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UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA

FACULTAD DE INGENIERIAS

CARRERA DE INGENIERIA MECANICA

CAMPUS KENNEDY

TESIS PREVIA A LA OBTENCIN DEL TITULO DE

INGENIERO MECNICO

DISEO DE CUBIERTAS TELESCPICAS INTEGRALES

PARA PISCINAS PARTICULARES

AUTORES:

NICOLAS HEREDIA A.

DANILO VILLAMARIN

Dirigido por: ING. WILLIAM DAZ

Quito, Junio del 2008

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i

DECLARATORIA DE RESPONSABILIDAD

Por el Director de Tesis.

Certifico que la presente tesis ha sido elaborada en su totalidad por los Sres. Nicols

Heredia A. y Danilo Villamarn como requerimiento parcial a la obtencin del titulo

de Ingeniero Mecnico Industrial.

____________________

Ing. William Daz

DIRECTOR DE TESIS

Por los autores

Nosotros, Nicols Heredia A. y Danilo Villamarn declaramos que el trabajo aqu

descrito es de nuestra autora; que no ha sido previamente presentado para ningn

grado o calificacin profesional; y, que hemos consultado las referencias

bibliogrficas que se incluye en este documento.

Los conceptos desarrollados, anlisis realizados y las conclusiones del presente

trabajo, son de exclusiva responsabilidad de los autores.

La Universidad Politcnica Salesiana puede hacer uso de los derechos

correspondientes a este trabajo, segn lo establecido por la ley de PropiedadIntelectual, por su reglamento y por la normativa institucional vigente.

_______________ ______________

Nicols Heredia A. Danilo Villamarn

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ii

DEDICATORIA

Este trabajo va dedicado a todas las personas

que de manera desinteresada aportaron con

un granito de arena para su culminacin,

tanto con palabras de aliento como con

regaos en tiempos difciles.

En especial a mi Madre y

mi esposa Mara Isabel.

____________________

Danilo Villamarn

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iii

DEDICATORIA

Este proyecto lo dedico a mis Padres

quienes con esfuerzo y entusiasmo

me han demostrado su apoyo y

confianza, en cada etapa de mi vida.

Ellos hicieron posible la culminacin de

esta etapa, la ms importante.

____________________

Nicols Heredia A.

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iv

AGRADECIMIENTO

Nuestro agradecimiento para las personas

que nos apoyaron en todo momento,

Ingenieros y Compaeros

testigos de nuestro esfuerzo y dedicacin.

A la Universidad Politcnica Salesiana

un agradecimiento porque nos llevamos

los mejores recuerdos.

_______________ ______________

Nicols Heredia A. Danilo Villamarn

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v

INTRODUCCIN

El diseo de la Cubierta Telescpica que se planteo para este tesis esta proyectada

para su construccin sobre piscinas particulares. Los materiales planificados para la

construccin de la cubierta sern Acero y Aluminio estructural, fusionando estos

materiales con la bondad y belleza del vidrio y la ligereza del policarbonato.

El diseo es novedoso, observado en pases desarrollados como es Espaa, en el cual

su uso es extendido en residencias y hoteles que poseen piscinas. El diseo

desarrollado, muestra una arquitectura de vanguardia con elementos rectos y curvos

en su estructura principal y acabados que cuidan la esttica.

La cubierta es funcional, presenta al usuario la posibilidad de tener una piscina

descubierta para das soleados y cerrada para das fros.

El tiempo de ejecucin para la construccin de la cubierta se proyecta prudente y su

valor en comparacin a los beneficios que ofrece esta acorde.

En los elementos de la estructura que se disean como placas bases, columnas, vigas

curvas, trabes, estructura de la cubierta, se emplean mtodos de clculo para la

solucin de la estructura como para el diseo. Adems estos diseos se apoyan con la

ayuda de software, con la introduccin del programa SAP2000.

Se aplicarn normas ecuatorianas referentes a cdigos de la construccin y sus

respectivas especificaciones, en el clculo y diseo de la cubierta se emplean

materiales existentes en el mercado ecuatoriano.

La estructura estar diseada con conexiones soldadas para rapidez y facilidad de

montaje en el sitio, asegurando solidez y seguridad.

El mtodo que se aplicar para la realizacin de esta tesis ser deductivo ya que

partiendo de normas generales y procedimientos conocidos en la construccin de

estructuras metlicas se llegar a un caso particular.

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vi

INDICE DE CONTENIDO

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA xxi

ALCANCE xxi

JUSTIFICACIN xxii

OBJETIVOS xxiii

o GENERAL

o ESPECIFICOS

VARIABLES E INDICADORES xiv

HIPOTESIS xiv

METODOLOGIA xiv

RESUMEN xv

CAPITULO I.- ESTUDIO DE MATERIALES

1.1 EL ALUMINIO 1

1.1.1 DESCRIPCIN 1

1.1.2 INFORMACIN ADICIONAL 2

1.1.3 APLICACIONES GENERALES 2

1.1.4 PROPIEDADES MECNICAS 3

1.1.4.1 Dureza 4

1.1.4.2 Resistencia a la compresin, a la flexin, al corte

y a la torsin 4

1.1.4.3 Resistencia a la fatiga 5

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vii

1.1.4.4 Influencia del material 5

1.1.4.5 Tenacidad 6

1.1.4.6 Resistencia al desgaste 6

1.1.5 VENTAJAS DEL ALUMINIO 7

1.2 EL POLICARBONATO 8

1.2.1 DESCRIPCIN: 8


1.2.3 VENTAJAS Y DESVENTAJAS RESPECTO AL VIDRIO 10

1.2.3.1 Ventajas: 10

1.2.3.2 Desventajas: 10

1.2.4 EL POLICARBONATO ANTE LA TRANSMISIN DE LUZ 11

1.2.5 PROPIEDADES FSICAS 12

1.2.6 CARACTERSTICAS MECNICAS 12

1.2.6.1 Resistencia al impacto 13

1.2.6.2 Curvatura 13

1.2.6.3 Coeficiente de Dilatacin Trmica 14

1.3 EL ACRLICO 16

1.3.1 DESCRIPCIN 16


1.3.3 CARACTERSTICAS 17

1.3.4 APLICACIONES Y USOS EN DIVERSOS SECTORES: 17

1.3.5 COMPARACIN CARACTERSTICAS ACRLICO,POLICARBONATO Y VIDRIO 18

1.4 EL VIDRIO 20

1.4.1 PROCESO DE PRODUCCIN 20

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viii

1.4.2 PROPIEDADES MECNICAS 21

1.4.3 ESFUERZO DE CARGA 22

1.4.4 DUREZA 23

1.4.5 PROPIEDADES FSICAS 23

1.4.6 ESPECIFICACIONES Y MEDIDAS NORMALIZADAS 24

1.4.7 INSTALACIN 24

1.4.8 CONTROL DE RADIACIN SOLAR 25

1.4.9 PROCESO PARA DETERMINAR EL ESPESOR DEL VIDRIO 25

1.4.9.1 Velocidad del viento bsico 26

1.4.9.2 Anlisis simple 26

1.4.9.3 Presin producida por el viento 26

1.4.9.4 Cmo hallar el espesor del vidrio 27

CAPITULO II.- ANALISIS DE CARGAS

2.1 CARGAS 30

2.2 CARGAS MUERTAS 30

2.3 CARGAS VIVAS 31

2.3.1 CARGAS DE PISO. 31

2.3.2 HIELO Y NIEVE. 31

2.3.3 LLUVIA. 33

2.3.4 CARGAS DE GRANIZO 33

2.3.5 CARGAS LATERALES 34

2.3.6 CARGAS DE VIENTO 34

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ix

2.3.7 CARGAS SSMICAS 36

2.4 DISEO DE CUBIERTAS 38

2.4.1 DISTRIBUCIN DE CARGAS 38

2.4.2 CARGA DE SEGURIDAD 39

CAPITULO III.- DISEO Y ANLISIS ESTRUCTURAL

3.1 ESTUDIO Y SELECCIN DE ALTERNATIVAS 42

3.1.1 ESTUDIA DE ALTERNATIVAS 42

3.1.2 SELECCIN DE ALTERNATIVAS 45

3.2 DIMENSIONES DE LA CUBIERTA 48

3.3 HIPOTESIS DE CARGAS 49

3.3.1 CARGA DEBIDA AL PESO PROPIO DE LA ESTRUCTURA 50

3.3.2 CARGA DEBIDA AL PESO DE LA CUBIERTA DEPOLICARBONATO 51

3.3.3 CARGA DE VIENTO (WH) 52

3.3.4 VELOCIDAD Y DIRECCIN DEL VIENTO 52

3.5 CONEXIONES ATORNILLADAS 54

3.5.1 TIPOS DE TORNILLOS 54

3.5.2 RESISTENCIA DEL PERNO 55

3.5.3 SELECCIN DE PERNOS PARA SOPORTAR CARGAESTTICA 56

3.5.4 SEPARACIN Y DISTANCIA A BORDES DE TORNILLOS 57

3.5.4.1 Separacin mnima 57

3.5.4.2 Distancias mnimas al borde 58

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x

3.5.4.3 Pernos para soportar carga esttica por esfuerzo cortante. 59

3.5.4.4 Factores de Seguridad y Carga 61

3.5.4.5 Esfuerzos permisibles 63

3.6 COJINETES DE CONTACTO RODANTE 65

3.6.1 CARGAS COMBINADAS, RADIAL Y DE EMPUJE 67

3.7 RESORTES DE EXTENSIN 69

3.7.1 DISEO DE RESORTES DE EXTENSIN 71

3.8 TEORA DE LA ENERGA DE LA MXIMA DISTORSION 74

3.8.1 JUNTAS SOLDADAS SUJETAS A CARGA AXIAL Y CARGACORTANTE DIRECTA 75

3.8.2 JUNTAS SOLDADAS SUJETAS A CARGA ESTTICATORSIONAL Y CARGA A LA FLEXIN 79

3.8.3 NUMERACIN DE ELECTRODOS 83

3.8.3.1 Prefijos 83

3.8.3.2 Resistencia a la Traccin 83

3.8.3.3 Posiciones para Soldar 84

3.8.3.4 Revestimientos 84

3.8.3.5 C.C C.A. y Polaridad 84

3.9 BASES DE COLUMNAS 85

3.9.1 GENERALIDADES. TIPOS DE BASES 85

3.9.2 PLACA DE BASE PARA COLUMNAS CARGADASAXIALMENTE 89

3.9.3 DISEO DEL PERNO DE ANCLAJE 97

3.10 MECANISMOS DE CADENAS 99

3.10.1 DEFINICIN Y CONSTITUCIN 99

3.10.2 MATERIALES PARA CADENAS Y RUEDAS 100

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xi

3.10.3 FABRICACIN DE CADENAS Y RUEDAS 100

3.10.4 MONTAJE Y UTILIZACIN 102

3.11 INVERSION DE GIRO 103

CAPITULO IV.- PROGRAMACIN EN SAP 2000

4.1 INICIO DE UN NUEVO PROYECTO 107

4.2 ASIGNACION DE COORDENADAS PARA JUNTAS 108

4.3 ASIGNACIN DE MATERIAL 111

4.4 ASIGNACIN DE PROPIEDADES PARA PERFILES 112

4.5 MODELADO DE ESTRUCTURA EN SAP2000 114

4.6 ASIGNACIN DE APOYOS 118

4.7 ASIGNACIN DE CARGAS 120

4.8 RESULTADOS EN SAP2000 123

4.8.1 REACCIONES EN LOS APOYOS 125

4.8.2 DEFLEXIONES 126

4.8.3 DIAGRAMAS PARA MIEMBROS ESTRUCTURALES 127

CAPITULO V.- CALCULOS

5.1 CLCULO DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO 130

5.2 CALCULO DEL ESPESOR DEL VIDRIO EN CERRAMIENTO 131

5.3 SELECCIN DE PERNOS. 132

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xii

5.3.1 SUJETAR UN SOPORTE SUPONIENDO CORTANTETRANSMITIDO POR FRICCIN 132

5.4 SELECCIN DE COJINETES DE BOLAS 136

5.5 DISEO DEL RESORTE DE EXTENSIN 139

5.6 CALCULO DE SOLDADURA 148

5.6.1 SOPORTE CON CARGA EXCNTRICA Y CARGACORTANTE DIRECTA 148

5.6.2 CLCULO DEL NMERO DE ELECTRODOS 153

5.7 DISEO DE LA PLACA BASE 156

5.7.1 DISEO DEL PERNO DE ANCLAJE 158

5.8 SELECCIN DE LA CADENA Y MOTOR ELECTRICO 161

5.8.1 MOVILIZACIN DE LA CUBIERTA 161

5.8.2 DIMENSIONAMIENTO MOTOR ELCTRICO 162

5.9 DISEO DEL MECANISMO DE LA CADENA DE RODILLO 164

5.9.1 PROCEDIMIENTO DE ANLISIS 164

5.9.2 DISEO Y CALCULO 165

CAPITULO VI.- COSTOS DEL PROYECTO

6.1 INTRODUCCIN 172

6.2 COSTOS POR MATERIALES 173

6.3 COSTOS POR CONSTRUCCIN 175

6.4 COSTOS POR SUMINISTROS 177

6.5 COSTOS POR MONTAJE 178

6.6 COSTOS INDIRECTOS 179

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xiii

6.7 COSTO TOTAL 179

CONCLUSIONES 180

RECOMENDACIONES 183

BIBLIOGRAFIA 186

ANEXOS

Anexo A Planos

Anexo B Validacin SAP 2000

Anexo C Circuito de Inversin de Giro

Anexo D Tablas para Clculos

Anexo E Proformas

Anexo F Manual Motor Puerta Basculante

Anexo G Plegado de Planos

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xiv

INDICEDETABLAS

Tabla1.1: Caractersticas de Iluminacin del Policarbonato 12

Tabla 1.2:Pesos propios por unidad de superficie y radio mnimo de

curvatura 14

Tabla 1.3:Tabla Comparativa de Caractersticas 19

Tabla 1.4:Esfuerzo de Carga 22

Tabla 1.5:Propiedades Fsicas del Vidrio 23

Tabla 1.6:Especificaciones y medidas del Vidrio 24

Tabla 1.7:Control de Radiacin del Vidrio 25

Tabla 1.8: Valores para determinar el Espesor del Vidrio 25

Tabla 1.9: Valores de Cp para superficies Verticales 27

Tabla 1.10:Coeficiente S427

Tabla 1.11:Coeficiente Ce 28

Tabla 1.12:Espesores mnimos en funcin de la presin

de clculo de viento 29

Tabla 2.1:Cargas Vivas Uniformes Mnimas Comunes para

el Diseo de Edificios 32

Tabla 2.2: Presin dinmica del viento 35

Tabla 2.3:Valores del factor Z en funcin de la zona ssmica adoptada 36

Tabla 2.4:Coeficientes de Ponderacin 37

Tabla 2.5:Cargas vivas mnimas para cubiertas en Kg/m2 39

Tabla 3.1:Factores de Ponderacin 47

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xv

Tabla 3.2:Espesores de Policarbonato 51

Tabla 3.3:Especificaciones ASTM para pernos 56

Tabla 3.4:Dimensiones bsicas de roscas mtricas ISO para pernos 57

Tabla 3.5:Dimensiones para cojinetes de bolas de contacto angular,de un fila, serie 02 68

Tabla 3.6:Recomendaciones de vida de cojinetes para varias clases demaquinaria 68

Tabla 3.7:Ultimo Digito Numeracin Electrodos 84

Tabla 3.8: Cadenas de Rodillos Sencilla 101

Tabla 4.1:Coordenadas en X, Y y Z 108

Tabla 4.2:Dimensiones Perfila HEA 10 112

Tabla 4.3:Dimensiones Perfil Al 1016 112

Tabla 4.4:Asignacin de apoyos 118

Tabla 4.5:Asignacin de Cargas 120

Tabla 4.6:Resultantes en los apoyos obtenidos del SAP 2000 125

Tabla 4.7:Resultantes de las Deflexiones obtenidas en SAP 2000 126

Tabla 5.1: Factores de Carga Radial equivalente para Cojinetes de Bolas 137

Tabla 5.2:Rendimientos Electrodos 154

Tabla 5.3: Coeficientes de Rozamiento 162

Tabla 5.4: Series de Ruedas Normalizadas 165

Tabla 5.5:Valores de orientacin para el coeficiente de choque Cs168

Tabla 5.6: Valores de orientacin para los coeficientes C1 a C3169

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xvi

Tabla 5.7:Resultados seleccionados en base a clculos 171

Tabla 5.8:Resultados seleccionados en base a Catlogo 171

Tabla 6.1:Costos por Materiales 174

Tabla 6.2:Precios Maquinas Mecnica Don Bosco 175

Tabla 6.3: Costos por Construccin 176

Tabla 6.4:Costos por Suministros 178

Tabla 6.5:Costos por Montaje 178

Tabla 6.6:Costos Indirectos 179

Tabla 6.7:Costos Total del Proyecto 179

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xvii

INDICE DE FIGURAS

Fig. 1.1.-Transmisin de la luz solar a travs del policarbonato 11

Fig. 1.2.-Dimensiones del apoyo de la placa 15

Fig. 1.3.-Aplicaciones del Acrlico 18

Fig. 1.4.-Esquema produccin Vidrio Peldar 20

Fig. 1.5.-Bveda de Vidrio 22

Fig. 1.6.-Utilizacin de Vidrio como elemento decorativo 22

Fig. 1.7.-Medidas para la Instalacin de un Vidrio 24

Fig. 2.1.-Ecuador, zonas ssmicas para propsitos de diseo 36

Fig. 3.1.-Cerramiento Telescpico 42

Fig. 3.2.-Cerramiento Telescpico Adosado 43

Fig. 3.3.-Instalacin privada en Pontevedra 43

Fig. 3.4.-Cerramiento Telescpico Sobre pilares 44

Fig. 3.5.-Cubierta Telescpica en Plano Inclinado 44

Fig. 3.6.-Cubierta Tipo Cobertor 45

Fig. 3.7.-Medidas de referencia para el Diseo de la

Cubierta Telescpica 48

Fig. 3.8.-Distribucin de Cargas en la Cubierta 49

Fig. 3.9.-Seccin Perfiles Aluminio 50

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xviii

Fig. 3.10.-Separacin Mnima y Distancia Mnima al Borde 58

Fig. 3.10.-Conexin con Perno a Cortante Simple 60

Fig. 3.12.-Tipos de extremos usados en resortes de extensin 69

Fig. 3.13.-Extremos para resortes de extensin 70

Fig. 3.14.-Geometra de la fuerza F y del lugar geomtrico dela extensin y de un resorte de extensin 73

Fig. 3.15.-ngulos de Soldadura 76

Fig. 3.16.-Cordones de Soldaduras 78

Fig. 3.17.-Carga excntrica en el plano 79

Fig. 3.18.-Carga excntrica fuera del plano 80

Fig. 3.19.-Momento de inercia de segmentos lineales de soldadura 82

Fig. 3.20.-Bases Empotradas y Articuladas 86

Fig. 3.21.-Tipos de Base de Columnas 87

Fig. 3.22.-Tipos de Pernos de Anclaje 88

Fig. 3.23.-Placas de Base de Columnas 90

Fig. 3.24.-Dimensiones usadas en el Diseo de Placa de Base 93

Fig. 3.25.-Distribucin de la carga de una columna pequeaal concreto de soporte 96

Fig. 3.26.-Separacin entre Pernos de Anclaje 97

Fig. 3.27.-Anlisis de Cargas para Pernos de Anclaje 97

Fig. 3.28.-Partes de un Eslabn 99

Fig. 3.29.-Conexiones Inversin de Giro 103

Fig. 3.30.-Conexiones Inversin de Giro 104

Fig. 3.31.-Conexiones Inversin de Giro con temporizador 105

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xix

Fig. 4.1.-Seleccin para realizar un nuevo modelo en SAP2000 107

Fig. 4.2.-Coordenadas de la Cuadricula (Grid) 109

Fig. 4.3.-Ventana de dialogo para modificar la cuadricula 109

Fig. 4.4.-Cuadro de coordenadas para en Sap2000 110

Fig. 4.5.-Cuadricula editada 110

Fig. 4.6.-Asignacin de material 111

Fig. 4.7.-Asignacin de Seccin H 113

Fig. 4.8.-Medidas usadas en la seccin H 113

Fig. 4.9.-Medidas usadas en el perfil Al 1016 114

Fig. 4.10.- Modelado de la estructura en SAP2000 115

Fig. 4.11.-Parmetros para perfiles curvos en SAP2000 116

Fig. 4.12.-Estructura modelada en SAP2000 116

Fig. 4.13.-Cuadro de dialogo para Offset en SAP2000 117

Fig. 4.14.-Dibujo de travesaos de aluminio 117

Fig. 4.15.-Asignacin de apoyos 118

Fig. 4.16.-Juntas Restringidas 119

Fig. 4.17.-Opciones de Anlisis en SAP2000 119

Fig. 4.18.-Tipos de Cargas 121

Fig. 4.19.-Sentido de las cargas en juntas 121

Fig. 4.20.-Distribucin de las cargas en las juntas 122

Fig. 4.21.-Sentido de las cargas en miembros estructurales 123

Fig. 4.22.-Ejecucin del programa 124

Fig. 4.23.-Deformacin de la cubierta en SAP2000 124

Fig. 4.24.-Diagrama de esfuerzos 125

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xx

Fig. 4.25.-Resultados para los apoyos en SAP2000 126

Fig. 4.26.-Diagrama de Fuerzas Cortantes 127

Fig. 4.27.-Diagrama de momentos 128

Fig. 4.28.-Diagramas para miembro estructural especifico 129

Fig. 5.1.-Suposicin de Carga P para clculo de seleccin de pernosen uniones 132

Fig. 5.2.-Junta Rueda Soporte 133

Fig. 5.3.-Esquema Distribucin de Cargas sobre Pernos 134

Fig. 5.4.-Suposicin de Cargas para Rodamientos 136

Fig. 5.5.-Distribucin de Cargas en la Puerta del Cerramiento 140

Fig. 5.6.-Suposicin Distribucin de Cargas 148

Fig. 5.7.-Suma vectorial del esfuerzo torsional en los puntos A y B 150

Fig. 5.8.-Suma vectorial del esfuerzo cortante directo en lospuntos A y B 151

Fig. 5.9.-Unin de Juntas Viga HBA y Placa de Apoyo 152

Fig. 5.10.-Detalle Biselado para Soldadura 153

Fig. 5.11.-Forma Cordn soldaduras 153

Fig. 5.12.-Medidas de la Placa Base 157

Fig. 5.13.-Separacin entre Pernos de Anclaje 158

Fig. 5.14.-Anlisis de Cargas para Pernos de Anclaje 158

Fig. 5.15.-Perno de Anclaje 159

Fig. 5.16.-Fuerzas para vencer el Rozamiento 161

Fig. 5.17.-Rueda Normalizado 165

Fig. 5.18.-Suposicin de Velocidad de Desplazamiento 166

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xxi

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

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xxii

PLAN DE TESIS APROBADO

TEMA: Diseo de Cubiertas Telescpicas Integrales para Piscinas Particulares

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

El problema que se desea solucionar con la construccin de una cubierta telescpica,

es la oscuridad del ambiente interior de una cubierta normal para piscinas. Las

estructuras que se han utilizado en nuestro pas para cubrir estos espacios, incluyen

en su diseo y construccin materiales como: concreto, acero, aglomerado, zinc; los

cuales por sus propiedades fsicas no permiten el aprovechamiento de energa solar

en horas en las que el clima lo permite; haciendo necesario el uso de energa elctrica

para calefaccin e iluminacin interior.

Muchos usuarios de piscinas prefieren un ambiente que permita sentir el aire libre

pero en cambio a otros esta idea no les satisface y se sienten ms cmodos en un

ambiente cerrado que brinde proteccin. Con la construccin de una cubierta

telescpica se lograr tener, de acuerdo a la preferencia los beneficios de cada

ambiente por su funcional diseo.

ALCANCE

Este estudio tiene como fin, determinar el diseo mediante un anlisis tcnico y las

dimensiones adecuadas de la estructura para una cubierta telescpica integral, as

como los materiales que se deben usar para la construccin.

Se realizar un estudio bsico y breve de la parte elctrica, de la misma forma que el

estudio para la automatizacin del accionamiento de la cubierta.

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xxiii

JUSTIFICACIN

Se ve necesario el diseo de Cubiertas Telescpicas por ofrecer las siguientes

ventajas:

1. No es necesario ningn permiso de obraspara este tipo de construccin, lo que

le supone un ahorro y evitar papeleos tediosos.

2. Aumenta la temporada de bao de forma excepcional y sin necesidad de

climatizacin.

3. Preserva la limpieza interior tanto del agua de la piscina como del mobiliario,

objetos, plantas, evitando as que las hojas de rboles, insectos, etc. ensucien su

entorno y consiguiendo un ahorro en productos de limpieza para piscina.

4. Aumenta la seguridad, con la cubierta cerrada puede impedir que nios o

mascotas sufran algn accidente involuntario. Los sistemas de cierre en las

puertas evita que nadie entre si es cerrado con llave.

5. Permite la entrada de luz solar, permitiendo ahorro de energa elctrica y con

el uso de policarbonato en la cubierta se evita la entrada de rayos UV protegiendo

de esta forma el deterioro de la pintura automotriz y enfermedades en la piel

humana.

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xxiv

OBJETIVOS:

GENERAL

Disear una cubierta telescpica integral para piscinas, automatizada y que su

accionamiento sea en funcin de la temperatura ambiental.

ESPECIFICOS

Realizar una gua, en la cual se facilite informacin suficiente respecto a las

caractersticas, calidades y formatos principales a tener en cuenta a la hora de

fabricar una cubierta para un particular.

Realizar la seleccin de los mejores materiales, en consecuencia, se

necesitar investigar diferentes caractersticas mecnicas de los perfiles y los

materiales de cerramiento: vidrios, metacrilato, aluminio y policarbonato.

Disear segn las normas de construccin una Cubierta prefabricada quesirva lo mismo para ubicarla a nivel del mar que para ubicarla en la sierra,

puesto que las cargas a soportar por la misma son muy diferentes.

Determinar las variables del proceso que permita la apertura y cierre

automtico de la cubierta telescpica, estas variables podran ser:

temperatura, presin, humedad relativa.

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xxv

VARIABLES E INDICADORES

1.- Costo, existencia en el mercado, propiedades mecnicas y esttica de

cubiertas para piscinas.

2.- Costo final de la cubierta para ser introducido y comercializado.

3.- Los materiales que se utilicen en la cubierta deben tener resistencia al

impacto y alta durabilidad.

HIPOTESIS

La Estructura para la Cubierta Telescpica debe ser confiable, segura, funcional, que

se pueda desarrollar y comercializar en diferentes formatos, que sea capaz de resistir

diferentes tipos de cargas permitiendo un diseo esttico y agradable a la vista.

METODOLOGIA

Despus de analizar los mtodos de investigacin existentes se ha llegado a la

conclusin que el adecuado es el mtodo deductivo; que es un proceso analtico

sinttico que presenta conceptos, definiciones, leyes o normas generales, de las

cuales se extraen conclusiones o se examina casos particulares sobre la base de

afirmaciones generales ya presentadas.

En otras palabras es aquel que de lo general va a lo particular.

En el mtodo deductivo el cientfico utiliza la lgica y una informacin general para

formular una solucin posible a un problema dado. Luego comprueba esa solucin en

varias situaciones tpicas.

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xxvi

RESUMEN

La presente tesis trata del Diseo de una Cubierta Telescpica para Piscina

Particular, cuyo desarrollo se lo realiza en seis captulos.

El captulo 1, Estudio de Materiales, involucra un estudio introductorio a los

materiales, en este capitulo se realiza un recuento de las propiedades fsicas y

mecnicas que intervienen en el diseo de la cubierta telescpica.

El captulo 2, Anlisis de Cargas, se estudia en forma breve los distintos tipos de

carga que la estructura soportar. Adems se aborda conceptos y normas generales

para el diseo de cubiertas.

El captulo 3, Diseo y Anlisis Estructural, siendo este el capitulo ms extenso

donde se realiza un estudio de alternativas que estn basados en sistemas novedosos

de construcciones de cubiertas, estructuras metlicas, donde se requiere el acero y el

aluminio como principal elemento de fabricacin, siendo materiales que se adquiere

fcilmente en el mercado nacional.

Se involucra adems un estudio de normas para la construccin de piscinas, y

fundamentos tericos para dimensionamiento de elementos mecnicos como

tornillos, rodamientos, resortes, cadenas de transmisin, columnas, etc.

El captulo 4, Programacin en SAP2000, se da una breve introduccin a la

programacin y se redacta una gua con los pasos que se siguieron para elaborar el

programa que facilito el anlisis estructural de la cubierta.

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xxvii

El capitulo 5, Clculos, involucran una gran cantidad de datos y operaciones

analizando las dimensiones de los elementos para la estructura, los datos inciales

como fuerzas fueron obtenidos de un software de Ingeniera Estructural como es el

SAP2000. Para el clculo realizado se procur reducir los costos de materiales sin

disminuir la resistencia de los mismos, uno de los conceptos que se tuvo presente fue

cuidar la esttica.

El captulo 6, Costos del Proyecto, analiza el valor de la cubierta construida en

estructura metlica y aluminio, se proporciona valores reales gracias a las proformas

proporcionadas por empresas de la ciudad de Quito, proveedoras especializadas de

los materiales utilizados en esta tesis.

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1

CAPITULO I.- ESTUDIO DE MATERIALES

1.1 EL ALUMINIO

1.1.1 DESCRIPCIN

El aluminio1 es un metal que rene una serie de propiedades mecnicas excelentes

dentro del grupo de los metales no frreos, de ah su elevado uso en la industria.

Dentro del ciclo vital del aluminio, ste se encuentra actualmente en la etapa de

madurez, es decir su produccin est estabilizada desde hace un par de dcadas,

aunque en la industria de la automocin su uso es cada vez mayor. Esta aparente

contradiccin se debe a que est siendo sustituido por nuevos materiales, como los

polmeros o los materiales compuestos, en aplicaciones en las que hasta ahora se

haba utilizado el aluminio.

La ligereza, la densidad del aluminio (2,70 g/cm) es realmente baja comparada con la

del hierro (7,90 g/cm).

La buena resistencia mecnica de algunas de sus aleaciones, incluso a altas

temperaturas, hace que est llegando a sustituir a aleaciones de titanio en el mundo

aeronutico, donde la ligereza unido a la resistencia mecnica son factores

importantsimos.

Muy buena resistencia a la corrosin gracias a la pelcula de almina, que se forma

en su superficie de forma espontnea y lo protege de la corrosin.

1www.salonhogar.com/ciencias/fisica/aluminio/intro.htm (Aluminio)
http://www.salonhogar.com/ciencias/fisica/aluminio/intro.htmhttp://www.salonhogar.com/ciencias/fisica/aluminio/intro.htmhttp://www.salonhogar.com/ciencias/fisica/aluminio/intro.htmhttp://www.salonhogar.com/ciencias/fisica/aluminio/intro.htm

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2

1.1.2 INFORMACIN ADICIONAL

Una propiedad cada vez ms en alza como es la reciclabilidad donde el aluminio

destaca especialmente, ya que si bien el aluminio es el metal ms abundante en la

corteza terrestre, el proceso de obtencin del aluminio requiere una alta cantidad de

energa en comparacin con otros metales como puede ser el acero, pero esta

cantidad de energa se reduce enormemente en el proceso de produccin secundaria

(reciclaje) para el caso del aluminio, provocando que la industria lo tenga muy en

cuenta a la hora de ahorrar dinero en forma de energa.

Como propiedades fsicas del aluminio caben resaltar, su alta conductividad trmica

y elctrica, esta ltima le hace adecuado para muchas aplicaciones dentro de la

industria elctrica, su baja temperatura de fusin unido a su elevada temperatura de

ebullicin hacen al aluminio muy idneo para la fundicin. El aluminio cristaliza en

la red FCC ( CCC) y no sufre cambios alotrpicos, lo que le confiere una alta

plasticidad, aunque las propiedades mecnicas varan enormemente segn sean los

elementos aleantes y los tratamientos termomecnicos a los que se haya sometido el

aluminio.

1.1.3 APLICACIONES GENERALES

Su aplicacin en la construccin representa el mercado ms grande de la industria del

aluminio. Millares de casas emplean el aluminio en puertas, cerraduras, ventanas,

pantallas, boquillas y canales de desage. El aluminio es tambin uno de los

productos ms importantes en la construccin industrial.

El transporte constituye el segundo gran mercado. Muchos aviones comerciales y

militares estn hechos casi en su totalidad de aluminio. En los automviles, el

aluminio aparece en interiores y exteriores como molduras, parrillas, llantas (rines),

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3

acondicionadores de aire, transmisiones automticas y algunos radiadores, bloques

de motor y paneles de carrocera. Se encuentra tambin en carroceras, transporte

rpido sobre rieles, ruedas formadas para camiones, vagones, contenedores de carga

y seales de carretera, divisin de carriles y alumbrado. En la industria aeroespacial,

el aluminio tambin se encuentra en motores de aeroplanos, estructuras, cubiertas y

trenes de aterrizaje e interiores; a menudo cerca del 80% del peso del avin es de

aluminio.

La industria de empaques para alimentos es un mercado en crecimiento rpido.

En las aplicaciones elctricas, los alambres y cables de aluminio son los productos

principales. Se encuentra en el hogar en forma de utensilios de cocina, papel de

aluminio, herramientas, aparatos porttiles, acondicionadores de aire, congeladores,

refrigeradores, y en equipo deportivo como esques y raquetas de tenis.

El aluminio en polvo se usa en pinturas, combustible para cohetes y explosivos y

como reductor qumico.

1.1.4 PROPIEDADES MECNICAS

Las propiedades mecnicas2 o propiedades de resistencia mecnica sirven en la

mayora de los casos como base para dictaminar sobre un material metlico, con

vistas a un fin de aplicacin concreto. A continuacin se da un resumen de las

propiedades mecnicas ms importantes del aluminio no slo sometido a esfuerzo

continuo sino tambin, oscilante y por golpe.

2http://www.salonhogar.com/ciencias/fisica/aluminio/prop_mecanicas.htm (Propiedades Mecnicas)
http://www.salonhogar.com/ciencias/fisica/aluminio/prop_mecanicas.htmhttp://www.salonhogar.com/ciencias/fisica/aluminio/prop_mecanicas.htm

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1.1.4.1 Dureza

La mayora de las veces se da en los materiales de aluminio la dureza Brinell, a causa

de la sencillez de su determinacin. Los valores de la dureza Brinell se extienden

desde HB=15 para aluminio pursimo blando hasta casi HB=110 para AlZnMgCu 1,5

endurecido trmicamente, es decir, aleacin 7075. Los valores de la dureza

determinados por otros mtodos, como el Vickers o el de Knoop, apenas tienen

significado prctico en este metal.

1.1.4.2 Resistencia a la compresin, a la flexin, al corte y a la torsin

En los materiales alumnicos se puede admitir que el valor del lmite de

aplastamiento 0,2% (parmetro de la resistencia a la compresin) es igual al valor del

lmite elstico 0,2% de traccin. La resistencia a la compresin o el lmite de

aplastamiento 0,2% tienen importancia principalmente en las piezas sometidas a

compresin tales como cojinetes de friccin.

La resistencia a la flexin en las aleaciones de aluminio se tiene en cuenta para las de

fundicin, en aquellos casos en que, al realizar el ensayo de traccin no es posible

determinar el lmite elstico con suficiente exactitud a causa de su pequeo valor.

La resistencia al cizallamiento es importante para el clculo de la fuerza necesaria

para el corte y para determinadas construcciones. No existen valores normalizados.

Generalmente est entre el 55 y 80 % de la resistencia a la traccin.

Casi nunca se determina la resistencia a la torsin, si se considera una distribucin

lineal de tensiones, puede considerrsela igual a la resistencia al cizallamiento.

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1.1.4.3 Resistencia a la fatiga

La fatiga depende de una serie de factores. Adems de la composicin, estado y

procedimiento de obtencin del material, hay que considerar la clase y frecuencia de

las solicitaciones y, especialmente, la configuracin de los elementos constructivos

(distribucin de fuerzas, tensiones mximas, superficie). La denominacin

"resistencia a la fatiga" se utiliza como concepto genrico para todos los casos de

solicitud alternativas.

Para el aluminio el lmite de ciclos de carga est fijado en 10. Los ensayos se hacen

casi siempre con 5 o 10 ciclos. Los resultados de los ensayos de fatiga alternativa

presentan siempre una dispersin que no se disminuye aunque se utilicen mtodos

ms precisos de medicin. Se deben, principalmente, a contingencias casuales que

intervienen al originarse la primera fisura y prosiguen en las fases inciales de su

expansin.

1.1.4.4 Influencia del material

La resistencia a la fatiga se aumenta mediante la formacin de soluciones cristalinas,

la conformacin en fro y el endurecimiento.

En las aleaciones de aluminio para laminacin y forja existe una clara diferencia

entre las no endurecibles y las endurecibles.

Al juzgar los valores de la resistencia a la fatiga se ha de tener en cuenta el tipo de

solicitacin (traccin, compresin, flexin alternativa o rotativa) y, ante todo, la

posicin de la tensin media o la relacin de tensiones respectivamente. Adems, se

ha de observar atentamente si se da la amplitud de resistencia a la fatiga o a la

mxima tensin superior.

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Adems de los anteriores factores, tambin influyen en la resistencia a la fatiga, los

mximos de tensin o efectos de entalladura, el estado superficial y del ambiente, la

soldadura y la temperatura.

1.1.4.5 Tenacidad

El comportamiento en cuanto a la resistencia a la rotura de un material es importante.

En los elementos de construccin se presupone que existen siempre fisuras de un

determinado tamao y que se dimensionan los elementos de tal modo que estas

fisuras no sobrepasan una magnitud crtica, dentro de un perodo de vida previsto y

sobre todo, que no aumenten de modo inestable. La carga puede ser montona

esttica u oscilante. Tambin se puede tener en cuenta la carga de fluencia (mtodo

ms apropiado para los materiales de aluminio) o las grietas de corrosin bajo

tensin.

1.1.4.6 Resistencia al desgaste

La resistencia a la abrasin o al desgaste de los materiales de aluminio es

particularmente baja en el rozamiento en seco. No existe relacin entre dureza y

resistencia mecnica por un lado y resistencia a la abrasin por el otro.

Los materiales de aluminio sometidos a rozamiento, en determinadas circunstancias

de funcionamiento, muestran un comportamiento aceptable como prueban las

numerosas aplicaciones que tienen en cojinetes de friccin y mbolos. Debe

mencionarse tambin que el desgaste se puede reducir drsticamente por un

tratamiento superficial apropiado.

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7

1.1.5 VENTAJAS DEL ALUMINIO

En el mercado existen multitud de materiales de construccin, de modo que si se va a

construir o rehabilitar una estructura se tendr que elegir entre las distintas

posibilidades que se ofrecen. Con el aluminio se sabe exactamente lo que est

eligiendo: un material excepcional y de enorme resistencia, perfecto para todo tipo de

estructuras.

A continuacin se presentan las ventajas que el aluminio3ofrece:

1. El aluminio posee una vida til muy larga. Soporta la radiacin ultravioleta

y la humedad, no se oxida, no se estropea ni se deforma.

2. El aluminio presenta un mantenimiento sencillo. Gracias a su acabado liso y

pulido, el aluminio no atrae el polvo ni la suciedad.

3. El aluminio es seguro y no inflamable. Por su solidez, es resistente a la

rotura.

4. El aluminio es un material respetuoso con el medio ambiente y ecolgico.

5. El aluminio es un material ligero, fcil de incorporar en cualquier

construccin.

6. El aluminio posee una excelente relacin calidad/precio.

7. El aluminio garantiza una total estanqueidad al aire, al agua y al viento.

8. El aluminio ofrece un factor de aislamiento trmico excepcional.

Una ventaja es que el aluminio garantiza un aislamiento ptimo frente al fro y el

calor, y cumple todos los requisitos legales sobre eficiencia energtica.

9. El aluminio ofrece un aislamiento acstico ptimo.

3http://www.merlinsunscreening.co.uk
http://www.merlinsunscreening.co.uk/Reynaers_Aluminium/frontsite/content.aspx?NSGUID=%205e18c1a3-1b3c-43d3-8c9f-a0df6fd5bb42&MGUID=825d3407-30a9-40ea-a25a-ae6d79aa3d05http://www.merlinsunscreening.co.uk/Reynaers_Aluminium/frontsite/content.aspx?NSGUID=%205e18c1a3-1b3c-43d3-8c9f-a0df6fd5bb42&MGUID=825d3407-30a9-40ea-a25a-ae6d79aa3d05

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Un perfil de aluminio puede incorporar sin dificultad cristales de gran espesor,

elemento esencial para lograr una buena proteccin contra el ruido.

10.El aluminio est disponible en una gran variedad de colores.

11.El aluminio puede adaptarse a una gran variedad de estilos.

1.2 EL POLICARBONATO

1.2.1 DESCRIPCIN

El policarbonato4es el material ideal para encristalado y techado termoaislante, recto

y arqueado. El policarbonato est dotado de una capa protectora contra los rayos UV

la cual procura una larga vida til y se destaca por una gran resistencia a los golpes.

El policarbonato compacto en placas se utiliza en construcciones en los casos en que

se desee obtener transparencia de superficies, tanto horizontales como verticales o

curvas.

Dado que no tiene tanta rigidez como el vidrio, su modo ms eficiente de utilizacin

es en superficies curvas, donde la forma es fcilmente obtenible dada su elasticidad.

No obstante es tambin habitual utilizarlo en superficies planas, en cuyo caso debe

verificarse la flecha (comba por flexin) como se explica ms adelante, por el

aspecto esttico.


El policarbonato se emplea para encristalar y techar objetos industriales, jardines de

invierno, piscinas y reas deportivas. El mismo est amparado por 10 aos de

4http://zenit.czechtrade.es/policarbonato
http://zenit.czechtrade.es/policarbonatohttp://zenit.czechtrade.es/policarbonato

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garanta. Sus ventajas consisten en alta resistencia a los golpes, estabilidad con

respecto a los rayos UV, flexin en fro, buena transparencia y un campo amplio de

temperaturas.

Reemplaza al tradicional vidrio o cristal, de acuerdo a cmo se ponderen o adapten

sus ventajas y desventajas a los requerimientos de uso.

El policarbonato compacto se obtiene en color gris (llamado tambin nube), en color

castao (llamado oro o bronce) y transparente.

Puede adquirirse cortado a medida, pero a los efectos del precio debe considerarse

por plancha entera dado que en general los proveedores no aceptan hacerse cargo de

los recortes; con excepcin del transparente, que en razn de su mayor demanda

pueden encontrarse proveedores que presupuesten por unidad de superficie pedida.

Por aquella causa es conveniente tener la precaucin de considerar en los diseos los

tamaos de las placas originales a fin de disminuir los desperdicios y por ende el

precio final.

Las dimensiones de las placas son generalmente de 2 x 3 metros, aunque existen con

menor frecuencia otras dimensiones de placas segn cual sea el fabricante o pas de

origen.

Slo una de las caras es apta para ser expuesta a los rayos ultravioletas del sol. Esta

condicin debe tenerse en cuenta cuando se efecte el corte de figuras no regulares

(debe aclararse en los croquis de corte si la vista es desde el interior o desde el

exterior), y en todos los casos en la colocacin.

Para su fijacin deben tenerse en cuenta los huelgos libres para dilatacin

establecidos por los fabricantes, como se indica ms adelante. La fijacin puede

efectuarse por medio de burletes encastrados en perfiles especiales (caso del

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aluminio) y/o con selladores aptos. No todos los selladores son adecuados; debe

verificarse su aptitud para policarbonato en las instrucciones de uso del sellador.

1.2.3 VENTAJAS Y DESVENTAJAS RESPECTO AL VIDRIO

1.2.3.1 Ventajas5:

a)Resistencia al impacto (golpes o granizo) 200 veces mayor que el vidrio.

b) Menor peso propio para el mismo espesor (menor peso especfico).

c) Facilidad de curvar en fro (dentro de los lmites que se indican ms

adelante).

d) Es ms aislante del calor que el vidrio.

1.2.3.2 Desventajas:

a) Ms flexible que el vidrio (colocado en forma plana horizontal requiere

mayor espesor que el vidrio).

b) Se raya con ms facilidad que el vidrio.

c) Es ms costoso que el vidrio.

Observaciones:

Las desventajas de su flexibilidad respecto de la mayor rigidez del vidrio, disminuye

con la posibilidad de las formas curvas.

En cuanto al costo comparativo por unidad de superficie, debe considerarse el mayor

espesor requerido en la posicin horizontal y las limitaciones de tamao de la placa.

5http://www.plastmavent.com/policarbonato.html
http://www.plastmavent.com/policarbonato.htmlhttp://www.plastmavent.com/policarbonato.html

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En las superficies verticales el espesor depender de lo que determine el proyectista

respecto de la flecha admisible con la accin del viento en los casos en que se deba

considerar este factor (uso externo).

En las superficies curvas generalmente el espesor ser menor que el del vidrio para la

misma separacin entre apoyos.

1.2.4 EL POLICARBONATO ANTE LA TRANSMISIN DE LUZ

Fig. 1.1.-Transmisin de la luz solar a travs del policarbonato.

A pesar de su gran capacidad de transmisin de luz6, las sobrecubiertas de

policarbonato para iluminacin, controlan la radiacin ultravioleta, e infrarrojos (fig.

1.1), evitando la decoloracin de materiales sensibles como tejidos o materiales

orgnicos creando un ambiente de iluminacin regulada.

En la tabla 1.1 se dan valores que indican el comportamiento del policarbonato con

respecto a la luz.

6

http://www.alcristal.com/spanishversion/productos/poli_macrolux.php
http://www.alcristal.com/spanishversion/productos/poli_macrolux.phphttp://www.alcristal.com/spanishversion/productos/poli_macrolux.php

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12

Dentro de sus superiores prestaciones, el Policarbonato posee gran resistencia a los

agentes atmosfricos, excelente comportamiento al fuego, gran resistencia a los

impactos y un excelente mdulo de flexin y resistencia trmica.

POLICARBONATO DE 6 MM CLARO BRONCE GRIS

% de transmisin de luz 82 35 20

% de transmisin solar 86 55 50

Coeficiente de sombra 0.99 0.63 0.58

Tabla 1.1: Caractersticas de Iluminacin del Policarbonato

Fuente: www.alcristal.com

1.2.5 PROPIEDADES FSICAS

Densidad de 1.20 g/cm3

Rango de uso desde -100C a +135 C

Punto de fusin cercano a 250C

ndice de refraccin igual a 1.585 0.001

ndice de transmisin lumnica del 90% 1%

Caracterstica de incombustibilidad

1.2.6 CARACTERSTICAS MECNICAS

Peso especfico: 1,2 daN/dm

3

Peso propio: 1,2 daN/m2de 1 mm de espesor

Mdulo de elasticidad: 23000 daN/cm2

Coeficiente de dilatacin lineal por temperatura: 65 x 10-6K-1

1 Kgf = 1 daN (decaNewton)
http://es.wikipedia.org/wiki/Celsiushttp://es.wikipedia.org/wiki/Celsiushttp://es.wikipedia.org/wiki/Celsiushttp://es.wikipedia.org/wiki/Celsiushttp://es.wikipedia.org/wiki/Celsiushttp://es.wikipedia.org/wiki/Celsius

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1.2.6.1 Resistencia al impacto

En las mltiples utilizaciones a las que se destinan, las lminas de policarbonato

ofrecen una notable resistencia al impacto. Este tipo de placas tienen la caracterstica

de permanecer inalterables en el tiempo.

En efecto, la proteccin UV aplicada preserva el producto del envejecimiento

durante el tiempo indicado en la garanta.

1.2.6.2 Curvatura

El policarbonato, ofrece una gran libertad al proyectista para soluciones curvadas7,

ya que tienen la posibilidad de poder ser curvadas en fro, aumentando as los valores

de carga esttica a los que la lmina puede ser sometida.

Para evitar sobre tensiones inducidas por la deformacin, se tendrn que adoptar

radios mnimos de curvaturas superiores a 150 veces el espesor de la lmina

utilizada; la nica excepcin est representada por la estructura de tres paredes de

can donde la curvatura mnima es de 180 veces el espesor de la lmina.

En la tabla 1.2 se indican los radios mnimos admitidos por el policarbonato

compacto. Radios menores que los indicados producirn fisuras en la superficie

externa.

En los casos de estimarse que se produzcan empujes (viento), la deformacin

consecuente producir menores radios de curvatura en algunas zonas, por lo que en

estos casos se deber prever mayor espesor de placa en la medida de lo necesario.

7http://www.alcristal.com/spanishversion/productos/pdf/macrolux.pdf
http://www.alcristal.com/spanishversion/productos/pdf/macrolux.pdfhttp://www.alcristal.com/spanishversion/productos/pdf/macrolux.pdf

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Espesor

mm

Peso

Policarbonato

daN/m2

Peso

Vidrio

Radio

Mnimode

Curvatura

2,0 2,4 5,00 400

3.0 3.6 7.5 600

4.0 4.8 10.00 800

5.0 6.0 12.50 1000

6.0 7.2 15.00 1200

8.0 9.6 20.00 1600

9.5 11.4 23.80 1900

10 12.0 25.00 200

12 14.4 30.00 2400Tabla 1.2: Pesos propios por unidad de superficie y radio mnimo de curvatura.

Fuente: http://www.construir.com/Econsult/C/Consulta/Renison/document/policomp.htm#*

1.2.6.3 Coeficiente de Dilatacin Trmica

El coeficiente de dilatacin trmica del policarbonato es de 0.065, este valor es

ms elevado respecto al resto de los materiales y comnmente utilizados en la

construccin para puertas, ventanas y coberturas, (aluminio, acero, etc.) de ah que

sea necesario tenerlo en cuenta en la instalacin disponiendo soluciones tcnicas que

compensen la diferente dilatacin trmica de materiales.

En la Figura 1.2 se indica la superficie de apoyo requerida y el espacio para

dilatacin, aconsejados en general por los fabricantes.

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Fig. 1.2.- Dimensiones del apoyo de la placa.

Donde: G = apoyo de la placa

R = profundidad total

R-G = espacio para dilatacin (idem en todo el contorno de la placa)d = espacio para dilatacin

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1.3 EL ACRLICO

1.3.1 DESCRIPCIN

El Acrlico8 se obtiene de la polimerizacin del metacrilato de metilo y la

presentacin ms frecuente que se encuentra en la industria del plstico es en

grnulos (pellets en ingls) o en lminas. Los grnulos son para el proceso de

inyeccin o extrusin y las lminas para termoformado o para mecanizado.

Compite en cuanto a aplicaciones con otros plsticos como el policarbonato (PC) o el

Poliestireno (PS), pero indudablemente el Acrlico en cuanto a resistencia a la

intemperie, transparencia y resistencia al rayado, es el mejor de los plsticos

transparentes.


El acrlico9, es una de las tantas variantes del plstico. La gracia del acrlico, es que

puede permanecer largo tiempo, en la intemperie, sin sufrir dao alguno. Por lo

mismo, el acrlico es un material, largamente utilizado en las construcciones. Debido

principalmente, a lo antes sealado, como al hecho de que es un tipo de plstico, ms

flexible de lo normal. Lo que lo hace an ms fcil de trabajar. Pero en la

construccin, no es el nico campo donde se utiliza el acrlico. Tambin es utilizado

el acrlico en ciertos medios de transporte, como lo son las motos y las lanchas a

motor. Ya que ste material, se utiliza para la fabricacin de los parabrisas que

utilizan estos medios de transporte. Asimismo, el acrlico es ocupado en la

proteccin de equipos elctricos, para letreros luminosos, sealticas, incluso en la

fabricacin de muchas de las bandejas que hoy en da, se utilizan en las casas.

8http://es.wikipedia.org/wiki/Polimetilmetacrilato9http://www.misrespuestas.com/que-es-el-acrilico.html
http://es.wikipedia.org/wiki/Polimetilmetacrilatohttp://es.wikipedia.org/wiki/Polimetilmetacrilato

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1.3.3 CARACTERSTICAS

Dentro de sus caractersticas tcnicas, podemos sealar, que el acrlico soporta largas

horas a la exposicin de los rayos ultravioletas, sin daar su estructura y los colores

del mismo. Con lo cual, uno no se tiene que preocupar, en que posicin estar el

acrlico a utilizar. Por lo mismo, es tan utilizado en las sealticas.

Por otra parte, el acrlico es muchsimo ms resistente que el vidrio. Con lo cual, no

es fcil que se rompa y, de hacerlo, no se astilla. Con lo cual, no se corre riesgos de

lesiones, debido a cortes producidos por su quebradura. Por otra parte, para los ms

ecologistas, el acrlico es sumamente til, ya que puede ser reciclado, en un 100%.

Con respecto al ndice de luz, que permite que lo traspase, el acrlico, es muy

superior al vidrio. Asimismo, el peso del acrlico es bastante ms reducido que el del

vidrio. Este, pesa slo la mitad del segundo. Otra de las gracias del acrlico, es que en

el, se pueden combinar diversos colores. Soporta muy bien la adhesin de colores y

como es resistente a los efectos de la intemperie, estos no se borran fcilmente.

Por otra parte, el acrlico es bastamente utilizado, en el embazado de alimentos, por

su alta capacidad de conservacin. Estas cualidades ms las mencionadas

anteriormente convierten al acrlico en un material bastante popular en el mundo de

hoy.

1.3.4 APLICACIONES Y USOS EN DIVERSOS SECTORES

Por las caractersticas que presenta el Acrlico es utilizado intensivamente en la

industria del automvil, iluminacin, cosmticos, espectculos, construccin y

ptica, entre muchas otras (Fig.1.3).

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18

Dentro de sus distintas aplicaciones podemos mencionar algunos ejemplos de su uso

en los siguientes sectores:

Publicitario.-Letreros Luminosos, Exhibidores de Productos, Sealticas, Cpulas,

Esferas, Bandejas, llaveros, y otros productos.

Industrial y Cientfico.-Protectores de Maquinaria Industrial, Tapas para paneles de

control de equipo, Laminas de acrlico para la proteccin de instalaciones, Acrlicos

Termoformados y estriados de formas determinadas.

Construccin.- Cpulas termoformadas, Utilizacin de Laminas de Acrlico

IMPACTA para prisiones de alta seguridad, Estadios, Museos, Exposiciones de Arte,

etc.

Transporte.-En la fabricacin de Parabrisas para Motos y para Lanchas a Motor,

Implementacin Acrlica para la Aviacin Comercial.

Fig. 1.3.- Aplicaciones del Acrlico

1.3.5 COMPARACIN CARACTERSTICAS ACRLICO,

POLICARBONATO Y VIDRIO

En la Tabla 1.3 se muestra las caractersticas importantes propias de cada uno de los

materiales que se utilizan en la construccin de cubiertas estructurales dentro del

mercado:

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Tabla Comparativa de Caractersticas

Acrlico Policarbonato Vidrio

Excelente resistencia al

impacto

Optima transparencia

Excelente resistencia a la

intemperie

Fcil procesado

Fcil termoformado

Excelente color y brillo de

borde

Se pueden eliminar

eventuales rayas

Fcil limpieza

Excelente resistencia al

impacto

Fcil de curvar en fro

Discreta resistencia a la

intemperie

Pobre color y brillo de

borde

Difcil de termoformar

Se raya fcilmente y no se

puede reparar

Difcil de limpiar y

mantener

Excelente resistencia a la

intemperie, a la

combustin y al rayado

Fcil de limpiar y

mantener

Excelente rigidez

Fcil Rotura y

peligrosidad por

astillamiento

Muy difcil y limitado

moldeo, curvado o

maquinado

Muy pesado para

manipuleo e instalacin

Muy difcil reparacin de

rayaduras

Tabla 1.3:Tabla Comparativa de Caractersticas

Fuente:Los Autores

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1.4 EL VIDRIO

1.4.1 PROCESO DE PRODUCCIN

Fig. 7.- Esquema de la Elaboracin del Vidrio

Fig. 1.4.- Esquema produccin Vidrio Peldar.

PELDAR inici la produccin de vidrio10 plano estirado en 1961, utilizando el

proceso Fourcault (Fig. 1.4). En este proceso el vidrio es estirado verticalmente y en

forma continua, desde el Debiteusse (bloque refractario que flota sobre el vidrio

fundido), hasta las mquinas donde es cortado en diferentes medidas. La temperatura

del vidrio y la velocidad de las mquinas definen el espesor de la lmina.

Durante el recorrido del Debiteusse hasta la mquina cortadora, el vidrio es sometido

a un proceso de recocido que le permite ser cortado fcilmente en las medidas

10PELDAR Vidrio Plano para la Construccin y de la Decoracin

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deseadas. Aunque los vidrios producidos por este proceso son de gran calidad,

existen algunas limitaciones en medidas y espesores y pueden presentar cierto grado

de ondulacin.

El vidrio, en general, tiene una alta resistencia a la accin de los agentes

atmosfricos, instalado en las ventanas soporta la accin de la intemperie por muchos

aos. Sin embargo, el cido fluorhdrico, algunas soluciones alcalinas, la cal y el

cemento, pueden atacarlo fuertemente produciendo manchas capaces de deteriorarlo.

La propiedad del cido fluorhdrico de atacar el vidrio ha sido aprovechada para

producir vidrios estampados y grabados, convirtindolos en excelente material de

decoracin.

1.4.2 PROPIEDADES MECNICAS

La resistencia mecnica de cualquier producto de vidrio depende en gran parte de las

condiciones de su superficie (Fig.1.5). Daos fsicos, rayones y ataques qumicos

reducen considerablemente su resistencia, haciendo muy difcil dar un valor exacto

de ella.

Tericamente la resistencia del vidrio plano a la tensin es de 10.000 Lbs./pulg 2

(703.08 Kg/cm2), pero para efectos prcticos y debido a las consideraciones

anteriores debe tomarse en cuenta slo como valor terico.

Esta recomendacin obedece a las deficiencias que se puedan presentar en el manejo,

corte e instalacin del vidrio, las cuales pueden en un momento dado producir el

debilitamiento de su resistencia.

La resistencia a la compresin es aproximadamente igual a 10 veces la resistencia a

la tensin, sin embargo y debido a la caracterstica quebradiza del vidrio, la rotura se

produce casi siempre por tensin.

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Fig. 1.5.- Bveda de Vidrio

1.4.3 ESFUERZO DE CARGA

ESFUERZO DE CARGA*

Clases de vidrio Carga Permanente Carga Momentnea

Vidrio plano estirado 2200 lb/in2 4500 lb/in2

Vidrio plano flotado 1500 lb/in2 3000 lb/in2

Vidrio plano grabado 1100 lb/in2 2100 lb/in2

*Mximo esfuerzo a que puede ser sometido cada tipo de vidrio para una rotura no superior a 1% en vidrio de 4mm.

Tabla 1.4:Esfuerzo de Carga

Fig. 1.6.- Utilizacin de Vidrio como elemento decorativo.

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1.4.4 DUREZA

El vidrio, si se compara con otros materiales transparentes, es muy duro, es ms duro

que los plsticos y que muchos metales si se les somete a las pruebas de rayado en la

escala de Mohs. Algunos valores tpicos de esta escala son: Diamante 10, Zafiro 9,

Topacio 8, Cuarzo 7 y Vidrio 6.

1.4.5 PROPIEDADES FSICAS

Las principales propiedades fsicas del vidrio se enumeran en la Tabla 1.5.

PROPIEDADES FISICAS

Resistencia (promedio) Tensin 300 a 700 Kg/cm2

Resistencia (promedio) Compresin 9.153 Kg/cm2

Mdulo de elasticidad Mdulo de Young 703.08 Kg/cm2

Dureza Escala de Mohs 6

Peso especfico A 24 C 2.49 g/cc.

Transmisin de luz Rango visible

88% en 7mm

91% en 2mm

Transmitancia trmica Valor U (A una diferencia de 1F)1.2 BTU/ft2hr nF

5Kcal/m2hr C

Conductividad trmica Valor K (A una diferencia de 1F)5.5 BTU/ft2hr F

5Kcal/m2hr C

Indic de refraccin Aproximadamente 1.5

Reflectancia Total energa solar 8%

Choque trmicoCambio de temperatura que puede

soportar60 C

Tabla 1.5: Propiedades Fsicas del Vidrio

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1.4.6 ESPECIFICACIONES Y MEDIDAS NORMALIZADAS

En la tabla 1.6 se dan las dimensiones normalizadas para los espesores de vidrio ms

comunes.

ESPECIFICACIONES Y MEDIDAS NORMALIZADAS

Espesor

nominal

mm.

Altura

fija

cm.

Ancho

variable

en cm.

Peso

Kg/m.

Tolerancia

espesor en

mm.

Aislamiento

acstico 100 -

3150 Hz db/A

2 240 120 5.2 1.9 a 2.1 26

3 240 160 7.21 2.8 a 3.1 27

4 240 200 9.52 3.8 a 4.0 28

5 240 200 12.07 4.7 a 5.0 29

6 240 240 14.6 5.7 a 6.0 30

Tabla 1.6: Especificaciones y medidas del Vidrio

1.4.7 INSTALACIN

Con el fin de obtener la mejor calidad es necesario que el vidrio se instale

correctamente, o sea, con las lneas de ondulacin paralelas a la lnea de piso (Fig.

1.7). Con esta recomendacin no se pretende incrementar reas de vidrio utilizado,

sino obtener el mejor rendimiento y utilizacin para atender las necesidades de visin

e iluminacin de cada ambiente. En una palabra, utilizar racionalmente el vidrio.

Fig. 1.7.- Medidas para la Instalacin de un Vidrio.

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1.4.8 CONTROL DE RADIACIN SOLAR

En la tabla 1.7 se indica el porcentaje de control de radiacin solar que tiene el vidrio

en tres de sus espesores ms utilizados.

CONTROL DE RADIACION SOLAR

EspesorLuz solar % Energa Solar % Valor U

(BTU/hr-SQ.ft-F)

Coeficiente

de sombraTransmitida Reflejada Transmitida Reflejada

4 63 6 68 6 1.08 0.8

5 58 6 64 6 1.09 0.76

6 50 5 60 5 1.09 0.69

Tabla 1.7: Control de Radiacin del Vidrio

1.4.9 PROCESO PARA DETERMINAR EL ESPESOR DEL VIDRIO

El espesor de un vidrio debe determinarse teniendo en cuenta sus dimensiones, el

nmero de lados soportados y las presiones inducidas por el viento u otra causa, que

actan normalmente sobre el mismo. Aunque el procedimiento se aplica a los vidrios

comunes, colocados verticalmente y soportados en los cuatro lados, se incluyen en la

Tabla 1.8 los factores para definir las reas mximas para vidrios templados y

laminados. Se entiende por vidrios verticales aquellos instalados completamente

verticales o con una inclinacin mxima de 15 hacia cualquier lado.

Valores de q en kN/m

Altura mVelocidad (kph)

60 70 80 90 100 110 1200 10 0.2 0.27 0.35 0.45 0.55 0.67 0.79

10 20 0.22 0.3 0.4 0.5 0.62 0.75 0.89

20 40 0.27 0.37 0.48 0.61 0.75 0.91 1.08

40 80 0.33 0.45 0.59 0.74 0.92 1.11 1.32

80 150 0.4 0.54 0.71 0.9 1.11 1.34 1.59

150 0.5 0.68 0.88 1.12 1.38 1.67 1.99

Tabla 1.8: Valores para determinar el Espesor del Vidrio.

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1.4.9.1 Velocidad del viento bsico

La velocidad del viento bsico V es la velocidad de rfaga de 3 segundos que se

estima ser excedida en promedio una vez cada 50 aos, medida a 10 m de altura del

terreno y en campo abierto. Los valores de esta velocidad deben obtenerse en funcin

de la ubicacin de la construccin (Ver Tabla 1.9).

1.4.9.2 Anlisis simple

Si al evaluar los efectos producidos por las fuerzas del viento con el anlisis simple

descrito a continuacin, se encuentra que stos no son fundamentales en el diseo, se

puede adoptar el anlisis simple como vlido, con la presin del viento calculada

mediante la ecuacin:

p = Cp.q.S4 (Ec. 1.1)

y las Tablas 1.9, 1.10 y 1.11.

1.4.9.3 Presin producida por el viento

El viento produce una presin

p = Cp.q.S4

Los valores de qpara diferentes intervalos de altura se obtienen de la Tabla 1.9, con

base en la velocidad del viento bsico para el sitio, definido en el mapa de amenaza

elica.

El coeficienteS 4considera la variacin de la densidad del aire con la altura sobre el

nivel del mar (m) y debe tomarse de la Tabla 1.10.

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27

Tabla 1.9: Valores de Cp para superficies Verticales

Coeficientes S4

Estructuras Prismticas con h

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28

En la Tabla 1.12 se dan los espesores mnimos recomendables de los vidrios en

funcin de la presin de clculo de viento w a la que se encuentra sometida la

ventanera.

Tabla 1.11:Coeficiente Ce

Notas:

1. Los coeficientes C, de los vidrios laminados y los vidrios dobles con cmara de

aire son aplicables, tanto si sus componentes son templados como si no lo son.

2. En el caso de vidrios laminados el espesor que se obtiene es la suma de los

espesores de los vidrios que los componen (cuando la diferencia de espesor de sus

componentes es el mximo 2 mm).

Coeficiente Ce

Tipo de Vidrio Coeficiente C

Templado 0.8

Armado 1.2

Laminado Doble 1.3

Laminado Triple 1.6Doble Vidrio con Cmara 1.5

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Vidrio liso normal monoltico recocido

Presin

viento w

en Pa

0.6 0.7 0.8 1 1.2 1.4 1.7Caso1. Vidrio apoyado en 2 lados.

Luz en m.

1 1.5 2 3 4 6 9Caso 2. Vidrio enmarcado en 4

lados. rea en m.

500 4 4 4 5 6 8 8

Espesor vidrio een mm

760 4 4 5 6 8 8 10

1000 4 5 6 8 8 10

1500 5 6 8 8 10

2000 6 8 8 10 10

Tabla 1.12:Espesores mnimos en funcin de la presin de clculo de viento.

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CAPITULO II.- ANALISIS DE CARGAS

2.1 CARGAS

La tarea ms importante que debe enfrentar un diseador de estructuras, es estimar

de forma precisa y cercana a la realidad, las cargas 11 que deber soportar una

estructura durante su vida til. Hay que considerar cualquier carga que se llegue a

presentar.

Despus de estimar las cargas, es necesario investigar las combinaciones ms

desfavorables que puedan ocurrir en un determinado momento.

2.2 CARGAS MUERTAS

Las cargas muertas son cargas de magnitud constante que permanecen fijas en un

mismo lugar.

Estas son:

El peso propio de la estructura.

Otras cargas permanentes unidas a la estructura.

Para llevar el diseo de una estructura es necesario estimar los pesos o cargas

muertas de sus partes. Los tamaos y pesos exactos de las partes no se conocen, hasta

que se hace el anlisis estructural y se seleccionan los miembros de la estructura.

Los pesos de diseo deben compararse con los pesos estimados. Si existen grandes

diferencias, ser necesario repetir el anlisis y efectuar el diseo con una estimacin

ms precisa de las cargas.

11McCORMAC, Jack,Diseo de Estructuras Metlicas, pag. 32

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31

Una estimacin razonable puede hacerse con base en otras similares o en formulas y

tablas diversas disponibles. Los pesos de muchos materiales se presentan en el

manual de la AISC.

2.3 CARGAS VIVAS

Las cargas vivas son aquellas que pueden cambiar de lugar y magnitud. Las cargas

que se mueven bajo su propio impulso como camiones, gras, gente se denominan

cargas mviles y aquellas que pueden ser desplazadas, como muebles, materiales en

un almacn, nieve, etc., se denominan cargas movibles. Otras cargas vivas son

aquellas causadas al construir, viento, lluvia, sismo y cambios de temperaturas. A

continuacin se hace un breve examen de estas cargas. (Ver tabla 2.1)

2.3.1 CARGAS DE PISO

El peso mnimo de las cargas vivas que debe usarse en el diseo de pisos de edificios

se especifica claramente en los cdigos de construccin.

En la Tabla 2.1 se dan algunos valores comunes para cargas de pisos; estos valores se

tomaron del ASCE.

2.3.2 HIELO Y NIEVE

Una pulgada de nieve equivale aproximadamente a 0.5 lb/pie2, pero puede ser mayor

en elevaciones menores, donde la nieve es ms densa. Para los diseos de techos se

usan cargas de nieve de 10 a 40 lb/pie2; la magnitud depende principalmente de la

pendiente del techo y en menor grado de la ndole de la superficie del techo. Los

valores mayores se usan para techos horizontales y los menores para techos

inclinados. La nieve tiende a resbalar de los techos con pendiente, sobre todo de

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aquellos con superficies de metal. Una carga de aproximadamente 10 lb/pie2podra

usarse para pendientes de 45 y una de 40 lb/pie2para techos horizontales. La nieve

es una carga variable, que puede cubrir todo un techo o slo partes de l. El viento

puede acumularla cerca de los muros, puede deslizarla a otro techo situado mas abajo

y tambin puede barrerla de una parte del techo o solidificarla y dejarla en su

posicin original aun durante fuertes vendavales.

TIPO DE EDIFICIOS CARGA VIVA (lb/pie2)

Edificios de apartamentosHabitaciones 40

Salones pblicos 100

Comedores y restaurantes 100

Garajes (autos nicamente) 50

Gimnasios, pisos principales y balcones 100

Edificios de Oficina

Salas de Recepciones 100Oficinas 50

Escuelas

Salones de Clases 40

Corredores en Planta Baja 100

Corredores en pisos arriba de la planta baja 80

Bodegas

De material ligero 125De material pesado 250

Almacenes (menudeo)

Planta Baja 100

Otros Pisos 75

Tabla 2.1: Cargas Vivas Uniformes Mnimas Comunes Para El Diseo De Edificios.

Fuente: McCormac, Diseo de Estructuras Metlicas, 1999

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33

2.3.3 LLUVIA

Aunque las cargas de nieve son un problema ms serio que las cargas de lluvia en los

techos comunes, la situacin puede invertirse en los techos horizontales,

especialmente aquellos localizados en lugares con clima clido. Si el agua en un

techo sin pendiente se acumula rpidamente que lo que tarde en escurrir, el resultado

se denomina encharcamiento; la carga aumentada ocasiona que el techo se deflexione

en forma de plato, que entonces puede contener ms agua, lo que a su vez causa

mayores deflexiones, etc. Este proceso continua hasta que se alcanza el equilibrio o

el colapso de la estructura. El mejor mtodo para prevenir el encharcamiento, es

darle al techo una pendiente adecuada.

2.3.4 CARGAS DE GRANIZO

Las partculas de hielo que no alcanzan a licuarse en su recorrido por efectos de

vientos ascendentes y descendentes denominadas granizo, son provenientes del

Cumulunimbus, nube que pueden alcanzar hasta los niveles de la Tropopausa (15 a

18 Km.).

Este tipo de precipitaciones slidas no son muy frecuentes, sin embargo en lo que

va del ao en el mes de abril ocurri este evento anmalo en el Sur de la ciudad de

Quito, alcanzando una altura de 50 cm.12

En referencia a su dimetro se considera granizo a las partculas slidas que oscilan

entre los 5 a 50 mm, en varios casos pueden superar estos dimetros, en la zona de

Quito existen evidencias de granizos de 25.4 mm de dimetro, su densidad es muy

variable oscila de 0.2 a 0.9 gr/cm 3 que es la densidad del hielo puro, para los casos

12INAMHI, Instituto Nacional de Meteorologa e Hidrologa, Quito, 2007

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34

mencionados su densidad posiblemente alcanzara mximo 0.8 gr/cm 3 , el tiempo de

duracin de la cada de granizo es de 1 a 15 minutos siendo un trmino medio el de 5

minutos.

La ocurrencia de estos eventos se producen generalmente en los meses de marzo y

abril, consecuentemente es cuando existe la mayor actividad atmosfrica.

2.3.5 CARGAS LATERALES

Las cargas laterales son de dos tipos principales: de viento y de sismo. En la

bibliografa de la ingeniera estructural de los ltimos 150 aos se reportan muchas

fallas causadas por el viento. Es importante observar que un gran porcentaje de fallas

por viento en edificios, han ocurrido durante el montaje.

2.3.6 CARGAS DE VIENTO

Las magnitudes de las cargas de viento varan con la localidad geogrfica, las alturas

sobre el nivel del terreno, los tipos de terreno que rodean a los edificios, incluyendo

otras estructuras y algunos otros factores. Se supone que las presiones del viento se

aplican uniformemente a las superficies en Barlovento de los edificios, y se supone

que pueden proceder de cualquier direccin. Estas hiptesis no son muy precisas ya

que las presiones no son uniformes sobre grandes reas, por ejemplo, cerca de las

esquinas de los edificios probablemente son mayores que en cualquier otra zona.

Las fuerzas de viento representadas en la Tabla 2.2, actan como presiones sobre las

superficies verticales a Barlovento, como presiones o succiones sobre superficies

inclinadas a Barlovento y como succiones sobre superficies planas y superficies

verticales o inclinadas a Sotavento.

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Se admite que el viento acta segn la direccin horizontal y en cualquier sentido,

tomndose para este, en cada caso, el ms desfavorable, el viento de velocidad (v)en

los puntos en que se anula produce una presin dinmica (w) de valor:

16

2v

w = [kg/m2] (Ec. 2.1)

Donde: w= Presin dinmica del viento. [kg/m2]

v= Velocidad del viento. [m/s]

La presin dinmica en el clculo de un edificio se considera en funcin de la altura

de su coronacin y de su situacin topogrfica, segn se expone en la Tabla 2.2.

Altura de coronacin del edificio

sobre el terreno en m, cuando la

situacin topogrfica es

Velocidad del viento v

Presin

dinmica w

kg/m2Normal Expuesta m/s km/h

De 0 a 10

De 11 a 30

De 31 a 100

Mayor de 100

---

---

---

De 0 a 30

De 31 a 100

Mayor de 100

28

34

40

45

49

102

125

144

161

176

50

75

100

125

150

Tabla 2.2:Presin dinmica del viento

Fuente: LARBURU, Acero Laminado Prontuario, 1992

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2.3.7 CARGAS SSMICAS

Muchas reas del mundo son ssmicas, en nuestro pas se han identificado las zonas

de mayor riesgo de sismo, estn se visualizan en la figura 2.1 y es necesario

considerar en ellas las fuerzas ssmicas en el diseo de estructuras de todo tipo

(Tabla 2.3). Durante un sismo se presenta una aceleracin en el terreno, la cual puede

expresarse en sus componentes horizontal y vertical. Generalmente, la componente

vertical de la aceleracin es insignificante, pero no as la horizontal que puede ser

muy intensa. Se usan varias frmulas para transformar las aceleraciones ssmicas en

fuerzas estticas horizontales que dependen de la masa de la estructura. Estas fuerzas

se expresan como un porcentaje de la carga de gravedad de la estructura y de su

contenido y depende de la ubicacin de la estructura, del tipo de estructuracin y de

otros factores.

Zona ssmica I II III IV

Valor factor Z 0.15 0,25 0,30 0,40

Tabla 2.3: Valores del factor Z en funcin de la zona ssmica adoptada

Fuente:INEN, Cdigo Ecuatoriano de la Construccin, 2001

Fig. 2.1.-Ecuador, zonas ssmicas para propsitos de diseo.

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Algunas personas consideran las fuerzas ssmicas usadas en el diseo como meros

incrementos porcentuales de las cargas de viento; esto es incorrecto, ya que las

cargas ssmicas son diferentes en su accin y no son proporcionales al rea expuesta,

sino al paso del edificio arriba del nivel en consideracin.

El efecto de la aceleracin horizontal crece con la altura respecto al suelo debido al

efecto de chicoteo del sismo, y las cargas de diseo deben incrementarse

correspondientemente. Las torres, los tanques de agua y pent-houses mantienen

posiciones precarias durante un sismo.

En la Tabla 2.4 se dan los Coeficientes de Ponderacin utilizados segn el tipo de

combinacin de carga.

Tabla 2.4: Coeficientes de Ponderacin

Fuente: Larburu, Nicols,Mquinas Prontuario, pg. 189

r es el coeficiente reductor para las cargas de la Norma Sismorresistente, que indica:

Caso 1. Azoteas, viviendas y hoteles (salvo locales de reunin): r = 0.50

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38

Caso 2. Oficinas, comercios, calzadas y garajes: r = 0.60

Caso 3. Hospitales, crceles, edificios docentes, iglesias, edificios de reunin y

espectculos y salas de reuniones en hoteles: r = 0.80

Slo se considerar en construcciones en situacin topogrfica expuesta o muy

expuesta

En caso de lugares en los que la nieve permanece acumulada habitualmente ms de

treinta das, en el caso contrario el coeficiente es 0.0.

2.4 DISEO DE CUBIERTAS

2.4.1 DISTRIBUCIN DE CARGAS

Cuando estn involucradas cargas uniformes de cubierta (Tabla 2.5), en el diseo de

elementos estructurales13 arreglados de modo que exista continuidad, el anlisis

puede limitarse a la consideracin de la carga muerta total sobre todas las luces, en

combinacin con la carga viva total sobre luces adyacentes y sobre luces alternadas.

La carga sobre luces alternadas no necesita considerarse cuando la carga viva

uniforme de cubierta es 100kg/m2.

13INEN, Cdigo Ecuatoriano de la Construccin, 2001

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39

INCLINACIN DE LA CUBIERTA

AREA TRIBUTARIA DE CARGA

EN METROS CUADRADOS PARA

CUALQUIER ELEMENTO

ESTRUCTURAL

0 a 20 21 a 60 Sobre 60

Plana o con pendiente menor que 1:3.

Arco o bveda con flecha menor a 1/8 de

luz.

100 80 60

Pendiente de 1:3 a menos de 1:1

Arco o bveda con flecha de 1/8 de luz a

menos de 3/8 de luz.

80 70 60

Pendiente de 1:1 y mayor.

Arco o bveda con flecha de 3/8 de luz o

mayor.

60 60 60

Marquesinas, excepto cubiertas con tela. 25 25 25

Invernaderos y edificios agrcolas. 50 50 50

Tabla 2.5:Cargas vivas mnimas para cubiertas en Kg/m2

Fuente: INEN, Cdigo Ecuatoriano de la Construccin, 2001

2.4.2 CARGA DE SEGURIDAD

La carga de seguridad14de un miembro estructural, se define como la razn de la

resistencia del miembro al esfuerzo mximo esperado. La resistencia de un miembro

que se usa para determinar la carga de seguridad se puede considerar como la

resistencia ltima del miembro, pero a menudo se usa un valor menor. Por ejemplo,

se puede suponer que la falla ocurre cuando el miembro sufre deformaciones

excesivas. Si este es el caso, el factor de seguridad se podra determinar dividiendo el

esfuerzo de fluencia entre el esfuerzo mximo esperado. En materiales dctiles, el

14McCORMAC, Jack,Diseo de Estructuras Metlicas, pg. 32.

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factor de seguridad se basa usualmente en el esfuerzo de fluencia, mientras que en

materiales frgiles se basa usualmente en la resistencia ultima.

Algunas de las incertidumbres que afectan a los factores de seguridad son:

La resistencia de los materiales puede variar inicialmente en forma

considerable respecto a los valores supuestos, y la variacin ser mayor con

el paso del tiempo debido al flujo plstico, a la corrosin y a la fatiga.

Los mtodos de anlisis estn sujetos con frecuencia a errores apreciables.

Los fenmenos naturales como huracanes, sismos, causan condiciones

difciles de predecir.

Los esfuerzos producidos durante la fabricacin y el montaje a veces son severos.

Los trabajadores de taller y campo tratan a los perfiles de acero inadecuadamente; los

tiran, los golpean, los fuerzan violentamente a tomar su posicin correcta respecto a

los agujeros para los conectores. De hecho, los esfuerzos que se presentan durante la

fabricacin y el montaje pueden exceder a los que ocurren despus de terminada la

estructura. Los pisos para los cuartos de departamentos y de oficinas se disean

generalmente para cargas vivas de servicio que varan entre 40 y 80 lb/pie2. Durante

el montaje de esos edificios, el contratista puede tener 10 pies de ladrillos o bloques

de concreto u otros materiales de construccin apilados sobre algunos de los pisos,

generando cargas de varios cientos de libras por pie2.

Se presentan cambios tecnolgicos que afectan la magnitud de las cargas vivas. Las

cargas de transito en los puentes, que se incrementa ao con ao, es una ilustracin

de este fenmeno.

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Las cargas muertas de una estructura pueden estimarse generalmente con bastante

exactitud, pero no as las cargas vivas. Esto es muy cierto al estimar la peor

combinacin posible de cargas vivas que puede ocurrir en un tiempo cualquiera.

Otras incertidumbres son la presencia de esfuerzos residuales y concentraciones de

esfuerzos, variaciones en las dimensiones de las secciones transversales, etc.

La magnitud de los factores de seguridad usados ser afectada por las incertidumbres

antes mencionadas y tambin por las respuestas a las siguientes interrogantes:

Va a ser la estructura permanente o temporal?

Es la estructura pblica o privada?

Qu consecuencias tendra la falla de la estructura?

Habr perdidas de vidas o econmicas de consideracin?

Se trata de un miembro primario o secundario?

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CAPITULO III.- DISEO Y ANLISIS ESTRUCTURAL

3.1 ESTUDIO Y SELECCIN DE ALTERNATIVAS

3.1.1 ESTUDIO DE ALTERNATIVAS

Las alternativas sern estudiadas en seis categoras principales que posibilitan

diferentes formas de uso de la instalacin. La sensacin de espacio exterior o abierto

desde el interior se nota de forma muy diferente en cada una de ellas. Para cada caso

se debe elegir la forma que optimice el clculo y no encarezca el producto.

ALTERNATIVA 1 CERRAMIENTO TELESCPICO INTEGRAL

Fig. 3.1.- Cerramiento Telescpico

Con esta denominacin, se define una construccin en la que tanto la cubierta como

las fachadas se mueven en bloque (Fig. 3.1). Para el uso de temporadas de verano,

queda totalmente descubierta como se puede apreciar en la fotografa.

Se puede abrir y cerrar de forma manual (sin motores) hasta 23 metros de anchura.

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ALTERNATIVA 2 CERRAMIENTO TELESCPICO ADOSADO

Fig. 3.2.- Cerramiento Telescpico Adosado

Son una variante de la alternativa 1, pero en un lado el apoyo se hace sobre pilares,

muro o edificio de vestuarios como se muestra en la figura 3.2.

Pueden estar adosados en tres caras. Este tipo de cerramiento es muy adecuado para

particulares que tengan la piscina cerca de la casa, ya que les permite entrar en su

piscina sin salir de casa y sin enfriamientos.

ALTERNATIVA 3 CUBIERTA TELESCPICA INTEGRAL

Fig. 3.3.-Instalacin privada en Pontevedra

Solamente es mvil el techo en este tipo de construccin (Fig. 3.3). El apoyo

perimetral es de hormign armado o bien, de estructura de acero galvanizado en

caliente a 400 C y totalmente atornillado.

El acabado de esta viga debe ser con remates de aluminio lacado y la zona de canal

de recogida de pluviales debe estar impermeabilizada.

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ALTERNATIVA 4

CERRAMIENTO TELESCPICO INTEGRAL SOBRE PILARES

Fig. 3.4.- Cerramiento Telescpico Sobre pilares

En este tipo de cerramiento los pilares laterales o frontales pueden ser de obra o de

carpintera metlica se indica en la figura 3.4.

Bajo la viga perimetral y entre pilares, se pueden adaptar diversos tipos de

carpintera hasta permitir si es necesario el 100 % de apertura.

ALTERNATIVA 5

CUBIERTAS TELESCPICAS INTEGRALES EN PLANO INCLINADO

Fig. 3.5.- Cubierta Telescpica en Plano Inclinado.

Otra variante de las cubiertas telescpicas son las de plano inclinado. En funcin de

la longitud total llevan 2 3 celosas tridimensionales como muestra la figura 3.5,

que como mnimo deben ser galvanizadas en caliente a 400 y atornilladas. Los

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mdulos pueden ser en acero con las mismas caractersticas o bien en aluminio

lacado.

ALTERNATIVA 6 COBERTORES

Fig. 3.6.- Cubierta Tipo Cobertor

Se disean a cualquier altura por debajo de 1.40 m. Tienen puertas de registro o

acceso en frontales (Fig. 3.6). Los modelos pueden ser tambin poligonales, planos y

con vidrio laminar de seguridad, pudiendo ser los vidrios de color.

3.1.2 SELECCIN DE ALTERNATIVAS

Para realizar la seleccin de la alternativa adecuada, se utilizar una tabla de

ponderacin, los valores que se utilicen para llenar dicha tabla estarn acordes a los

requerimientos que se necesiten dentro del proyecto y su importancia.

Los factores de ponderacin estn comprendidos entre 0 a 1 y los valores para

calificacin tendrn un valor de 1 a 10.

Siendo en ambos casos una escala ascendente de valores positivos.

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Al final se realizar una sumatoria de los valores parciales obtenidos para cada

alternativa, siendo la eleccin final, la alternativa que haya conseguido la puntuacin

ms alta dentro de la tabla 3.1.

Los parmetros que se consideran para el diseo de la cubierta son:

Resistencia de la Estructura

Esttica

Seguridad de los baistas

Costos de Fabricacin

Costos de Mantenimiento Facilidad de Fabricacin

Diseo Innovador

Funcionalidad

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Tabla 3.1: Factores de Ponderacin

Fuente:Los Autores

Al revisar los valores totales obtenidos dentro de la tabla de ponderacin, la alternativa que presenta el mejor resultado luego de su

evaluacin es la Alternativa 1, CERRAMIENTO TESCOPICO INTEGRAL.

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3.2 DIMENSIONES DE LA CUBIERTA

La alternativa seleccionada para el proyecto es la Cubierta Tipo Cerramiento

Telescpico Integral, esta cubierta debe cumplir con requerimientos como:

Disponibilidad de materiales para su construccin en el mercado,

Disponibilidad y adaptacin a la geometra de la piscina a cubrir

Seguridad en la operacin de mecanismos para su accionamiento

Comodidad del usuario

Tomando en cuenta estos factores y los parmetros de diseo para llevar a cabo la

construccin de una piscina privada, las medidas de la piscina para la construccin

de la cubierta se representan en la figura 3.7:

Fig. 3.7.- Medidas de referencia para el Diseo de la Cubierta Telescpica.

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3.3 HIPOTESIS DE CARGAS

Para disear la estructura de la cubierta se tomarn en cuenta los siguientes valores

como hiptesis (Fig. 3.8) para las cargas:

= + + + + +

Fig. 3.8.- Distribucin de Cargas en la Cubierta.

Las cargas vendran a ser:

Wt: Carga total distribuida en la estructuraWp: Carga debido al peso propio de la estructura

Wc: Carga debida al peso de la cubierta de policarbonato

Ws: Carga de Seguridad

Wg: Carga debida al granizo

Wh: Carga de viento

We: Carga debida al sismo

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3.3.1 CARGA DEBIDA AL PESO PROPIO DE LA ESTRUCTURA

Los perfiles para la construccin de la cubierta fueron obtenidos del catlogo de

sistemas de Cedal Aluminio (Fig. 3.9), asegurando su existencia dentro del mercado

nacional, cada perfil muestra su cdigo de referencia, medidas (mm) y peso en

Kg./m. Todos los perfiles vienen en una longitud estndar de 6 metros.15

Fig. 3.9.-Seccin Perfiles Aluminio

15www.cedal.com.ec

Tubo de 2" x 1 1/2" estndar

Ref.- 1016

Peso.- 0.920 kg/m

Horizontal

Ref.- 1057

Peso.- 0.387 kg/m

Bordos

Ref.- 1056Peso.- 0.168 kg/m

Vertical

Ref.- 1103

Peso.- 0.456 kg/m
http://www.cedal.com.ec/index2.phphttp://www.cedal.com.ec/index2.phphttp://www.cedal.com.ec/index2.php

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