CV 00-871 Diseo de elementos de acero

Ing. Carlos Enrique Nungaray Prez

Barbara Stephany de la Fuente Barraza

Dimas Alberto Daz Zaleta

Fernando Miguel Quesada Rojas

Omar Ulises del Carmen Cortez

Monterrey Nuevo Len, 10 de mayo de 2010

Contenido

Introduccin

Criterios de diseo

Cargas

Anlisis estructural

Diseo estructural

Verificacin

Conclusin

Referencias

Introduccin El siguiente proyecto consta de la elaboracin del anlisis y

diseo estructural de un edificio de acero, mediante un programa computacional especializado; as como la verificacin de los resultados arrojados dicho software. El programa a utilizar es RAM Elements 10.

Se pretende que el diseo de cada elemento cumpla con las normas requeridas y se ajuste a las restricciones y requerimientos que el proyecto demande, desde el punto de vista tcnico y econmico, buscando mantener siempre las ms elevadas normas de calidad, y tomando en cuenta el aspecto esttico, funcional, el material disponible y el procedimiento constructivo.

Criterio de Diseo 2.1 Ubicacin y uso del complejo

El edificio est situado en la ciudad de Monterrey, y tiene como destino el uso de departamentos, contando con 5 pisos (incluyendo la azotea) con una altura total de 12m. El terreno dedicado a esta construccin se encuentra rodeado de inmuebles habitacionales y comercios, todos ellos de baja altura.

2.2 Cimentacin

El terreno donde se construir el edificio est ubicado en la zona urbana, del tipo firme, con pendientes que varan hasta un 4%.

La cimentacin ser diseada con base en una capacidad de carga de 2.5 kg/cm2 a una profundidad de desplante de 2.00 m.

2.3 Material estructural -Concreto: f c = 250 Kg/cm

2 (losa del sistema de piso) f c = 250 Kg/cm

2 (cimentacin) -Acero de refuerzo: fy = 4,200 Kg/cm

2 -Acero estructural: A992 Soldadura: E70 -Tornillos: A325 2.4Elevador y escaleras Las escaleras estn definidas con base en los siguientes criterios mnimos: -Ancho: 1.30 m (mnimo) -Huella: 0.30 m (mnimo) -Peralte: 0.17 m (como mximo, pero ajustable segn la altura). -El elevador deber tener una capacidad para 10 personas.

Cargas 3.1.- Losa entrepiso

A continuacin se mostrar el desglose de las cargas muertas consideradas para la losa de entrepiso:

3.2.- Losa azotea

A continuacin se mostrar el desglose de las cargas muertas consideradas para la losa de azotea:

3.3.1.- Fachada de Muros

El peso de los muros de carga fue determinado mediante la obtencin del rea normal del muro y multiplicado por el peso volumtrico de la mampostera, =1500 kg/m3. Esto con la intencin de determinar la carga distribuida sobre las vigas en las que se apoyar dicho muro. Los clculos se muestran a continuacin:

3.3.2.- Fachadas de Vidrio

Del mismo modo que para los muros, se consider el rea normal de la fachada de vidrio y se multiplic por el peso volumtrico del material, = 3100 kg/m3, obteniendo as la carga distribuida sobre el elemento de soporte

3.4.- Escaleras En el caso de comunicaciones para peatones, el RCDF3 establece algunas caractersticas

mnimas para el diseo de los sitios de paso comn en el Captulo IV del Ttulo Quinto. Tomando en cuenta los puntos anteriores, as como las dimensiones mnimas propuestas

anteriormente, a continuacin se mostrar el dimensionamiento de los elementos de comunicacin de peatones, como lo son las escaleras y los elevadores.

Dimensiones propuestas L = 1.3 m B = 2 m (ancho) t1 = 30 cm (huella) r = 17 cm (peralte) S = 12 cm (peralte de losa) Recubrimiento = 0.02m H = 3 m 18 escalones 1 descanso Descanso: Largo = 2 m Ancho = 1 m

3.5.-Elevadores

Para el caso los ascensores, las caractersticas geomtricas y tcnicas son proporcionados por el proveedor. En nuestro caso se tom en cuenta un ascensor de la compaa Comsa4. Tomando en cuenta que se requiere una capacidad de carga para 10 personas,

3.6.- Cargas vivas

La determinacin de la carga viva se hizo en base a lo establecido en el RCDF, de donde se obtuvieron los valores correspondientes a las cargas a utilizar, los cuales se mostrarn a continuacin:

Tipo Carga viva (kg/m2)

Azotea pendiente < 5% 100

Habitacin 170

Pasillos 350

Escaleras 350

Elevadores 350

3.6.1.- Carga viva de azotea La obtencin de la carga viva correspondiente para la

azotea fue hecha en base a la simple eleccin del valor proporcionado por el RCDF en donde se determino que el valor sera el correspondiente a una azotea con una pendiente menor a 5%, dado que para efectos de diseo se considero una pendiente de 2%, de modo que la carga viva para azotea es de 100 kg/m2

Tambin es necesario tomar en cuenta los tableros en los

que fue establecida una carga extra por aire acondicionado de 250 kg/m2, teniendo entonces una carga viva de 350 kg/m2

3.6.2.- Carga viva de entrepiso

Se tomaron los valores establecidos por el RCDF:

Tipo Carga viva (kg/m2)

Habitacin 170

Pasillos 350

Escaleras 350

Elevadores 350

3.6.3.- Cargas debidas al viento

La obtencin de las cargas de viento fue realizada en base al manual de diseo por viento de la CFE 2008.

Anlisis Estructural

Para el anlisis, primeramente se crearon los nodos base, a partir de los cuales, se crearon los elementos estructurales.

Ya con la estructura y las cargas previamente calculadas, se crean reas de carda y se asignan las correspondientes cargas a cada seccin. Es importante crear diafragmas por nivel para el correcto funcionamiento de las losas.

Con estos valores asignados se realiz el anlisis, y el programa arroj los diagramas. Con los diferentes mens pudimos acceder a la informacin requerida

Diseo Estructural

Ya que el programa ha realizado el anlisis podemos realizar el diseo segn el cdigo especificado. En donde el programa realizara las revisiones correspondientes a las especificaciones establecidas dentro de los lmites permisibles

Una vez realizado el diseo, el programa nos despliega los elementos que no satisfacen los requerimientos. Por consiguiente, se procede a Optimizar los perfiles que no cumplen con las especificaciones

Ya que se ha realizado la optimizacin es necesario volver a correr el anlisis y realizar el diseo. En este punto es importante resaltar la necesidad de actualizar ciertos datos, por ejemplo, los factores de longitud efectiva K. Esto para poder llevar a cabo el diseo de los nuevos elementos sin problema

Una vez actualizados los factores y optimizadas todas las advertencias se tiene el modelo correcto y que cumple con los requerimientos.

Analisis de Resultados Los resultados que se tomarn en cuenta para el diseo

y revisin de los elementos crticos, se har en base al valor de la ecuacin de interaccin (stress ratio), en donde podremos ver los elementos crticos sometidos a la combinacin de carga crtica

De este modo obtenemos que los elementos crticos son:

Viga principal 2983 con stress ratio de 0.96

Viga secundaria 2032 con stress ratio de 0.99

Columna 161 con stress ratio de 0.97

Tambin es necesario revisar los desplazamientos nodales mximos con el fin de revisar la distorsin debido a cargas laterales de viento y de este modo compararlos con las NCRDF, a fin de evaluar la necesidad de contravientos o muros de cortante. Segn las NCRDF la distorsin no debe de exceder:

a) Cuando no existan elementos de relleno que puedan daarse como consecuencia de las deformaciones angulares: 0.005

b) Cuando existan elementos de relleno que puedan daarse como consecuencia de las deformaciones angulares: 0.002.

Def. angular = 1.67E-06

Diseo de Cimentaciones

Verificacin

Conclusin Este proyecto nos fue de gran ayuda para poder comprender el proceso de

diseo de una estructura de acero, desde la propuesta geomtrica hasta la optimizacin de los elementos. Tambin nos permiti familiarizarnos con un software de diseo como lo es el RAM V.8i 10, siguiendo cada uno de los pasos para la elaboracin de un complejo departamental. A su vez pudimos comprobar los resultados obtenidos con el programa y compararlos con los resultados obtenidos mediante la memoria de clculo, realizada con los conocimientos adquiridos durante el curso de diseo de elementos de acero.

En relacin a la comprobacin de los resultados, pudimos corroborar mediante las especificaciones de diseo del manual de construccin de la AISC los resultados arrojados por el software, obteniendo los mismo perfiles y satisfaciendo la demanda de capacidad de momento y cortante.

Por ltimo, otro aspecto importante fue el estudio realizado en base al diseo por viento segn el reglamento de la CFE del 2008. En donde pudimos aplicar las cargas determinadas por el mtodo esttico equivalente y analizar sus efectos en la estructura. A su vez pudimos revisar la distorsin creada por las cargas laterales y compararla con los valores permisibles segn las NCRDF.

Referencias 1.-

http://www.centrovirtual.com.mx/portal/images/Galvadeck%2015.pdf

2.- http://www.armstrong.com/content2/commclgam/files/4527.pdf

3.- http://www.contraloria.df.gob.mx/prontuario/vigente/385.htm

4.- http://www.elevadorescomsa.com/ 5.http://www.concretocelular.com.mx/Concreto%20Celular%20

deOccidente/Tablas%comparativas/Block%20vs%20tablaroca.pdf

6. American Institute of Steel Construction Inc., Steel Construction Manual, 2005 USA