Cubierta-de-pila-emergente-de-carbon

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO
FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN
CUBIERTA DE PILA EMERGENTE DE CARBÓN
D E S A R R O L L O D E
U N
C A S O
P R Á C T I C O
QUE PARA OBTENER EL GRADO DE
LICENCIATURA EN I N G E N I E R Í A 
CIVIL
P R E S E N T A
JAVIER MORALES PÉREZ
TUTOR ACADÉMICO: ING. RICARDO HERAS CRUZ
FES ARAGÓN, MÉXICO 2011
 
UNAM – Dirección General de Bibliotecas 
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AGRADECIMIENTOS
Papás, estos 25 años transcurridos de mi vida fueron posible 
gracias a su apoyo, sacrificio y paciencia que en todo 
momento fueron constante e incondicional. Esta meta se ha 
logrado, mía de ustedes, ahora camino por el mundo preparado 
y como un ciudadano comprometido.
Ing. Leopoldo Ramírez Mena a quien Yó admiro y a precio, a 
compartido en mí, su sabiduría conocimiento y experiencia, me 
ha enseñado el profesionalismo y la responsabilidad de las 
cosas.
Ing Martín Sánchez Muñoz por permitirme colaborar en el 
proyecto estructural que antecede a este trabajo de titulación.
Ing. Ricardo Heras Cruz quien no dudo en un instante aceptar la 
asesoría y orientación de este trabajo, así como al JURADO 
aquí presente donde todos han sido mis mentores y por que no 
decirlo, también son mis asesores y quizá lo sean de todo el 
tiempo.
Sin duda alguna un especial reconocimiento a la familia 
Romero Morales y a mi tío Victor Morales quienes me 
tendieron la mano en el instante en que pise esta Cuidad.
ÍNDICE DE CONTENIDO
OBJETIVO.......................................................................................................................................1
INTRODUCCIÓN............................................................................................................................2
CAPÍTULO 1 ANTECEDENTES....................................................................................................3
1.1 Central Termoeléctrica Carbón II.........................................................................3
1.2 Central termoeléctrica .........................................................................................4
1.2.1 Funcionamiento de una central termoeléctrica............................................4
1.3 Problemática en la central termoeléctrica carbón II.............................................5
1.4 Códigos de diseño y etapas de trabajo................................................................6
CAPÍTULO 2 DATOS Y CONSIDERACIONES GENERALES...................................................8
2.1 Descripción de la estructura.................................................................................8
2.2 Ubicación...........................................................................................................10
2.3 Condiciones Climatologías.................................................................................11
2.4 Características de Suelo.....................................................................................12
2.5 Característica de los materiales..........................................................................12
2.5.1 Concreto reforzado....................................................................................12
2.5.2 Acero de refuerzo.......................................................................................13
2.5.2.1 ASTM A615/A 615M.......................................................................13
2.5.2.2 ASTM 616/A 616M..........................................................................14
2.5.3 Acero estructural........................................................................................16
2.5.3.1 ASTM A36.......................................................................................16
2.5.4 Electrodos para soldadura:.........................................................................16
2.5.5 Tornillos.....................................................................................................16
2.5.5.1 ASTM A-325....................................................................................16
2.5.5.2 A153/A153M ...................................................................................17
2.5.5.3 A490M .............................................................................................17
2.5.5.4 A563M .............................................................................................17
CAPÍTULO 3 ANÁLISIS POR SISMO........................................................................................18
3.1 Alcance...............................................................................................................18
3.2 Diagrama de flujo para el análisis por sismo.....................................................19
3.2.1 Tipo de análisis..........................................................................................20
3.2.1.1 Análisis estático................................................................................20
3.2.2 Parámetros de diseño.................................................................................20
3.2.2.1 Clasificación de las construcciones según su destino......................20
3.2.2.2 Clasificación de las construcciones según su estructuración ..........21
3.2.2.3 Factor de comportamiento sísmico..................................................22
3.2.2.4 Regionalización sísmica de la república mexicana..........................23
3.2.2.5 Terreno sísmico................................................................................23
I
3.2.2.6 Espectros para diseño sísmico..........................................................23
3.2.3 Análisis de cargas......................................................................................25
3.2.3.1 Cargas muertas ................................................................................25
3.2.3.2 Cargas vivas.....................................................................................25
3.2.4 Formato de análisis por sismo...................................................................27
3.2.4.1 Distribución de cargas sobre la estructura en estudio......................28
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS POR VIENTO......................................................................................29
4.1 Alcance...............................................................................................................29
4.2 Diagrama de flujo para el análisis por viento....................................................30
4.2.1 Clasificación de las estructuras..................................................................31
4.2.1.1 Según su importancia.......................................................................31
4.2.1.2 Según su respuesta...........................................................................32
4.2.2 Determinación de la velocidad de diseño VD...........................................33
4.2.2.1 Definición de la categoría del terreno según su rugosidad..............33
4.2.2.2 Definición de la clase de la estructura según su tamaño..................34
4.2.2.3 Definición de la velocidad regional,VR..........................................34
4.2.2.4 Factor de Exposición, Fα.................................................................34
4.2.2.4.1 Factor de Tamaño, Fc...................................................................................34
4.2.2.4.2 Factor de rugosidad y altura, Frz..................................................................35
4.2.2.4.3 Cálculo del Factor de Exposición Fα............................................................35
4.2.2.5 Factor de topografía local. FT..........................................................35
4.2.2.6 Cálculo final de VD.........................................................................36
4.2.3 Obtención de la presión dinámica de base, qz...........................................36
4.2.3.1 Calculo de la presión barométrica Ω. ..............................................36
4.2.3.2 Cálculo del factor de corrección de temperatura “G”......................36
4.2.3.3 Cálculo presión dinámica qz............................................................36
4.3 Tabulando presiones...........................................................................................37
4.3.1 Combinaciones del viento.........................................................................38
4.3.2 Zona de aplicación de cargas.....................................................................42
4.3.3 Resumen de cargas....................................................................................43
CAPÍTULO 5 COMBINACIÓN DE CARGAS............................................................................44
5.1 Cargas consideradas...........................................................................................44
5.1.1 Cargas muertas (CM).................................................................................44
5.1.2 Cargas vivas (CV).....................................................................................44
5.1.3 Carga de nieve (CN)..................................................................................45
5.1.4 Carga de ceniza (CC).................................................................................45
5.2 Nomenclatura de cargas.....................................................................................46
5.3 Combinación de cargas por esfuerzos permisibles (ASD).................................46
5.3.1 Matriz de combinaciones de carga ASD....................................................48
5.4 Combinaciones de cargas utilizando esfuerzos de diseño..................................49
II
5.4.1 Matriz de combinaciones por esfuerzos de diseño....................................50
CAPÍTULO 6 ANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL..............................................................51
6.1 Enfoque de diseño..............................................................................................51
6.2 Requisitos de seguridad y servicio.....................................................................51
6.2.1 Revisión del estado límite de falla.............................................................51
6.2.2 Revisión del estado límite de servicio.......................................................52
6.2.2.1 Deformaciones.................................................................................52
6.2.2.2 Vibraciones.......................................................................................52
6.2.2.3 Otros daños.......................................................................................52
6.3 Análisis estructural.............................................................................................53
6.3.1 Construcción geométrica del modelo estructural......................................54
6.3.2 Aplicación de cargas..................................................................................57
6.3.3 Materiales y perfiles estructurales.............................................................59
6.3.4 Especificaciones generales........................................................................60
6.3.4.1 Soportes............................................................................................61
6.3.5 Tipo de análisis..........................................................................................63
6.3.5.1 Análisis de lineal de 2do Orden (P-Δ)..............................................63
6.4 Comprobación de resultados..............................................................................65
6.4.1 Comprobación de cargas...........................................................................65
6.4.2 Regla de la simetría...................................................................................66
6.4.3 Equilibrio de Fuerzas.................................................................................67
6.5 Diseño estructural...............................................................................................68
6.5.1 Módulo de Elasticidad...............................................................................68
6.5.2 Esfuerzos de Compresión .........................................................................69
6.5.3 Esfuerzo de Fluencia del Acero.................................................................69
6.5.4 Relación Esbeltez (Kl/r)............................................................................71
6.6 Resultados sugeridos por el programa...............................................................74
6.6.1 Diseño de un elemento de acero................................................................74
6.6.2 Diseño de trabe de concreto.......................................................................74
6.6.3 Diseño de columna de concreto.................................................................76
CAPÍTULO 7 REVISIÓN MANUAL DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES..........................77
7.1 Revisión de un elemento de acero......................................................................78
7.1.1 Elementos mecánicos de una viga seleccionada........................................79
7.2 Revisión de una trabe de concreto .....................................................................84
7.2.1 Elementos mecánicos de la trabe seleccionada.........................................85
7.3 Revisión de una columna de concreto................................................................90
7.3.1 Elementos mecánicos de la columna seleccionada....................................91
CONCLUSIONES..........................................................................................................................99
APÉNDICE A...............................................................................................................................100
III
APÉNDICE B...............................................................................................................................101
APÉNDICE C...............................................................................................................................102
APÉNDICE D...............................................................................................................................103
APÉNDICE E...............................................................................................................................112
IV
OBJETIVO
OBJETIVO
Realizar un proyecto estructural suficientemente funcional, seguro y económicamente óptimo, 
para resguardar el carbón mineral como fuente de combustible de la central termoeléctrica 
Carbón II, mediante el uso softwares de vanguardia y la aplicación de conocimientos adquiridos 
durante la carrera de ingeniería civil.
1
INTRODUCCIÓN
INTRODUCCIÓN
La importancia de la generación de electricidad en el mundo ha sido un factor importante en el 
desarrollo de los países, el uso de energías limpias y renovables será unas de las metas que se 
tendrán que alcanzar, sin embargo hoy en día en muchos países como México, el empleo de 
carbón mineral no coquizablecomo combustible para la generación de electricidad, aporta una 
gran cantidad de contaminantes hacia el planeta, favoreciendo al calentamiento, por lo qué el 
optimizar dicho recurso, disminuye los índices de contaminación e incrementa la eficiencia 
energética.
La central termoeléctrica Carbón II la segunda central aquí en México de gran escala, a través de 
la Comisión Federal de Electricidad invierte en un proyecto para resguardar el carbón mineral y 
evitar así el humedecimiento, principal causa de los problemas que existen. Tal proyecto consta 
de una cubierta metálica del tipo industrial suficientemente grande para cubrir los campos de silo, 
y tan alta como para evitar que las operaciones de movimiento de carbón dañen los elementos 
estructurales.
El diseño estructural para el proyecto de la “Cubierta de Pila Emergente de Carbón” deberá 
resistir las inclemencias del sismo y viento, la probabilidad de que un sismo y una fuerza de 
viento ocurra al mismo tiempo es infinitamente imposible para este sitio, por lo que las 
combinaciones sugeridas solo contemplan que la estructura falle cuando las cargas estáticas se 
sincronicen con las cargas de sismo o viento. De aquí la idea de realizar la mayor cantidad de 
combinaciones en sismo y viento totalmente independientes una de la otra. Los manuales más 
reconocidos de diseño estructural, tanto para concreto y acero (ACI, AISC), demandan que los 
análisis estructurales consideren sus combinaciones propuestas, para luego realizar el diseño 
estructural, bajo supervisión del código electo.
La experiencia del estructurista es un factor importante que permite visualizar y evaluar el 
comportamiento esperado de las estructuras, los modelos estructurales se hacen construibles, el 
proyecto estructural es económicamente factible. Pero esto es totalmente concebible cuanto el 
conocimiento científico o técnico se hace presente, en cada paso para la realización de un 
proyecto estructural.
2
CAPÍTULO 1 ANTECEDENTES
Capítulo 1
 ANTECEDENTES
1.1 Central Termoeléctrica Carbón II
La central termoeléctrica Carbón II es la segunda central en gran escala construida en México que 
utiliza el carbón mineral no coquizable como fuente primaria de energía. Forma parte de la 
Gerencia Regional de Producción Norte y entrega la energía generada al Área de Control Noreste 
a través de las líneas de transmisión de 400 kV lampazos I y II, además de un enlace con la 
subestación Río Escondido en el mismo nivel de voltaje.
La central cuenta con cuatro unidades generadoras con capacidad de 350 000 kW/h cada una, 
para un total de 1 400 000 kW/h. Por lo que es en la actualidad la mayor central termoeléctrica a 
base de carbón de América Latina. anualmente entrega una generación de 10 300 000 MWh. 
Como reflejo del gran compromiso del personal de esta central, actualmente esta certificada por 
diferentes organismos nacionales e internacionales ver (figura 1.1 ).1
Figura 1.1: Central Termoeléctrica Carbón 
1 Disponible en http://es.wikipedia.org/wiki/Piedras_Negras consulta [12 Marzo 2011]
3
http://es.wikipedia.org/wiki/Piedras_Negras
file:///C:/wiki/Hora
CAPÍTULO 1 ANTECEDENTES
1.2 Central termoeléctrica 2
Se denominan centrales termoeléctricas clásicas o convencionales aquellas plantas que producen 
energía eléctrica a partir de la combustión de carbón, fuel-oil o gas en una caldera diseñada al 
efecto. El apelativo de "clásicas" o "convencionales" sirve para diferenciarlas de otros tipos de 
centrales termoeléctricas (nucleares y solares, por ejemplo), las cuales generan electricidad a 
partir de un ciclo termodinámico, pero mediante fuentes energéticas distintas de los combustibles 
fósiles empleados en la producción de energía eléctrica, desde hace décadas y sobre todo, con 
tecnologías diferentes y mucho más recientes que las de las centrales termoeléctricas clásicas. 
1.2.1 Funcionamiento de una central termoeléctrica.
El principio del funcionamiento de una central térmica se basa en el intercambio de energía 
calórica en energía mecánica y luego en energía eléctrica.
Figura 1.2: Funcionamiento de una central Termoeléctrica Clásica
El funcionamiento de una central termoeléctrica de carbón, como la representada en el (figura 
1.2), es la siguiente: 
El combustible está almacenado en los parques adyacentes de la planta, desde donde, mediante 
cintas transportadoras (1), es conducido al molino (3) para ser triturado. Una vez pulverizado, 
2 “Planta Termoeléctrica” Hernández Ortiz Cuauhtémoc, UNAM 2005, disponible en 
http://cuauhtemoc.org.mx/data/files/UNAM/Termodinamica/ consulta [15 marzo 2011].
4
http://cuauhtemoc.org.mx/data/files/UNAM/Termodinamica/
CAPÍTULO 1 ANTECEDENTES
se inyecta, mezclado con aire caliente a presión, en la caldera (4) para su combustión.
Dentro de la caldera se produce el vapor que acciona los álabes de los cuerpos de las turbinas de 
alta presión (12), media presión (13) y baja presión (14), haciendo girar el rotor de la turbina 
que se mueve solidariamente con el rotor del generador (19), donde se produce energía eléctrica, 
la cual es transportada mediante líneas de transporte a alta tensión (20) a los centros de 
consumo.
Después de accionar las turbinas, el vapor pasa a la fase líquida en el condensador (15). El agua 
obtenida por la condensación del vapor se somete a diversas etapas de calentamiento (16) y se 
inyecta de nuevo en la caldera en las condiciones de presión y temperatura más adecuadas para 
obtener el máximo rendimiento del ciclo.
El sistema de agua de circulación que refrigera el condensador puede operarse en circuito 
cerrado, trasladando el calor extraído del condensador a la atmósfera mediante torres de 
refrigeración (17), o descargando dicho calor directamente al mar o al río.
Para minimizar los efectos de la combustión de carbón sobre el medio ambiente, la planta posee 
una chimenea (11) de gran altura -las hay de más de 300 metros-, que dispersa los contaminantes 
en las capas altas de la atmósfera, y precipitadores (10) que retienen buena parte de los mismos 
en el interior de la propia planta.
Esta central, genera energía eléctrica a partir de la combustión de carbón, en una caldera diseñada 
para tal propósito y emplean la tradicional turbina de vapor y una turbina de gas que aprovecha la 
energía de los gases de escape de la combustión. Con ello se consiguen rendimientos 
termoeléctricos del orden del 55%, muy superior al de las plantas convencionales.
1.3 Problemática en la central termoeléctrica carbón II
Los furgones y camiones con carbón llegan a una zona de descarga y luego es acarreado con 
traxcavos hasta los patios de almacenamiento. La granulometría del carbón es tan irregular por lo 
que tendrá que ser trasportado en bandas hasta los molinos para su aprovechamiento óptimo y 
después a los silos, la problemática se presenta cuando en temporada de lluvias, el mineral se 
humedece fácilmente causando estancamiento en los silos (figura 1.3), el apelmazamiento no 
solo complica el mantenimiento de estos, si no que también en el momento en que se desprende 
estas masas húmedas, golpean las tolvas y parte del mismo contenedor provocando 
deformaciones considerables y desajustes en el sistema mecánico de inyección.
Después de múltiples estudios y reforzamientos constantes, se llega a la decisión de construir una 
cubierta suficientemente grande, capaz de resguardar el carbón necesario. Y qué la generación de 
electricidad sea ininterrumpida.
5
CAPÍTULO 1 ANTECEDENTES
Figura 1.3: Tolvas de inyección
1.4 Códigos de diseño y etapas de trabajo
Las edificaciones deben diseñarse y construirse de acuerdo con las especificaciones de un 
reglamento de construcción, que es un documento legal que contiene los requisitos relativos a 
seguridad estructural, seguridad contra fuego, instalaciones, ventilación y espacios mínimosentre 
otros. Un reglamento de construcción tiene la fuerza legal y es administrado por una entidad 
gubernamental como una ciudad, un municipio o para algunas áreas metropolitanas grandes. Los 
reglamentos de construcción no proporcionan procedimientos de diseño, pero especifican los 
requisitos y restricciones de diseño que deben satisfacer. En algunas ciudades grandes tienen sus 
propios reglamentos de construcción la mayoría de éstos fueron modificados de acuerdo a sus 
necesidades de un reglamento modelo. Estos reglamentos modelos son escritos por varias 
organizaciones no lucrativas de una forma que pueda ser fácilmente adoptada por un organismo 
gubernamental. 
Este trabajo no está orientado a los códigos, el énfasis radica en el porque deben tomarse 
determinadas decisiones de ingeniería más qué, en qué forma deben ejecutarse los reglamentos, el 
principal reto de los ingenieros es poder evaluar racionalmente los procedimientos de diseño, en 
vez de seguir ciegamente las recomendaciones de los códigos. De acuerdo con lo anterior solo un 
porcentaje de los conocimientos del ingeniero recurre a la ayuda que proporcionan los códigos de 
diseño, el resto del conocimiento se basa en la intuición y experiencia para el diseño de las 
estructuras.
La mejor elección del tipo de estructuración es tan imprescindible como la estructura misma, el 
optimizar los recursos con que se dispone para diseñar y construir dará como resultado, un 
proyecto financiable y factible
6
CAPÍTULO 1 ANTECEDENTES
La manuales y/o reglamentos a consultar serán los siguiente:
El código de construcción del Instituto Norteamericano de Concreto (ACI 318-02) es uno 
de los códigos de concreto reforzado más aceptados y ha influido notablemente en 
muchos de los códigos.
Manual de diseño de obras civiles de la Comisión Federal de Electricidad. Estructuras. 
Ed. 1995
Manual de diseño de obras civiles de la Comisión Federal de Electricidad. Diseño Por 
Viento Ed. 1995
Manual de diseño de obras civiles de la Comisión Federal de Electricidad. Diseño Por 
Sismo. Ed. 1995
Manual de estructuras de acero por esfuerzos permisibles ASD (Allowable Stress Design 
9th Edition) del Instituto Americano de la Construcción en Acero (AISC)
Se hará una modelación de una parte representativa de la estructura con un software de 
análisis y diseño de estructural de acero y concreto STAAD PRO.
Los etapas de este trabajo se pueden englobar en los siguientes temas:
Análisis de cargas actuantes.
Combinaciones cargas de acuerdo a los reglamentos globales y locales.
Análisis y diseño estructural.
Revisión de elementos estructurales al azar y conforme a los reglamentos a consultar.
7
CAPÍTULO 2 DATOS Y CONSIDERACIONES GENERALES
Capítulo 2
 DATOS Y CONSIDERACIONES GENERALES
2.1 Descripción de la estructura.
La estructura que se diseñará estará ubicada en las instalaciones de la central termoeléctrica 
Carbón II de Piedras Negras, estado de Coahuila, este proyecto denominado Cubierta de Pila 
Emergente de Carbón II desarrollado por la Comisión Federal de Electricidad tiene la finalidad 
de cubrir una área de 7200 m2 para almacenar carbón, listo para ser transportado hacia las 
calderas de vapor. 
La propuesta inicial para esta estructura estará compuesta de columnas de concreto reforzado a 
cada 12 m. de separación como mínimo sobre el lado largo de la edificación, de esta forma se 
evitará la menor posibilidad que los traxcavos golpeen la estructura.
Los elementos principales de cerramiento serán armaduras de acero, su peralte y el tipo perfil 
dependerá del diseño y análisis que se obtenga, los elementos secundarios serán del tipo joist 
(armaduras moduladas comerciales), la cubierta misma será de lámina de acero y la 
cimentaciones sera a base de zapatas aisladas de concreto reforzado
La cubierta y las armaduras serán del tipo dos aguas, la altura mínima en la parte baja por 
requisito de trabajo será de 19.50 m, y su pendiente tendrá que ser suficientemente grande para 
evitar un posible acumulo de nieve, granizo o ceniza de carbón, la separación entre ejes en el lado 
corto será de 60 m. Esta estructura estará constituida en dos partes de 60x60 m. totalizando 
60x120 m para cubrir la pila emergente en donde trabajarán los traxcavos apilando el material 
(figura 2.1)
8
CAPÍTULO 2 DATOS Y CONSIDERACIONES GENERALES
R E V I S I O N E S
350 MW CADA UNA
CUATRO UNIDADES DE
PROYECTO:
CENTRAL TERMOELECTRICA CARBON II
DIBUJOS DE REFERENCIA
Figura 2.1: Proyecto Cubierta de Pila Emergente Carbón.
9
CAPÍTULO 2 DATOS Y CONSIDERACIONES GENERALES
Esta estructura corresponde a una parte del proyecto Cubierta Emergente Carbón II su homónima 
estará ubicada por un costado la cual cubrirá al material que llega en las bandas trasportadoras y 
que cae de la roto pala, ésta tendrá una cubierta de 36x36 m soportada solo en tres columnas, una 
cuarta columna no se podrá ya que la roto pala podría golpearla o chocar con ella. (figura 2.2).
Figura 2.2: Rotopala para movimiento de carbón
2.2 Ubicación
La central se localiza en las coordenadas geográficas: 28º 28’ N y 100º 42’W (figura 2.3)3 a una 
altura del sitio sobre le nivel medio del mar 310 m, con domicilio en: km 31.5 de la carretera 
federal 57 en el estado de Coahuila. Las obras para este proyecto se realizarán dentro del predio 
de la central carboeléctrica Carbón II, Coahuila, en los patios de almacenamiento de carbón. Es 
un área que se encuentra en operación.
3 Vista área de la Central Termoeléctrica Carbón Fuente “Google Eath” consulta [18 mayo 2010]
10
CAPÍTULO 2 DATOS Y CONSIDERACIONES GENERALES
Figura 2.3: Vista área de la Central Termoeléctrica Carbón II 
2.3 Condiciones Climatologías
Algunas de las consideraciones más importantes para los análisis de cargas serán las que a 
continuación se enlistan.
Temperaturas:
Máxima 42.5 °C
Mínima -10°C
Velocidad máxima del viento 
considerada para el diseño
180 km /h
Nivel de contaminación Moderado
Presión barométrica: 975 milibar (promedio)
Tipo de clima: Árido seco (Bs)
Humedad relativa: 70%
11
CAPÍTULO 2 DATOS Y CONSIDERACIONES GENERALES
2.4 Características de Suelo
De estudios de suelo realizados en la central termoeléctrica se obtienen los siguiente parámetros 
más relevantes.
1 Capacidad de carga del terreno. Qa= 40.00 Ton/m2
2 Peso volumétrico del terreno. γm= 1720 kg/m3
3 Ángulo de fricción interna. θ= 40°
4 Coeficiente activo. Ka= 0.218
5 Coeficiente pasivo. Kp= 3.000
6 Módulo de Young. E= 20000.00 kg/cm2
7 Módulo de Poisson. υ= 0.350
8 Módulo de rigidez al cortante. G= 7407.41 kg/cm2
9 Coeficiente de fricción cimiento-suelo. Fr= 0.670
2.5 Característica de los materiales.
2.5.1 Concreto reforzado
El concreto deberá tener una resistencia especificada f´c=25 Mpa, para esto el apartado R5.3, 
Dosificación basada en la experiencia en obra o en mezclas de pruebas ó ambas del ACI 318-02 
que a continuación se transcribe
Para seleccionar una mezcla adecuada de concreto, hay que seguir tres pasos básicos. El primero 
es determinar la desviación. El segundo es determinar la resistencia promedio a la compresión 
requerida. El tercer paso es la dosificación de la mezcla requerida para producir esa resistencia 
promedio, ya sea mediante mezclas de prueba o un adecuado registro de experiencias. El 
diagrama de flujo de la (figura 2.4) que resume la selección de mezclas y el procedimiento de 
documentación. La mezcla seleccionada debe producir una resistencia promedio 
considerablemente alta que la resistencia especificada f´c. El nivel de resistencia requerido 
depende de la variabilidad de los resultados de los ensayos.
12
CAPÍTULO 2 DATOS Y CONSIDERACIONES GENERALES
Figura 2.4: Diagrama de flujo para la selección y documentación de la dosificación 
del concreto
2.5.2 Acero de refuerzo
Las varillas de refuerzo cumplirán con alguna de las siguientes especificaciones2.5.2.1 ASTM A615/A 615M
13
CAPÍTULO 2 DATOS Y CONSIDERACIONES GENERALES
Esta especificación trata sobre barras de acero al carbono lisas y corrugadas para refuerzo de 
concreto en tramos cortados y rollos. Se permiten las barras de acero que contienen adiciones de 
aleaciones, tales como con las series de aceros aleados del Instituto Americano del Hierro y el 
Acero, y de la Sociedad de Ingenieros del Automotor, si el producto resultante cumple todos los 
otros requisitos de esta especificación dados en la (tabla 2.1). 
Las barras tienen cuatro niveles mínimos de límite de fluencia: a saber, 40 000 psi [280 MPa], 60 
000 psi [420 MPa], 75000 psi [520 MPa], y 80 000 psi [550 MPa], designadas como Grado 40 
[280], Grado 60 [420], Grado 75 [520], y Grado 80 [550], respectivamente.
Las barras lisas, en tamaños de hasta 2 1/2 in. [63.5 mm] de diámetro, incluidos, en rollos o 
tramos cortados, cuando son ordenadas, deben ser suministradas bajo esta especificación en 
Grado 40 [280], Grado 60 [420], Grado 75 [520], y Grado 80 [550]. Para propiedades de 
ductilidad (alargamiento y flexión), deben aplicarse las disposiciones de ensayo del tamaño de 
barra corrugada del diámetro nominal más pequeño que esté más cercano. No son aplicables los 
requisitos dados para corrugación y etiquetado. 
2.5.2.2 ASTM 616/A 616M
Esta especificación trata sobre barras de acero de riel y de acero de eje para refuerzo de concreto. 
Se incluyen tres tipos de productos, designados con un “símbolo de riel”, y una “R” para barras 
hechas de acero de riel y con una “A” para barras hechas de acero de eje. Los tamaños y 
dimensiones estándares de las barras corrugadas y sus designaciones de número están dadas en la 
(tabla 2.2). Todos los tamaños y grados de todos los tipos pueden no estar disponibles fácilmente; 
los fabricantes deberían ser consultados para verificar la disponibilidad.
El tipo “símbolo de riel” y el tipo R son de dos niveles de límite de fluencia mínimos, a saber 50 
000 psi [350 MPa] y 60 000 psi [420 MPa] designados como Grado 50 [350] y Grado 60 [420], 
respectivamente. El tipo A es de dos niveles de fluencia mínimos, a saber 40 000 psi [280 MPa] y 
60 000 psi [420 MPa] designados como Grado 40 [280] y Grado 60 [420], respectivamente.
La electrosoldabilidad del acero no es un requisito de esta especificación.
Esta especificación es aplicable para órdenes de compra en unidades pulgada-libra 
(especificación A 996) o unidades SI (especificación A 996M).
Los valores indicados en unidades pulgada-libra o en unidades SI deben ser considerados como 
los estándares. Dentro del texto, las unidades SI se muestran entre corchetes. Los valores 
indicados deben ser utilizados independientemente del otro sistema. La combinación de valores 
de los dos sistemas puede resultar en una no conformidad con esta especificación.
14
CAPÍTULO 2 DATOS Y CONSIDERACIONES GENERALES
 Tabla 2.1 ASTM 615/A 615M
Tabla 2.2 ASTM 616/A 616M
15
CAPÍTULO 2 DATOS Y CONSIDERACIONES GENERALES
2.5.3 Acero estructural
El acero de los perfiles y placas estructurales deberá cumplir con alguna de estas 
especificaciones.
2.5.3.1 ASTM A36.
Esta especificación trata sobre perfiles, placas, y barras de acero al carbono de calidad estructural 
para usarse en la construcción ya sea remachada, atornillada o soldada, en puentes y edificios, y 
para propósitos estructurales generales.
Se suministran requisitos suplementarios para su uso donde el comprador requiere ensayos 
adicionales o restricciones adicionales. Tales requisitos se aplican solo cuando esté especificado 
en la orden de compra.
Cuando el acero vaya a ser soldado, tiene que ser utilizado un procedimiento de soldado 
adecuado para el grado de acero y el uso o servicio previsto. Vea Apéndice X3 de la 
Especificación A 6/A 6M para obtener información sobre soldabilidad.
Los valores indicados en unidades pulgada-libra o en unidades SI deben ser considerados 
separadamente como los estándares. Dentro del texto, las unidades SI se muestran entre 
corchetes. Los valores indicados en cada sistema no son exactamente equivalentes; por eso, cada 
sistema debe ser utilizado independientemente del otro, sin combinar valores de ningún modo.
Para productos estructurales producidos de rollo y suministrados sin tratamiento térmico o 
solamente con alivio de esfuerzos, los requisitos adicionales, incluyendo requisitos de ensayos 
adicionales y los informes de resultados de ensayos adicionales, se aplica A 6/A 6M.
2.5.4 Electrodos para soldadura:
Los electrodos para soldadura serán de la serie E60 ó E70
2.5.5 Tornillos
Los tornillos cumplirán con alguna de las siguientes especificaciones
2.5.5.1 ASTM4 A-325
Esta especificación trata sobre dos tipos de acero templado y revenido, para tornillos estructurales 
hexagonales que tienen una resistencia a la tracción mínima de 120 ksi para las dimensiones 
menores a 1.0 pulgadas y 105 ksi para más de 1.0 a 1 1/2 pulgadas.
Los tornillos están destinados a ser utilizados en las conexiones estructurales, estas conexiones 
están cubiertas por los requisitos de las especificaciones para juntas estructurales.
Los tornillos se suministran en tamaños de 1/2 a 1 1/2, ambos inclusive. Son designados por tipo, 
que indica la composición química de la siguiente manera:
4 American Section of the International Association for Testing Materials disponibles en http://www.astm.org/ 
consulta [28 septiembre 2010].
16
http://www.astm.org/
CAPÍTULO 2 DATOS Y CONSIDERACIONES GENERALES
Tipo 1 Medio de carbono, el boro de carbono, o acero de aleación medio de carbono.
Tipo 2 Retirado en noviembre de 1991.
Tipo 3 Acero galvanizado resiste a la corrosión atmosférica, las características del galvanizado 
son comparables con especificaciones de aceros A/242/A 242/M A588/A 588/M y A 
709/A 709/M La resistencia a la corrosión atmosférica es sustancialmente mejor que el 
acero al carbón.
2.5.5.2 A153/A153M 
Especificación para recubrimiento de zinc (inmersión en caliente) en de Hierro y del Acero.
2.5.5.3 A490M 
Especificación para la fuerza de acero pernos alta resistencia, de las clases 10.9 y 10.9.3, para 
juntas de acero estructural. 
2.5.5.4 A563M 
Especificación de aleación de acero y tuercas de carbono. 
17
CAPÍTULO 3 ANÁLISIS POR SISMO
Capítulo 3
 ANÁLISIS POR SISMO
3.1 Alcance
Es preciso considerar los efectos sísmicos en toda la estructura, principalmente en aquellas que 
tienen un grado de vulnerabilidad alto, la fuerzas desarrolladas por un sismo son el resultado de la 
aceleración de la tierra por la masa de la estructura (F= m*a), las columnas, muros de 
mampostería, de concreto y otros elementos estructurales que sostienen los sistemas de entrepiso 
se verán afectados directamente por estas cargas, la desventaja que presenta la ingeniería sísmica 
es la incertidumbre de presenciar un sismo y los métodos para medir, pronosticar, y calcular un 
sismo son de absoluta aproximación, los procedimientos de los manuales de diseño por sismo son 
del tipo preventivo tratan de cubrir un margen de seguridad a veces un tanto excesivo pero hasta 
el momento del siniestro nos damos cuenta de la insuficiencia del análisis sísmico y se tiene que 
revisar y mejorar las normas y manuales, definitivamente esto es mejor que nada.
El estudio de los sismos es tan extenso como la probabilidad de que un sismo ocurra, por eso su 
análisis es tan imprescindible. Como resumen de lo que se debe entender es, la interacción suelo 
estructura, cuando las ondas sísmicas viajan en suelos duros éstas son de mucho mayor velocidad 
(periodos de vibración del suelo cortos) y en suelos blandos tardan más con respecto a los suelos 
duros (periodos de vibración largos), quizá esto nos puede dar la idea que las estructuras tiene un 
grado de vulnerabilidad mayor ante suelos arcillosos (Ciudadde México zona III), pero no 
siempre será así, debido a qué se debe contemplar el amortiguamiento del suelo, la ductilidad de 
la estructura y principalmente el periodo de vibrar de la estructura debido a que si este se acopla 
con el periodo del suelo se produce la resonancia estructural.
Por lo tanto las estructuras en suelos blandos deberán ser bastante rígidas y en suelos duros tan 
dúctiles como sea posible. La mayoría de los ingenieros de la práctica adoptan esta idea.
Otro punto importante por mencionar para este trabajo, es el Manual de Diseño de Obras Civiles 
de la CFE, Edición 1993 con el que se va a realizar el análisis sísmico, se actualizó a la Edición 
2008 que entró en vigor a partir del 2009 por lo tanto algunas consideraciones y espectros de 
diseño quedaron en desuso.
18
CAPÍTULO 3 ANÁLISIS POR SISMO
3.2 Diagrama de flujo para el análisis por sismo
Se propone un proceso (figura 3.1) para la obtención de fuerzas por sismo.
Figura 3.1: Diagrama de flujo para el análisis por sismo 5
5 La Numeración en paréntesis corresponde a la referencia del presente trabajo.
19
INICIO
TIPO DE
 ANÁLISIS
(3.2.1)
PARÁMETROS
DE DISEÑO
CÁLCULO DE
COEFICIENTE 
DE DISEÑO 
REDUCIDO
ANÁLISIS DE
CARGAS
(3.2.3)
CÁLCULO
SÍSMICO
RESUMEN
DE FUERZAS
FIN
➔CLASIFICACIÓN DE LAS 
CONSTRUCCIONES SEGÚN SU 
DESTINO. (3.2.2.1)
➔CLASIFICACIÓN DE LAS 
CONSTRUCCIONES SEGÚN SU 
ESTRUCTURACIÓN (3.2.2.2)
●FACTOR DE COMPORTAMIENTO 
SISMICO Q. (3.2.2.3)
➔REGIONALIZACIÓN SISMICA (3.2.2.4)
●ESPECTRO DE DISEÑO (3.2.2.6)
➔
MÉTODO SIMPLIFICADO 
ANÁLISIS ESTÁTICO
ANÁLISIS DINÁMICO.
CARGAS MUERTAS 
CARGAS VIVAS (GRAVITACIONALES)
CARGAS POR SISMO (CARGAS 
VIVAS REDUCIDAS)
c ' =1 ó 1.5C
Q

Pn=W n hn
∑
n=0
N
W n
∑
n=0
N
W n hn
c '
●FUERZAS (F)
●CORTANTES BASAL (V)
●MOMENTOS TORCIONANTE (M)
(VER FORMATO DE 
ANÁLISIS POR SISMO)
(VER FORMATO DE 
ANÁLISIS POR SISMO)
(VER FORMATO DE 
ANÁLISIS POR SISMO)
CAPÍTULO 3 ANÁLISIS POR SISMO
3.2.1 Tipo de análisis
El análisis sísmico que se empleará será un análisis sísmico estático debido a que en ésta zona la 
actividad sísmica es baja y el tipo de edificación será una estructura con un alto grado de 
ductilidad.
De la sección 3.4.1 del Manual de Diseño de Obras Civiles de la Comisión Federal de 
Electricidad propone tres métodos de análisis.
Método Simplificado. Para estructuras no mayor a 13 metros
Análisis Estático. Estructuras no mayor a 60 metros.
Análisis Dinámico. Estructuras mayor a 60 metros.
3.2.1.1 ANÁLISIS ESTÁTICO
El método de análisis estático consta esencialmente de los siguiente pasos:
Calcular las fuerzas laterales aplicadas en los centros de masa de los niveles que produzcan 
efectos equivalentes a la acción sísmica.
• Distribuir las fuerzas laterales del paso 1 y los momentos y los momentos torcionantes 
asociados a dichas fuerzas entre los sistemas resistentes a carga lateral que conforman la 
estructura como son marcos muros o combinaciones de estos 
• Analizar cada sistema resistente ante las cargas laterales que le correspondan.
3.2.2 Parámetros de diseño
3.2.2.1 CLASIFICACIÓN DE LAS CONSTRUCCIONES SEGÚN SU 
DESTINO.
GRUPO A Estructuras para las que se requiere un grado de seguridad elevado. 
Pertenecen a este grupo aquellas que en caso de fallar causarían la pérdida 
de un número importante de vidas, o perjuicios económicos o culturales 
excepcionalmente altos; asimismo, las construcciones y depósitos cuya 
falla implique un peligro significativo por almacenar o contener 
substancias tóxicas o inflamables, así como aquellas cuyo funcionamiento 
es imprescindible y debe continuar después de la ocurrencia de sismos o 
vientos fuertes tales como los provocados por huracanes. Quedan 
excluidos los depósitos y las estructuras enterrados. Ejemplos de este 
grupo son las construcciones cuya falla impida la operación de centrales 
termoeléctricas, hidroeléctricas o nucleares; entre estas pueden 
mencionarse las chimeneas, las subestaciones eléctricas y las torres y 
postes que forman parte de las líneas de transmisión principales. Dentro 
de esta clasificación también se cuentan las centrales telefónicas e 
20
CAPÍTULO 3 ANÁLISIS POR SISMO
inmuebles de telecomunicaciones principales, puentes, estaciones de 
bomberos, de rescate y de policía, hospitales e inmuebles médicos con 
áreas de urgencias, centros de operación en situaciones de desastre, 
escuelas, estadios, templos y museos.
GRUPO B Estructuras para las que se recomienda un grado de seguridad moderado. 
Se encuentran dentro de este grupo aquellas que en caso de fallar, 
representan un bajo riesgo de pérdidas de vidas humanas y que 
ocasionarían daños materiales de magnitud intermedia. Este es el caso de 
las plantas industriales, bodegas ordinarias, gasolinerías (excluyendo los 
depósitos exteriores de combustibles pertenecientes al Grupo A), 
comercios, restaurantes, casas para habitación, viviendas, edificios de 
apartamentos u oficinas, hoteles, bardas cuya altura sea mayor que 2,5 m 
y todas las construcciones cuya falla por viento o sismo, pueda poner en 
peligro a otras de esta clasificación o de la anterior. Se incluyen también 
salas de reunión y espectáculos y estructuras de depósitos, urbanas o 
industriales, no incluídas en el Grupo A, así como todas aquellas 
construcciones que forman parte de centrales generadoras de energía y 
que, en caso de fallar, no paralizarían el funcionamiento de la central. 
Asimismo, se consideran en este grupo las subestaciones eléctricas y las 
torres y postes de líneas de transmisión de menor importancia que las del 
Grupo A
GRUPO C Estructuras para las que se recomienda un bajo grado de seguridad. Son 
aquellas cuya falla no implica graves consecuencias, ni pueden causar 
daño a construcciones de los Grupos A o B. Abarca, por ejemplo, no solo 
bodegas provisionales, cimbras, carteles, muros aislados y bardas con 
altura no mayor que 2,5 m
De acuerdo con lo establecido para la seguridad requerida por el capítulo C 1.4 “Diseño por 
sismo”, del Manual de Diseño de Obras Civiles en su edición 1993 que se transcribe arriba, la 
estructura se clasifica como perteneciente al Grupo A
3.2.2.2 CLASIFICACIÓN DE LAS CONSTRUCCIONES SEGÚN SU 
ESTRUCTURACIÓN 
TIPO 1 Estructuras de edificios: estructuras comunes, tales como edificios urbanos, 
naves industriales típicas, salas de espectáculos y estructuras semejantes, en 
que las fuerzas laterales se resisten en cada nivel por marcos continuos 
contra venteados o no, por diafragmas o muros, o por una combinación de 
diversos sistemas como los mencionados
TIPO 2 Péndulos invertidos y apéndices: péndulos invertidos o estructuras en las 
que el 50 % o más de su masa, se halle en el extremo superior y tengan un 
solo elemento resistente en la dirección de análisis o una sola hilera de 
columnas perpendicular a esta. Apéndices o elementos cuya estructuración 
21
CAPÍTULO 3 ANÁLISIS POR SISMO
difiera radicalmente de la del resto de la estructura, tales como tanques, 
parapetos, pretiles, anuncios, ornamentos, ventanales, muros y 
revestimientos, entre otros
TIPO 3 Muros de retención
TIPO 4 Chimeneas, silos y similares: chimeneas y silos, o estructuras semejantes en 
que la masa y rigidez se encuentran distribuidas continuamente a lo largo 
de su altura y donde dominen las deformaciones por flexión
TIPO 5 Tanques, depósitos y similares: Tanque elevados y depósitos superficiales, 
o estructuras semejantes destinadas al almacenamiento de líquidos que 
origina importantes fuerzas hidrodinámicas sobre el recipiente
TIPO 6 Estructuras industriales: Estructuras fabriles en que se requieren grandes 
áreas libres de columnas y donde se permite casi siempre colocar columnas 
relativamente cercanas unas de las otras, a lo largo de los ejes 
longitudinales,dejando entonces grandes claros libres entre esos ejes. Estas 
estructuras están formadas en la mayoría de los casos, por una sucesión de 
marcos rígidos transversales, todos iguales o muy parecidos, ligados entre 
si, por los elementos de contraventeo, que soportan los largueros para la 
cubierta y los recubrimientos de las paredes
TIPO 7 Puentes
TIPO8 Tuberías
TIPO 9 Presas
La estructura en lo que se refiere a su respuesta ante el sismo, pertenece claramente al TIPO 6
3.2.2.3 FACTOR DE COMPORTAMIENTO SÍSMICO.
Para el TIPO 6 de la clasificación de las estructuras según su estructuración En la tabla 3.1 se 
presentan valores representativos de ξ/Q para este tipo de estructuras, siendo ξ un factor reductivo 
que depende del amortiguamiento de la estructura. Alternativamente, podrán emplearse los 
mismo valores de Q especificados para estructuras de edificios, siempre que se justifique y 
cuando se cumplan adicionalmente los requisitos para estructuras dúctiles que fijan el AISC (ref. 
11) en acero y el ACI (ref 3) en concreto.
22
CAPÍTULO 3 ANÁLISIS POR SISMO
 
Tabla 3.1 Valores representativos de ξ/Q6
h
b
=19m
60m
=0.32⩽2
Por lo tanto ξ=0.08
y ξQ
=0.22
despejando Q
Q= ξ
0.22
= 0.8
0.22
=3.6
3.2.2.4 REGIONALIZACIÓN SÍSMICA DE LA REPÚBLICA MEXICANA
Con base en un estudio de riesgo sísmico, descrito en los comentario se encontró que para fines 
de diseño sísmico la República Mexicana se considerará divida en cuatro zonas, según se indica 
en la figura 3.2.
Las fronteras entre zonas coinciden con curvas de igual aceleración máxima del terreno; la zona 
A es la de menor intensidad sísmica, mientras que la mayor es la zona D
Provincia sísmica conforme a al Manual de Obras Civiles de CFE diseño por sismo “A”
3.2.2.5 TERRENO SÍSMICO
Tipo de terreno de acuerdo al criterio sísmico I (FIRME)
3.2.2.6 ESPECTROS PARA DISEÑO SÍSMICO.
En la siguiente tabla 3.2 se consignan los valores de los parámetros para diferentes zonas 
sísmicas y los distintos tipo de terreno, estos espectros de diseño especificados son aplicables a 
estructuras del grupo B. Para estructuras del grupo A, los valores de la ordenadas deberán 
multiplicarse por 1.5, a fin de tener en cuenta la importancia de la estructura
Zona sísmica Tipo de suelo ao C Ta Tb r
A I 0.02 0.08 0.2 0.6ab 1/2
Tabla 3.2 Espectros de diseño sísmico
6 Tabla 2.1 Valores representativos de ξ/Q1 Manual Obra Civiles CFE 1993 Diseño por Sismo.
23
CAPÍTULO 3 ANÁLISIS POR SISMO
Figura 3.2: Regionalización sísmica de la República Mexicana
24
CAPÍTULO 3 ANÁLISIS POR SISMO
3.2.3 Análisis de cargas.
3.2.3.1 CARGAS MUERTAS .
En la sección de 2.2 del Manual de Diseño de Obras Civiles Estructuras, Criterios De Diseño 
C.1.2. Acciones, inciso a) se define las cargas muertas dentro de las que se considera el peso 
propio tanto de los elementos estructurales, como no estructurales incluyendo instalaciones y 
equipo que ocupen una posición fija y permanente en la construcción y el peso estimado de 
elementos que, posteriormente, puedan colocarse en forma permanente
3.2.3.2 CARGAS VIVAS
En la sección de 2.6.1 del Manual de Diseño de Obras Civiles Estructuras Criterios De Diseño 
C.1.2. Acciones, considera para el diseño estructural la clasificación de la cargas que propone las 
NORMAS TÉCNICAS COMPLEMENTARIAS SOBRE CRITERIOS Y ACCIONES PARA EL 
DISEÑO ESTRUCTURAL DE LAS EDIFICACIONES en el apartado 6.1.2 Disposiciones 
generales, Cargas vivas unitarias (tabla 3.3)
Se consideran tres valores nominales de carga viva los cuáles están dados por una unidad de área 
en función del destino del piso o cubierta en cuestión, como se indica en la tabla 3.3 donde A 
representa el área tributaria, en metros cuadrados correspondiente al elemento que se diseña 
La carga viva unitaria máxima, Wm, deberá emplearse para el diseño estructural por fuerzas 
gravitacionales y para calcular asentamientos inmediatos, como los que ocurren en suelos muy 
permeables (arenas y gravas) o en los suelos no saturados; así como en el diseño ante cargas 
gravitacionales de los cimientos que se apoyen en estos materiales.
La carga viva unitaria reducida , Wa, deberá emplearse en los diseños por sismo y por viento, así 
también cuando se revisen distribuciones de cargas más desfavorables que la uniformemente 
repartida sobre el área.
25
CAPÍTULO 3 ANÁLISIS POR SISMO
Tabla 3.3 Cargas vivas unitarias, kN/m² (kg/m²)7
De acuerdo al rango de la pendiente la 
carga viva gravitacional y la carga viva 
reducida el valor que le corresponde 
será de 40 kg/m^2 y 20 kg/m^2 
correspondientemente a cada uno.
7 La tabla 3.3, corresponde a la tabla 6.6 de las Normas Técnicas Complementarias Sobre Criterios y Acciones 
Para El Diseño Estructural De Las Edificaciones (NTCDF)
26
CAPÍTULO 3 ANÁLISIS POR SISMO
3.2.4 Formato de análisis por sismo.
ANALISIS DE CARGAS MUERTAS
N+01 TECHUMBRE kg/m2
PESO ESTRUCTURA 26.21
LAMINA 10.00
TOTAL 36.21
RESUMEN DE CARGAS
VIVAS
M
U
ER
TA
S
G
R
A
V.
SI
SM
O
C
M
+G
R
A
V.
C
M
+S
IS
M
O
A
R
EA
S:
SU
B
TO
TA
L 
t.
O
TR
A
S 
C
A
R
G
A
S
C
A
R
G
A
 E
N
 S
IS
M
O
kg/m 2 kg/m 2 kg/m 2 kg/m 2 kg/m 2 m2 EN t EN t.
N+01 TECHUMBRE 36.21 40.00 20.00 76.21 56.21 3600.00 202.36 0.00 202.36
ANALISIS SISMICO:
FACTOR POR GRUPO DE LA ESTRUCTURA A 1.50
COEF. SISMICO POR TIPO DE TERRENO I 0.08
COEF. SISMICO *FACTOR DE GRUPO 0.12
DUCTILIDAD (Q) 3.60
COEF. SISMICO REDU. 0.03
Wi Hi SUMA Hi Wi*Hi Fi Vi M. Volteo
NIVEL +TECHUMBRE 202.36 23.50 23.50 4755.53 6.75 158.52
6.75
FACTOR ALFA 0.0014 Vu= 158.52
DISTANCIA MINIMA DE CONTRA VOLTEO CON 1.5 FAC. SEG EN m 0.000071
ANÁLISIS 
DE
CARGAS
CARGAS MUERTAS PERMANENTES
CARGAS VIVAS GRAVITACIONALES
CARGAS VIVAS POR SISMO Ó
REDUCIDAS
COMBINACION DE CARGAS P/OBTENER 
LA MASA TOTAL ACTUANTE
PARÁMETROS 
DE DISEÑO = cX1.50
 =c/Q
FORMATO DE ANÁLISIS POR SISMO
=
∑
n=1
N
W n
∑
n=1
N
W n hn
c
Q
F n=W n hn
 =HixFi
ACUMULADO DE Fi
 = c
CÁLCULO
SÍSMICO
RESUMEN DE
FUERZAS
27
CAPÍTULO 3 ANÁLISIS POR SISMO
3.2.4.1 DISTRIBUCIÓN DE CARGAS SOBRE LA ESTRUCTURA EN ESTUDIO.
La Fuerza sísmica obtenida anteriormente será repartida en la estructura, en aquellos nudos donde trasmitirán los esfuerzos a las 
columnas, quienes se verán afectadas.
28
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS POR VIENTO
Capítulo 4
 ANÁLISIS POR VIENTO
4.1 Alcance
En el siguiente análisis, su desarrollo es idéntico al análisis por sismo, en este también se sugiere 
un proceso dónde se desglosan los pasos a seguir para el cálculo de fuerzas causadas por el efecto 
del viento.
Actualmente hay empresas qué se dedican exclusivamente al análisis por viento, emplean en 
muchos de los casos modelos a escala sometido al túnel de viento, la distribución de fuerzas 
sobre las estructuras son muy particulares en cada caso, esto depende de la geometría de la 
estructura, la rugosidad del suelo, la ubicación, todos estos parámetros los consideran la mayoría 
de los manuales, como la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles (ASCE-07), el Manual de 
Diseño de Obras Civiles de la Comisión Federal de Electricidad (CFE), o las Normas Técnicas 
Complementarias del Distrito Federal (NTCDF), estos manuales son generalizados a estructuras 
comunes y regulares, lo ideal será siempre hacer un modelo a escala, aunque el cliente nunca este 
de acuerdo en solventar este gasto, pero si se tratase de un estructura del grupo A y donde el costo 
sea bastante considerable, este sería el método apropiado, sin importar el costo, las tendencias de 
hoy en día para los análisis de viento consiste en el uso de programas de computo con elementos 
finitos, para la simulación de viento, estos ofrecen resultados similares a los que arroja el túnel de 
viento, pero ciertamente aun se encuentran en desventaja debido algunos factores no son 
considerados como las rugosidad del suelo, la topografía del lugar por nombrar algunos.
Mientras que, en algunos lugares el diseño sebasa principalmente por la acción del sismo en 
otros su diseño se debe en un gran porcentaje a la participación del viento tal es nuestro caso, más 
adelante observaremos que esta estructura es más vulnerable ante la acción del viento que por el 
sismo.
La CFE a desarrollado un manual de diseño por viento en el cual documenta el proceso, 
parámetros, y aplicación de fuerzas de viento a las estructuras más comunes.
La manera en que se explica el análisis por viento será a través del siguiente diagrama del flujo
29
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS POR VIENTO
4.2 Diagrama de flujo para el análisis por viento.
clasificación de la estructura
según su importancia
GRUPO A, B, C.
(4.2.1.1)
Determinación de la velocidad de diseño, V
D
según su respuesta
TIPO 1, 2, 3, 4.
(4.2.1.2)
Definir la categoría del terreno
según su rugosidad
CATEGORIA 1,2,3,4
(4.2.2.1)
Definir la clase de estructura 
según su tamaño
CLASE A,B,C.
(4.2.2.2)
Definir la velocidad regional, VR
Para el periodo de retorno requerido
(4.2.2.3)
Factor de topografía
local. FT
a)Método empírico 
b)Método analítico
(4.2.2.5)
Cambio del periodo
de retorno
a)Método gráfico 
b)Método analítico
Factor de exposición, Fa
(4.2.2.4)
Factor de 
Tamaño, Fc
(4.2.2.4.1)
Factor de rugosidad
y altura, Frz
(4.2.2.4.2)
Cálculo final de VD
(4.2.2.6)
V D=FT F VR
Cálculo del factor de corrección de densidad G, y 
obtención de la presión dinámica de base, qz 
(4.2.3)
q z=0.0048GV D
2
Determinación de las presiones PzESTRUCTURAS TIPO 1
(incluye la estructura principal la 
secundaria y sus recubrimientos y 
sujetadores)
ESTRUCTURAS TIPO 2, 3, 4
(soloincluye la estructura principal la 
secundaria y sus recubrimientos y 
sujetadores se tratan con el análisis 
de cargas estático).
Utilizar el análisis de cargas estático
Cálculo de presiones y fuerzas para 
Diferentes tipos de estructuras
y recubrimientos
(4.2.3.3)
p z=Cp K A K L q z
ALTO
Cambios en la 
rugosidad del
terreno para una
Del viento dada
INICIO
Utilizar el análisis de cargas dinámico
Presiones y fuerzas en la dirección del viento
p z=F g Ca q z
Factor de respuesta dinámica
debido a ráfagas Fg.
Efectos transversales en la dirección del viento
Efectos aerodinámicos especiales
Inestabilidad aeroelásticas
H/D>5
O T>1 s
SINO
ALTO
30
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS POR VIENTO
4.2.1 Clasificación de las estructuras.
4.2.1.1 SEGÚN SU IMPORTANCIA
• GRUPO A Estructuras con un grado de seguridad elevado. Se incluyen en este grupo 
aquéllas cuya falla cause la pérdida de un número importante de vidas, o 
perjuicios económicos o culturales excepcionalmente altos; las construcciones y 
depósitos cuya falla implique un peligro significativo por almacenar o contener 
sustancias tóxicas o inflamables; las construcciones cuyo funcionamiento es 
imprescindible y debe continuar después de la ocurrencia de vientos fuertes y 
las construcciones cuya falla impida la operación de plantas termoeléctricas, 
hidroeléctricas y nucleares; entre estas, pueden mensionarse las chimeneas las 
subestaciones eléctricas y las torres y postes que formen parte de la lineas de 
trasmisión principales. Dentro de esta clasificación también se encuentras las 
centrales telefónicas e inmuebles de telecomunicaciones principales, puentes, 
estaciones terminales de transporte, estaciones terminales de transporte, 
estaciones de bombero de rescate y de policia, hospitales e inmuebles médicos 
con áreas de urgencias, centros de operación en situaciones de desastre, 
escuelas, estadios, templos y museos. Del mismo modo pueden considerarse los 
locales y las cubiertas y los paraguas que protegan equipo especialmente 
costoso, y las áreas de reunión que puedan alojar a más de doscientas personas, 
tales como salas de espectáculos, auditorios y centros de convenciones.
• GRUPO B Estructuras para las que se recomienda un grado de seguridad moderado. Se 
clasifican en este grupo aquéllas que, al fallar, generan baja pérdida de vidas 
humanas y que ocasionan daños materiales de magnitud intermedia; aquéllas 
cuya falla por viento pueda poner en peligro a otras de este grupo o del anterior; 
las construcciones que forman parte de plantas generadoras de energía y que, al 
fallar, no paralizarían el funcionamiento de la planta. Ejemplos de estructuras 
en este grupo son: plantas industriales, subestaciones eléctricas de menor 
importancia que las del Grupo A, bodegas ordinarias, gasolineras (excepto los 
depósitos exteriores de combustibles pertenecientes al Grupo A), comercios, 
restaurantes, casas para habitación, viviendas, edificios de apartamentos u 
oficinas, hoteles, bardas cuya altura sea mayor que 2.5 metros. También 
pertenecen a este grupo: salas de reunión y espectáculos, estructuras de 
depósitos urbanas o industriales, no incluidas en el Grupo A. Los 
recubrimientos, tales como cancelerías y elementos estructurales que formen 
parte de las fachadas, pertenecerán a este grupo siempre y cuando no causen 
daños corporales o materiales importantes al desprenderse, en caso contrario, se 
analizarán como pertenecientes al Grupo A.
• GRUPO C Estructuras para las que se recomienda un grado de seguridad bajo. Son aquéllas 
cuya falla no implica graves consecuencias, ni causa daños a construcciones de 
los Grupos A y B. Abarca estructuras o elementos temporales con vida útil 
menor que tres meses, bodegas provisionales, cimbras, carteles, muros aislados 
y bardas con altura menor o igual que 2.5 metros. Las provisiones necesarias 
para la seguridad durante la construcción de estructuras, se evaluarán para la 
31
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS POR VIENTO
importancia de este grupo.
4.2.1.2 SEGÚN SU RESPUESTA
• TIPO 1 Estructuras poco sensibles a las ráfagas y a los efectos dinámicos del viento. 
Abarca todas aquellas en las que la relación de aspecto λ, (definida como el 
cociente entre la altura y la menor dimensión en planta), es menor o igual a 
cinco y cuyo período natural de vibración es menor o igual a 1 segundo. 
Pertenecen a este tipo, por ejemplo, la mayoría de los edificios para habitación 
u oficinas, bodegas, naves industriales, teatros y auditorios, puentes cortos y 
viaductos. En el caso de puentes, constituidos por losas, trabes, armaduras 
simples o continuas, o arcos, la relación de aspecto se calculará como el 
cociente entre el claro mayor y la menor dimensión perpendicular a este. 
También incluye las construcciones cerradas con sistemas de cubierta 
suficientemente rígidos, es decir, capaces de resistir las cargas debidas al viento, 
sin que varíe esencialmente su geometría
• TIPO 2 Estructuras que por su alta relación de aspecto o las dimensiones reducidas de su 
sección transversal, son especialmente sensibles a las ráfagas de corta duración 
(entre 1 y 5 segundos) y cuyos períodos naturales largos favorecen la ocurrencia 
de oscilaciones importantes en la dirección del viento. Dentro de este tipo se 
cuentan los edificios con relación de aspecto λ, mayor que cinco o con período 
fundamental mayor que un segundo. Se incluyen también, por ejemplo, las 
torres de celosía atirantadas y las auto soportadas para líneas de transmisión, 
chimeneas, tanques elevados, antenas, bardas, parapetos, anuncios u, en 
general, las construcciones que presentan una dimensión muy corta paralela a la 
dirección del viento. Se excluyen aquellas que explícitamente se menciona 
como, pertenecientes a los Tipos 3 o 4.
• TIPO 3 Estas estructuras, además de reunir todas las características de las del Tipo 2, 
presentan importantes oscilaciones transversales al flujo del viento, provocadas 
por la aparición periódica de vórtices o remolinos con ejes paralelos a la 
dirección del viento. En este tipo se incluyen las construcciones y elementos 
aproximadamente cilíndricos o prismáticos esbeltos,tales como chimeneas, 
tuberías exteriores o elevadas, arbotantes para iluminación, postes de 
distribución y cables de líneas de transmisión
• TIPO 4 Estructuras que por su forma o por lo largo de sus períodos naturales de vibración 
(períodos mayores de 1 segundo), presentan problemas aerodinámicos 
especiales
32
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS POR VIENTO
4.2.2 Determinación de la velocidad de diseño VD
4.2.2.1 DEFINICIÓN DE LA CATEGORÍA DEL TERRENO SEGÚN SU 
RUGOSIDAD.
Cat. Descripción Ejemplos Limitaciones
1 Terreno abierto 
prácticamente plano, 
sin obstrucciones
Franjas costeras planas, 
zonas de pantanos, campos 
aéreos, pastizales y tierras 
de cultivo sin setos o 
bardas alrededor. 
Superficies nevadas planas
La longitud mínima de este 
tipo de terreno en la 
dirección del viento debe 
ser de 2000 m o 10 veces la 
altura de la construcción 
por diseñar, la que sea 
mayor.
2 Terreno plano u 
ondulado, con pocas 
obstrucciones
Campos de cultivo o 
granjas con pocas 
obstrucciones tales como 
setos o bardas alrededor, 
árboles y construcciones 
dispersas.
Las obstrucciones tienen 
alturas de 1,5 m a 10 m, en 
una longitud mínima de 
1500 m.
3 Terreno cubierto por 
numerosas 
obstrucciones 
estrechamente 
espaciadas
Áreas urbanas, suburbanas 
y de bosques, o cualquier 
terreno con numerosas 
obstrucciones 
estrechamente espaciadas. 
El tamaño de las 
construcciones 
corresponde al de las casas 
y viviendas.
Las obstrucciones 
presentan alturas de 3 a 5 
m. La longitud mínima de 
este tipo de terreno en la 
dirección del viento debe 
ser de 500 m o 10 veces la 
altura de la construcción, la 
que sea mayor.
4 Terreno con 
numerosas 
obstrucciones largas, 
altas y estrechamente 
espaciadas
Centros de grandes 
ciudades y complejos 
industriales bien 
desarrollados
Por lo menos el 50 % de 
los edificios tienen una 
altura mayor de 20 m. Las 
obstrucciones miden de 10 
a 30 m de altura. La 
longitud mínima de este 
tipo de terreno en la 
dirección del viento, debe 
ser la mayor entre 400 m y 
10 veces la altura de la 
construcción
33
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS POR VIENTO
4.2.2.2 DEFINICIÓN DE LA CLASE DE LA ESTRUCTURA SEGÚN SU 
TAMAÑO.
CLASE DESCRIPCIÓN Fc
A Todo elemento de recubrimiento de fachadas, de ventanerías y de 
techumbres y sus respectivos sujetadores. Todo elemento estructural 
aislado, expuesto directamente a la acción del viento. Así mismo, todas 
las construcciones cuya mayor dimensión, ya sea horizontal o vertical, 
sea menor que 20 m
1.00
B Todas las construcciones cuya mayor dimensión, ya sea horizontal o 
vertical, se encuentre entre 20 y 50 m
0.95
C Todas las construcciones cuya mayor dimensión, ya sea horizontal o 
vertical, sea mayor que 50 m
0.90
Fc=0.9
4.2.2.3 DEFINICIÓN DE LA VELOCIDAD REGIONAL, VR
La velocidad regional registrada en el sitio de acuerdo al capítulo 2.3 Condiciones Climatologías 
del presente trabajo
4.2.2.4 FACTOR DE EXPOSICIÓN, FΑ.
4.2.2.4.1 FACTOR DE TAMAÑO, FC
Clase de la 
estructura.
Fc
A 1.0
B 0.95
C 0.90
34
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS POR VIENTO
4.2.2.4.2 FACTOR DE RUGOSIDAD Y ALTURA, FRZ
Categoría
del terreno
α
δClase de la estructura.
A B C
1 0.099 0.101 0.105 245
2 0.128 0.131 0.138 315
3 0.156 0.160 0.171 390
4 0.170 0.177 0.193 455
Este factor depende tanto de clasificación del terreno circundante atendiendo a su rugosidad, 
como de la clasificación de la estructura de acuerdo a su tamaño.
Para z = variable de 1 a 
30 m 
δ=245 m
α =0.105
F rz=1.56⋅[
10
δ
]
α
si z<10
F rz=1.58⋅[
z
δ
]
α
si 10<z<δ
F rz=1.58 si z⩾δ
Por lo tanto la Rugosidad en 
función de z (altura)
F rz=1.58∗[
z
245
]
0.105
F rz=0.8867∗( z )
0.105
4.2.2.4.3 CÁLCULO DEL FACTOR DE EXPOSICIÓN FΑ
Fc=0.9 Factor de tamaño ( 4.2.2.4.1).
F α=F c∗F rz
F α=0.79806∗(z )
0.105
Por lo tanto el factor de exposición 
queda en función de z (altura)
4.2.2.5 FACTOR DE TOPOGRAFÍA LOCAL. FT
Sitios Topografía Ft
Protegidos Base de promontorios y faldas de serranías del lado de sotavento 0.8
Valles cerrados 0.9
Normales Terreno prácticamente plano, campo abierto, ausencia de cambios 
topográficos importantes, con pendientes menores de 5 %
1.0
Expuestos
Terrenos inclinados con pendientes entre 5 y 10 %, valles abierto y 
litorales planos
1.1
Cimas de promontorios, colinas o montañas, terrenos con 
pendientes mayores que 10 %, cañadas cerradas y valles que 
forman un embudo o cañón, islas
1.2
35
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS POR VIENTO
Ft=1.0
4.2.2.6 CÁLCULO FINAL DE VD
VR= 168 km/h (sección 5.2.2.3).
F α=0.79806∗(z )
0.105
(4.2.2.4)
V D=V R∗F α
V D=134.0746∗(z )
0.105 
En función de la altura.
4.2.3 Obtención de la presión dinámica de base, qz
4.2.3.1 CALCULO DE LA PRESIÓN BAROMÉTRICA Ω. 
Altitud
(msnm)
Presión 
Barométrica Ω 
(mm de Hg) 
0 760 Interpolando para una altitud de 220 (ver dato de la 
sección 2.3 del presente trabajo)
Ω=760−[ 220∗(760−720)
(500−0)
]=742.4
500 720
1000 675
1500 635
2000 600
2500 565
3000 530
3500 495
4.2.3.2 CÁLCULO DEL FACTOR DE CORRECCIÓN DE TEMPERATURA 
“G”
τ=Temperatura (ver sección 2.3) G=0.392∗Ω
273+τ
=0.987
4.2.3.3 CÁLCULO PRESIÓN DINÁMICA QZ
qz=0.0048∗G∗V D
2 Por lo tanto la presión dinámica queda en función de la 
velocidad de diseño (ver sección 4.2.2.6).
qz=0.0048∗G∗V D
2
36
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS POR VIENTO
4.3 Tabulando presiones
Por lo tanto la presión Neta es igual:
Pn=KA*KL*Cp*qz
KA=0.8, factor de reducción (ref. de acuerdo con el capítulo C 1.3, Diseño por viento, del Manual de Diseño de Obras Civiles. Tabla 
1.11)
KL=1.0 Factor de presión local (ref. capítulo C 1.3, Diseño por viento, del Manual de Diseño de Obras Civiles. “Cuando se diseñe la 
estructura principal de la construcción este será igual a la unidad”
Z (m) Fa Vd qz 
(kg/m2)
Viento en X Viento Z Col. Estr. 
lateral
Barlovento Sotavento Barlovento Sotavento Barlovento Sotavento
CpB CpS CpB CpS CpB CpB
-0.6 0.4 -0.7 -0.6 0.6 -0.4 -0.2 1.2 0.8
0 0.000 0.000 0.000
5 1.003 168.500 133.55
10 1.003 168.500 133.550
15 1.060 178.080 149.130
20 1.093 183.624 158.601
24 1.114 187.15 164.761 79 53 92 79 79 53 26 158 105
25 1.119 187.992 166.24
37
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS POR VIENTO
4.3.1 Combinaciones del viento
Los siguiente esquemas mostrarán los efectos de cargas que la estructura pueda tomar
Carga 7 Viento en X1 (-0.6,-0.7)
38
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS POR VIENTO
Carga 8 Viento en X2 (0.4,-0.7)
39
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS POR VIENTO
Carga 9 Viento en Z1(-0.6, -0.4, -0.2)
40
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS POR VIENTO
Carga 10 Viento en Z2 (0.6, 0.2, 0.2)
41
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS POR VIENTO
4.3.2 Zona de aplicación de cargas
42
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS POR VIENTO
4.3.3 Resumen de cargas
CARGAS APLICADAS A LA ESTRUCTURA
AREA TRIBUTARIA (m^2) 1.68 0.8 1.2 0.75
AREA DE APLICACION DE VIENTO X TECHUMBRE Z TECHUMBRE COLUMNA EST. LAT
PRESION NETA DEL VIENTO (t/m^2) 0.092 0.079 0.053 0.079 0.053 0.026 0.158 0.158 0.105
CARGAS CARGA ACTUANTES Wo (t/m)
1 PESO PROPIO
2 CARGA MUERTA (0.010 ton/m2) 0.0168
3 CARGA VIVA MAXIMA (0.040 ton/m2) 0.0672
4 CARGA VIVA REDUCIDA (0.020 ton/m2) 0.0336
5 CARGA DE NIEVE (0.025 ton/m2) 0.0346
6 CARGA DE CENIZA (0.0206ton/m2) 0.0420
7 VIENTO EN X1 (-0.6,-0.7) t/m 0.155 0.133 0.126 0.079
8 VIENTO EN X2 (0.4,-0.7) t/m 0.155 0.089 0.126 0.079
9 VIENTO EN Z1(-0.6,-0.4,-0.2) t/m 0.133 0.089 0.044 0.190
10 VIENTO EN Z2 (0.6,0.2,0.2) t/m 0.133 0.044 0.190
F (t)
VER ANALISIS POR SISMO11 SISMO EN X 0.500
12 SISMO EN Z 0.500
43
CAPÍTULO 5 COMBINACIÓN DE CARGAS
Capítulo 5
 COMBINACIÓN DE CARGAS
A fin de revisar la seguridad de una estructura deberá considerarse el efecto combinado de todas 
las acciones que tengan una probabilidad no despreciable de ocurrir simultáneamente y regirá en 
el diseño la combinación que produzca los efectos más desfavorables.
Las combinaciones de acciones de diseño, en general, se especificanen reglamentos y códigos. 
Aquí se describen los criterios adoptados por los ordenamientos de mayor uso en el medio
Una vez de haber calculado la mayoría de las cargas actuantes el siguiente paso será ordenar y 
combinar la cargas de acuerdo a los códigos de diseño.
5.1 Cargas consideradas
Las fuerzas que actúan sobre una estructura se denomina cargas. Estas se clasifican en cargas 
muertas y cargas vivas 
5.1.1 Cargas muertas (CM)
Como ya se comentó en el capitulo 3.1.3.1 las cargas muertas corresponden a todas aquellas que 
actuarán de forma permanente sobre la estructura incluye el peso propio de la estructura, 
Lámina sobre las estructuras 10 kg/m2
Peso propio de las estructuras 26.1 kg/m2
Peso del concreto reforzado 2400 kg/m3
5.1.2 Cargas vivas (CV)
Las cargas vivas son todas aquellas que no son tan permanentes como las cargas muertas, ellas 
pueden o no estar actuando sobre la estructura en cualquier momento y su posición no puede ser 
fija. En general, la magnitud de una carga viva no está tan bien definida y usualmente debe ser 
estimada.
En la siguiente tabla los valores fueron obtenidos de acuerdo a las consideraciones de la sección 
3.1.3.2 de este trabajo.
CVM=Cargas vivas máxima de operación 40 kg/m2
CVR=Carga viva reducida para sismo o viento 20 kg/m2
44
CAPÍTULO 5 COMBINACIÓN DE CARGAS
5.1.3 Carga de nieve (CN)
La carga de nieve es otra carga viva que se trata como una categoría separada. La incertidumbre 
en la estimación de esta carga se ve incrementada por la presencia del viento que ocasiona que 
mucha de la carga de nieve se acumule sobre un área relativamente pequeña 
Se usará las especificaciones del ASCE 7-05 capitulo 7 para evaluar las cargas de nieve. Las 
pendiente de las techumbres serán mayores a 5%.
Pg = 24.5 kg/m2 (Carga de nieve en piso) Carga de nieve en techumbres Pf
Ce =1.0 (Factor de exposición)8 Pf=0.7 Ce Ct I Pg=
Pf= 0.7(10)(1.2)(1.0)(24.5)= 20.6 kg/m2Ct =1.2 (Factor térmico)9
I = 1.0 (Factor de importancia)10
5.1.4 Carga de ceniza (CC)
Debido a que la planta en cuestión produce una cantidad de ceniza y esta puede ser un factor de 
carga importante para la estructura, se considerara un peso de ceniza:
C.C=25kg/m2
8 Ver tabla 7.2 capítulo 7 ASCE 7-05 (American Society of Civil Engineers ed. 2005)
9 Ver tabla 7.3 capítulo 7 ASCE 7-05 (American Society of Civil Engineers ed. 2005)
10 Ver tabla 7.4 capítulo 7 ASCE 7-05 (American Society of Civil Engineers ed. 2005)
45
CAPÍTULO 5 COMBINACIÓN DE CARGAS
5.2 Nomenclatura de cargas
La siguiente tabla se desglosan la cargas en su respectivo orden y abreviación mismas que se 
usarán en el programa de computo para el análisis y diseño de estructuras. 
No. Carga Carga Abreviatura
1 Peso propio P.P
2 Carga muerta CM
3 Carga viva máxima CVM
4 Carga viva reducida CVR
5 Carga de ceniza CC
6 Carga de nieve CN
7 Viento en X1 (-0.6,-0.7) WX1
8 Viento en X2 (0.4,-0.7) WX2
9 Viento en Z1(-0.6,-0.4,-0.2) WZ1
10 Viento en Z2 (0.6,0.2,0.2) WZ2
11 Sismo en X SX
12 Sismo en Z SZ
5.3 Combinación de cargas por esfuerzos permisibles (ASD11)
El manual del Instituto Americano de la Construcción en Acero (AISC) para esfuerzos 
permisibles que por sus siglas en ingles (ASD) en el capitulo A Consideraciones Generales 
apartado A4. Cargas y Fuerzas recomienda usar las combinaciones del manual ANSI12 58.1 
mismas que se encuentran ahora en el actual manual del ASCE 7-05 en el capitulo 2 
Combinaciones de Cargas, Subcapitulo 2.4 Combinación Nominal de Cargas Usando Esfuerzos 
Permisibles en seguida seleccionaremos las combinaciones que nos interesan y las aplicaremos a 
la matriz de combinaciones.
11 American Institute Steel Construction, Ninth Edition ( AISC), Allowable Steel Design (ASD)
12 American National Standars Institute
46
CAPÍTULO 5 COMBINACIÓN DE CARGAS
1. D + F
2. D + H + F + L + T
3. D + H + F + (Lr or S or R)
4. D + H + F + 0.75(L + T ) + 0.75(Lr or S or R)
5. D + H + F + (W or 0.7E)
6. D + H + F + 0.75(W or 0.7E) + 0.75L+0.75(Lr or S or R)
7 0.6D + W + H
8 0.6D + 0.7E + H
Notación y Simbología 
D = Carga muerta
Di = Peso del hielo
E = Carga de sismo
F = Carga por fluidos
Fa = Carga de piso
H = Carga lateral de sismo debida a presiones de 
suelo, agua o granel
L = Carga viva
Lr = Carga vida de azotea
R = Carga de lluvia
S = Carga de Nieve
T = Fuerza generada por esfuerzos
W = Carga de viento
Wi = Carga de viento y hielo determinada de acuerdo 
al capitulo 10.
47
CAPÍTULO 5 COMBINACIÓN DE CARGAS
5.3.1 Matriz de combinaciones de carga ASD
De esta forma hemos obtenido la primera parte de las combinaciones de carga, todo el diseño en acero deberá resistir 
satisfactoriamente estas cargas combinadas lo cual nos asegura un incremento en la seguridad de la estructura ante eventos naturales 
extremos.
NO
CARGA COMBINACION
1
P.P
2
CM
3
CVM
4
CVR
5
CC
6
CN
7
WX1
8
WX2
9
WZ1
10
WZ2
11
SX
12
SZ
13 (PP+CM+CVM) 1.00 1.00 1.00
14 (PP+CM+CVR+CC) 1.00 1.00 1.00 1.00
15 (PP+CM+CVR+CN+CC) 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00
16 (PP+CM+WX1) 1.00 1.00 1.00
17 (PP+CM+WX2) 1.00 1.00 1.00
18 (PP+CM+CVR+0.75WX1) 1.00 1.00 1.00 0.75
19 (PP+CM+CVR+0.75WX2) 1.00 1.00 1.00 0.75
20 (PP+CM+WZ1) 1.00 1.00 1.00
21 (PP+CM+WZ2) 1.00 1.00 1.00
22 (PP+CM+CVR+0.75WZ1) 1.00 1.00 1.00 0.75
23 (PP+CM+CVR+0.75WZ2) 1.00 1.00 1.00 0.75
24 (PP+CM+CVR+0.75SX+0.225SZ) 1.00 1.00 1.00 0.75 0.23
25 (PP+CM+CVR+0.225SX+0.75SZ) 1.00 1.00 1.00 0.23 0.75
Como es costumbre en la mayoría de códigos, combinar el 100% de las cargas de sismo en una dirección y un 30% en la otra 
dirección 
Por lo tanto de aquí obtenemos el segundo factor 30%0.75= 0.225 para las cargas 24 y 25.
48
CAPÍTULO 5 COMBINACIÓN DE CARGAS
5.4 Combinaciones de cargas utilizando esfuerzos de diseño
El manual de diseño en concreto ACI 318-0213 considera combinaciones de cargas por esfuerzos 
requeridos.
En capitulo C.9.2 El esfuerzo requerido U deberá resistir la carga muerta D y la carga viva L y 
deberá ser menor que:
U=1.4D+1.7L (5.1)
En el capitulo C.9.2 Para estructuras que también pueden resistir cargas de viento W o cargas por 
efectos de sismo E, el esfuerzo requerido U no deberá ser menor que las ecuaciones 5.1 y 5.2
U = 0.75(1.4D + 1.7L) + (1.6W or 1.0E) (5.2)
y
U = 0.9D + (1.6W or 1.0E) (5.3)
Cuando W no ha sido reducido por un factor de direccionalidad este deberá ser permitido usar 
1.3W en lugar de 1.6W en la ecuación 5.2 y 5.3. Donde las fuerzas sísmicas E están basadas a 
nivel de servicio y 1.4E deberá ser usado en lugar de 1.0E en la ecuación 5.2 y 5.3
De esta forma obtenemos la segunda parte de cargas originadas por las combinaciones de carga 
basada por esfuerzos requeridos.
13 Chapter 9.2, American Institute Concrete Edition 2002 (ACI318-02) 
49
CAPÍTULO 5 COMBINACIÓN DE CARGAS
5.4.1 Matriz de combinaciones por esfuerzos de diseño.
De esta forma obtenemos la segunda parte de las cargas originadas por las combinaciones basada por esfuerzos requeridos.
NO
CARGA COMBINACION
1
PP
2
CM
3
CVM
4
CVR
5
CC
6
CN
7
WX1
8
WX2
9
WZ1
10
WZ2
11
SX
12
SZ
26 1.4(PP+CM)+1.7CVM 1.40 1.40 1.70
27 1.4(PP+CM+CC)+1.7CVR 1.40 1.40 1.700 1.40
28 1.4(PP+CM+CC+CN)+1.7CVR 1.40 1.40 1.700 1.40 1.40
29 0.9PP+1.3WX1 0.90 1.30
30 0.75(1.4(PP+CM)+1.7CVR)+1.3WX1 1.05 1.05 1.275 1.30
31 0.9PP+1.3WX2 0.90 1.30
32 0.75(1.4(PP+CM)+1.7CVR)+1.3WX2 1.05 1.05 1.275 1.30
33 0.9(PP+CM)+1.3WZ1 0.90 0.90 1.30
34 0.75(1.4(PP+CM)+1.7CVR)+1.3WZ1 1.05 1.05 1.275 1.30
35 0.9(PP+CM)+1.3WZ2 0.90 0.90 1.30
36 0.75(1.4(PP+CM)+1.7CVR)+1.3WZ2 1.05 1.05 1.275 1.30
37 0.75(1.4(PP+CM)+1.7CVR)+1.4(Sx+0.3Sz) 1.05 1.05 1.275 1.40 0.42
38 0.75(1.4(PP+CM)+1.7CVR)+1.4(0.3Sx+Sz) 1.05 1.05 1.275 0.42 1.40
Las últimas dos cargas que corresponden a las fuerzas de sismo serán combinadas en 100% en una dirección y 30% en otra por lo tanto 
el factor obtenido 0.42 es resultado de 30% de 1.4.
50
CAPÍTULO 6 ANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL
Capítulo 6
 ANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL
6.1 Enfoque de diseño