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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA UNIDAD ZACATENCO “DISEÑO DE UNA ESTRUCTURA A BASE DE PERFILES DE ACERO DELGADO FORMADOS EN FRIO” T E S I S Que como uno de los requisitos para obtener el titulo de INGENIERO CIVIL P R E S E N T A : NÈSTOR BRAVO MADRIGAL México DF Junio 2006 AGRADECIMIENTOS Dios mió gracias por permitirme concluir esta etapa tan importante en mi vida llenándome de esperanzas y vigor para alcanzar nuevas metas. Dedico esta tesis a mis padres que siempre me han acompañado en los momentos más importantes de mi vida buenos y malos, regalándome sabios consejos, de igual manera a toda mi familia que tanto quiero y muy en especial en memoria de mi Tío Leno que siempre estuvo atento de sus sobrinos y de todo su familia. i Agradezco a Marhnos, empresa que me acogió terminada mi carrera, así como al Ing. Humberto Díaz Torres Director del área de Edificación, por todo su apoyo y confianza que me ha brindado, de igual manera a mi primeros jefes directos en la empresa, quienes siempre se preocuparon laboral y personalmente por mi crecimiento, el Arq. Jaime Arturo Martínez Medina. Y el Ing. Luis Terán Escandón. Agradezco también a todas mis amistades de Marhnos a las cuales estimo mucho, especialmente una amiga la Lic. Erika Andrea Escobar López. Quien me ha apoyado en todo momento, que con sus buenos consejos y contagiosa alegría logre abatir malos momentos y salir adelante. Por último un agradecimiento muy especial al Ing. José Luis Flores y toda la gente de su despacho quienes me apoyaron en la realización de este trabajo en especial al Ing. Juan Alfonso González Zaraut. ii Índice Capitulo Tema Pág. Agradecimientos i Índice iii 1 Introducción 1 1.1 Muros de carga (wall Studs) 3 1.2 Losa de entrepiso 3 1.3 Losa de azotea 4 1.4 Muro divisorio 5 1.5 Muro fachada 6 1.6 Plafones 8 2 Índice de tablas 10 3 Antecedentes 12 4 Justificación 16 5 Objetivos 17 6 Componentes básicos del sistema 18 6.1 Canales 18 6.2 Canal de carga 19 6.3 Canal de amarre 20 6.4 Canal listón 21 6.5 Canal Z 21 6.6 Canal H 22 6.7 Canaleta resilente 22 6.8 Canaleta de carga 23 6.9 Poste viga 23 6.10 Poste H 25 6.11 Poste metálico 25 6.12 Sujeción lateral 26 6.13 Ángulo de unión 29 6.14 Ángulo de amarre 29 6.15 Esquinero 30 6.16 Reborde J 31 6.17 Reborde L 31 6.18 Perfiles omega 32 6.19 Angulo de unión 33 iii Capitulo Tema Pág. 6.20 Tornillos 34 6.20.1 Txp-12 34 6.20.2 Thx-34 34 6.20.3 Tfr-118 36 6.20.4 Tfr-158 36 6.21 Perfiles para muros divisorios 37 6.22 Perfiles para plafones corridos 38 6.23 Anclajes a la cimentación 39 6.23.1 Cartabón S/HTT14 39 6.23.2 Conector S/LTT20 39 6.23.3 Conector muro concreto MAS-16 40 6.23.4 Conector muro a concreto HD22-2P 40 6.23.5 Unión huracán S/H1 41 6.23.6 Unión huracán S/H2 41 6.23.7 Conector para viga doble 42 6.23.8 Adhesivo epóxico 42 6.24 Armaduras más utilizadas 43 6.24.1 Tipo Fink 44 6.24.2 Tipo simple con ático 44 6.24.3 Tipo media tijera 44 6.24.4 Tipo polinesia 44 6.24.5 Tipo king post 45 6.24.6 Tipo warren en tijera 45 6.24.7 Tipo de cuerdas paralelas con colados laterales 45 6.24.8 Tipo de cuerdas paralelas pratt 45 7 Descripción del proyecto 46 7.1 Planta baja arquitectónica 48 7.2 Planta primer y segundo nivel arquitectónica 49 7.3 Planta de azotea arquitectónica 50 7.4 Cortes arquitectónicos 51 7.5 Fachadas arquitectónicas 53 7.6 Planta baja distribución de perfiles de acero delgado 54 7.7 Planta primer y segundo nivel distribución de perfiles de acero delgado 55 7.8 Modelo 3D 56 8 Solicitaciones de carga 57 8.1 Carga vertical 57 8.1.2 Análisis de cargas 57 8.1.3 Obtención de cargas muertas que actúan sobre la estructura 69 8.1.4 Obtención de las cargas vivas máximas que actúan sobre la estructura 76 iv Capitulo Tema Pág. 8.1.5 Obtención de cargas vivas accidentales que actúan sobre la estructura según el RCDF 79 8.2 Carga por viento 82 8.2.1 Clasificación de la estructura 82 8.2.2 Clasificación de la estructura según su respuesta ante la acción del viento 83 8.2.3 Categoría del terreno según su rugosidad y clase de estructura 83 8.2.4 Definición de la velocidad regional VR Para el período de retorno requerido 84 8.2.5 Definición del factor de exposición 86 8.2.6 Determinación de la velocidad de diseño VD 87 8.2.6.1 Factor de topografía FT 88 8.2.7 Calculo de la corrección de densidad G, y obtención de la presión dinámica base qz 88 8.2.8 Fuerzas sobre construcciones cerradas 89 8.2.9 Presiones interiores 94 8.2.9.1 Permeabilidad 95 8.2.9.2 Aberturas 96 8.2.9.3 Aberturas dominantes 96 8.2.10 Análisis por viento 103 8.2.11 Distribución de coeficientes C 105 8.2.12 Obtención de la presión de viento 106 8.2.13 Distribución de coeficientes en azotea para determinación de cargas 107 8.3 Carga accidental por sismo 109 8.3.1 Consideraciones generales 109 8.3.2 Análisis estructural 109 8.3.3 Método estático equivalente 113 8.3.4 Coeficiente sísmico 113 8.3.5 Factor de comportamiento sísmico Q 114 8.3.6 Determinación de fuerzas laterales y cortantes en construcciones de varios niveles 116 8.3.7 Tipo de terreno 118 8.3.8 Cargas gravitacionales 124 8.3.9 Cargas accidentales debidas al efecto sísmico sobre la estructura 125 8.3.10 Obtención de pesos por nivel de la estructura 127 8.3.11 Obtención del cortante basal 127 9 Análisis de la Estructura a base de un modelo en el programa Staad Pro IV 128 9.1 Elaboración del modelo 128 9.2 Determinación de apoyos 128 9.3 Preparación del modelo para aplicación de cargas debido a sismo 129 9.4 Aplicación de cargas sobre la estructura en el modelo 130 9.5 Obtención de las propiedades físicas de los perfiles a utilizar 131 9.6 Creación de tablas de perfiles comerciales en México para aplicación en el modelo 132 9.7 Aplicación de los perfiles sobre cada elemento de la estructura del modelo 133 9.8 Obtención de combinaciones de carga para aplicación en el modelo 134 v Capitulo Tema Pág. 10 Análisis de la Estructura a base de un modelo en el programa Staad Pro IV 136 10.1 Introducción del diseño de acero formado en frío 136 10.2 Consideraciones para el diseño en Staad Pro IV 137 10.3 Primera corrida de diseño en Staad Pro IV 138 10.4 Segunda corrida de diseño en Staad Pro IV 139 10.5 Diseño final 145 10.5.1 Diseño Planta baja 145 10.5.2 Diseño Primer Nivel 146 10.5.3 Diseño segundo nivel 147 10.6 Revisión de diseño 148 10.6.1 Revisión del diseño de un bastidor 149 10.6.2 Revisión del diseño de una viga 154 10.6.3 Revisión de los contravientos de un bastidor 160 11 Conclusiones, recomendaciones y ventajas 165 11.1 Conclusiones 165 11.2 Recomendaciones de estructuración del Sistema Steel Framing 166 11.3 Ventajas 169 12 Bibliografía 170 vi 1 Introducción El diseño y construcción de estructuras con perfiles de acero galvanizado delgado, es un sistema prácticamente nuevo en nuestro país y algunos otros países en el mundo, sin embargo existen muchos otros países en los que ya se ha aplicado este sistema. Como es el caso de algunos países de Europa así como Australia donde se ha promovido su uso en casa habitación desde 1982 y en la actualidad se construyen 40,000 casas por año. Otro ejemplo es Estados Unidos y Canadá donde se ha acostumbrado a construir casas con perfiles de madera, mas sin embargo organizaciones a favor del medioambiente están prohibiendo la tala indiscriminada de árboles tal motivo ha provocado que se utilicen sistemas como este, en el que el acero es reciclable además que es ligero fácil de manejar económico, no se pudre, no se agrieta, no se altera y no es inflamable. Dicho sistema es conocido comúnmente con el nombre de Steel Framing para entender mejor el nombre “Framing” o “Frame” quiere decir; conformar un esqueleto estructural por elementos diseñados para dar forma y soportar a un edificio. En el caso específico de la palabra Framing es utilizada también para la construcción de casas de madera en un sistema similar el cual lleva el nombre de House Framing. Nuestro sistema esta inspirado en el concepto general de las casas con estructura de madera sustituyendo la estructura portante de madera por perfiles de acero galvanizado, por lo cual el Steel Framing es el Sistema de perfiles estructurales livianos que conforman un esqueleto para dar forma y soportar un edificio. -1- En México se esta desarrollando y perfeccionando esta nueva forma de diseñar y de construir. Aún cuando en general el diseño de este sistema esta basado en reglamentos como el North American Specification for the Design of Cold Formed Steel Structural Members 2001 reglamento de Norteamérica que dicta las especificaciones de diseño de perfiles delgados rolados en frío para (Canadá, Estados Unidos y México) o el AISI (American Iron and Steel Institute),de donde empresas Mexicanas han tomado lo esencial de dichos reglamentos y adaptándolo a las condiciones de nuestro país han empezado a fabricar los perfiles necesarios y diseñar estructuras del mismo estilo. El Steel Framing se puede utilizar como estructura para construir residencias, hoteles y departamentos de hasta 4 Niveles. El principio es la utilización de perfiles de calibre estructural que cumplan con las especificaciones de la AISI (American Iron and Steel Institute) que nos permiten elaborar el diseño para resistir cargas de compresión como es el caso de los postes de los muros de carga, y cargas de flexión como es el caso de las vigas que conforman las losas de entrepiso y de azotea y los dinteles de puertas y ventanas. Para soportar las cargas laterales como la acción del viento y del sismo se emplean contravientos de lámina de acero galvanizado. -2- El Steel Framing consiste en la formación de bastidores modulados, elaborados con perfiles de acero galvanizado o aluzinc formados en frío G-90 o G-60 y revestidos con paneles de yeso en sus dos caras, estos bastidores forman los elementos estructurales del sistema, como son muros de carga interiores y exteriores, entrepisos, techumbres, fachadas, muros divisorios, alfardas y cualquier otro elemento que se adapte a las formas arquitectónicas del proyecto y que a continuación se describen los más importantes. 1.1 Muros de carga (Wall Studs) El muro que recibe directamente la carga de una azotea o un entrepiso o ambos se le llama Muro de carga. La construcción de un Muro de carga implica la utilización de perfiles estructurales como postes y canales de carga ( canal de amarre ) con los cuales se conforman bastidores, logrando tener muros interiores con carga axial así como muros exteriores con carga y presión de viento. 1.2 Losa de entrepiso Las losas de entrepiso se componen de: vigas cargadoras que se apoyan en los postes, una lámina acanalada como cimbra muerta, un colado de concreto con malla electro soldada encima de la lámina acanalada, aislamiento debajo de la -3- lámina acanalada entre las vigas y panel de yeso atornillado a la parte inferior de las vigas. Esta losa proporciona la superficie adecuada para recibir cualquier piso y por debajo se puede aplicar al panel de yeso cualquier acabado estético. 1.3 Losa de azotea Las Losas de Azotea pueden ser horizontales o inclinadas, en caso de ser horizontal es igual a una losa de entrepiso, pero habría que dar pendiente con relleno para desaguar la lluvia. Cuando la Losa es inclinada existen distintas combinaciones de materiales para dar el sistema de techumbre. La configuración típica de una losa de azotea es: vigas de acero galvanizado a cada 61 cm., por encima de las losas se atornilla un panel llamado O.S.B., luego por encima del panel O.S.B. se coloca una capa de cartón asfaltado, y por último, encima del cartón asfaltado se clava la teja asfáltica al panel O.S.B. La teja asfáltica se puede sustituir por teja de barro para darle una vista más acorde a la región. -4- 1.4 Muro divisorio El Muro divisorio Fig. (1.4) se conforma de una estructura de perfiles de acero galvanizado a base de postes separados a cada 61 o 40.6 cm. introducidos en canales de amarre, los cuales se anclan al piso y al techo con fijadores. Esta estructura es revestida con panel de yeso Estándar, Resistente al Fuego y Resistente a la Humedad. El aislamiento de fibra de vidrio se coloca entre los paneles de yeso con el fin de darle las propiedades térmicas y acústicas al muro. Para el tratamiento de las juntas se utiliza la cinta de papel y el compuesto estándar o súper ligero para paneles estándar y resistente al fuego. Para el tratamiento de juntas del panel resistente a la humedad se utiliza la cinta de fibra de vidrio y recubrimiento base. -5- 1 Panel de Yeso Estándar 2 Poste Metálico 3 Canal de Amarre 4 Tornillo para fijar Estructura 5 Tornillo para unir Panel a Estructura 6 Cinta de Papel para Juntas 7 Compuesto Estándar 8 Anclaje Mecánico 9 Aislamiento de Fibra de Vidrio 10 Calafateo del Muro con Silicón. Muro Divisorio Fig. 1.4 1.5 Muro fachada Este es un muro utilizado en el exterior para proteger la parte interior de la edificación y dar apariencia hacia la parte exterior. Debe de ser diseñado para resistir la acción de viento y debe de cumplir con las características necesarias para proporcionar resistencia a los cambios de temperatura, resistencia a los efectos del medio ambiente y resistencia térmica para ser considerado como un aislante térmico. Además debe ser capaz de recibir todo tipo de acabado. Un muro fachada se compone de perfiles de acero galvanizado de calibre estructural diseñados según la carga de viento del lugar a realizar. Dicha estructura se reviste en la parte exterior con panel de yeso Resistente al Exterior, panel de yeso Dens- Glass Gold Fig. (1.5.1) o panel de cemento Permabase Fig. (1.5.2). El tratamiento de juntas para cualquier panel para exteriores paneles se realiza con cinta de fibra de vidrio y recubrimiento base. Se colocan juntas de expansión a distancias definidas y se aplica una malla de fibra de vidrio con recubrimiento base en toda la superficie del muros, excepto en el panel de cemento Permabase, al cual se omite la malla de fibra de vidrio. -6- 1 Panel resistente a exteriores 2 Panel para interiores 3 Poste de acero galvanizado 4 Canal de carga 5 Anclaje mecánico 6 Tornillo para fijar estructura 7 Tornillo para unir panel a estructura 8 Cinta de fibra de vidrio para tratamiento de juntas 9 Recubrimiento base 10 Malla de fibra de vidrio 11 Aislamiento de fibra de vidrio 12 Calafateo de estructura y panel Muro Fachada con Dens-Glass Gold Fig. 1.5.1 1 Panel resistente a exteriores 2 Panel para interiores 3 Poste de acero galvanizado calibre 20 mínimo y a cada 40.6 cm. 4 Canal de carga 5 Anclaje mecánico 6 Tornillo para fijar estructura 7 Tornillo para unir panel a estructura 8 Cinta de fibra de vidrio para tratamiento de juntas 9 Recubrimiento base 10 Aislamiento de fibra de vidrio 11 Calafateo de estructura y panel Muro Fachada con Permabase Fig. 1.5.2 Existe un tercer muro para fachada el cual utiliza el sistema EIFS siendo sus iniciales (Exterior Insulation and Finish System). Es el nombre que se le da a la utilización de placas de poliestireno expandido o extruidoatornillándose a los postes con tornillos y arandela de plástico, adheridas al panel para exterior con Recubrimiento Base. Encima de las placas de poliestireno se aplica la malla de fibra de vidrio con Recubrimiento Fig. (1.5.3) -7- Fig. 1.5.3 1.6 Plafones Los Plafones son los elementos que permiten la creación de un espacio libre no visible debajo de cualquier losa o techo. Dicho espacio libre permite el paso de todas las instalaciones eléctricas, hidráulicas, de aire acondicionado, etc. sin que sean vistos por los usuarios del lugar. Los plafones se componen de una estructura metálica de perfiles de acero galvanizados que se cuelga por medio de cable galvanizado a la estructura principal que se desea cubrir. Según el tipo de Plafón a usar será la estructura a utilizar. Los dos tipos de plafones son: Plafón Corrido y Plafón Registrable. El Plafón Corrido Fig. (1.6.1) presenta una superficie lisa en todo el área y la estructura que lo conforma no es visible. -8- 1 Panel de yeso 2 Canal listón 3 Canaleta de carga 4 Ángulo perimetral 5 Alambre galvanizado para unir canal listón a canaleta de carga 6 Colgante de alambre galvanizado 7 Anclaje para fijar colgante 8 Anclaje para fijar ángulo perimetral 9 Tornillo para unir panel a estructura 10 Cinta de papel para juntas 11 Compuesto estándar Plafón Corrido Fig. 1.6.1 El Plafón Registrable Fig. (1.6.2) se conforma de módulos de plafón de 61 x 61 cm. o 61 x 122 cm que se apoya en una suspensión (estructura) visible. 1 Plafón Registrable 2 Suspensión Metálica Principal 3 Suspensión Metálica Secundaria 4 Ángulo Perimetral 5 Alambre Galvanizado 6 Anclaje para fijar colgante 7 Anclaje para fijar ángulo perimetral Plafón Registrable Fig. 1.6.2 -9- 2 Índice de tablas Capitulo Tabla Nombre Pag. 6 6.1 Tabla de propiedades físicas de canal de carga 19 6.2 Tabla canal de amarre 20 6.3 Tabla de propiedades físicas canales de amarre calibre 25 estándar y 26 ligero 20 6.4 Tabla canal listón 21 6.5 Tabla canal Z 22 6.6 Tabla canal H 22 6.7 Tabla canaleta resilente 22 6.8 Tabla canaleta de carga 23 6.9 Tabla de propiedades físicas poste viga calibre 25 estándar y 26 ligero 24 6.10 Tabla poste H 25 6.11 Tabla poste metálico 26 6.12 Tabla propiedades físicas postes metálicos calibres 25 estándar y 26 ligero 26 6.13 Tabla sujeción lateral 27 6.14 Tabla ángulo de amarre 30 6.15 Tabla esquinero 30 6.16 Tabla reborde J 31 6.17 Tabla reborde L 31 6.18 Tabla perfiles omega 32 6.18 B Tabla propiedades perfiles omega 33 6.19 Tabla ángulo de unión 33 6.20 Tabla cargas permisibles en kilogramos por tornillo 35 6.21 Tabla espaciamiento mínimo a centros en cm 35 8.1 8.1.1 Análisis de cargas Losa de azotea área de pasillos 57 8.1.2 Análisis de cargas Losa de azotea área de cuartos 58 8.1.3 Análisis de cargas Losa de entrepiso área de pasillos 59 8.1.4 Análisis de cargas Losa de entrepiso área de cuartos 60 8.1.5 Análisis de cargas Losa de entrepiso área de baños 61 8.1.6 Análisis de cargas pretil perímetro azotea 62 8.1.7 Análisis de cargas pretil perímetro domo 63 8.1.8 Análisis de cargas muro exterior 64 8.1.9 Análisis de cargas muro interior 65 8.1.10 Análisis de cargas muro interior baño 66 8.1.11 Análisis de cargas muro exterior baño 67 8.1.12 Estructura cubo de luz 68 8.2 8.2.1 Tabla categoría del terreno según su rugosidad 84 8.2.2 Tabla clase de estructura según su tamaño 84 8.2.3 Tabla factor de tamaño Fc 86 8.2.4 Tabla valores de α y δ 87 8.2.5 Tabla factor de topografía local Ft 88 8.2.6 Tabla relación entre altitud y la presión barométrica 89 8.2.7 Tabla coeficiente de presión exterior, Cpe para muros en barlovento y sotavento de construcciones con planta rectangular cerrada 91 -10- Capitulo Tabla Nombre Pag. 8.2.8 Coeficiente de presión exterior, Cpe, para zonas de muros laterales de construcción con planta rectangular cerrada 92 8.2.9 Coeficiente de presión exterior, Cpe, para zonas de techos de construcciones con planta rectangular cerrada 92 8.2.10 Tabla de factor de reducción KA para techos y muros laterales 93 8.2.11 Tabla factor de presión local KL para recubrimientos y sus soportes 94 8.2.12 Tabla de coeficientes de presión interna Cpi, para construcciones con planta rectangular cerrada y muros permeables 96 8.2.13 Tabla de coeficiente de presión interior, Cpi, para construcciones de planta rectangular cerrada y superficies con aberturas 97 8.2.14 Tabla de coeficiente de presión exterior C para zonas de techos de construcciones con planta rectangular cerrada 97 8.2.15 Tabla de velocidades regionales de las ciudades más importantes 102 8.3 8.3.1 Tabla de coeficientes sísmicos 119 8.3.2 Tabla de coeficientes sísmicos para estructuras del grupo”B” CFE 121 8.3.3 Análisis de peso por nivel de la estructura 127 8.3.4 Tabla Obtención de cortante por nivel de acuerdo al análisis sísmico estático 127 9 9.1 Tabla componentes poste viga 131 9.2 Tabla componentes poste viga en cajón 131 9.3 Tabla componentes poste viga espalda con espalda 131 9.4 Tabla componentes Canal 131 10 10.1 Tabla cold formed Steel Chanel with lips 140 10.2 Tabla Cold formed Steel Chanel 142 10.3 Tabla cambio de perfiles 142 10.6.1 Tabla revisión del perfil JWE3.625x057CS trabajando como poste en bastidor 153 10.6.2 Tabla propiedades de la sección efectiva con respecto al eje x 157 10.6.3 Tabla revisión del perfil o CS1.625X057 trabajando como viga en losa 159 10.6.4 Tabla Revisión de la fuerza de tensión en contravientos 164 -11- 3 Antecedentes La introducción en 1784 de molinos de rolado de lámina en Inglaterra, realizada por Henry Cort, condujo a la primera aplicación estructural del acero formado en frío: láminas corrugadas de acero de calibre ligero para techar o cubrir construcciones. Los molinos de laminación continua en caliente, desarrollados en Estados Unidos en 1923 por John Tytus, condujo a la actual industria de fabricación basada en tiras o perfiles laminados y enrollados de acero. Por lo que la utilización del Steel Framing en edificios comerciales es de larga edad. En cambio en el rubro de viviendas comenzó a utilizarse desde mediados del siglo XX a finales de la Segunda Guerra Mundial cuando en los países de Europa urgía construir de una forma rápida y eficiente, comenzándose a distribuir en diferentes países del mundo. El origen del sistema se remonta a la tradicional colocación de muros divisorios y plafones con paneles de yeso que posteriormente se expandió con la elaboración de fachadas de varios niveles, terminando por consolidarse en un sistema constructivo integral de estructura propia que a partir de su aceptación se han construido desde casas, comercios, oficinas hasta hoteles de cuatro niveles. -12- -13- En México llega en la década de los 90’ cuando es introducida al mercado por algunas empresas mexicanas como Panel Rey la cual mediante un manual de diseño estructural que realizó, diseña el mayor porcentaje de proyectos elaborados en nuestro país con dicho sistema. A partir de estas fechas año con año hasta nuestros días no ha parado la construcción con este sistema un ejemplo se muestra en las siguientes fotos. Hotel Fiesta Inn Nogales En la actualidad se han realizado un sin Hotel Fiesta Inn Mexicali fin de proyectos, ejemplo de esto se refleja en estos hoteles acabados de realizar en 2004. Los cuales se encuentran en eficiente funcionamiento en nuestros días Otros están en pleno proceso de construcción como el que se muestra en estas fotos. Country Inn Cd. Valles San Luis Potosí -14- Aquí se muestrala utilización del Sistema en un edificio habitacional El cual por su rapidez de construcción se vendieron los departamentos muy rápido. -15- 4 Justificación Durante décadas en México se ha construido en general de una forma tradicionalista sin muchos cambios en sus sistemas constructivos, sin embrago, en la actualidad demanda más eficiencia en los procesos de construcción que nos permitan construir proyectos con mayor rapidez sobretodo más accesibles económicamente, fáciles de construir y con mejores expectativas de crecimiento o modificación a las necesidades particulares de cada persona, obteniendo con esto un beneficio general. Por lo que en los últimos años muchas empresas han puesto la vista en sistemas de construcción que se adapten a las necesidades de un país que lucha día con día en ser mejor. El sistema aquí expuesto que en realidad no es nuevo pero que no se había utilizado en México desde hace apenas unos años ha dado buenos resultados en los proyectos donde se ha aplicado, logrando terminar dichos proyectos de una manera muy eficiente y competitiva contra los sistemas tradicionales. Por lo cual creo de gran importancia aportar los detalles de diseño de este sistema para los que se interesen y deseen competir en un campo de construcción relativamente nuevo en México. -16- 5 Objetivos Objetivo General Aportar los detalles del diseño de una estructura a base de acero delgado formado en frío. Objetivo Particular Ampliar la información de diseño que proporciona el Manual de Diseño Estructural para el Steel Framing que proporciona la empresa Panel Rey. -17- 6 Componentes básicos del Sistema Steel Framing Cada elemento del Sistema Steel Framing es esencial para la función que cumple ya que en combinación con los demás elementos logra la integridad y eficiencia del sistema. Los perfiles utilizados para formar la estructura principal que soportará las cargas de edificaciones. Estos perfiles están constituidos básicamente por canales, postes-viga, sujeciones laterales, ángulos de unión, tornillería, entre otros, de los cuales a continuación se describen los más importantes. 6.1 Canales* Componentes perimetrales que unen a los postes-vigas en sus extremos para formar bastidores para muros, entrepisos y techumbres. La sección de estos componentes consiste en una C con flancos abiertos. Anclados a los postes que Fig. 6.0.1 *Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México -18- proporcionan al conjunto una sujeción lateral continua de forma que el bastidor puede trabajar en conjunto. Fig. 6.1.1 6.2 Canal de carga* La canal de carga es un elemento diseñado para unir los postes viga en sus extremos y así formar, los bastidores, techos y entrepisos. TABLA 6.1 DE PROPIEDADES FISICASDE CANAL DE CARGA m Pies Ix cm4 Sx cm3 Iy cm4 Sy cm3 635 CC 20 FEN-09068 0.891 20 1.040 0.0912 6.35 2.54 3.96 13' 5.50 1.50 0.60 0.30 636 CC 22 FEN-09001 0.773 22 0.870 0.0759 6.35 2.54 3.96 13' 4.40 1.20 0.50 0.30 920 CC 20 FEN-09249 1.012 20 1.000 0.0912 9.20 2.54 3.96 13' 13.40 2.60 0.60 0.30 920 CC 22 FEN-09002 1.000 22 1.080 0.0759 9.20 2.54 3.96 13' 10.70 2.10 0.50 0.30 1524 CC 20 FEN-09003 1.581 20 1.850 0.0912 15.24 2.54 3.96 13' 47.40 5.80 0.60 0.30 1524 CC 22 FEN-09101 1.282 22 1.540 0.0759 15.24 2.54 3.96 13' 38.40 4.70 0.50 0.30 2032 CC 20 FEN-09004 2.100 20 2.310 0.0912 20.32 2.54 3.05 10' 100.20 9.30 0.60 0.30 B cm Longitud Eje mayor Eje menor Producto PesoKg/cmCodigo Calibre Area Sección cm2 Espesor de diseño (t) cm A cm *Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México -19- 6.3 Canal de amarre* El canal de amarre es un perfil de acero galvanizado que se utiliza normalmente en posición horizontal fijándose al piso y al techo, se combina con el poste de acero galvanizado, para formar la estructura ligera de un muro divisorio. Peso cm plg cm plg m pies Kg/pza FMN-08002 25 Est. 4.10 1 5/8 2.54 1" 3.05 10' 1.034 10 pzas FMN-08107 26 Lig. 4.10 1 5/8 2.54 1" 3.05 10' 0.955 10 pzas FMN-08001 25 Est. 4.10 1 5/8 2.54 1" 3.96 13' 1.342 10 pzas FMN-08108 26 Lig. 4.10 1 5/8 2.54 1" 3.96 13' 1.240 10 pzas FMN-08004 25 Est. 6.35 2 1/2 2.54 1" 3.05 10' 1.257 10 pzas FMN-08109 26 Lig. 6.35 2 1/2 2.54 1" 3.05 10' 1.186 10 pzas FMN-08003 25 Est. 6.35 2 1/2 2.54 1" 3.96 13' 1.632 10 pzas FMN-08110 26 Lig. 6.35 2 1/2 2.54 1" 3.96 13' 1.540 10 pzas FMN-08006 25 Est. 9.20 3 5/8 2.54 1" 3.05 10' 1.604 10 pzas FMN-08111 26 Lig. 9.20 3 5/8 2.54 1" 3.05 10' 1.488 10 pzas FMN-08005 25 Est. 9.20 3 5/8 2.54 1" 3.96 13' 2.083 10 pzas FMN-08112 25 Est. 9.20 3 5/8 2.54 1" 3.96 13' 1.932 10 pzas B LongitudCodigo Calibre TABLA 6.2 CANAL DE AMARRE AtadosA NOTAS GENERALES Propiedades calculadas de acuerdo al manual AISI Resistencia a la cedencia 2,325 Kg/cm2 Ix=Momneto de inercia (cm4) Sx=Módulo de sección (cm3) Rx=Radio de giro (cm) 26 Lig. 4.10 0.354 0.998 0.36 1.526 26 Lig. 6.35 0.458 2.663 0.688 2.252 26 Lig. 9.20 0.522 6.742 0.999 3.185 25 Est. 4.10 0.381 1.165 0.541 1.750 25 Est. 6.35 0.471 3.038 0.934 2.532 25 Est. 9.20 0.587 7.159 1.524 3.484 Calibre 25 Estándar - espesor mínimo 0.0429cm. Calibre 26 Ligero - espesor mínimo 0.0455cm. TABLA 6.3 DE PROPIEDADES FISICAS CANALES DE AMARRE CALIBRES 25 ESTANDAR Y 26 LIGERO Peralte cmCalibre Area Sección cm2 Ix cm4 Sx cm3 Rx cm *Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México -20- 6.4 Canal Listón* El canal listón es un perfil diseñado para que en el puedan fijarse mediante tornillos los paneles de yeso que formaran la superficie del plafón. Su geometría le permite fijarse bajo la canaleta de carga. El canal listón se puede utilizar también para revestir los muros de mampostería o de concreto con paneles de yeso. Peso cm plg cm plg m pies Kg/pza FMN-08117 26 Lig. 6.82 2 11/16" 2.22 7/8" 3.05 10' 1.055 20 pzas FMN-08118 26 Lig. 6.82 2 11/16" 2.22 7/8" 3.96 13' 1.370 20 pzas FMN-08022 25 Est. 6.82 2 11/16" 2.22 7/8" 3.05 10' 1.257 10 pzas FMN-08021 26 Est. 6.82 2 11/16" 2.22 7/8" 3.96 13' 1.632 10 pzas TABLA 6.4 CANAL LISTON AtadosA B LongitudCodigo Calibre 6.5 Canal Z* Su uso permite aislar térmica y acústicamente muros ya existentes de block, concreto y mampostería con placas rígidas de fibra de vidrio, poliuretano u otro material aislante. El panel de yeso se atornilla al canal Z en una de sus piernas una vez que este esta sujeto al muro. *Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México -21- longitud Peso cm plg cm plg M pies Kg/pza CMN-08203 20 5.08 2" 3.17 1 1/4" 3.05 10' 1.760 CMN-08209 25 5.08 2" 3.17 1 1/4" 2.44 8' 0.672 TABLA 6.5 CANAL Z AltoCodigo Calibre Ancho 6.6 Canal H* Este canal complementa el uso del poste H para la formación de bastidores de muros. longitud Peso cm plg cm plg M pies Kg/pza 25 5.28 2.08" 2.54 1" 3.05 10' 1.162 TABLA 6.6 CANAL H Codigo Calibre Ancho Alto 6.7 Canaleta resilente* La canaleta resilente es usada principalmente en muros y plafones donde se busca proporcionar un excelente aislamiento acústico. Se atornilla directamente a la estructura de los muros para posteriormente recibir el panel de yeso. *Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México -22- longitud Peso cm plg cm plg M pies Kg/pza CMN-08207 25 5.55 2 3/16" 1 1/4 1/2" 3.05 10' 0.778 TABLA 6.7 CANALETA RESILENTE AltoCodigo Calibre Ancho 6.8 Canaleta de carga* La canaleta de carga es un perfil indispensable en la construcción de plafones corridos, ella transmite las cargas derivadas del peso de los materiales usados (panel de yeso, perfiles, tornillos, aislamientos). Evita el pandeo concentra las fuerzas (cargas) hacia el punto de contacto con el colgante Peso cm plg cm plg m pies Kg/pza FEN-13701 4.10 1 5/8" 1.27 1/2" 3.96 13' 1.370 30 PZAS FEN-13705 3.81 1 1/2" 1.27 1/2" 3.96 13' 1.170 30 PZAS FEN-13702 1.91 1/2" 1.27 1/2" 3.9613' 0.895 20 PZAS Codigo TABLA 6.8 CANALETA DE CARGA A B Longitud Atados 6.9 Poste viga* Es utilizado como columna en muros recibiendo directamente las cargas y transmitiéndolas a la cimentación o bien como viga en techos y entrepisos. Son de gran importancia, pues reciben directamente la carga de techumbre o entrepiso, transmitiéndola al terreno cuando se utiliza en muros. También este es un elemento en forma de C, pero se distinguen de los canales porque presentan un pequeño labio, o “atiesador de flanco” en el extremo de cada patín o flanco (Fig. 6.9.1) Tal y como su nombre lo indica, este mismo perfil puede utilizarse *Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México -23- como viga, soportando cargas a lo largo de un claro, como en el caso de entrepisos y techumbres. Debido a que en este caso el trabajo del elemento es fundamentalmente a flexión, el alma del Poste-viga utilizado como viga, es más grande en comparación al tamaño del alma de los componentes que son usados como postes (Fig. 6.9.2) TABLA 6.9 DE PROPIEDADES FISICAS POSTES VIGA CALIBRES 25 ESTANDAR Y 26 LIGERO m Pies Ix cm4 Sx cm3 Iy cm4 Sy cm3 635 PV22 FEN-09008 1.000 22 1.100 0.0750 6.35 3.81 1.27 2.44 8' 7.40 2.30 1.90 0.70 635 PV20 FEN-09009 1.090 20 1.320 0.0912 6.35 3.81 1.27 2.44 8' 8.80 2.70 2.20 0.90 920 PV22 FEN-09010 1.136 22 1.380 0.0759 9.20 3.81 1.27 2.44 8' 18.20 3.90 2.60 1.00 920 PV20 FEN-09011 1.345 20 1.660 0.0912 9.20 3.81 1.27 2.44 8' 21.70 4.70 3.10 1.20 920 PV18 FEN-09014 1.804 18 2.190 0.1214 9.20 3.81 1.27 2.44 8' 28.40 6.10 4.00 1.50 1524 PV20 FEN-09016 1.828 20 2.210 0.0912 15.24 3.81 1.27 3.96 13' 71.70 9.30 3.60 1.20 1524 PV18 FEN-09017 2.398 18 2.920 0.1214 15.24 3.81 1.27 3.96 13' 94.20 12.30 4.70 1.60 *1524 PV14 FEN-09018 3.586 14 4.500 0.1897 15.24 3.81 1.27 6.00 19'8" 143.00 18.60 6.90 2.40 *1524 PV12 CEN-09004 5.910 12 7.250 0.2657 15.24 5.00 1.91 6.00 19'8" 238.88 31.35 23.74 6.66 *1524 PV10 CEN-09018 7.200 10 9.030 0.3416 15.24 5.00 1.91 6.00 19'8" 298.45 39.17 28.90 8.11 *2032 PV14 FEN-09019 4.348 14 5.460 0.1897 20.32 3.81 1.27 8.00 26'3" 290.10 28.40 7.40 2.40 *2032 PV12 CEN-09015 7.600 12 9.480 0.2657 20.32 6.98 1.91 8.00 26'3" 580.63 57.15 57.11 11.32 *2032 PV10 CEN-09012 9.700 10 12.060 0.3416 20.32 6.98 1.91 8.00 26'3" 730.75 71.92 70.43 13.97 *2540 PV14 CEN-09007 6.400 14 12.060 0.1897 25.40 7.62 1.91 10.00 32'10" 770.09 59.53 57.71 10.16 *2540 PV12 CEN-09013 8.900 12 11.160 0.2625 25.40 7.62 1.91 10.00 32'10" 1041.42 82.00 75.82 13.31 *2540 PV10 CEN-09025 11.300 10 14.260 0.3416 25.40 7.62 1.91 10.00 32'10" 1314.79 103.53 93.80 16.47 *No presentan perforaciones para colocación de instalaciones Nota: Los valores de estas tablas son válidos para un punto de cedencia Fy del acero igual a 2.812 kg/cm 2 Espesor de la lámina sin considerar el recubrimiento galvánico De acuerdo al AISI Propiedades de sección calculadas de acuerdo a métodos convencionales y de acuerdo al AISI Todos los patines de los componetes Canal C tienen un peralte de 2.54 cm LongitudC cm Eje mayor Eje menor Producto PesoKg/cmCodigo Calibre Area Sección cm2 Espesor de diseño (t) cm A cm B cm Fig. 6.9.1 Fig. 6.9.2 *Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México -24- 6.10 Poste H* Es empleado en conjunto con la canal H para formar muros especialmente diseñados para cerrar tubos de elevador de manera segura y eficiente. Diseñados para soportar las presiones de aire generadas por el movimiento de los elevadores. longitud Peso cm plg cm plg M pies Kg/pza CMN-08201 25 5.08 2" 3.81 1 1/2" 3.05 10' 1.555 TABLA 6.10 POSTE H Codigo Calibre Ancho Alto 6.11 Poste metálico* Es uno de los principales elementos para formar la estructura ligera se utiliza normalmente en posición vertical. Cada poste metálico tiene en su-peralte tres perforaciones ubicadas a la altura adecuada para la colocación de instalaciones eléctricas, dichas perforaciones permitirán el paso de tuberías o mangueras. *Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México -25- Peso cm plg cm plg m pies Kg/pza FMN-08101 26 Lig. *4.10 1 5/8 3.17 1 1/4 2.44 8' 0.961 10 pzas FMN-08007 25 Est. *4.10 1 5/8 3.17 1 1/4 2.44 8' 1.049 10 pzas FMN-08102 26 Lig. *4.10 1 5/8 3.17 1 1/4 3.05 10' 1.200 10 pzas FMN-08008 25 Est. *4.10 1 5/8 3.17 1 1/4 3.05 10' 1.312 10 pzas FMN-08103 26 Lig. 6.35 2 1/2 3.17 1 1/4 2.44 8' 1.150 10 pzas FMN-08009 25 Est. 6.35 2 1/2 3.17 1 1/4 2.44 8' 1.271 10 pzas FMN-08104 26 Lig. 6.35 2 1/2 3.17 1 1/4 3.05 10' 1.437 10 pzas FMN-08010 25 Est. 6.35 2 1/2 3.17 1 1/4 3.05 10' 1.589 10 pzas FMN-08105 26 Lig. 9.20 3 5/8 3.17 1 1/4 2.44 8' 1.386 10 pzas FMN-08011 25 Est. 9.20 3 5/8 3.17 1 1/4 2.44 8' 1.620 10 pzas FMN-08106 26 Lig. 9.20 3 5/8 3.17 1 1/4 3.05 10' 1.732 10 pzas FMN-08012 25 Est. 9.20 3 5/8 3.17 1 1/4 3.05 10' 2.025 10 pzas *No presentan perforaciones para colocación de instalaciones Nota: los perfiles 26 ligero cumplen con todas las especificaciones ASTM - 6645, excepto el espesor mínimo TABLA 6.11 POSTE METALICO AtadosCodigo Calibre A B Longitud 25 Est 4.10 0.503 1.623 0.639 1.704 0.832 0.409 1.211 25 Est 6.35 0.606 4.245 1.13 2.529 0.957 0.442 1.196 25 Est 9.20 0.703 10.072 1.737 3.548 1.082 0.458 1.153 26 Lig 4.10 0.393 1.415 0.672 1.877 0.541 0.294 1.151 26 Lig 6.35 0.406 3.579 1.131 2.951 0.541 0.294 1.158 26 Lig 9.20 0.529 8.657 1.884 4.051 0.707 0.327 1.161 Calibre 25 Estándar - espesor mínimo 0.0429cm. Peralte cmCalibre Area Sección cm2 Ix cm4 Sx cm3 Rx cm Iy cm4 Sy cm3 Ry cm TABLA 6.12 DE PROPIEDADES FISICAS POSTES METALICOS CALIBRES 25 ESTANDAR Y 26 LIGERO NOTAS GENERALES Propiedades calculadas de acuerdo al manual AISI Resistencia a la cedencia 2,325 Kg/cm2 Ix=Momneto de inercia (cm4) x=Módulo de sección (cm3) Rx=Radio de giro (cm) S 6.12 Sujeción lateral* La sujeción lateral es empleada para regidizar las vigas y formar los contravientos en los muros para que resistan los efectos del viento y auxiliar en casos de sismo. Son Láminas o cerchas totalmente planas que responden de manera excelente a un trabajo de tensión o estiramiento. Evitan la deformación de los bastidores de carga verticales (muros) y de carga horizontales (entrepisos y techumbres) bajo la acción de las cargas, ayudándolos a realizar un trabajo más unido. Las sujeciones laterales tienen dos tipos de trabajo: como Sujeciones Laterales Continuas (SL) y como Sujeciones Laterales Diagonales o Contravientos. Las sujeciones Laterales *Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México -26- Continuas, en bastidores verticales u horizontales impiden que los componentes poste viga giren sobre su propio eje, auxiliando a las canales estructurales perimetrales. (Fig. 6.12.1.b). En los bastidores verticales (muros), realizan un trabajo de división a la altura total del elemento poste-viga, disminuyendo la deflexión provocada por la carga y por lo tanto, aumentando su capacidad (Fig. 6.12.1a y c). Cuando trabajen en bastidores horizontales para piso o techumbres, reciben el nombre de ARRIOSTRAMIENTOS. (Fig. 6.12.2). Peso cm plg m pies Kg/pza 22 6.35 2 1/2" 25 82' 8.65 22 12.5 5" 25 82' 17.02 22 14.2 5 1/2" 25 82' 19.34 TABLA 6.13 SUJECIÓN LATERAL LongitudCalibre A Fig. 6.12.1.a Fig. 6.12.1.b Fig. 6.12.1.c -27- Fig. 6.12.2 Cuando trabajan como Sujeciones Laterales Diagonales, impiden que el bastidor se deforme o descuadre al recibir el impacto de la carga lateral provocada por el viento y en algunos casos, por sismo. -28- 6.13 Ángulos de unión* Sirven primordialmente para anclar o unir a dos componentes perpendiculares entre sí, y consiste en una lámina doblada en L, haciendo una perfecta escuadra entre sus dos flancos. (Fig. 6.13.1) 6.14 Ángulo de amarre* Este perfil accesorio está diseñado para colocarse perimetralmente en los muros de las áreas en donde se construirá un plafón corrido con panelesde yeso. El ángulo de amarre sirve para fijar sólidamente el plafón corrido a los muros y en ocasiones es perfil auxiliar como refuerzo en ángulos de detalles caprichosos de muros o plafones. Fabricado en acero galvanizado según la norma ASTM-C1047- 85. Fig. 6.13.2 *Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México Fig. 6.13.1 -29- Peso cm plg cm plg m pies Kg/pza FMN-8123 3.17 1 1/4" 3.17 1 1/4" 3.05 10' 0.844 40 PZAS Codigo TABLA 6.14 ANGULO DE AMARRE A B Longitud Atados 6.15 Esquinero* Es usado para proteger las esquinas de los muros de panel de yeso y todas las aristas que estén expuestas a ser dañadas por golpes (alrededor de puertas, ventanas o nichos) contra cualquier daño debido al uso. Fabricado de acero galvanizado según la norma ASTM-C1047-85. Peso cm plg cm plg m pies Kg/pza FMN-8115 3.17 1 1/4" 3.17 1 1/4" 2.44 8' 0.476 40 PZAS FMN-8116 3.17 1 1/4" 3.17 1 1/4" 3.05 10' 0.595 40 PZAS FMN-8144 22 3.17 1 1/4" 3.17 1 1/4" 3.05 10' 0.878 20 PZAS Longitud TABLA 6.15 ESQUINERO AtadosCodigo Calibre A B *Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México -30- 6.16 Reborde “J”* Este perfil tiene por objeto el proteger los bordes del panel de yeso. Se coloca en forma horizontal en la parte baja del muro; y separada del suelo 5mm. Como mínimo, esto evita que el panel de yeso entre en contacto con derrames de agua. Fabricado en acero galvanizado según la norma. ASTM-C1047-85. También se utiliza en juntas de expansión en general, en todas las aplicaciones que requieran la protección del borde del panel de yeso. Se coloca tanto horizontal como vertical. Peso cm plg cm plg m pies Kg/pza FMN-8125 1.27 1/2" 3.17 1 1/4" 3.05 10' 0.845 20 PZAS FMN-8123 1.59 5/8" 3.17 1 1/4" 3.05 10' 0.878 20 PZAS Codigo TABLA 6.16 REBORDE "J" A B Longitud Atados 6.17 Reborde “L”* El reborde “L” es un perfil que sirve para proteger los bordes del panel de yeso. La diferencia de su forma respecto al reborde “J” le permite conservar aparente la totalidad de la superficie frontal del panel de yeso. Fabricado en acero galvanizado según norma ASTM-C1047-85. Peso cm plg cm plg m pies Kg/pza FMN-08130 1.27 1/2" 3.17 1 1/4" 3.05 10' 0.656 20 PZAS FMN-08129 1.59 5/8" 3.17 1 1/4" 3.05 10' 0.656 20 PZAS Codigo TABLA 6.17 REBORDE "L" A B Longitud Atados *Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México -31- 6.18 Perfiles omega* Son usados para construir armaduras en varias aguas o de cuerdas paralelas lo cual permite salvar claros prolongados sin necesidad de apoyos intermedios. Las armaduras pueden armarse en un taller para luego en la obra formar rápidamente el techo. B P cm eso plg cm m pies Kg/pza 410 CO 20 FEN-09005 20 4.1 1 5/8" 4.8 3.96 13' 4.724 410 PO 20 FEN-09245 20 4.1 1 5/8" 4.8 3.96 13' 3.489 410 CU 20 FEN-09006 20 4.1 1 5/8" 3.09 3.96 13' 4.016 TABLA 6.18 A PERFILES OMEGA Producto Codigo Calibre A Longitud *Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México -32- Ix cm4 Sx cm3 Iy cm4 Sy cm3 410 CO 20 FEN-09005 1.181 20 1.244 0.0912 4.10 4.8 4.77 1.47 4.32 1.86 410 PO 20 FEN-09245 0.872 20 1.131 0.0912 4.10 3.09 2.17 0.95 3.39 1.73 410 CU 20 FEN-09006 1.004 20 1.270 0.0912 4.10 4.8 4.18 2.02 3.55 1.67 Nota: Los valores de estas tablas son válidos para un punto de cedencia Fy del acero igual a 2.812 kg/cm 2 Galvanizado del acero a base por inmersión en caliente y continua de acuerdo a la norma ASTM A525/A525M. Grado G-90 Punto de cedencia mínima al esfuerzo tensil Fyt=3866kg/cm 2 Cálculo de propiedades de a cuerdo al AISI Ix=Momento de inercia Sx=Modulo de sección B cm 6.18 B PERFILES OMEGA Eje mayor Eje menor Producto PesoKg/cmCodigo Calibre Area Sección cm2 Espesor de diseño (t) cm A cm 6.19 Ángulo de unión* Con el se realizan las conexiones entre los perfiles que forman muros y losas. En ambos extremos del ángulo se emplean tornillos estructurales autoroscantes para fijar la unión. Longitud Peso cm plg cm plg pies Kg/pza CPN-09021 18 7.62 3" 7.62 3" 3" 0.117 CPN-09022 18 7.62 3" 15.24 6" 3" 0.176 TABLA 6.19 ANGULO DE UNION Codigo Calibre A B *Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México -33- 6.20 Tornillos 6.20.1 Txp-12* Tornillo extraplano Nº 10 de ½ de pulgada, sirve para unir metal con metal donde hay concentraciones de más de tres tornillos y donde la estructura llevará un forro rígido como triplay o panel de yeso. 6.20.2 Thx-34* Tornillo hexagonal Nº 10 de ¾ de pulgada, se emplea para unir metal con metal en donde la estructura no llevara forros de ningún tipo, o recibirá una mezcla de cemento o concreto. *Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México -34- Tracción Cortante Tracción Cortante 22 33 82 28 101 20 45 105 39 124 18 Ubicar calibres más delgados 157 62 161 16 a unir de acuerdo a tipo de esfuerzo 220 88 203 14 a unir de acuerdo a tipo de esfuerzo 336 121 236 Espesor de la lámina (calibre) Cabeza Hexagonal THX-34 Cabeza extra plana TXP-12 Tabla 6.20 Cargas permisibles en kilogramos por tornillo THX-34 TXP12 A centro 1.5 2.0 A Extremo 0.5 0.7 Localización Tipo Tabla 6.21 Espaciamiento mínimos a centros en cm -35- 6.20.3 Tfr-118* Tornillo para forros de Nº 6 de 1 1/8 de pulgada de longitud, sirve para fijar tableros de paneles de yeso o prefabricados no mayores de ¾ de pulgada de espesor. 6.20.4 Tfr-158* Tornillo para forros de Nº6 de 1 5/8 de pulgada de longitud. Se emplea para fijar forros de espesor de más de ¾ “ o capas dobles de paneles de yeso a estructuras metálicas. *Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México -36- 6.21 Perfiles para muros divisorios 1 Canal de amarre 4.10, 6.35 o´9.20cm (posición inferior) según el ancho del muro que requiera 2 Tornillo para anclñar canal de amarre 3 Canal de amarre 4.10, 6.35 o´9.20cm (posición superior) según el ancho del muro que requiera 4 Tornillo para anclaje de canal de amarre 5 Poste metálico 4.10, 6.35 ó 9.20 6 Tornillo framer para anclar poste metálico a canal de amarre 7 Instalaciones hidráulicas o eléctricas 8 Panel de yeso 9 Tornillo de cuerda sencilla de 2.54cm. Para anclar panel de yeso a estructura metálica 10 Cinta de papel (cinta de refuerzo para junteo) y primera capa de compuesto Estrey 11 Segunda capa de compuesto Estrey 12 Tercera capa de compuesto Estrey Perfiles para muros divisorios *Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México -37- 6.22 Perfiles para plafones corridos 1 Colgante de alambre de acero galvanizado calibre 12. 2 Canaleta de carga 3 Amarre con doble alambre de acero galvanizado calibre 18 ó sencillo en calibre 16 4 Canal listón 5 Panel de yeso 6 Ángulo perimetral que se fija con tornillos al muro, y sobre el se fija el panel de yeso en todo el perímetro 7 Tornillos que fijan el ángulo perimetral sobre el muro. 8 Muro terminado con el sistema Estrey Perfiles para muros divisorios *Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México -38- 6.23 Anclajes a la cimentación 6.23.1 Cartabón S/HTT14* Uso Conector de alta resistencia contra sismos y vientos huracanados Calibre 10 con placa base de ¼” usar espiga de diámetro 5/8” Material Acero A-36 acabado con pintura anticorrosivo gris Resistencia Usar en conjunto con ancla tipo espiga embebida en la cimentación 6.23.2 Conector S/LTT20* Uso Conector de alta resistencia contra sismos y vientos huracanados Calibre 12 con placa base de ¼” usar espiga de diámetro ½” Material Acero A-36 acabado con pintura anticorrosivo gris Resistencia Usar en conjunto con ancla tipo espiga embebida en la cimentación *Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México -39- 6.23.4 Conector muro a concreto MAS-16* Uso Anclaje de la base del muro al firme Calibre 16 Material Acero galvanizado Resistencia A la tracción y al esfuerzocortante 6.23.5 Conector muro a concreto HD22-2P* Uso Empotramiento a la cimentación para el poste viga Calibre 10 Material Acero galvanizado Resistencia Excelente resistencia a la extracción *Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México -40- 6.23.6 Unión huracán S/H1* Uso Conectar las armaduras a los muros cargadores Calibre 18 Material Acero galvanizado Resistencia Impide el desplazamiento lateral y vertical a la armadura 6.23.7 Unión huracán S/H2* Uso Para la conexión del alma de la viga a el alma del poste Calibre 18 Material Acero galvanizado Resistencia A la tracción vertical succión *Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México -41- 6.23.8 Conector para viga doble* Uso Para conectar viga de 8cm. De patín con viga I o mantén Material Acero galvanizado Resistencia Sirve como apoyo para perfiles en unión a 90º 6.23.9 Adhesivo epóxico ET22* Uso Para fijar anclas tipo espiga al concreto de la cimentación Material Dos resinas epóxicas colocadas en compartimientos separados *Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México -42- 6.24 Armaduras más utilizadas para el sistema Steel Framing Alternativa de uso de armaduras para entrepiso y techumbre empleando elementos postes-vigas *Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México -43- 6.24.1 Tipo Fink* 6.24.2 Tipo simple con ático* 6.24.3 Tipo media tijera* 6.24.4 Tipo polinesia* *Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México -44- -45- 6.24.5 Tipo king post* 6.24.6 Tipo warren en tijera* 6.24.7 Tipo de cuerdas paralelas con volados laterales* 6.24.8 Tipo de cuerdas paralelas pratt* *Panel Rey 2001 Catalogo de perfiles, México 7 Descripción del proyecto En base a la experiencia adquirida por algunas empresas en la construcción del Sistema Steel Framing, tomaremos como ejemplo el proyecto a realizarse en marzo de 2005 por la empresa Marhnos Construcciones. Dicho Hotel se llama Park Inn Tamazunchale y se encuentra localizado en el Estado de San Luis Potosí sobre la Cierra Madre Oriental. Tamazunchale Zona donde se pretende construir El hotel constará de un edificio de áreas públicas y servicios así como 4 módulos de 3 niveles con 23 habitaciones cada uno. -46- Del cual tomaremos un módulo para su diseño con este sistema, ya que el edificio central se realizará de estructura metálica y los demás módulos son similares. Como se puede apreciar el módulo consta de 3 niveles en forma de cruz con las escaleras al centro, las cuales de acuerdo al proyecto se realizaran con estructura metálica, con lo cual el alcance del sistema se basa en pasillos y habitaciones. -47- 22.20 22 .2 0 1. 00 3. 20 4. 10 3. 80 3. 80 7. 30 7.303.803.807.30 EDCBA 5 4' 4 3 2 1 7.1 Planta baja arquitectónica Ubicación: Tamazunchale San Luis potosi HOTEL PARK INN TAMAZUNCHALE Modulo de habitaciones 1 Planta Baja -48- 7.2 Planta primer y segundo nivel arquitectónico 7. 30 1 2 3 4 5 A B C D E 7.30 3.80 3.80 7.30 7. 30 3. 80 3. 80 22 .2 0 22.20 a a' Ubicación: Tamazunchale San Luis potosi HOTEL PARK INN TAMAZUNCHALE Modulo de habitaciones 1 Primer y Segundo nivel -49- 7.3 Planta de azotea arquitectónico 22.20 22 .2 0 3. 80 3. 80 7. 30 7.303.803.807.30 EDCBA 5 4 3 2 1 7. 30 Ubicación: Tamazunchale San Luis potosi HOTEL PARK INN TAMAZUNCHALE Modulo de habitaciones 1 Planta de Azotea -50- -51- 7.4 Cortes arquitectónicos Primer Nivel Segundo Nivel Planta Baja planta de azotea Ubicac n: Tamazunchale San Luis potosi HOTEL PARK INN TAMAZUNCHALE Modulo de habitaciones 1 Corte a-a ió -52- planta de azotea Planta Baja Segundo Nivel Primer Nivel Ubicación: Tamazunchale San Luis potosi HOTEL PARK INN TAMAZUNCHALE Modulo de habitaciones 1 Corte b-b 7.5 Fachada arquitectónica Ubicación: Tamazunchale San Luis potosi HOTEL PARK INN TAMAZUNCHALE Modulo de habitaciones 1 Fachada -53- 7.6 Planta baja distribución de perfiles Ubicación: Tamazunchale San Luis potosi HOTEL PARK INN TAMAZUNCHALE Modulo de habitaciones 1 Planta Baja Distribución de perfiles en piso -54- -55- 7.7 Planta primer y segundo nivel distribución de perfiles Ubicación: Tamazunchale San Luis potosi HOTEL PARK INN TAMAZUNCHALE Modulo de habitaciones 1 Primer y segundo nivel Distribución de perfiles en piso 7- 12 7. 8 M od el o 3D -56- 8 Solicitaciones de carga 8.1 Carga vertical 8.1.2 Análisis de cargas Carga Muerta kg/m2 Impermeabilización 5.00 Concreto aligerado 900 kg/m3. 2% pendiente 18.00 Concreto normal 2400 kg/m3 de 3.77 cm de espesor 90.00 Lámina R72 cal. 26 5.00 Aislamiento de fibra de vidrio 0.60 Instalaciones 10.00 Plafond 20.00 Adicional Según RDCDF colado en sitio + colado de mortero 40.00 Carga Muerta 188.60 Carga Viva Según RCDF pendiente menor al 5 % kg/m2 Wm Carga viva máxima 100.00 Wa Carga accidental 70.00 Carga losa sobre estructura 288.60 Carga de losa sobre estructura debida al sismo 258.60 Tabla 8.1.1 Losa de Azotea área de pasillos LOSA DE AZOTEA 20 .3 2c m 5c m 2.54cm 2.46cm -57- Carga Muerta kg/m2 Impermeabilización 5.00 Concreto aligerado 900 kg/m3. 2% pendiente 90.00 Concreto normal 2400 kg/m3 de 3.77 cm de espesor 91.00 Lámina R72 cal. 26 5.00 Aislamiento de fibra de vidrio 0.60 Instalaciones 10.00 Plafond 20.00 Adicional Según RDCDF colado en sitio + colado de mortero 40.00 Carga Muerta 261.60 Carga Viva Según RCDF pendiente menor al 5 % kg/m2 Wm Carga viva máxima 100.00 Wa Carga accidental 70.00 Carga losa sobre estructura 361.60 Carga de losa sobre estructura debida al sismo 331.60 Tabla 8.1.2 Losa de Azotea área de cuartos LOSA DE AZOTEA 20 .3 2c m 5c m 2.54cm 2.46cm -58- Carga Muerta kg/m2 Concreto simple para dar acabado final 2000 kg/m3. 1cm 20.00 Concreto normal 2400 kg/m3 de 3.77 cm de espesor 91.00 Lámina R72 cal. 26 5.00 Aislamiento de fibra de vidrio 0.60 Instalaciones 10.00 Plafond suspendido 20.00 Adicional Según RDCDF colado en sitio + colado de mortero 40.00 Carga Muerta 186.60 Carga Viva Según RCDF pendiente menor al 5 % kg/m2 Wm Carga viva máxima 170.00 Wa Carga accidental 90.00 Carga losa sobre estructura 356.60 Carga de losa sobre estructura debida al sismo 276.60 Tabla 8.1.3 Losa de entrepiso área de pasillos 2.46cm 2.54cm 5c m 20 .3 2c m LOSA DE ENTREPISO PASILLOS -59- Carga Muerta kg/m2 Alfombra 6.00 Concreto normal 2400 kg/m3 de 3.77 cm de espesor 91.00 Lámina R72 cal. 26 5.00 Aislamiento de fibra de vidrio 0.60 Instalaciones 10.00 Plafond 20.00 Adicional Según RDCDF colado en sitio 20.00 Carga Muerta 152.60 Carga Viva Según RCDF pendiente menor al 5 % kg/m2 Wm Carga viva máxima 170.00 Wa Carga accidental 90.00 Carga losa sobre estructura 322.60 Carga de losa sobre estructura debida al sismo 242.60 Tabla 8.1.4 Losa de entrepiso área de cuartos 2.46cm 2.54cm 5c m 20 .3 2c m LOSA DE ENTREPISO CUARTOS -60- Carga Muerta kg/m2 Mortero 1900 kg/m3. 1cm 19.00 Marmol 26.00 Concreto normal 2400 kg/m3 de 3.77 cm de espesor 91.00 Lámina R72 cal. 26 5.00 Aislamiento de fibra de vidrio 0.60 Instalaciones10.00 Plafond suspendido 20.00 Adicional Según RDCDF colado en sitio + colado de mortero 40.00 Carga Muerta 211.60 Carga Viva Según RCDF pendiente menor al 5 % kg/m2 Wm Carga viva máxima 170.00 Wa Carga accidental 90.00 Carga losa sobre estructura 381.60 Carga de losa sobre estructura debida al sismo 301.60 Tabla 8.1.5 Losa de entrepiso área de baño 2.46cm 2.54cm 5c m 20 .3 2c m LOSA DE ENTREPISO BAÑO -61- Carga Muerta kg/ml Concepto w Unidad w Franja Muro Unidad de muro No de lados Impermeabilización 5.00 kg/m2 0.75 1.00 1.00 3.75 Flashing 1.65 kg/ml - 1.00 1.00 1.65 Poliestireno 1.02 kg/m2 0.60 1.00 1.00 0.61 Basecoat y malla 3.15 kg/m2 0.60 1.00 1.00 1.89 Pasta 3mm 3.20 kg/m2 0.60 1.00 1.00 1.92 Panel de yeso 2 caras 10.00 kg/m2 0.60 1.00 2.00 6.00 Aislamiento de Fibra de vidrio 0.60 kg/m2 0.60 1.00 1.00 0.36 Carga del pretil sobre estructura 16.18 Tabla 8.1.6 Pretil Perímetro PRETIL PERIMETRO -62- Carga Muerta kg/ml Concepto w Unidad w Franja Muro Unidad de muro No de lados Impermeabilización 5.00 kg/m2 0.75 1.00 1.00 3.75 Flashing 1.65 Kg/ml - 1.00 1.00 1.65 Basecoat y malla 3.15 kg/m2 0.60 1.00 1.00 1.89 Pasta 3mm 3.20 kg/m2 0.60 1.00 1.00 1.92 Panel de yeso 2 caras 10.00 kg/m2 0.60 1.00 2.00 6.00 Aislamiento de Fibra de vidrio 0.60 kg/m2 0.60 1.00 1.00 0.36 Pasta 1.5 mm 1.60 kg/m2 0.60 1.00 1.00 0.96 Carga de muro sobre estructura 16.53 Tabla 8.1.7 Pretil perímetro domo PRETIL PERIMETRO DOMO -63- Carga Muerta kg/ml Concepto w Unidad w Franja Muro Unidad de muro No de lados Basecoat y malla 3.15 kg/m2 2.75 1.00 1.00 8.66 Pasta 3mm 3.20 kg/m2 2.75 1.00 1.00 8.80 Panel de yeso 2 caras 10.00 kg/m2 2.75 1.00 2.00 6.00 Aislamiento de Fibra de vidrio 0.60 kg/m2 2.75 1.00 1.00 1.65 Instalaciones 10.00 kg/m2 2.75 1.00 1.00 27.50 Pasta 1.5 mm 1.60 kg/m2 2.75 1.00 2.00 8.80 Instalaciones 10.00 kg/m2 2.75 1.00 1.00 27.50 Poliestireno 1.02 kg/m2 2.75 1.00 1.00 2.81 Carga de muro sobre estructura 91.72 Tabla 8.1.8 Muro exterior MURO EXTERIOR -64- Carga Muerta kg/ml Concepto w Unidad w Franja Muro Unidad de muro No de lados Panel de yeso 2 caras 10.00 kg/m2 2.75 1.00 2.00 6.00 Aislamiento de Fibra de vidrio 0.60 kg/m2 2.75 1.00 1.00 1.65 Instalaciones 10.00 kg/m2 2.75 1.00 1.00 27.50 Pasta 1.5 mm 1.60 kg/m2 2.75 1.00 2.00 8.80 Carga de muro sobre estructura 43.95 Tabla 8.1.9 Muro interior MURO INTERIOR -65- Carga Muerta kg/ml Concepto w Unidad w Franja Muro Unidad de muro No de lados Panel de yeso 2 caras 10.00 kg/m2 2.75 1.00 2.00 6.00 Aislamiento de Fibra de vidrio 0.60 kg/m2 2.75 1.00 1.00 1.65 Instalaciones 10.00 kg/m2 2.75 1.00 1.00 27.50 Pasta 1.5 mm 3.00 kg/m2 2.75 1.00 1.00 8.25 Mortero 1900 kg/m3. 1cm 19.00 kg/m2 2.75 1.00 1.00 52.25 Marmol 26.00 kg/m2 2.75 1.00 1.00 71.50 Carga de muro sobre estructura 167.15 Tabla 8.1.10Muro interior baño MURO INTERIOR BAÑO -66- Carga Muerta kg/ml Concepto w Unidad w Franja Muro Unidad de muro No de lados Panel de yeso 2 caras 10.00 kg/m2 2.75 1.00 2.00 6.00 Aislamiento de Fibra de vidrio 0.60 kg/m2 2.75 1.00 1.00 1.65 Instalaciones 10.00 kg/m2 2.75 1.00 1.00 27.50 Pasta 1.5 mm 3.00 kg/m2 2.75 1.00 1.00 8.25 Mortero 1900 kg/m3. 1cm 19.00 kg/m2 2.75 1.00 1.00 52.25 Marmol 26.00 kg/m2 2.75 1.00 1.00 71.50 Basecoat y malla 3.15 kg/m2 2.75 1.00 1.00 8.66 Poliestireno 1.02 kg/m2 2.75 1.00 1.00 2.81 Carga de muro sobre estructura 178.62 Tabla 8.1.11 Muro exterior baño MURO EXTERIOR BAÑO -67- Carga Muerta kg/m2 Estructura de acero galvanizado 15.00 Cubierta de vidrio de 1cm de espesor 26.00 Carga Viva Según RCDF pendiente mayor al 5 % kg/m2 Wm Carga viva máxima 40.00 Wa Carga accidental 20.00 Carga debida a la estructura 81.00 Carga debida al sismo 61.00 Tabla 8.1.12 Estructura cubo de luz 4. 76 0 4.760 -68- 8.1.3 Obtención de Cargas Muertas que actúan sobre la estructura Para obtener las cargas muertas del modelo de la estructura a realizar en Staad Pro IV nos basamos en el análisis de cargas antes expuesto, considerando cargas distribuidas sobre cada una de las vigas que conforman las losas, en este caso particular obtendremos las cargas de las vigas de la losa de azotea en el área de cuartos por lo cual consideraremos lo siguiente. Tenemos una carga por metro cuadrado obtenida del análisis de cargas (WT = 261.60 kg/m2) para la obtención de la carga distribuida de una sola viga, tomamos la mitad de losa que carga entre viga y viga, como se muestra en la figura, multiplicando la carga antes mencionada por 0.61m que es la longitud entre viga y viga, y obtenemos la carga uniformemente repartida que actúa sobre la viga. 0. 61 0 7.692 C 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Superficie señalada ( )( ) mlkgmmkgWT /58.15961.0/60.261 2 == W= 0.16 Tn/ml Aplicable en las vigas (de la 2 a la 12) Para la Viga 1 se multiplica por la mitad de 0.61 m. ( )( ) mlkgmmkgWT /79.79305.0/60.261 2 == W= 0.080 Tn/ml Más peso del pretil mlkgWT /18.16= W= 0.016 Tn/ml -69- Losa de azotea pasillos alrededor del domo de las escaleras. ( )( ) mlkgmmkgWT /05.11561.0/60.188 2 == A2 A1 4. 76 0 4.760 W= 0.115 Tn/ml ( )( ) mlkgmmkgWT /52.57305.0/60.188 2 == W= 0.058 Tn/ml Peso del pretil área domo mlkgWT /53.16= WT = 0.0165Tn/ml Peso domo 232.111 mA = ( )( ) kgmkgmw 12.464/4132.111 22 == kgkgR 06.232 2 12.464 == R = 0.232Tn 266.52 mA = ( )( ) kgmkgmw 06.232/4166.52 22 == Carga de domo sobre viga mlkg m kgw /47.54 26.4 06.232 == 4.26 es la distancia del pretil donde Descansa la estructura del domo W= 0.055Tn/ml -70- 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 Losa primer y segundo nivel 1 B C D 3.800 3.800 22.200 Para la obtención de cargas en las losas del primer y segundo nivel, se considerará lo siguiente, para el área de cuartos: Superficie señalada ( )( ) mlkgmmkgWT /09.9361.0/6.152 2 == Aplicable a las vigas; 2,3,4,5,6,7,8 W= 0.093Tn/ml Para la viga 1 ( )( ) mlkgmmkgWT /54.46305.0/6.152 2 == W= 0.047Tn/ml Peso del muro exterior mlkgWT /72.91= W= 0.092Tn/ml Peso del muro exterior zona de baños mlkgWT /62.178= W= 0.179Tn/ml Para las vigas 8,9,10 y 11 se considerará lo siguiente en base a la siguiente figura. Losa primer y segundo nivel 8 9 10 11 12 -71- Viga 9 dado que esta viga recibe el peso de un muro del nivel superior, procederemos ha realizar el análisis respectivo, la carga del muro se considerara en la viga 9 y no en la 8 ya que como se considera solamente la carga de losa solamente a la mitad entre viga y viga, dicho muro cae en la mitad de la viga 9 El muro mide 1.41 metros estos deberán ser multiplicados por la carga del muro que en este caso se trata de un muro divisorio Interior. 0.093 Tn/ml 7.6 1.41 Viga 9 0.062 Tn/ml 0.950.95 0.142 Tn/ml0.142 Tn/ml 0.950.95 0.093 Tn/ml 0.289 Tn/ml0.289 Tn/ml Viga 10 7.6 1.91.9 0.062 Tn/ml 0.125 Tn/ml Viga 11 0.087Tn 0.125 Tn/ml 0.087Tn 1.41 7.6 0.093 Tn/ml -72- 1.91.9 0.196 Tn/ml 7.6 0.096Tn 0.123 Tn/ml 0.096Tn Viga 12 0.123 Tn/ml Peso muro interior entre habitaciones W= 0.044Tn/ml Losa de entrepiso pasillos alrededor de las escaleras. ( )( ) mlkgmmkgWT /83.11361.0/60.186 2 == W= 0.114Tn/ml ( )( ) mlkgmmkgWT /73.56305.0/60.186 2 == W= 0.057Tn/ml -73- -74- Peso de las escaleras Peso por escalón Peso del ángulo 3.48kg/ml ( )( )( ) ( )( )( ) ( )( )( )( ) kgkgkgkgwesc kgmmmmkgwesc kgpzamlkgmwesc kgpzamlkgmwesc 77.4837088.247.9 37038.030.036.1/2400 088.22/48.330.0 47.92/48.336.1 3 =++= == == == Peso alfarda área descanso ( )( )( ) ( )( ) ( )( )kgmlkgmwalfa kgmlkgmwalfa kgpzamlkgmwalfa 90.36/76.2924.1 78.126/76.2926.4 26.922/76.2955.1 == == == Piso de concreto en el descanso ( )( )( )( ) kgmmmmkgwpiso 88.63304.055.126.4/2400 3 == Soporte ( )( )( ) kgpzamlkgmwsoporte 11.402/11.17172.1 == kgkgkgkgWdescanso 93.92911.4088.63394.255 =++= Soporte Carga que ejercen los soportes en los niveles 1 y 2 de las losas de entrepiso kgkgRsoporte 97.464 2 93.929 == R =0.465Tn Cálculo de la carga distribuida que ejerce La escalera sobre las losas del primer y Segundo nivel. ( )( ) kgkgescaloneswrampa 16.39077.488 == ( )( ) kgpzamlkgmwalfa 17.401)2(/76.2974.6 == kgkgkgWrampa 33.79117.40116.390 =+= Carga distribuida sobre losa mlkg kg kg /49.536 475.1 33.791 = W= 0.536Tn/ml -75- 8.1.4 Obtención de Cargas Vivas Máximas que actúan sobre la estructura Para obtener las cargas vivas del modelo de la estructura a realizar en Staad Pro nos basamos en el análisis de cargas antes expuesto. Y las cargas se obtienen de igual manera como se obtuvieron en el apartado anterior. Para losa de azotea ( )( ) mlkgmmkgWT /00.6161.0/100 2 == 0. 61 0 7.692 C 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 W= 0.061Tn/ml Aplicable en las vigas (de la 2 a la 12) Para la Viga 1 se multiplica por la mitad de 0.61 m. ( )( ) mlkgmmkgWT /5.30305.0/100 2 == W= 0.031Tn/ml Losa de azotea pasillos alrededor del domo de las escaleras. ( )( ) mlkgmmkgWT /0.6161.0/100 2 == W= 0.061Tn/ml ( )( ) mlkgmmkgWT /5.30305.0/100 2 == W= 0.031Tn/ml -76- Peso domo 232.111 mA = Carga Viva máxima 40kg/m2 A2 A1 4. 76 0 4.760 ( )( ) kgmkgmw 8.452/4032.111 22 == kgkgR 4.226 2 8.452 == R= 0.226Tn 266.52 mA = ( )( ) kgmkgmw 40.226/4066.52 22 == Carga de domo sobre viga mlkg m kgw /14.53 26.4 4.226 == 4.26 es la distancia del pretil donde Descansa la estructura del domo W= 0.053Tn/ml -77- 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 Losa primer y segundo nivel 1 B C D 3.800 3.800 22.200 Para la obtención de cargas en las losas del primer y segundo nivel, se considerará lo siguiente, para el área de cuartos: Superficie señalada ( )( ) mlkgmmkgWT /7.10361.0/00.170 2 == Aplicable a las vigas; 2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 y 12 W= 0.104Tn/ml Para la viga 1 ( )( ) mlkgmmkgWT /85.51305.0/00.170 2 == W= 0.052Tn/ml Losa de entrepiso pasillos alrededor de las escaleras. ( )( ) mlkgmmkgWT /7.10361.0/00.170 2 == W= 0.104Tn/ml ( )( ) mlkgmmkgWT /85.51305.0/00.170 2 == W= 0.052Tn/ml -78- 8.1.5 Obtención de Cargas Vivas Accidentales que actúan sobre la estructura Para obtener las cargas vivas accidentales del modelo de la estructura a realizar en Staad Pro nos basamos en el análisis de cargas antes expuesto. Y las cargas se obtienen de igual manera como se obtuvieron en el apartado anterior. Para losa de azotea ( )( ) mlkgmmkgWT /70.4261.0/70 2 == 0. 61 0 7.692 C 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 W= 0.043Tn/ml Aplicable en las vigas (de la 2 a la 12) Para la Viga 1 se multiplica por la mitad de 0.61 m. ( )( ) mlkgmmkgWT /35.21305.0/70 2 == W= 0.021Tn/ml Losa de azotea pasillos alrededor del domo de las escaleras. ( )( ) mlkgmmkgWT /70.4261.0/70 2 == W= 0.043Tn/ml ( )( ) mlkgmmkgWT /35.21305.0/70 2 == W= 0.021Tn/ml -79- -80- Peso domo 232.111 mA = Carga Viva máxima 40kg/m2 A2 A1 4. 76 0 4.760 ( )( ) kgmkgmw 4.226/2032.111 22 == kgkgR 2.113 2 4.226 == R= 0.113Tn 266.52 mA = ( )( ) kgmkgmw 2.113/2066.52 22 == Carga de domo sobre viga mlkg m kgw /57.26 26.4 2.113 == 4.26 es la distancia del pretil donde Descansa la estructura del domo W= 0.027Tn/ml -81- 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 Losa primer y segundo nivel 1 B C D 3.800 3.800 22.200 Para la obtención de cargas en las losas del primer y segundo nivel, se considerará lo siguiente, para el área de cuartos: Superficie señalada ( )( ) mlkgmmkgWT /90.5461.0/00.90 2 == Aplicable a las vigas; 2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 y 12 W= 0.055Tn/ml Para la viga 1 ( )( ) mlkgmmkgWT /45.27305.0/00.90 2 == W= 0.028Tn/ml Losa de entrepiso pasillos alrededor de las escaleras. ( )( ) mlkgmmkgWT /90.5461.0/00.90 2 == W= 0.055Tn/ml ( )( ) mlkgmmkgWT /45.27305.0/00.90 2 == W= 0.028Tn/ml 8.2 Carga por viento Para la solicitación de cargas accidentales por viento se describen los procedimientos necesarios a utilizar para determinar el diseño por viento 8.2.1 Clasificación de la estructura* Primero hay que conocer si la estructura pertenece al grupo A o grupo B. Las estructuras del grupo B, se recomiendan para un grado de seguridad moderado. Se encuentran dentro de este grupo aquellas que en caso de fallar, representan un riesgo de pérdidas de vidas humanas y que coaccionarían daños materiales de magnitud intermedia. Este es el caso de plantas industriales, bodegas ordinarias, gasolineras (excluyendo los depósitos exteriores de combustibles pertenecientes al grupo A), Comercios restaurantes, edificios de apartamentos u oficinas, hoteles, bardas cuya altura sea mayor de 2.5 metros y todas las construcciones cuya falla por viento pueda poner en peligro a otras de esta clasificación o de la anterior. Se incluyen también salas de reunión o de espectáculos y estructuras de depósitos, urbanas o industriales, no incluidas en el Grupo A, así como todas aquellas construcciones que forman parte de plantas generadoras de energía y que, en el caso de fallar, no paralizarían el funcionamiento de la planta. Asimismo, se consideran en este grupo las subestaciones eléctricas y las líneas y postes de transmisión de menor importancia que las del grupo A. *Panel Rey 2001 Manual de diseño Estructural, México Pág. 70 -82- 8.2.2 Clasificación de la estructura según su respuesta ante la acción del viento* Estructuras del tipo 1. Estas estructuras son poco sensibles a las ráfagas y a los efectos dinámicos del viento. Abarca todas aquellas en las que la relación de aspectos λ, (definida como el cociente y la menor dimensión en planta), es menor a cinco y cuyo periodo natural de vibración es menor o igual a un 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. 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. 8.2.3 Categoría del terreno según su rugosidad y la clase de estructura*. Tanto en el procedimiento de análisis estático como en el dinámico intervienen factores que dependen de las condiciones topográficas y de exposición locales del sitio en donde se desplantará la construcción, así como del tamaño de ésta. Por lo tanto, a fin de evaluar correctamente dichos factores, es necesario establecer clasificaciones de carácter práctico. En la tabla (8.2.1) se consignan cuatro categorías de terrenos atendiendo al grado de rugosidad que se presenta alrededor de la zona de desplante. La tabla (8.2.2) divide a las estructuras y a los elementos que forman parte de ellas en tres clases, de acuerdo con su tamaño. -83- *Panel Rey 2001 Manual de diseño Estructural, México Pág. 70 Categoría Descripción Ejemplos limitaciones 1 Terreno abierto, prácticamente plano y sin obstrucciones. Franjas costeras planas, zonas de pantano, 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 de ser de 2000 m o 10 veces la altura de la construcción por diseñar, la quesea 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 obstruccionestienen alturas de 1.5 a 10m. En una longitud mínima de 1500 m. 3 Terreno cubierto por numerosas obstrucciones estrechamente espaciadas. áreas urbanas, suburbanas y de bosque, 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 500m 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 a los 20m. Las obstrucciones miden de 10 a 30m. De altura la longitud mínima de este tipo de terreno en la dirección del viento debe ser la mayor entre 400m. Y 10 veces la altura de la construcción. Tabla 8.2.1 Categoría del terreno según su rugosidad Categoría Descripción A B c Tabla 8.2.2 Clase de estructura según su tamaño Todo elemento de recubrimiento de fachadas, de ventanería y de techumbres y sus respectivos sujetadores. Todo elemento estructural aislado, expuesto directamente a la acción del viento. Asimismo, todas las construcciones cuya mayor dimensión, ya sea horizontal o vertical, sea menor que 20m. Todas las construcciones cuya mayor dimensión, ya sea horizontal o vertical, varíe entre 20 y 50m. Todas las construcciones cuya mayor dimensión, ya sea horizontal o vertical, varíe entre 50m. 8.2.4 Definición de la velocidad regional VR para el período de retorno requerido, de 50años*. El cual se definirá mediante el plano de isostáticas que se presenta a continuación. *Panel Rey 2001 Manual de diseño Estructural, México Pág. 72 -84- 130130 130 130 14 0 140 140 14 0 15 0 150 150 150 15 0 15 0 15 0 15 0 150 150 16 0 16 01 60 160 16 0 16 0 16 0 160 160 160 16 0 16 0 16 0 15 0 15 0 16 0 15 0 15 0 14 0 14 0 140 14 0 14 0 14 0 14 0 14 0 14 0 140 14 0 140 14 0 14 0 140 14 0 14 0 14 0 14 0 15 0 220 18 0 18 0 18 0 18 0 180 180 18 0 180 180 220 20 0 200 20 0 20 0200 220 220 22 0 200 220 22 0 220 22 02 00 20 0 140 14 0 140 14 0 14 0 14 0 14 0 12 0 120 15 0 15 0 150 15 0 15 0 15 0 160 15 0 150 150 15 0 15 0 150 160 160 160 16 0 180 18016 0 14 0 14 0 13 0 130 130 13 0 13 0 120 12 0 120 11 0 11 0 10 0 100 220 220 22 0 10 0 110 11 0 110 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 130 13 0 130 13 0 13 0 13 0 13 0 130 160 13 0 13 0 13 0 13 0 13 0 1 30 12 0 12 0 120 12 0 12 0 11 0 110 11 0 10 0 15 0 15 0 15 0 16 0 16 0 160 18 0 18 0 180 16 0 18 0 15 0 16 0 16 0 16 0 12 0 V el oc id a de s R e gi on al es d e la r ep úb lic a M ex ic a n a V R Fig 8.2.1 -85- 8.2.5 Definición del factor de exposición* FcFrzF =α El coeficiente Fα refleja la variación de la velocidad del viento con respecto a la altura Z. Asimismo, considera el tamaño de la construcción o de los elementos de recubrimiento y las características de exposición. Fc Es el factor que determina la influencia del tamaño de la construcción. Tabla (8.2.5.1) Frz es el factor que establece la variación de la velocidad del viento con la altura Z en función de la rugosidad del terreno de los alrededores. Clasificación de la estructura Fc A 1.00 B 0.95 C 0.90 Tabla 8.2.3 Factor de tamaño Fc Factor de rugosidad y altura, Frz Frz Se obtiene según las siguientes expresiones [ ] 101056.1 ≤= zsiFrz αδ [ ] δδ α <<= zsizFrz 1056.1 δ≥= zsiFrz 56.1 Donde: δ Es la altura, medida a partir del nivel del terreno de desplante, por encima de la cual la variación de la velocidad del viento no es importante y se puede suponer constante; a esta altura se le conoce como altura gradiente; δ y z están dadas en metros, y *Panel Rey 2001 Manual de diseño Estructural, México Pág. 72 -86- α El exponente que determina la forma de la variación de la velocidad del viento con la altura y es adimensional. Los coeficientes δ y α están en función de la rugosidad del terreno tabla (8.2.1) En la tabla (8.2.5.2) se consignan los valores que se aconsejan para estos coeficientes. Categoria del terreno δ (µ) 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 α Clase de estructura Tabla 8.2.4 Valores de α y δ 8.2.6 Determinación de la velocidad de diseño (VD) La velocidad de diseño VD esta dada en Km/h y la obtendremos de la siguiente formula. RTD VFFV α= Donde: FT es un factor que depende de la topografía del sitio, adimensional. Fα factor que toma en cuenta el efecto combinado de las características de exposiciones locales, tamaño de la construcción y de la velocidad con la altura, adimensional, inciso 8.2.5 VR corresponde a la velocidad regional al sitio donde se construirá la estructura, Km/h. *Panel Rey 2001 Manual de diseño Estructural, México Pág. 70 -87- 8.2.6.1 Factor de topografía FT* Este factor toma en cuenta el efecto topográfico local del sitio en donde se desplantará la estructura. Así, por ejemplo, si la construcción se localiza en las laderas o cimas de colinas o montañas de altura importante con respecto al nivel general del terreno de los alrededores, es muy probable que se generen aceleraciones del flujo del viento y por consiguiente, deberá incrementarse la velocidad regional. Sitios Topografía F T Protegidos Base de promontorios y faldas de serranías del lado del sotavento 0.8 Valles cerrados 0.9 Normales Terreno prácticamente plano, campo abierto, ausencia de cambios topográficos importantes, como pendientes menores que 5% Expuestos Terrenos inclinados con pendientes entre 5 y 10%, valles abiertos y litorales planos Cimas de promontorios, colinas o montañas, terrenos con pendientes mayores que 10%, caañadas cerradas y valles que formen un embudo o cañon, islas. Tabla 8.2.5 Factor de topografía local F T 1.0 1.1 1.2 8.2.7 Cálculo de la corrección de densidad G, y obtención de la presión dinámica base, qz 20048.0 DGVqz = Donde: G Es el factor de corrección por temperatura y por altura con respecto al nivel del mar, adimensional, VD La velocidad de diseño, en Km/hr, definida inciso 8.2.6 qz La presión dinámica de base a una altura Z sobre el nivel del terreno, en Km/m2. *Panel Rey 2001 Manual de diseño Estructural, México Pág. 70 -88- El factor de 0.0048 corresponde a un medio de la densidad del aire y el valor de G se obtiene de la expresión: τ+ Ω = 273 392.0G Donde: Ω Es la presión barométrica, en mm de Hg, y τ La temperatura ambiental en ° C En la tabla I.7 se presenta la relación entre los valores de la altitud, hm, en metros sobre el nivel del mar, msnm, y la presión barométrica, Ω Nota: En caso de no contar con t se puede hacer una aproximación de G con la siguiente fórmula, donde “h” es la altura del lugar sobre el nivel de mar (kmsnm) en Km. h hG 28 8 + + = Altitud (msnm) Presión barométrica (mm de Hg) 0 760 500 720 1000 675 1500 635 2000 600 2500 565 3000 530 3500 495 Nota: Se puede interpolar para valores intermedios de la altitud, hm Tabla 8.2.6 Relación entre altitud y la presión barométrica 8.2.8. Fuerzas sobre construcciones cerradas* Las fuerzas que se ejercen sobre los elementos de estructuras cerradas, muros y techos, serán las resultantes de las presiones actuantes sobre sus superficies -89- *Panel Rey 2001 Manual de diseño Estructural, México Pág. 73 exteriores e interiores
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