobre las vigas de madera, placas de

concreto o el entramado metálico; y fueron colocados mediante

aparatos mecánicos o pegados con adhesivos.




b. Secciones de yeso simplemente apoyados sobre miembros que se

repiten y crean un entramado continuo (cielorraso).

c. Listones metálicos suspendidos de la estructura y revocados con

yeso u otro material.

d. Láminas acústicas de madera suspendidas entre perfiles metálicos

junto con instalaciones de iluminación y elementos mecánicos

formando un sistema integrado de cerramiento.

Tabla 2.4 Riesgos de Componentes arquitectónicos no estructurales debido a la

Componente Sísmica

Componente Efectos principales Tejado suspendido

Caída de los paneles, daño del perímetro

Separación de rieles Tejado revocado

Colapso, desprendimiento del revocado

Revestimiento Caída, destrucción de los paneles y de las conexiones

Rompimiento de las ventanas

Decoración Caída

En el análisis del comportamiento del tejado bajo diferentes

configuraciones de carga se deben establecer las aceleraciones y

deformaciones de la estructura que los soporta para poder determinar

como se van a comportar dichos elementos. A partir de esto, el buen




desempeño se logra mejorando las conexiones y la adhesión a los

soportes.

Comúnmente el tejado es fabricado en plantas industriales con los

siguientes materiales:

- Acero galvanizado con o sin pintura (tejas de zinc)

- Aluminio, con o sin pintura

- Asbesto cemento

- Tejas traslucidas plásticas o de fibra de vidrio

Actualmente las tejas son fabricadas nacionalmente con diferentes

características geométricas y grandes alturas de onda (100 mm o mas) de

forma que presentan gran rigidez a la flexión, venciendo grandes luces

libres entre apoyos o vigas de cubierta (7 m o mas). En algunos tipos de

cubierta, el tejado también incluye ventanería vertical o sobre el plano de

las tejas para permitir la entrada de luz natural al recinto.

A continuación se presentan los diferentes tipos de cubierta en paneles o

láminas según el productor, con sus características geométricas y

mecánicas.

• CUBIERTAS METCOL

Paneles metálicos inyectados con poliuretano de alta densidad.




CUBIERTA METÁLICA A42-P1000-G4

Elemento metálico para cubierta en láminas de acero galvanizado o

aluminio prepintado.

Figura 2.6. Cubierta Metálica A42-P100-G4, Industrias METCOL.

Tabla 2.5 Características geométricas y mecánicas de Cubierta Metálica A42-

P100-G4, Industrias METCOL.

Espesor Peso Lámina Panel (mm) (Kg/m2)

L (m) 1 1,25 1,5 1,75 2 2,25 2,5 2,75 3 0,45 4,79 P (Kg/m2) 610 390 270 190 150 120 90 65 90 0,55 5,75 760 485 335 240 185 145 115 95 75 0,65 6,7 910 580 400 290 220 170 140 110 90 0,75 4,66 1055 675 465 340 255 200 160 130 105

PANEL TECHMET A42-P1000-G4

Panel metálico de láminas de acero galvanizado o aluminio prepintado para

cubierta con inyección de poliuretano expandido de alta densidad (38

Kg/m2). Proporciona un aislamiento acústico y térmico y permite tener

mayores luces ya que se incrementa su resistencia a la flexión.




Figura 2.7. Panel Techmet para cubierta A42-P100-G4, Industrias METCOL.

Tabla 2.6 Características geométricas y mecánicas de Panel Metálico Techmet

A42-P100-G4, Industrias METCOL.

Espesor Peso Lámina Panel (mm) (Kg/m2)

P (Kg/m2) 80 80 100 120 150 200 250 25 9,2 L (m) 4,4 3,85 3,4 3,1 2,7 2,35 2,1 30 9,39 4,7 4,1 3,85 3,3 2,9 2,5 2,25 40 9,78 5 4,4 3,9 3,55 3,2 2,75 2,45 50 10,16 5,3 4,6 4,1 3,75 3,35 2,9 2,6 60 10,54 5,6 4,85 4,35 3,95 3,55 3,05 2,75 80 11,3 6,2 6,3 4,8 4,35 3,95 3,35 3,05

• CUBIERTAS CORPACERO

Corpacero fabrica cubiertas estructurales de formas trapezoidales en acero

galvanizado llamadas “corpatechos”, que se sujetan a la estructura

principal con tornillos autoperforantes o ganchos.

Figura 2.8. Cubierta estructural Corpatecho DF, Industrias Corpacero.




Figura 2.9. Cubierta estructural Corpatecho RF, Industrias Corpacero.

Tabla 2.7 Características geométricas y mecánicas de Cubiertas Corpatecho,

Industrias Corpacero

Calibre Espesor Peso Propio 60 75 100 60 75 100 60 75 100No. (mm) (Kg/m2)26 0,40 4,82 2,5 2,3 2,0 2,7 2,3 2,3 3,0 2,7 2,524 0,65 6,50 3,0 2,7 2,3 3,5 3,2 2,7 3,9 3,6 3,222 0,70 8,69 3,0 2,7 2,3 3,5 3,2 2,7 3,9 3,6 3,2

Carga W (Kg/m2)

Luz Máxima entre correas (m)

Condiciones de ApoyoP

L

P P

L L L LL L

P P P P

• CUBIERTAS ACESCO

Acesco produce láminas galvanizadas, comúnmente llamadas tejas de zinc,

y otros tipos de cubierta metálica similares a las ya mencionadas

anteriormente.




TEJA DE ZINC ONDULADA

Figura 2.10. Teja de Zinc ondulada, Industria Acesco.

Tabla 2.8 Características geométricas y mecánicas de Teja de Zinc ondulada,

Industria Acesco

ESPESOR

mmAncho Util

mm.Largo mm.

Metro lineal kg

Unidad kg

33 3x7 0.23 750 2140 1.60 3.4233 3x8 0.23 750 2440 1.60 3.9133 3x10 0.23 750 3050 1.60 4.8933 3x12 0.23 750 3660 1.60 5.8730 3x7 0.30 750 2140 2.17 4.6330 3x8 0.30 750 2440 2.17 5.2930 3x10 0.30 750 3050 2.17 6.62

REF.DIMENSIONES PESO

CUBIERTA ARQUITECTÓNICA

Figura 2.11. Cubierta Arquitectónica de Acero galvanizado, Industria Acesco.

6 7 cm1 8 cm

80 cm

7 ,6 6 ,8 2 ,1

2,6

86 ,478 /




Tabla 2.9 Características geométricas y mecánicas de Cubierta Arquitectónica de

Acero galvanizado, Industria Acesco

• CUBIERTAS TOPTEC

Toptec fabrica cubiertas metálicas de aluminio y tejas en fibrocemento que

son usualmente utilizadas en la construcción de techos industriales,

bodegas y galpones. Las tejas de aluminio son resistentes a la corrosión y

las tejas de fibrocemento ofrecen mayor resistencia a los cambios de

temperatura.

Figura 2.12. Cubiertas metálicas de Aluminio, Industria Toptec.

Teja Corrugada Peso = 1.07 Kg/m2 Espesor = 0.36 mm

Teja Trapezoidal Peso = 1.17 Kg/m2 Espesor = 0.36 mm

1500 1700 1900 2100 2300 1500 1700 1900 2100 2300Galvanizado 3.22 73 78

Pintado 3.31 101 1060.36 mm Galvanizado 3.38 101 106 58 40 29 - - 98 68 48 36 27

0.46 mm Galvanizado y/o pintado 4.59 101 106 81 56 40 - - 135 95 68 50 38

0.60 mm Galvanizado y/o pintado 6.02 101 106 111 76 54 - - 203 139 100 74 56

0.70 mm Galvanizado 6.90 101 106 131 90 64 - - 246 175 125 93 71

39 29 22- - 79 550.30 mm 45 31 22

ANCHO TOTAL cm

CARGA ADMISIBLE (Kg/ m2)Luz simple (mm) Luz continua (mm)ESPESOR ACABADO

PESO Kg/ m2

ANCHO UTIL cm




Figura 2.13. Tejas en Fibrocemento, Industria Toptec.

• CUBIERTAS AJOVER

Ajover produce tejas metálicas de acero con recubrimiento de aislantes

asfálticos y foil de aluminio. Se diferencian de las otras principalmente por

su aislamiento acústico y térmico debido fundamentalmente al

recubrimiento que le dan.

Tabla 2.10 Características geométricas y mecánicas de Tejas metálicas Ajover

Tipo Clásica Super Extra 45 Espesor (mm)

1,8 1,9 2,0

Peso (Kg/m2)

4,8 5,6 6,6

Carga Viva * 120 240 290 * Capacidad de Carga Viva para una o dos luces de 1.0 m

Figura 2.14. Tejas metálicas Ajover. 82 cm




Ajover también fabrica tejas translucidas de PVC y policarbonatos que se

utilizan principalmente en edificaciones industriales en donde se requiere

cierta cantidad de luz y la estructura de la cubierta no fue diseñada

eficientemente para la entrada de luz natural por medio de claraboyas,

ventanas en la cubierta, etc. Las características geométricas son muy

similares a las de tejas metálicas; el peso varía entre 1.8 y 2.6 Kg/m2.

• CUBIERTAS ETERNIT

Eternit produce cubiertas de fibrocemento, las cuales han sido las más

utilizadas en nuestro país para edificaciones industriales y de

almacenamiento en las décadas pasadas, gracias a su bajo costo frente a

cubiertas metálicas o translucidas. En la última década se encontró que el

asbesto-cemento es perjudicial para la salud humana, lo cual disminuyó

notablemente su utilización en la construcción además de convertirse en el

material más pesado y menos eficiente para las cubiertas. A continuación

se presentan los tipos más comunes de tejas de fibrocemento utilizadas en

esta clase de construcciones.




Figura 2.15. Tejas en Fibrocemento Eternit.

Peso promedio = 15

Peso promedio = 17.4 Kg/m2

Teja P7 Plus

Canaleta 90

Peso promedio = 24 8

Canaleta 43




2.3.2 Fachadas

Las fachadas de las construcciones industriales o para almacenamiento

están constituidas principalmente por muros de mampostería no

estructural y/o láminas o paneles metálicos, y aberturas con ventanas en

vidrio que permiten iluminar el espacio interior.

Las fachadas de sólo ladrillo o mampostería se encuentran principalmente

en edificaciones de media altura y construidas en las décadas pasadas,

cuando los procesos constructivos requerían de la utilización de dicho

material y gran cantidad de mano de obra para la instalación de dichos

acabados. Estos muros están soportados por elementos estructurales

horizontales (vigas en concreto o metálicas). En la mayoría de proyectos se

utilizo el comúnmente llamado ladrillo tolete a la vista con un peso

promedio de 3 Kg/un y el bloque en concreto.

Imagen 2.1. Fachada en ladrillo.




Las fachadas metálicas son comúnmente utilizadas en edificaciones de

mayor altura y más nuevas, en donde se aprovecha la ligereza de este

material y la facilidad constructiva a la hora de armar la fachada. Las

láminas de acero galvanizado son similares a las utilizadas para cubiertas.

Los paneles están constituidos de dos láminas de acero galvanizado con

poliuretano expandido de alta densidad en el medio, el cual sirve de

aislamiento térmico y acústico. Están soportados sobre las vigas o

adosados a ellas por medio de perfiles metálicos agarrados con pernos. A

continuación se presentan las características geométricas y mecánicas del

tipo más común de panel de fachada.

Tabla 2.11 Características geométricas y mecánicas de Paneles monowall,

industria Metcol

Espesor

Lámina (mm)

Peso Panel (Kg/m2)

P (Kg/m2) 60 80 100 120 150

0,4 + 0,4 0,5 + 0,5 Acero - Acero

30 7,90 9,60 L (m) 3,20 3,00 2,80 2,50 2,20 40 8,28 9,98 3,40 3,20 3,00 2,80 2,50 50 8,66 10,36 3,90 3,65 3,40 3,10 2,75 60 9,04 10,74 4,40 4,10 3,75 3,45 3,00




Imagen 2.2 Fachada metálica Imagen 2.3 Detalle de Fachada metálica

2.4 SOLDADURAS

La soldadura es el proceso mediante el cual se unen dos piezas metálicas

por medio del calentamiento. En la fabricación de perfiles de acero, la

soldadura con arco eléctrico es la más utilizada ya que tiene la ventaja de

desarrollar un calor intenso en una zona muy localizada, evitando crear

esfuerzos residuales en el material y hacer el proceso más económico.

Existen varios tipos de soldadura de arco dependiendo el electrodo que se

utiliza: soldadura con arco de carbón, con arco de tungsteno y gas, con

arco metálico y sumergido.

En estructuras metálicas se utiliza comúnmente la soldadura con arco

metálico ya que reduce las tensiones internas y resulta de gran calidad.




Consiste básicamente en un electrodo metálico revestido que se funde con

el metal y a la vez sirve como material de aporte creando un gas inerte

alrededor del área evitando que se contamine.

2.4.1 Tipos de Soldadura

Los principales tipos de soldadura utilizados comúnmente en

construcciones con estructuras metálicas son las soldaduras de filete y las

soldaduras acanaladas.

La soldadura de filete se encuentra normalmente en uniones de elementos

que no se encuentran en un mismo plano o alineados (Figura 2.15).

Figura 2.16 Tipos de Soldadura

Junta Traslapada

Junta en TJunta de Esquina




La soldadura acanalada de penetración total o parcial se utiliza

principalmente cuando se desea tener una continuidad total o parcial en la

junta y es necesaria una mayor resistencia además de una transmisión de

esfuerzos continua a través de la conexión, tanto en uniones con

elementos en el mismo plano como en diferentes planos (Figura 2.16).

Generalmente la soldadura de filete es más económica y requiere de mano

de obra menos experimentada pero no es aconsejable para elementos

estructurales importantes dentro de una edificación.

Figura 2.17 Soldadura de Penetración Total




3. CARACTERIZACIÓN Y TIPOS DE EDIFICACIONES PARA

ALMACENAMIENTO

Las edificaciones para almacenamiento son construcciones que están

destinadas a guardar bajo sus grandes luces gran cantidad de mercancía,

equipos, maquinaria y personas que dependen directamente de la

funcionalidad de la edificación misma. Se pueden encontrar diversos usos

para este tipo de edificaciones pero en general sobresalen el industrial, el

comercial y el de depósito o comúnmente llamado bodega. Cualquiera de

estos usos, requiere de estructuras que presentan rasgos similares y

característicos que difieren dependiendo de su época de construcción, de

los materiales utilizados y por ende de la funcionalidad del edificio.

El análisis, la rehabilitación y el diseño de este tipo de construcciones

deben estar orientados a verificar diferentes aspectos que garanticen desde

la operación completa de dichas plantas hasta la protección de la vida

considerando los límites de servicio y de resistencia estructurales, sin

olvidar que este tipo de estructuras de grandes luces sufren problemas

asociados con las altas distorsiones geométricas.




Las estructuras utilizadas tienen dimensiones en planta y en altura mucho

mayores a las usadas generalmente en viviendas y edificios comunes,

además de estar compuestas por dos componentes básicos: la estructura

principal y la cubierta. La estructura principal tiene una configuración

estructural que está constituida principalmente de pórticos ortogonales y

perimetrales de concreto reforzado, acero laminado o formado en frío y

pocas veces en concreto preesforzado, que sostienen la cubierta por medio

de perfiles metálicos o de vigas metálicas en celosía (cerchas) venciendo

las grandes luces. La cubierta tiene a su vez varios elementos además del

tejado que aseguran su correcto funcionamiento, como correas metálicas

en perfiles laminados o armados con barras de acero, contravientos y

riostras que rigidizan su estructura ante cargas horizontales. Estas

edificaciones tienen perfiles que sostienen techos con un 10 % de material

translucido y una inclinación moderada que escurre el agua lluvia hacia los

extremos en donde hay aleros con canaletas que la conducen hacia abajo.

También existen edificaciones para el almacenamiento que cubren grandes

luces con sistemas estructurales basados en cables o tirantes similares a

los usados en la construcción de puentes.

La estructura consiste generalmente en la repetición de vigas y columnas

internas o perimetrales diseñadas con la misma sección y como miembros

continuos, para reducir el trabajo de elaboración de los elementos y




mejorar el funcionamiento en el caso de colapso aumentando la capacidad

de momento, en el cual una viga interna puede convertirse en una externa

y una externa puede quedar simplemente apoyada. Así en este tipo de

proyectos se busca disminuir el número de miembros estructurales

requeridos al mínimo y aumentar el grado de repetición al máximo.

En el caso de estructuras metálicas, la construcción se basa principalmente

en acondicionar los elementos que vienen de taller ya formados y cortados

a la medida y armarlos en la obra. Las bases de las columnas son soldadas

tradicionalmente a platinas de base que están casi siempre empotradas en

muretes de concreto. Las vigas son soldadas a las columnas o ligadas con

ángulos fijados por medio de pernos. La cubierta es conectada a los bordes

de las columnas para restringir los desplazamientos laterales y para que así

actúe como un diafragma de cortante bajo cargas horizontales,

transmitiendo los esfuerzos a los elementos verticales. El éxito de estas

edificaciones está relacionado directamente con el costo y la disponibilidad

de las secciones; en base a esto y a la simplicidad constructiva, es la forma

más económica y eficiente de cubrir grandes áreas en forma liviana.

Adicionalmente se deben tener en cuenta los requerimientos funcionales

de la edificación, como espacios para maquinaria y equipo, la flexibilidad

de los espacios en el tiempo de vida útil y la resistencia mínima ante




materiales peligrosos o corrosivos que puedan ser almacenados, así como

efectos por incendio.

La tipología o clase de edificación para almacenamiento responde a

diferentes aspectos, los cuales determinan a su vez las características de la

misma.

a. Finalidad o proceso industrial al cual se va destinar

- Dimensiones generales

- Dimensiones de vigas longitudinales y transversales

- Localización de aberturas (puertas, ventanas, etc)

- Necesidad o no de iluminación

- Necesidad de ventilación

b. Economía

- Materiales de elementos estructurales (en general concreto y acero)

- Perfiles disponibles en el mercado

- Tipo de estructura, es decir, vigas en celosía (cerchas) o almas llenas

c. Arquitectura de la edificación

- Disposición de la cubierta

- Disposición de la fachada

- Posición relativa e la envolvente con relación a elementos

estructurales

- Tipo de revestimiento




d. Fuerzas actuantes

- Magnitud de cargas permanentes

- Sobrecarga en la cubierta

- Cargas de viento

- Deformaciones y deslizamientos permitidos

- Magnitud y tipo de carga extra (estática o dinámica) de maquinaria,

equipos, etc.

A partir de esto, las edificaciones para almacenamiento se pueden clasificar

en tres grupos:

- Módulos y secciones simples

- Módulos y secciones múltiples pero repetitivas

- Tipo cobertizo

Debido a la diversidad de alternativas de configuraciones que se pueden

presentar, A continuación se presentan los tipos más comunes de

edificaciones para almacenamiento con sus características singulares,

teniendo en cuenta los puntos anteriores, las configuraciones tanto de la

estructura principal como de la cubierta, la época de construcción y su uso.




3.1 EDIFICACIÓN PARA ALMACENAMIENTO TIPO 1

Figura 3.1 Esquema de edificación para almacenamiento tipo 1

Este tipo de construcción, comúnmente llamada de cubierta en espina de

pescado, se utiliza generalmente como planta industrial ya que la cubierta

provee gran iluminación natural gracias a las aberturas que se encuentran

en la parte vertical de cada módulo de la cubierta, lo que economiza gastos

en energía por iluminación artificial. La cubierta consiste en módulos

triangulares repetidos longitudinalmente de 4 a 7 veces con separación de

TEJADO DECUBIERTA

ILUMINACIÓN Y VENTILACIÓNPRINCIPAL

ILUMINACIÓNLATERALMURO

ENMAMPOSTERÍA

VIGA LONGITUDINAL INCLINADA ENCONCRETO REFORZADO

CERCHA TRANSVERSALPRINCIPAL

CORREAS TRANSVERSALES ENACERO

CONTRAVIENTOS DECUBIERTA

CERCHA LONGITUDINALSECUNDARIA DE LACUBIERTA

COLUMNA EN CONCRETOREFORZADO

ESTRUCTURA DE CUBIERTA ENFORMA DE ESPINA DE PESCADO




7 metros cada una en promedio. La relación en planta entre el largo y el

ancho es de 2.5 en promedio. La altura en total no excede los 14 metros,

variando según la maquinaria que se utiliza en su interior y la existencia o

no de un puente grúa.

Imagen 3.1 Edificación para almacenamiento con cubierta de pescado típica

3.1.1 Materiales

Los materiales usados para la construcción de este tipo de edificación son

concreto reforzado para la cimentación y para la estructura principal

(columnas y vigas longitudinales) con propiedades mecánicas comunes. Las

vigas transversales (cerchas) que sostienen la cubierta son ángulos de

acero estructural laminado, al igual que las correas y los contravientos. El

tejado es de lámina metálica de acero galvanizado y las aberturas de




iluminación de vidrio común. La fachada es de ladrillo a la vista o revestido

en la cara exterior o en ambas caras.

Imagen 3.2 Materiales de los componentes principales

3.1.2 Cimentación

La cimentación se fundamenta en zapatas bajo cada columna, con vigas de

amarre de sección constante de 30*35 cm en la dirección longitudinal y

contrapesos en concreto ciclópeo unidos por vigas intermedias de 35*40

cm en la otra dirección. La placa de piso se encuentra reforzada con malla

electrosoldada en todos los casos.




Figura 3.2 Sistema de cimentación típica

3.1.3 Estructura Principal

La estructura principal está conformada por un pórtico de una sola planta

con una o dos vigas longitudinales dependiendo de la altura que se tiene.

Las columnas se encuentran separadas 7 m en promedio entre ejes y sus

dimensiones no varían con secciones en promedio de 40*70 cm. Las vigas

longitudinales horizontales tienen secciones de 30*40 cm y las inclinadas

secciones de 30*35 cm.




Figura 3.3 Sistema estructural típico

3.1.4 Conexiones

Las uniones entre las cerchas transversales y las columnas de concreto son

totalmente restringidas de modo que el perfil metálico vertical del extremo

de la cercha está embebido en la columna, manteniendo inalterado el

ángulo entre la columna y la cercha, generando continuidad en el pórtico.




Imágenes 3.3 y 3.4 Conexión cercha transversal – columna y Detalle de conexión

3.1.5 Cubierta

La cubierta, como se mencionó anteriormente, es de tipo de “espina de

pescado”, la cual aprovecha la elevación extra en cada módulo para

permitir la entrada de luz natural al recinto y así tener un espacio con

mayor funcionalidad. Está sostenida por cerchas transversales de 3 metros

de altura y cuenta además con cerchas longitudinales secundarias que

sostienen directamente el tejado en lámina de acero galvanizado (teja de

zinc). Las correas transversales y los contravientos las amarran y rigidizan

la estructura de la cubierta en conjunto.




Figura 3.4 Corte transversal. Cercha metálica de cubierta típica

Imagen 3. 5 Cubierta tipo espina de pescado

3.1.6 Fachadas

La fachada principal y más grande está comúnmente construida con

mampostería no estructural de ladrillo tolete, algunas veces a la vista y

otras con revestimiento básico. Las fachadas finales es en donde




generalmente se encuentra localizada la salida o las zonas de cargue y

descargue de mercancía, por lo cual están normalmente constituidas de

una puerta de acceso de carga metálica de cortina enrollable. En algunos

casos se encuentran muros interiores divisorios en bloques de concreto o

ladrillo en arcilla estructural.

3.1.7 Otros

Estas edificaciones cuentan de manera regular con puentes grúa que se

mueven sobre vigas metálicas apoyadas en ménsulas que tienen las

columnas dispuestas especialmente para esto e incluidas desde el diseño.

La capacidad de carga de estos puentes grúa puede variar de 1 Ton hasta

36 Ton.

Imagen 3.6 Puente grúa apoyado sobre columna propia




Imagen 3.7 Puente grúa apoyado sobre pórtico principal

Cuando se tiene un puente grúa, se dispone del sistema estructural según

la capacidad del mismo.

- Si la capacidad es menor o igual a 1 Ton, se tiene que la columna del

pórtico que sostiene la cubierta es la misma que soporta a la viga

metálica longitudinal del puente grúa por medio de una ménsula.

- Si la capacidad del puente grúa varía de 1 a 6 Ton se dispone de

columnas de una sección mas grande en la parte inferior hasta la

ménsula donde está apoyada la viga metálica longitudinal. A partir de

ésta, se disminuye la sección de la columna que sostiene las vigas

transversales de la cubierta.

- Para una capacidad máxima mayor a 6 Ton, se diferencian las columnas

que sostienen la viga longitudinal metálica del puente grúa con las del

pórtico que sostienen la cubierta.




También se encuentran equipos o maquinaria pesada importantes para la

funcionalidad de la edificación pero que no afectan estructuralmente a la

construcción ya que casi siempre están ubicados sobre el piso.

Generalmente se prepara la placa de piso para que resista carga de esta

índole.

3.2 EDIFICACIÓN PARA ALMACENAMIENTO TIPO 2

ILUMINACIÓN

TEJADO DE CUBIERTA

ILUMINACIÓN

MURO EN MAMPOSTERÍA

VIGA EN CONCRETO REFORZADO

COLUMNA EN CONCRETO REFORZADO

CERCHA EN ACERO ESTRUCTURAL CORREAS EN ACERO

CONTRAVIENTOS DE CUBIERTA

TENSOR DE CUBIERTA Y CORREAS

ESTRUCTURA DE CERCHA A DOS AGUAS

Figura 3.5 Esquema de edificación para almacenamiento tipo 2




Este tipo de edificación es la más utilizada para el almacenamiento y en

general para bodegas en Bogotá, al igual que se utiliza para galpones,

polideportivos, espacios civiles, etc. Es la que requiere de menos trabajo de

taller, constructivo y tiene el mínimo de miembros estructurales que se

repiten al máximo. La mayoría fueron construidas entre 1960 y 1990,

presentando similitudes constructivas en la cubierta. La cubierta es a dos

aguas y está soportada por la estructura principal que se en pórticos

ortogonales en los 4 costados. Esta edificación es en general más grande

que la de tipo 1. Puede llegar a superar los 1000 metros cuadrados de

área, su relación en planta entre el largo y el ancho está entre 1 y 2

venciendo luces más grandes, gracias a la disminución de elementos en la

cubierta y por ende su peso. Su altura no excede los 12 metros. En muchos

casos, se encuentran oficinas de una o dos plantas adosadas en el fondo,

que fueron incluidas posteriormente a la construcción y que no

representan cargas adicionales, ya que se encuentran apoyadas sobre

columnas ajenas a los pórticos principales.

En complejos industriales, estas edificaciones se encuentran repetidas una

contra la otra en el sentido transversal hasta diez veces.




Imagen 3.8 Edificación para almacenamiento con cubierta a dos aguas

3.2.1 Materiales

La estructura principal se encuentra en todos los casos elaborada con

concreto estructural tanto en cimentación, columnas y vigas. La cubierta

está sostenida por vigas en celosía (cerchas) de perfiles metálicos en acero

laminado, mientras que las correas están fabricadas con barras de acero

unidas con ángulos metálicos de acero A36. El tejado en este caso es

ondulado de asbesto-cemento, comúnmente encontrado debido a que era

el mejor material en la época para la construcción de cubiertas. Las

edificaciones mas nuevas tienen techos de lámina metálica (tejas de zinc) o

de materiales translucidos como policarbonato. Las fachadas son en todos

los casos de mampostería con o sin revestimiento exterior.




3.2.2 Cimentación

La cimentación de estos pórticos se basa también en zapatas

independientes con vigas de amarre en ambos sentidos para las columnas

de esquina; las demás tienen vigas de contrapeso en el sentido transversal.


Los pórticos principales se basan en la repetición de columnas de sección

continua en ambas direcciones, que soportan las cerchas transversales

sobre ménsulas dispuestas exclusivamente para eso. Las vigas perimetrales

en concreto varían su sección dependiendo si es longitudinal o transversal.

En pocos casos se suprimen las vigas perimetrales y se reemplazan por

muros que reciben parte del peso del tejado, además de recibir cargas

horizontales de viento y sismo en ambas direcciones.

Imagen 3.9 Columnas con muros en lugar de vigas perimetrales




También se encuentran edificaciones de este tipo que tienen columnas de

sección variable en altura con ménsula debido a la existencia de un puente

grúa (Ver sección 3.7.1).

Imagen 3.10 Columna de sección variable

3.2.4 Conexiones

Las uniones entre las columnas de concreto reforzado y las cerchas son

más simples que las de la edificación tipo 1 y consisten básicamente en

apoyos parcialmente restringidos en ambos extremos o en uno solo,

dejando el otro simplemente apoyado. En el caso que los dos extremos se

encuentran restringidos, la conexión consiste de una platina y unos pernos

que restringen el desplazamiento de la cercha en la dirección transversal

con una holgura máxima de 5 cm en cada extremo.




Imagen 3.11 Conexión parcialmente restringida en solo un extremo

Imagen 3.12 Conexión parcialmente restringida en ambos extremos

3.2.5 Cubierta

La cubierta a dos aguas consiste de cerchas transversales triangulares que

llevan el peso del tejado a las columnas. Estas cerchas se encuentran

sujetadas en el sentido longitudinal por correas que trabajan a tensión




evitando que las cerchas se “abran” y a flexión recibiendo parte del peso

del tejado, que transmiten a las cerchas principales. Los contravientos que

además ayudan a mantener rígida la estructura de la cubierta bajo cargas

de viento.

El tejado tiene comúnmente un 10 % de tejas translucidas que permiten el

paso parcial de luz natural al recinto. Adicionalmente, en algunos casos la

cubierta tiene un modulo de iluminación central longitudinal, que sobresale

aproximadamente 1 metro por encima del tejado en forma de dos aguas,

dejando espacio para la entrada de luz y la ventilación. El resto de

iluminación se consigue con aberturas en los muros o con iluminación

artificial.

Imágenes 3.13 y 3.14 Cubiertas a dos aguas con modulo de iluminación central




Imagen 3.15 Cubierta a dos aguas iluminación lateral

3.2.6 Fachadas

En este caso, todas las fachadas se encuentran interrumpidas por puertas

de acceso o de cargue y descargue, al igual que hay aberturas en los muros

longitudinales para la iluminación interior.. En las construcciones viejas,

estos muros no se encuentran revestidos en ninguno de los dos lados

mientras que en la mayoría de las construcciones nuevas se encuentran

revestidos por lo menos en el lado exterior.

3.2.7 Otros

La iluminación interior es parte fundamental de estas edificaciones ya que

no cuenta con aberturas suficientes que provean gran cantidad de luz. Las

instalaciones de luz se encuentran en todos los casos colgadas de las




cerchas principales, sin generar cargas significativas pero si representando

un riesgo por la posible caída en caso de sismo.

Imágenes 3.16 y 3.17 Sistemas de iluminación típicos 3.3 EDIFICACIÓN PARA ALMACENAMIENTO TIPO 3

ESTRUCTURA DE ALMA LLENA A DOS AGUAS

CONTRAVIENTOS DE CUBIERTA

TENSORES

VIGAS PRINCIPALES

SECCIONES EN CONCRETO O ACERO

Figura 3.6 Esquema de Edificación para almacenamiento tipo 3




La edificación para almacenamiento tipo 3 se diferencia de las dos

anteriores especialmente en los miembros estructurales de la cubierta, los

cuales son vigas metálicas de alma llena, perfiles metálicos formados en

frío o laminados. También se localizan columnas interiores en los

principales puntos de la cubierta. Este tipo de edificación ha sido

construido en su mayoría en la última década bajo la norma

sismorresistente vigente de la época. Está destinada comúnmente al uso

comercial, como supermercados, grandes almacenes al por mayor y

depósitos de materiales para la construcción. El área que ocupan estas

construcciones se encuentra en el orden de 10000 metros cuadrados, lo

cual supera a los tipos de edificaciones anteriores.

Las características de estas edificaciones se tomaron en base al almacén

Homecenter “El Dorado” (HCD), el cual es un establecimiento comercial

ubicado en la avenida ciudad de Cali con avenida el dorado (Bogotá). Este

proyecto representa un caso típico para este tipo de edificación.

Imagen 3.18 Homecenter El dorado (HCD)




3.3.1 Materiales

El concreto estructural se encuentra repartido entre la cimentación, las

columnas perimetrales e interiores, las vigas perimetrales y la placa de

piso. En el caso de las columnas y los muros perimetrales se encuentra

comúnmente un concreto de 4000 psi, las vigas y las placas alcanzan una

resistencia de 3000 psi. y el concreto ciclópeo 2000 psi. Los aceros

utilizados para el concreto estructural varían en su resistencia según el

diámetro de las barras, de modo que las barras de ¼” tienen un Fy de 240

Mpa, de 3/8” a 1” tienen un Fy de 420 Mpa y las mallas electrosoldadas un

Fy de 500 Mpa. Los miembros estructurales metálicos de la cubierta como

perfiles y láminas están elaborados con acero A36, pintado con

anticorrosivo y esmalte blanco. Las uniones como anclajes y tornillos

estructurales son de acero SAE grado 5, y los ángulos de conexión con

acero A572 grado 50. La fachada y el tejado están hechos de paneles

metálicos de acero galvanizado con poliuretano inyectado en el centro que

sirve como aislamiento acústico y térmico.

En este caso en especial, la zona de cargue y descargue tiene una

estructura metálica aparte del sistema estructural del almacén,

caracterizado por columnas en perfiles H y vigas en perfiles I.




3.3.2 Cargas

Las cargas vivas de diseño de esta edificación fueron las siguientes:

Almacén – 3000 Kg/m2

Garajes automóviles – 250 Kg/m2

Garajes vehículos pesados – 500 Kg/m2

Mezanine – 180 Kg/m2

Escaleras – 300 Kg/m2

3.3.3 Cimentación

La cimentación consiste en pilotes de 15 y 25 metros en concreto de 3000

psi y refuerzo en espiral de 3/8” de diámetro, repartidos en toda la planta

de cimentación y agrupados en dados, que van desde 1 hasta 5 pilotes en

cada uno.




Figura 3.7 Cimentación de estructura principal, HCD


La estructura principal consiste de pórticos perimetrales con luces de 8

metros y columnas repartidas uniformemente sobre el área de la planta,

que sirven de apoyos intermedios para la estructura de la cubierta. Cada

pórtico tiene columnas perimetrales de concreto con secciones diferentes

según el costado donde se encuentren. Las vigas perimetrales también

varían su sección según el costado y el nivel en que se encuentre. A

continuación se presentan las propiedades de cada miembro por separado.




Figura 3.8 Axonometría general de la estructura principal, HCD

K J I H G F E D C B AL

Figura 3.9 Corte transversal de la estructura principal, HCD




3.3.4.1 Columnas

Las columnas difieren en su sección según la localización. Las columnas

perimetrales que se encuentran sobre los costados norte y sur tienen una

sección común de 60x50 cm y una ménsula ubicada en el nivel superior

(6.75 m) en donde se apoyan las vigas transversales de la cubierta. Las que

se encuentran sobre los costados este y oeste tienen la misma sección de

50x60 pero no tienen ménsula ya que las vigas longitudinales se apoyan

sobre una viga transversal en cada extremo.

Imagen 3.19 y Figura 3.10 Ménsula de columna de 50x60 del costado norte, HCD

3.3.4.2 Vigas Perimetrales

Los pórticos perimetrales están constituidos por vigas que se encuentran

ubicadas en dos niveles superiores. Los pórticos de los costados este y

oeste tienen además vigas inclinadas que se encuentran a nivel de cubierta




y que ayudan a sostener la misma. En el primer nivel superior (3.95 m) se

encuentran vigas de sección constante de 50x40 cm, mientras que en el

segundo nivel superior (7.25 m) las vigas tienen unas sección constante de

50x50 cm. Las vigas inclinadas de los costados tiene una sección de

50x50, partiendo de 7.40 metros y alcanzando el punto máximo en la

mitad del costado a los 12 metros.




Figura 3.11 Planta vigas a nivel superior N+7.25, HCD




3.3.5 Cubierta

La cubierta a dos aguas atiene una inclinación del 4 % proporcionada por

las vigas transversales. Está provista por una serie de vigas metálicas de

perfil en I orientadas longitudinalmente y transversalmente, además de

correas y contravientos. Las correas se encuentran en dirección

longitudinal apoyadas en sus extremos sobre dos vigas transversales de

culata y en el resto sobre las vigas transversales comunes. Estas vigas

transversales se encuentran a su vez embebidas y sostenidas por las vigas

longitudinales de la cubierta, finalizando en sus extremos sobre las

ménsulas de las columnas de los costados norte y sur.

3.3.5.1 Vigas Longitudinales

Las vigas longitudinales fueron elaboradas con acero A36 en perfiles

metálicos laminados en forma de I venciendo luces de 24 metros. La

sección varía longitudinalmente en su altura y ancho en las uniones con las

vigas transversales (columnas internas) y en sus extremos, en donde se

encuentra soportada por las ménsulas de las columnas. Se caracterizan por

su esbeltez y tiene un espesor de 8 mm en el alma y de 16 mm en las alas.

La altura y el ancho predominante es de 90 y 40 cm respectivamente.




Figura 3.12 Sección predominante de viga longitudinal, HCD




Figura 3.13 Corte longitudinal típico, HCD




3.3.5.2 Vigas Transversales

La cubierta tiene tres tipos de vigas transversales, todas de perfiles

metálicos en I fabricados con acero A36. La viga transversal de culata tiene

una sección constante IPE200 sobre ménsulas metálicas ancladas a las

columnas perimetrales (Ver Imagen 3.20 y Figura 3.14)

Imagen 3.20 Detalle de ménsula metálica para viga transversal de culata, HCD

Figura 3.14 Detalle de apoyo de viga transversal de culata, HCD




Las otras dos clases de vigas transversales se encuentran repartidas a lo

largo de la cubierta y sostenidas por las vigas longitudinales. Se diferencian

principalmente en que una pasa sobre las columnas centrales y la otra no,

lo cual cambia el tipo de conexión con la viga longitudinal pero se

mantiene la esbeltez de la sección igual. Sus dimensiones son 90x25 cm

con un espesor en el alma y en la aletas de 8 y 16 mm respectivamente.

Ambas se encuentran apoyadas en sus extremos sobre las ménsulas

características de las columnas perimetrales.

VIGA V1EVIGA V1D VIGA V1D

VIGA V1CVIGA V1B

VIGA V1A

VIGA V1EVIGA V1DVIGA V1D

VIGA V1CVIGA V1B

VIGA V1A

VIGA V1AVIGA V1AB

VIGA V1AC VIGA V1DA VIGA V1DBVIGA V1E VIGA V1E

VIGA V1DB VIGA V1DAVIGA V1C

VIGA V1BVIGA V1A

Figura 3.15 Vigas transversales, HCD

3.3.5.3 Correas

Las correas se encuentran separadas 1.75 m entre sí y son las primeras

que se encargan de recibir las cargas del tejado y transmitirlas al resto de

la estructura. Están apoyadas perpendicularmente sobre las vigas




transversales y se encuentran amarradas por templetes transversalmente.

Las correas son básicamente perfiles en C de 30x6 cm de lado y 2.5 mm

de espesor.

Figura 3.16 Disposición de correas, HCD

Imagen 3.21 Correas, HCD

3.3.5.4 Contravientos Y Templetes

Los contravientos y los templetes son rigidizadores para cargas de viento.

Los contravientos son barras de 5/8” enroscadas en sus extremos a

ángulos que se encuentran soldados a las vigas transversales y los

templetes son barras de 3/8” enroscadas en las correas.




Figura 3.17 Sistema de contravientos, HCD

Imagen 3.22 Detalle de contraviento, HCD

3.3.6 Conexiones

Las conexiones entre miembros estructurales de la cubierta y de la

estructura principal son fundamentales para el buen comportamiento de la

edificación en general. Así mismo, las conexiones de estos con los

elementos arquitectónicos como tejado y fachadas son igualmente

importantes ya que definen el grado de funcionalidad de este tipo de

edificación.




3.3.6.1 Conexiones en Columnas Perimetrales

Las vigas transversales y longitudinales están conectadas a las columnas de

concreto en forma totalmente restringida por medio de pernos de 7/8”

anclados a la ménsula de concreto sobre una platina base de 1” de espesor.

Figura 3.18 Conexión columna perimetral costado sur-viga transversal, HCD

Imagen 3.23 Detalle de conexión viga transversal-columna, HCD




Figura 3.19 Conexión columna perimetral costado oeste - viga longitudinal, HCD

Imagen 3.24 Detalle de conexión viga longitudinal-columna, HCD

Las dos vigas de culata que se encuentran sobre los costados este y oeste

están apoyadas sobre las columnas por medio de una ménsula metálica

que va anclada a la columna de concreto con anclajes de diámetro ¾” y

largo 5 ½” (Ver figura 3.14).




3.3.6.2 Conexiones en Columnas Centrales

En este punto se presentan dos conexiones diferentes. La viga transversal

se conecta con la viga longitudinal y la viga longitudinal se conecta con la

columna de concreto. La conexión entre vigas metálicas se dispone de tal

manera que los módulos de la viga transversal se conectan a la viga

longitudinal por lado y lado por medio de un par de platinas soldadas de

¼” de espesor con pernos de ¾” de diámetro. Este tipo de conexión crea un

nudo totalmente rígido de tal manera que se restringe cualquier rotación.

La conexión entre la viga longitudinal y la columna central de concreto se

realiza por medio de un platina de ½” de espesor y cuatro pernos de

anclaje de 1” de diámetro y 45 cm de longitud.

Figura 3.20 Conexión vigas de cubierta-columna central, vista longitudinal, HCD




Figura 3.21 Conexión vigas de cubierta-columna central, vista transversal, HCD

3.3.7 Fachada y Tejado

La fachada está constituida por dos componentes que se dividen en altura.

Bloques de concreto se encuentran en forma de muro de fachada sin

revoque con la cara corrugada hacia el exterior hasta la primera viga

perimetral de concreto. A partir e ahí y hasta los 12.25 m se encuentra una

fachada en panel metálico tipo Monowall con aislamiento de poliuretano

expandido en el medio. Esta fachada metálica se encuentra adosada a la

estructura principal por medio de una estructura propia compuesta por

perfiles horizontales en C dispuestos en altura que van unidos a unos

parales metálicos que a su vez van anclados a las vigas perimetrales de

concreto.




Imagen 3.25 Paral metálico de fachada, HCD Imagen 3.26 Fachadas, HCD

El tejado está provisto con panales metálicos Techmet, los cuales también

tiene poliuretano en el medio. Está apoyado directamente sobre las correas

de la cubierta. Adicionalmente cuenta con módulos de tejas acrílicas que

permiten la entrada de luz natural al espacio interior.




3.3.8 Otros

La edificación cuenta además con instalaciones y equipos que le generan

cargas adicionales a la estructura.

Imagen 3.27 Ducto de aire acondicionado, HCD

Figura 3.22 Soportes típicos para ductos de aire acondicionado, HCD





El siguiente análisis de caso se presenta como un ejemplo de revisión

estructural a una edificación tipo 2, con excepción de la cubierta la cual en

este caso es de una sola agua, con el fin de determinar si es vulnerable o

no en caso de sismo, basándose en la Norma Colombiana de Diseño y

Construcción Sismorresistente de 1998 (NSR-98).

Imagen 4.1 Vista sur oriental

4.1 CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA EDIFICACIÓN

Este proyecto se encuentra ubicado en la zona industrial “El dorado” de

Bogotá, sobre la avenida El dorado con carrera 83. Esta zona (zona 3 –




Lacustre A) está conformada principalmente por depósitos de arcillas

blandas con profundidades mayores de 50 m. Pueden aparecer depósitos

ocasionales de turbas y/o arenas de espesor intermedio a bajo. Presentan

una capa superficial preconsolidada de espesor variable y no mayor a10m.

La edificación es propiedad de una empresa de correo expreso

internacional, por lo tanto tiene un uso comercial de almacenamiento de

mercancías para el recibo y despacho hacia diferentes locaciones. Tiene

dimensiones un área total en planta de 413 m2 y una altura de 10 m en

total.


La estructura principal está constituida por dos pórticos de concreto,

iguales y longitudinales, con una separación de 10.94 metros. Cada pórtico

tiene 6 columnas y dos vigas, consiguiendo 5 luces de longitud variable

(Ver figura 4.1).




6,8

7,5

7,15

7,15

7,15

10,94

4,56

3,75

DIMENSIONES EN METROS

Figura 4.1 Esquema de la estructura principal

4.1.2 Cimentación

La cimentación se basa en zapatas independientes de dimensiones

variables con vigas de amarre iguales de sección constante que las unen

ortogonalmente. Adicionalmente la placa de piso se encuentra sobre una

placa de contrapiso.

Figura 4.2 Zapatas de cimentación y placa de contrapiso




4.1.3 Columnas y Vigas

Todas las columnas tienen la misma sección constante de 50x35 cm con

una ménsula en su extremo superior, que sirve para sostener las vigas de

cubierta. Las vigas se encuentran a 4.56 m y 8.31 m de altura y todas

tienen igual sección.




Figura 4.3 Secciones de columnas y vigas




4.1.4 Cubierta

La cubierta a “un agua” tiene una pendiente del 12 % proporcionada por

vigas metálicas en celosía (cerchas) formadas con ángulos de secciones

diferentes (Ver figura 4.6). Estas cerchas sostienen correas con secciones

iguales pero de longitudes diferentes, correspondientes a las distancias

entre columnas (Ver figura 4.8). A su vez, estas correas están amarradas

por tensores que rigidizan la cubierta para cargas de viento (Ver figura

4.9). Adicionalmente, las cerchas también se encuentran rigidizadas por

contravientos en X que unen los extremos opuestos y arriostradas en el

lado vertical. Ambos son barras de ½” de diámetro.




6,8

7,5

7,15

7,15

7,15

10,94

4,56

3,75

DIMENSIONES EN METROS

Figura 4.4 Esquema de toda la estructura

Las cerchas se encuentran apoyadas en sus extremos sobre las ménsulas,

en las cuales se presentan dos tipos de conexión. En el lado más alto de la

cerchas está la conexión totalmente restringida, la cual consiste en una

platina anclada a la ménsula con 2 barras roscadas de 1¼”. En otro lado, la

conexión se basa en un apoyo móvil configurado de la misma manera

(platina y barras roscadas) pero con orificios que le permiten a la cercha

moverse en su mismo sentido con una holgura de 10 cm en total (Ver

figura 4.7).




Figura 4.5 Planta general de cubierta

Figura 4.6 Cercha típica

Figura 4.7 Detalle de los apoyos de la cercha




Figura 4.8 Correas




Figura 4.9 Detalles tensores y contravientos

4.1.5 Fachada y Tejado

La fachada está elaborada con ladrillo tolete en toda la altura, pero a la

vista exterior sólo hasta el primer tercio de altura. La parte restante está

revestida con paneles metálicos de lámina de acero y poliuretano en el

centro, vistos en el capítulo anterior.




Imagen 4.2 Fachada

4.1.6 Materiales

Concreto f’c = 210 Kg/cm2

Acero de refuerzo fy = 4200 Kg/cm2

Ángulos y platinas ASTM A36

Soldadura tipo E70-18 según las normas A.W.S.

4.2 ANÁLISIS ESTRUCTURAL

A continuación se presenta el análisis estructural de la edificación,

empezando por describir las cargas actuantes en ella y el modelo

estructural, basándose en la NSR-98 y la microzonificación sísmica de

Bogotá. Luego se realiza el cálculo de esfuerzos y deformaciones en los




miembros de la estructura principal por medio del programa estructural

SAP 2000, y así se calculan los índices de sobre-esfuerzo para determinar

si la estructura es vulnerable o no.

4.2.1 Cargas

Cargas muertas: (NSR-98 Capítulo B.3)

Peso propio cada columna = (0.5m x 0.35m x 8.31m) x 2400 Kg/m3 =

3490.2 Kg

Peso propio cada viga = (0.45m x 0.35m x 35.75m) x 2400 Kg/m3 =

13513.5 Kg

Teja zinc

………………………………………………………………………………………………

…………….… 5 Kg/m2

Fachada ladrillo tolete a la vista (300 Kg/m2, área alzada)

…………………….1175 Kg/m2

Correa

C1.…………...………………………………………………………………………………

…………….. 131.05 Kg

Correa C2

………………………………………………………………………………………………

………….. 144.19 Kg




Correa C3

………………………………………………………………………………………………

………….. 135.04 Kg

Cercha.........................................................................................................

............................ 164 Kg

Contraviento................................................................................................

....................... 11.71 Kg

Tensor.........................................................................................................

............................. 0.77 Kg

Cargas viva: (NSR-98 Capítulo B.4)

Cubierta inclinada de estructura metálica (pendiente < 20

%)......................... 50 Kg/m2

Carga de granizo:

5 cm de espesor

ρ = 0.95 g/cm3 (0 ºC)............................................................................47,5

Kg/m2 ≈ 50 Kg/m2

Carga de viento: (NSR-98 Capítulo B.6)

Análisis Simple

P = Cp q S4




Velocidad del viento (Bogotá) = 80 Km/h

Altura = 10 m

q = 35 Kg/m2

S4 (Bogotá 2600 msnm) = 0.722

Cp (según NSR-98 tabla B.6.7-3)

P (H) = -1.0 x 35 x 0.722 = - 25 Kg/m2

P (L) = -0.5 x 35 x 0.722 = - 12.7 Kg/m2

Entonces se toma carga de viento

como…………....................................................- 25 Kg/m2

Las cargas se distribuyen de la siguiente manera:

Las cargas del tejado, de granizo y viva de la cubierta se reparten en forma

puntual sobre las correas en base a las áreas aferentes que ocupan. Estas

cargas, sumadas a los pesos propios de las correas se colocan sobre los

H L Cp(H) = -1.0 Cp(L) 0 5

Lado H Lado L




nodos superiores de la cercha y por teoría de triángulos, sumándole el

peso propio de la cercha, se distribuyen a las columnas.

Las fuerzas de viento se distribuyen en los nodos del pórtico en base a las

áreas aferentes de muro que cada columna tiene.

7 8

8 8 7 5

9 1 9 1 9 1 9 1 9 1

1 6 5

1 9 61 5 9

1 9 21 9 21 9 21 9 21 9 2

Figura 4.10 Distribución de cargas de tejado y cubierta

1 3 8 2 .1 KG

6 8 0 .7 KG

1 3 6 1 .4 KG

1 3 9 4 .7 KG

1 3 6 1 .4 KG

1 3 6 1 .4 KG

7 1 4 KG

1 4 4 9 .7 KG

2 7 6 4 .1 KG

2 7 6 4 .1 KG

2 8 3 1 .8 KG

2 7 6 4 .1 KG

3 1 5 KG

6 0 2 KG

6 1 1 .5 KG

5 9 4 KG

5 9 4 KG

3 2 4 KG

5 6 3 .5 KG

1 0 1 7 KG

1 0 1 7 KG

1 0 4 6 .5 KG

1 0 4 0 KG

5 4 8 KG

G RA N IZO

M U ERTA

1175 KG/ M

1175 KG/ M

1175 KG/ M

1175 KG/ M

1175 KG/ M

Figura 4.11 Distribución de cargas sobre columnas y de muros




4.2.2 Carga de Sismo

Las cargas sísmicas se introdujeron al modelo a partir del espectro de

respuesta incluido en la Microzonificación sísmica de Bogotá.

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

Período (s)

Ace

lera

ción

Esp

ectr

al (g

)

Figura 4.12 Espectro de respuesta y diseño de la Zona 3

Las fuerzas sísmicas obtenidas se dividieron con un coeficiente de

disipación de energía R’ igual a 4.5 según la NSR-98.

E = Fs / R

R’ = φa φp Ro (Capítulo A.10)

φp = 0.9 (Tabla A.3-6)

Ro = 5.0 (Tabla A.3-3)




4.2.3 Combinaciones de Carga

Las combinaciones de carga con las que se analizó la edificación se

tomaron en base a las combinaciones básicas de carga para el estado de

resistencia (NSR-98 Capítulo B.2.4). En las combinaciones que tienen carga

viva, se analizaron dos veces, una con carga viva de tajado y otra con

carga e granizo, suponiendo que las dos no se presentan al mismo tiempo.

Para las combinaciones con sismo, se aplicaron igualmente doble vez, una

con el 100 % en dirección longitudinal y 30 % en dirección transversal y

viceversa.

C 1. 1.4 D + 1.7 L

C 2. 1.4 D + 1.7 G

C 3. 1.05 D + 1.28 L + 1.28W

C 4. 1.05 D + 1.28 G + 1.28 W

C 5. 0.9 D + 1.3 W

C 6. 1.05 D + 1.28 L + E (sismo x + 0.3 sismo y)

C 7. 1.05 D + 1.28 L + E (sismo y + 0.3 sismo x)

C 8. 1.05 D + 1.28 G + E (sismo x + 0.3 sismo y)

C 9. 1.05 D + 1.28 G + E (sismo y + 0.3 sismo x)

C 10. 0.9 D + E (sismo x + 0.3 sismo y)

C 11. 0.9 D + E (sismo y + 0.3 sismo x)




4.2.4 Modelo Computacional (SAP 2000 v.8)

Figura 4.13 Numeración de elementos




Figura 4.14 Cargas Muertas

Figura 4.15 Cargas viva de cubierta




Figura 4.16 Cargas de Granizo

Figura 4.17 Cargas de Viento




4.2.5 Índices de Sobre-Esfuerzo en Columnas

Los índices de sobre-esfuerzo de cada columna se sacaron a partir de la

comparación de las curvas de interacción de diseño con las de esfuerzos

aplicados, para cada combinación de carga. Así se puede determinar en

que caso cada columna va presentar algún tipo de falla. A continuación se

presentan los índices de interacción de las columnas para cada

combinación.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

COMBINACIONES

ÍND

ICE

DE

SOBR

E-ES

FUER

ZO

Figura 4.18 Índices de sobre-esfuerzo de la columna 1




0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

COMBINACIONES

ÍND

ICES

DE

SOBR

E-ES

FUER

ZO


0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

COMBINACIONES

ÍND

ICES

DE

SOBR

E-ES

FUER

ZO





0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

COMBINACIONES

ÍND

ICES

DE

SOBR

E-ES

FUER

ZO


0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

COMBINACIONES

ÍND

ICES

E S

OBR

E-ES

FUER

ZO





0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

COMBINACIONES

ÍND

ICES

DE

SOBR

E-ES

FUER

ZO


0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

COMBINACIONES

ÍND

ICES

DE

SOBR

E-ES

FUER

ZO





0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

COMBINACIONES

ÍND

ICES

DE

SOBR

E-ES

FUER

ZO


A partir del análisis se determinó que ningún índice de sobre-esfuerzo

superó la unidad, por lo tanto se puede decir que ninguna de las columnas

es vulnerable ante un evento sísmico.

4.2.6 Desplazamientos

Los desplazamientos de la edificación que se calcularon fueron aquellos

que sufrían los puntos superiores del par de columnas que sostienen las

cerchas de cubierta ya que son los que determinan si la holgura diseñada

para el movimiento de cada cercha es suficiente o no, por lo tanto se

calculo la diferencia entre los desplazamientos de cada columna en un

mismo sentido (x, y o z) para las combinaciones de carga que incluyen

sismo, en el modo fundamental de vibración de la estructura.




A parir de esto, se encontró que las diferencias máximas de

desplazamientos en cada sentido son:

Eje x (sentido longitudinal) = 0.04 cm

Eje y (sentido transversal) = 1.7 cm

Eje y (vertical) = - 0.003 cm

Por lo tanto, se puede decir que los 10 cm de holgura que tiene la cercha

para moverse en el sentido transversal son más que suficientes para que la

cubierta no tenga posibilidad de colapso debido a sobre-esfuerzos en la

cercha o falla de los pernos o soldadura.




CONCLUSIONES

Se determinaron las características de las edificaciones para

almacenamiento existentes en la ciudad de Bogotá a partir de

parámetros como las configuraciones tanto de la estructura principal

como de la cubierta, la época de construcción y su uso.

La tipología o clase de edificación para almacenamiento responde a

diferentes aspectos como finalidad o proceso industrial al cual se va

destinar, economía, arquitectura de la edificación, fuerzas actuantes, los

cuales determinan a su vez las características de la misma.

El análisis, la rehabilitación y el diseño de este tipo de construcciones

deben estar orientados a verificar diferentes aspectos que garanticen

desde la operación completa de dichas plantas hasta la protección de la

vida considerando los límites de servicio y de resistencia estructurales,

sin olvidar que este tipo de estructuras de grandes luces sufren

problemas asociados con las altas distorsiones geométricas.

Se consignaron los elementos estructurales típicos de cubiertas

proyectadas en las edificaciones para almacenamiento, teniendo en




cuenta su geometría, disponibilidad en el mercado y efectos

estructurales.

Se propuso un proceso de caracterización estructural de edificaciones

para almacenamiento a partir de un análisis de caso para un proyecto en

específico. A partir de esto se desarrolló un modelo computacional para

determinar el efecto de cargas de servicio y sísmicas con el fin de

determinar el estado actual de resistencia de la estructura por medio de

un análisis elástico.

A partir del análisis estructural, arquitectónico y constructivo de las

edificaciones para almacenamiento vistas en Bogotá, se puede concluir

que se ha olvidado o no se tiene en cuenta la experiencia histórica en

los métodos constructivos y en los materiales empleados para este tipo

de proyectos. Es importante tener como ejemplo (Capítulo 2) los

proyectos realizados en el pasado para ampliar el estado del arte,

innovar y hacer más eficiente el diseño estructural.

Para el análisis de caso, se encontró que para las solicitaciones de

servicio y sísmicas establecidas la edificación cuenta con una resistencia

adecuada y no necesita ningún tipo de remodelación. Para este tipo de

edificación construida después de la vigencia de la NSR-98, se puede




decir que no son vulnerables sísmicamente. Sin embargo, se

recomienda realizar un análisis dinámico (Pushover) para tener una

confiabilidad mayor en el estudio.




REFERENCIAS DE FIGURAS


ALMACENAMIENTO

1.1 ESPACIO TIEMPO Y ARQUITECTURA. GIEDION, Sigfried.

1.2 Ibid.

1.3 Ibid.

1.4 STEEL CONSTRUCTION MANUAL. SCHULITZ, SOBEK, HABERMANN. #

1.77

1.5 Ibid, # 1.77

1.6 Ibid, # 1.77

1.7 Ibid, # 1.77

1.8 Ibid, # 1.98

1.9 Tomado de revista de obras publicas, Fuente: 1878, 26, tomo I (6):

65-68

http://ropdigital.ciccp.es/pdf/publico/1878/1878_tomoI_6_03.pdf




1.10 ESPACIO TIEMPO Y ARQUITECTURA. GIEDION, Sigfried.

1.11 Universidad Politécnica de Valencia

http://alumnat.upv.es/pla/visfit/1668/AAAGNXAAXAAD6WACE/l1-

hist.pdf

1.12 Universidad Politécnica de Valencia

http://alumnat.upv.es/pla/visfit/1668/AAAGNXAAXAAD6WACE/l1-

hist.pdf

1.13 STEEL CONSTRUCTION MANUAL. SCHULITZ, SOBEK, HABERMANN.

# 1.109


# 1.102


# 1.133


#1.146





PARA ALMACENAMIENTO

2.1 DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO. NILSON, Arthur. Edición

12ª, McGraw-Hill, 2001. Figuras 2.3 y 2.4, pp. 38.

2.2 FEMA 274. Figure c5-1.

2.3 FEMA 274. Fig c5-2

2.4 STEEL CONSTRUCTION MANUAL. SCHULITZ, SOBEK, HABERMANN. #

2.31

2.5 Adaptado de STEEL CONSTRUCTION MANUAL. SCHULITZ, SOBEK,

HABERMANN. # 1.14

2.6 Industrias Metcol. http://www.metcol.com/fichas/f_cmetalica.pdf

2.7 Industrias Metcol. http://www.metcol.com/fichas/f_techmet.pdf

2.8 Industrias Corpacero. http://corpacero.com/productos.php

2.9 Industria Acesco. http://www.acesco.com/corrugado1.htm#ficha

2.10 Industria Acesco. http://www.acesco.com/cubierta1.htm

2.11 Industria Toptec. http://www.toptec.com.co/Marcos/manilit.htm




2.12 Industria Toptec. http://www.toptec.com.co/Marcos/manilit.htm

2.13 Industria Ajover. Manual de cubiertas ajover

2.14 Industria Eternit.




BILIOGRAFÍA

AN ALTERNATIVE APPROACH TO INDUSTRIAL BUILDINGS. BRETT, Peter R.

The Structural Engineering, Vol. 60A, No 11, Noviembre 1982.

BUILDING SYSTEMS. ELLIFRITT, Duane. LABOUBE, Roger. Thin-Walled

Structures, Vol. 16, 1993.

ARCHITECTURE FOR INDUSTRY. BROTO, Carles. Instituto Monsa de

Ediciones, 1996.

ARQUITECTURA Y ACERO. BORGHERESI, Horacio. PFENNIGER, Francis.

Instituto Chileno del Acero – ICHA.

CEMENTO Y HORMIGÓN. VILLEGAS, Bernardo. Comité de la Industria del

Cemento–ANDI.

DESIGN OF LIGHT INDUSTRIAL BUILDINGS. NIXON, Don. ADAMS, Meter.

Canadian Journal of Civil Engineering, Vol. 6, 1979.




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