Subido por ronald torres

CONSTRUCCION DE GALPONES

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Prólogo
Prólogo
En las actividades de formación profesional para el proyecto y construcción de estructuras de
acero se ha detectado una ausencia de publicaciones adecuadas a la normativa vigente sobre la materia,
en forma similar a la observada en 1945 en la Cátedra de Concreto de la Facultad de Ingeniería de la
Universidad Central de Venezuela, que motivó la publicación del texto docente Lecciones de Concreto,
el cual cumplió con éxito esa misión por muchos años y justifica la redacción y edición de este texto
docente, orientado al proyecto y la construcción de galpones modulares de acero, de amplia aplicación
en nuestra industria.
En este texto se detallan las relaciones estáticas en que se fundamenta el análisis estructural
siguiendo la normativa vigente, se exponen métodos ordenados de proyecto de los diversos componentes
estructurales y se ofrecen sencillos programas de computación, orientados, fundamentalmente, a facilitar
los anteproyectos comparativos y el predimensionado de los miembros estructurales de acero, para la
selección heurística de las soluciones más adecuadas.
Para cubrir todos los aspectos relacionados con el proyecto y la construcción de los galpones
modulares de acero, colaboraron con el Ing. Eduardo Arnal, profesionales de alta calificación, con el
aporte del Arq. Felipe Montemayor en la concepción y desarrollo del proyecto arquitectónico, del Ing.
Arnaldo Gutiérrez, con su amplia experiencia en la docencia y en la normativa de las estructuras de
acero, y del Ing. Félix Achabal, con dilatada experiencia en la fabricación y el montaje de esas
estructuras, lográndose así un texto coordinado, de elevada utilidad para estudiantes y profesionales
involucrados en el tema.
Dada la extensa bibliografía referente al proyecto de miembros y conexiones de acero se citan
en la Bibliografía, numerosos recursos e información complementaria.
VII
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Contenido
Contenido
DEDICATORIA
PRÓLOGO
CAPÍTULO 1 - GENERALIDADES
1.1 INTRODUCCIÓN
1.2 COMPONENTES DE UN GALPÓN
1.3 CLASIFICACIÓN Y TIPOLOGÍA
1.4 ESTUDIOS DE SUELO Y FUNDACIONES
1.5 IMPORTANCIA DE EQUIPO INTERDISCIPLINARIO
CAPÍTULO 2 - LA ARQUITECTURA DE LOS GALPONES
2.1 INTRODUCCIÓN
2.2 ACTIVIDADES EN EL PROYECTO DE GALPONES
2.3 ESPECIFICACIONES PARA LA CONSTRUCCIÓN Y EL
MANTENIMIENTO DE GALPONES
2.4 COMPONENTES A CONSIDERAR EN LA PREPARACIÓN
DEL PROYECTO DE GALPONES
Voladizos
Escaleras
Cielorraso
Iluminación natural
Ventilación natural
Drenaje y remate perimetral de los techos
Aislamientos
Protección contra la condensación
Protección contra la corrosión
Protección contra descargas eléctricas
Protección contra incendio
2.5 GALPONES PARA USOS ESPECÍFICOS
2.5.1 Galpones para animales
CAPÍTULO 3 - PRODUCTOS Y NORMAS
3.1 PRODUCTOS PARA EL PROYECTO DE GALPONES
3.1.1 Introducción
3.1.2 Perfiles
3.1.3 Cerramientos
3.1.4 Techos
3.1.5 Paredes
3.1.6 Pernos de anclaje
3.1.7 Equipo para la movilización de cargas
IX
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3.2 NORMAS PARA EL PROYECTO, LA CONSTRUCCIÓN, LA INSPECCIÓN Y EL
MANTENIMIENTO DE GALPONES
3.2.1 Estados límites
3.2.2 Clasificación de las acciones
3.2.3 Hipótesis de solicitaciones
3.2.4 Acciones permanentes, cp
3.2.5 Acciones variables, cv y cvt
3.2.6 Acciones variables debido a impactos
3.2.7 Acciones reológicas y de temperatura, ct
3.2.8 Acciones accidentales debidas al viento, w
Ejemplo 3.1
3.2.9 Acciones accidentales debidas a sismos, s
Ejemplo 3.2
3.2.10 Estado límite de servicio
CAPÍTULO 4 - CRITERIOS GENERALES PARA EL
PROYECTO ESTRUCTURAL DE GALPONES
4.1 INTRODUCCIÓN
4.2 NOCIONES DE ESTABILIDAD DE LOS SISTEMAS ESTRUCTURALES EN ACERO
Estabilidad vertical
Estabilidad lateral
Estabilidad longitudinal
Estabilidad global de la estructura
4.3 CONSIDERACIONES DE ESTABILIDAD PARA LAS ACCIONES DEL VIENTO
4.4 CONSIDERACIONES DE ESTABILIDAD PARA LAS ACCIONES DEL SISMO
Ejemplo 4.1
4.5 CORREAS Y LARGUEROS
4.5.1 Correas
Ejemplo 4.2
4.5.2 Correas contínuas
4.5.3 Largueros
Ejemplo 4.3
4.6 EQUIPO PARA LA MOVILIZACIÓN DE CARGAS
4.6.1 Vigas carrileras
Ejemplo 4.4
4.6.2 Polipastos
Ejemplo 4.5
4.7 MEZZANINAS
Prediseño de vigas mixtas acero - concreto
Ejemplo 4.6
Conectores de corte
Control de vibraciones por tránsito peatonal
Ejemplo 4.7
4.8 CONEXIONES
Ejemplo 4.8
X
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CAPÍTULO 5 - FUNDAMENTOS TEORICOS DEL MÉTODO
Y EL PROGRAMA PARA EL PROYECTO ESTRUCTURAL DE GALPONES
5.1 INTRODUCCIÓN
5.2 CORREAS
Caso 1 Cargas variables verticales
Caso 2 Presión horizontal del viento
5.3 PÓRTICOS
5.3.1 Vigas maestras
Determinación de las constantes elásticas
Cálculo de las solicitaciones
Hipótesis de cargas determinantes del diseño
5.3.2 Vigas de celosía
5.4 COLUMNAS
5.4.1 Columnas de acero
5.4.2 Columnas de concreto reforzado
5.5 FUNDACIONES
5.5.1 Fundaciones directas
5.5.2 Vigas de riostra
5.5.3 Losa de fundación
5.5.4 Pilotes
5.6 PAVIMENTOS
CAPÍTULO 6 - MÉTODO ORDENADO DE PROYECTO
6.1 INTRODUCCIÓN
6.2 PREDIMENSIONADO ESTRUCTURAL
6.2.1 Predimensionado de las correas
6.2.2 Predimensionado de los pórticos modulares
Definición de las características generales del pórtico
Cálculo de las dimensiones de las vigas
Cálculo de las dimensiones de las columnas
6.2.3 Predimensionado de las vigas de celosía
6.3 PARÁMETROS DE DISEÑO
6.3.1 Materiales
6.3.2 Cargas de cálculo
Acciones del Viento según la Norma Venezolana 2003
Acciones sísmicas según la Norma Venezolana 1756
6.3.3 Hipótesis combinatorias
6.4 CATÁLOGOS DE SECCIONES USUALES DE ACERO
6.5 MÉTODOS DE DISEÑO DE LOS COMPONENTES DEL GALPÓN
6.5.1 Diseño de la lámina de cubierta
Selección del tipo estructural y su predimensionado
Definición de las cargas de diseño
Análisis de las solicitaciones actuantes y sus combinaciones determinantes
Determinación de las secciones adecuadas
Ejemplo 6.1
6.5.2 Diseño de las correas
Selección del tipo estructural y su predimensionado
Definición de las cargas de diseño
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Análisis de las acciones actuantes y sus combinaciones determinantes
Determinación de las secciones adecuadas
Ejemplo 6.2
Fijar los detalles constructivos y preparar los dibujos estructurales correspondientes
6.5.3 Diseño de los pórticos triláteros
Selección del tipo estructural y su predimensionado
Definición de las cargas de diseño
Análisis de las acciones actuantes y sus combinaciones determinantes
Determinación de las secciones adecuadas
Ejemplo 6.3
Fijar los detalles constructivos y preparar los dibujos estructurales correspondientes
6.5.4 Diseño de las vigas de celosía
Selección del tipo estructural y su predimensionado
Definición de las cargas de diseño
Análisis de las acciones actuantes y sus combinaciones determinantes
Ejemplo 6.4.
Determinación de las secciones adecuadas
Fijar los detalles constructivos y preparar los dibujos estructurales correspondientes
6.5.5 Diseño de las columnas
Selección del tipo estructural y su predimensionado
Definición de las cargas de diseño
Análisis de las acciones actuantes y sus combinaciones determinantes
Determinación de las secciones adecuadas
Para las columnas con perfiles de acero
Ejemplo 6.5
Para las columnas rectangulares de concreto reforzado
Ejemplo 6.6
Fijar los detalles constructivos y preparar los dibujos estructurales correspondientes
6.6 DISEÑO DE LAS FUNDACIONES
Selección del tipo estructural y su predimensionado
Definición de las cargas de diseño
Ejemplo 6.7
Fijar los detalles constructivos y preparar los dibujos estructurales correspondientes
6.7 DISEÑO DE OTROS COMPONENTES DEL GALPÓN
6.7.1 Diseño de escaleras
6.7.2 Diseño de mezzaninas
6.7.3 Diseño de vigas carrileras
6.7.4 Nodos y conexiones
6.7.5 Diseño de arriostramientos
6.8 DOCUMENTOS DEL PROYECTO
Memoria descriptiva de la obra
Hojas de cálculo
Planos estructurales completos
Cómputos métricos de las unidades estructurales
Los programas de trabajo
CAPÍTULO 7 - LA FABRICACIÓN Y EL MONTAJE DE GALPONES
7.1 INTRODUCCIÓN
7.2 ELABORACIÓN DE PLANOS E INDICACIONES DE TALLER
7.3 PROCURA DE MATERIALES
7.4 FABRICACIÓN
7.4.1 La fabricación en taller
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7.4.2 Preparación de superficies
7.4.3 Sistemas de protección
Definición del sistema de protección
7.5 TRANSPORTE Y ALMACENAJE
7.6 EL MONTAJE
7.6.1 Replanteo de fundaciones
7.6.2 Arriostramientos durante el montaje
7.6.3 Pernos y soldaduras en obra
7.6.4 Detalles constructivos
7.7 SEGURIDAD INDUSTRIAL
BIBLIOGRAFÍA
ÍNDICE ANALÍTICO
XIII
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Capítulo 1
Capítulo 1
GENERALIDADES
1.1 INTRODUCCIÓN
Un galpón es una construcción techada adaptable a un gran número de usos, cuya separación
entre columnas permite grandes espacios libres de obstrucciones, con mayor libertad para la
distribución de la tabiquería interna y un mayor aprovechamiento de las áreas útiles. Por lo general son
estructuras de un solo nivel, con pavimento y fachadas, cerradas o no. Eventualmente pueden albergar
mezzaninas destinadas a usos administrativos o de depósito. En todo caso, las características de estas
estructuras conducen a importantes economías en la solución del sistema de fundaciones.
El Ing. José Bolívar (Acero al día, Enero 2007) encontró que el Diccionario de la Real
Academia Española de la Lengua, DRAE, ubica el origen de la palabra galpón en el nombre “calpulli”,
unidad administrativa o grupo social en que se dividían ciertas comunidades mexicanas, al confundir
los conquistadores el “calpulli” del que hablaban los aborígenes añorando el convivir juntos y sus
comodidades, con sus casas, que se caracterizaban por su gran tamaño. Después a los españoles les
gustó la idea de alojar a sus esclavos en algo que además de barato suponían era el gusto de sus forzados
huéspedes. Y acogieron la palabra calpulli, españolizándola como es lo usual en estos casos. De
“calpulli” a “galpón” no hay sino un pequeño paso fonético (calpul, calpón, galpón).
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Por tratarse a menudo de estructuras prefabricadas en taller, con un alto grado de precisión y
control de calidad, su montaje rápido y sencillo puede ponerlas en uso muy rápidamente, lo que se
traduce en ahorro de tiempo de ejecución y costos.
Figura 1.1 Detalles del montaje de un galpón de uso general
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Entre los usos más comunes, se pueden mencionar:
Comerciales: Tiendas y centros comerciales, mercados, depósitos, estacionamientos,
hangares, oficinas, comedores.
Industriales: Fábricas, talleres, casetas.
Educativos, deportivos y recreacionales, religiosos, centros comunitarios, centros de salud,
auditorios.
Agrícolas, avícolas, porcinas, etc.
Las características de los galpones quedan determinadas por el uso al que se destine y las
consideraciones económicas concomitantes. El proyecto de un galpón exige una cuidadosa
planificación global debido al gran número de variables involucradas, como por ejemplo:
• Condiciones del terreno de la parcela donde se ubicará el galpón.
• Localización y dimensiones de los espacios y equipos a ser abrigados.
• Circulación.
• Movimiento de las cargas.
• Iluminación, ventilación natural y aire acondicionado.
• Ampliaciones y modificaciones futuras.
• Reforzamiento debido a modificaciones en las cargas.
C
L
Cubierta
Correas
Separación
Pendiente
Vigas
Nodo
Columna
Altura (H)
Luz libre (L)
Plancha de anclaje
Fundación
Figura 1.2 Componentes tipicos de un galpón
1-3
4
1
25
8
21
4
16
11
24
15
21
10
22
21
21
17
17
4
2
19 20
17
22
7
20
20
18
17
23
14
5
6
12
13
3
1
14. Pie de amigo o puntales
15. Planchas de piso , lisas o corrugadas, conectadas a la estructura
16. Planchas base de vigas
17. Planchas como rigidizadores, cartelas, separadores
18. Perfiles de acero como soportes de estructuras.
19. Soportes para techos colgantes compuestos por perfiles de acero
20. Tirantes, suspensores y barras de soporte
21. Vigas
22. Vigas carrileras, topes, empalmes, pernos y fijación.
23. Vigas para grúas monorrieles
24. Vigas de celosía como correas o nervios (open-web steel joist)
25. Sofito metálico (metal decks)
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Figura 1.3 Componentes típicos de una estructura de acero [Acero al Día, Noviembre 2004]
1-4
1. Anclajes; pernos de anclajes
2. Arriostramientos
3. Planchas bases de columnas
4. Viga de celosía
5. Columnas
6 Marquesina en acero estructural
7. Conectores de corte
8 Empalme de columna, con pernos estructurales.
9. Correas
10. Correas para fachadas
11. Viga de acero como dintel
12. Marcos de acero para puertas
13 Parrillas de acero estructural
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1.2 COMPONENTES DE UN GALPÓN
La solución más rápida y económica de los galpones consiste en estructuras sencillas de acero,
que pueden normalizarse aplicando soluciones modulares. En la Figura 1.2, se identifican los
componentes de los galpones, en la Figura 1.3, la de una solución genérica en acero.
Como se aprecia en la Figura 1.4, la estructura de los galpones está formada por pórticos
separados a distancias convenientes, los cuales pueden ser de vigas laminadas o soldadas o de vigas de
celosía. El caso particular de los pórticos atirantados escapa al alcance de la presente publicación,
además de plantear el reto de su mantenimiento.
Correa
Viga del pórtico
Cumbrera
Arriostramiento
del techo
(cordon superior)
Alero
Columna
pórtico
Separación entre
pórticos
Tirantes
(en todas las correas)
Lu
zd
el p
órt
ico
Parales
Largueros
Tirantes en largueros
Arriostramientos
longitudinales
de la estructura
Figura 1.4 Componentes estructurales de un galpón
Sobre los pórticos se apoyan las correas que soportan el material de cubierta del techo. Las
correas que soportan el material de cerramiento de las fachadas se denominan largueros, y se apoyan
directamente sobre las columnas. Por facilidades constructivas, para los largueros se emplean perfiles
laminados de sección canal o U. Cuando la separación entre columnas es muy grande, se recomienda
apoyar el material de cubierta de las fachadas sobre unos miembros verticales intermedios llamados
parales, normalmente resueltos con perfiles doble T o I.
Para garantizar la rigidez y resistencia necesarias para las fuerzas producidas por las acciones
del viento, el sismo, y las grúas viajeras, entre otras, se dispone de los arriostramientos, tanto del techo
como de las fachadas, por lo general con perfiles L dispuestos en cruces de San Andrés, que son los
encargados de canalizar y transmitir las solicitaciones a las fundaciones. Es oportuno mencionar, que
algunas normas extranjeras contemplan el uso de las láminas de la cubierta como diafragmas que
contribuyen a la resistencia y rigidez lateral de los galpones.
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1.3 CLASIFICACIÓN Y TIPOLOGÍA
Los galpones pueden clasificarse atendiendo a múltiples variables, así por ejemplo en el
universo de los galpones para uso industrial, su clasificación se hace en función de la capacidad de las
grúas (que a su vez condiciona la altura del riel) en: semilivianas, livianas, semimedianas, medianas,
semipesadas y pesadas. Una clasificación más universal es la que se muestra en la Tabla 1.1.
TABLA 1.1 CLASIFICACIÓN DE GALPONES
Techo
Número
de tramos
Inclinación
Estructura
Forma
Plana
Simple
A dos aguas
Pórticos
Perfiles laminados,
soldados,
compuestos
Sección constante
Sección variable
Arco
Simple con anexo
Forma
Atirantado
Triangular
A un agua
Circular
Celosía Warren
Múltiples
Trapecial
Arco
Diente de
sierra
Celosía Pratt
Circular
Los galpones de un solo tramo se utilizan en los casos donde se necesitan grandes espacios
interiores, libres de columnas, tales como gimnasios y auditorios, o en áreas pequeñas, tales como
casetas, estacionamientos, oficinas, pequeños locales comerciales. En edificaciones de gran anchura,
donde las columnas interiores no constituyen un inconveniente, como pueden ser hospitales y oficinas,
suele emplearse el galpón de vanos múltiples.
Las estructuras a una sola agua, de pendiente suave, se utilizan para extensiones o ampliaciones
laterales de manera de obtener espacios útiles adicionales, cerrados o abiertos. Para aprovechar la
iluminación natural se utiliza el techo en forma de diente de sierra, cuyo lado corto se resuelve con
material traslucido el cual se apoya sobre una cara que puede ser vertical, inclinada o curva, tal como se
muestra en la Tabla 1.1.
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TABLA 1.2 INCLINACIÓN DE TECHOS EN GALPONES
En grados
Pendiente
5
3
1:20
8
4.5
1:12.5
10
6
1:10
12.5
7
1:8
25
14
1:4
33.3
18
1:3
En %
El Ingeniero Estructural, en atención a las vinculaciones de las columnas con las vigas y las
fundaciones, decidirá sobre la concepción estática más conveniente de las mostradas en la Figura 1.5.
En parcelas con terrenos de baja o mala capacidad de soporte, la solución más adecuada es la estructura
articulada en sus fundaciones. Respecto a las soluciones f) a h), las columnas articuladas que trabajan
sólo para cargas gravitacionales y que no contribuyen a la resistencia lateral de la estructura, conocidas
en la literatura especializada como leaning column, exigen consideraciones especiales para el análisis
de estabilidad de toda la estructura, así como en el montaje, razón por la cual no son utilizadas en la
práctica venezolana.
Desde el punto de vista de las normas, tanto la Norma Venezolana* 1756: 2001 Edificaciones
Sismorresistentes, como la 2003:1988 Acciones del Viento sobre las Construcciones consideran que el
sistema estructural de los galpones corresponde al Tipo I. En la Sección 6.4.1 de la Norma sísmorresistente,
se indica: los sistemas estructurales Tipo I con columnas articuladas en su base, los valores de R serán
minorados multiplicando los valores de la Tabla 6.4 por 0.75, sin que sean menores que 1.0.
* Nota.- En el año 2006, las Normas COVENIN y
COVENIN-MINDUR pasaron a llamarse
Norma Venezolana.
Cuando se proyecta un techo plano o de poca pendiente, se puede seleccionar entre una celosía
Pratt (barras del alma dispuestos en N) o Warren (barras del alma dispuestas en W). La celosía Pratt
tiene la ventaja de que sus miembros más largos son las diagonales (casi siempre en tracción), mientras
que las verticales (a compresión) son más cortas. Lo cual se traduce en ahorro de peso y por tanto de
costos. La celosía Warren consiste en una serie de triángulos equiláteros y todos los miembros del alma
tienen la misma longitud. En el prediseño de estos tipos de celosías, se utilizan las siguientes relaciones
entre la altura, H y la luz entre apoyos, L, recomendadas por la práctica:
• Techos a dos aguas simétricas, H/L de 1/5 a 1/7.
• Techos con celosías de cordones paralelos, H/L de 1/8 a 1/10.
• Cuando la altura H está limitada, se recomienda no exceder H/L de 1/15.
Las diagonales más económicas son las que tienen una inclinación con respecto a la horizontal
de 30 ºa 45º.
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Bi - empotrado
Bi - articulado
Tri - articulado
SIMBOLOGÍA
Conexión empotrada
Conexión articulada
Figura 1.5 Clasificación estructural de los pórticos de galpones
1.4 ESTUDIOS DE SUELO Y FUNDACIONES
La función básica de un sistema de fundaciones es la de transmitir las cargas que actúan en la
estructura al suelo que le sirve de apoyo. Cualquiera que sea el sistema de fundación, la estructura
permanecerá estable y segura cuando las fundaciones se diseñan para que:
a) No ocurra una falla en el suelo;
b) Los asentamientos diferenciales se mantengan por debajo de los límites considerados
como aceptables;
c) No fallen los propios componentes del sistema de fundación.
Para poder diseñar adecuadamente el sistema de fundación se requiere de un Estudio de Suelo,
el cual tiene por finalidad conocer el tipo de terreno de fundación caracterizado por los perfiles del
subsuelo, determinar la posición y variación del nivel freático, así como la detección y cuantificación
de cualquier problema potencial del terreno de fundación. También se obtendrán muestras que
permitan determinar en el laboratorio, las propiedades requeridas para calcular la capacidad soporte y
estimar los asentamientos del suelo de fundación.
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Por ser estructuras livianas, la presencia de arcillas expansivas constituye uno de los problemas
a considerar en el proyecto de un galpón. Cuando un suelo tiene un bajo potencial de expansión, pueden
seguirse los procedimientos normales de construcción. Pero cuando este potencial pasa a ser medio a
muy alto, deben tomarse previsiones que pueden implicar (Pérez Guerra, 2006; Das, 2006):
1. Reemplazar el suelo expansivo bajo las fundaciones.
2. Cambiar la naturaleza del suelo expansivo mediante compactación controlada; instalación
de barreras contra el agua y/o estabilización química.
3. Reforzar la estructura para que sea capaz de resistir los levantamientos o ser capaz de resistir
el levantamiento diferencial del suelo sin fallar, o construir fundaciones profundas aisladas
por debajo de la profundidad de la zona activa (la profundidad del suelo a la que ocurren
cambios periódicos de humedad).
La Norma Venezolana 1755:1982 Código de Prácticas Normalizadas para la Fabricación y
Construcción de Estructuras de Acero recoge el criterio aceptado en la industria de la construcción en
acero, de que a menos que los documentos contractuales especifiquen otra cosa, la ubicación precisa y
el acceso a las fundaciones, así como su resistencia e idoneidad es responsabilidad del propietario. A
menos que el Ingeniero de Suelos indique lo contrario, las siguientes recomendaciones mínimas
pueden orientar los trabajos en la fase exploratoria sobre la idoneidad de la parcela de ubicación del
futuro galpón:
• Todas las perforaciones deberán ser tomadas por debajo de cualquier capa vegetal o capa
blanda.
• Tomar una perforación en cada esquina exterior del galpón (mínimo 4).
• Tomar una perforación cerca del centro del galpón.
El Ingeniero a cargo del proyecto, y en particular del sistema de fundaciones, indicará la
profundidad de las perforaciones. La profundidad de las perforaciones puede relacionarse con las
dimensiones del galpón y la tipificación del perfil geotécnico del terreno con fines sismorresistentes, etc.
También es útil toda la información disponible sobre los aspectos que puedan incidir en la
selección del sitio de ubicación del galpón y en el diseño de sus fundaciones, tales como la ubicación de
tuberías, servicios y linderos, amenazas naturales y amenazas inherentes a la estructura.
1.5 IMPORTANCIA DEL EQUIPO INTERDISCIPLINARIO
Como se explica en el Capítulo 2, existen muchas opciones para la interdependencia y
comunicación entre los Propietarios, Financistas, Autoridades locales, los Arquitectos e Ingenieros, y
los Contratistas, desde las fases iniciales de diagnósticos de necesidades y recursos hasta las fases finales
de mantenimiento, reparación y ampliación. Sin embargo son el Anteproyecto y las Especificaciones del
proyecto finalmente acordado, la base común de interacción entre los diversos agentes del proyecto y la
construcción de un galpón.
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Las especificaciones técnicas complementan los planos del proyecto, siendo el mejor medio
para allanar las divergencias en la interpretación de las normas de proyecto y de aseguramiento de
calidad, por ello constituyen una ayuda imprescindible para la selección de la mejor solución a un
menor costo.
En general, estas especificaciones deben cubrir los siguientes puntos:
• Generalidades sobre la obra, validez y alcance de los documentos contractuales.
• Criterios para los proyectos arquitectónicos, estructurales y de fundaciones, así como de
instalaciones y servicios.
• Aspectos relacionados con la fabricación e inspección en el taller, y la recepción en obra.
• Descripción precisa de aspectos constructivos, acabados, y accesorios necesarios para el
funcionamiento de la edificación.
La incorporación de nuevas tecnologías y sistemas constructivos, a la que con el creciente
desarrollo de la Gerencia de Proyectos y la Informática aplicada a la Ingeniería (como el Building
Information Modelling, BIM) permiten cada vez más acortar los plazos de construcción. Pero a menos
que se haga un estudio de las ventajas y desventajas para definir los criterios de elección para cada
proyecto en particular, es recomendable mantenerse, al menos en nuestros países, dentro de los
métodos tradicionales donde cada tarea precede a otra, por muy atractivo que parezcan los métodos más
complejos y riesgosos [AISC, 1996]. Al fin y al cabo, la misión del equipo interdisciplinario es tomar y
reforzar las fortalezas del Propietario para crear un conjunto de recursos y habilidades que garanticen la
realización del proyecto.
TABLA 1.3 FACTORES A CONSIDERAR EN LA SELECCIÓN DE
MÉTODOS CONSTRUCTIVOS Y DE GERENCIA DE PROYECTOS
Tipo de proyecto: Tamaño y complejidad; niveles de control;
probabilidades de modificaciones y cambios.
Selección de materiales, normas y alcance del proyecto.
Exigencias presupuestarias.
Especialistas de proyecto y contratistas.
Capacidades del propietario.
Relación contractual y fiduciaria.
Tiempos de entrega versus incremento del riesgo.
Entorno político, económico y social.
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Capítulo 2
Capítulo 2
LA ARQUITECTURA DE LOS GALPONES
2.1 INTRODUCCIÓN
Para obtener exitosamente los resultados esperados de la obra terminada, desde el inicio de la
idea deben trabajar conjuntamente como equipo integrado: el Cliente, el Arquitecto, el Ingeniero, el
Taller y el Constructor, tal como se muestra en las Figuras 2.1 y 2.4, para analizar las diferentes
opciones, escoger la más conveniente y conformar un anteproyecto, dejando de lado las apuestas
basadas en la improvisación y la suerte.
Cliente
Arquitecto
Ingeniería
Financistas
Constructor
Mercadeo y
ventas
Fabricante, Montador y Constructor
Fabricación en taller
Montador y Constructor
Figura 2.1 Interacción y comunicación en el Equipo para un proyecto
En el levantamiento de la información sobre las necesidades del Cliente, el Equipo integrado
responderá las preguntas que se plantean en la Tabla 2.1, que constituye una guía empleada
exitosamente para resolver problemas, y fundamentada en las clásicas preguntas griegas (Quid, quo
modo, etc.) o más modernamente, en las palabras que en inglés comienzan con wh (who, where, etc.).
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TABLA 2.1 GUÍA PARA LA RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS
VARIABLE
JUSTIFICACIÓN
OPCIONES
a corto,
mediano y
largo plazo
MEJOR SOLUCIÓN
¿ Qué? Quid
¿Qué se hace ahora?
¿Por qué se hace?
¿Para qué? Objetivos
¿Para quiénes? Destino
¿ Qué otra cosa se
puede hacer?
¿ Qué debera hacerse?
¿Cómo? Quo modo
¿ Cómo se hace?
¿ Dónde? Ubi
¿ Dónde se hace?
¿Cuándo? Quando
¿ Cuándo se hace?
¿Quién? Quis
¿Quién lo hace?
¿Cuánto? Quantum
¿ Cuánto cuesta?
¿Por qué de esta manera?
Metodología
¿Por qué en ese lugar?
Escenario
¿Por qué en este momento
o fecha? Recurso Tiempo
¿ De qué otra manera
se puede hacer?
¿ En qué otro lugar
se puede hacer?
¿ Cuándo se
podrá hacer?
¿ Cómo deberá hacerse?
¿Por qué esa (s) persona (s)?
Destinatario(s)
¿ Quién más
pudiera hacerlo?
¿ Quién lo deberá hacer?
Recursos económicos
¿ Durante cuanto tiempo?
¿ Quién lo pagará?
¿ Dónde deberá hacerse?
¿ Cuándo deberá hacerse?
Fuente: Joaquín Marín
El proyecto arquitectónico es el resultado de un complejo proceso de aproximaciones sucesivas
análisis-síntesis de los problemas y soluciones espaciales, funcionales, técnicos y estéticos, entre otros,
que plantea una obra en particular. La identificación y evaluación de los problemas y soluciones se hace
cada vez en niveles de elaboración superiores, que se desarrollan y perfeccionan progresivamente hasta
lograr una solución definitiva, que se completa con su representación gráfica.
A diferencia de los sistemas de producción material, el proyecto arquitectónico es único y
diferente por su naturaleza creativa, que responde a necesidades y posibilidades particulares.
Como se muestra esquemáticamente en la Figura 2.2, el arquitecto idea las soluciones
correspondientes, para lo cual además de sus conocimientos, cuenta con su talento, intuición, sentido
estético y en suma su capacidad creadora para armonizar las necesidades con las posibilidades que
ofrecen los medios a su disposición. Como se aprecia en la Figura 2.2, el anteproyecto es
mayoritariamente ingenio, un intangible.
En la fase de proyecto se añaden recursos existentes y conocidos, tangibles como son las
normas, los materiales y sus productos, etc., y en la fase de construcción, el mayor aporte es físico,
representado por los materiales, los equipos de construcción y los recursos humanos, y en la medida
que se van resolviendo los problemas y se materializa la obra, se requiere menos del aporte del ingenio.
De los primeros bosquejos en que el arquitecto resume las necesidades de su cliente y define los
rasgos dominantes de las soluciones propuestas, el arquitecto escoge las mejores para elaborar el
anteproyecto mediante la interacción de varios ciclos de análisis-síntesis de los problemas y las
soluciones.
En la etapa de Anteproyecto se conocen los elementos esenciales de la solución propuesta y por
lo tanto, el Cliente, habiendo invertido una proporción mínima del total requerido, conjuntamente con
su Equipo, puede decidir a tiempo:
2-2
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a) Desarrollar el Anteproyecto.
b) Hacer ajustes al Anteproyecto.
c) Posponer su desarrollo.
d) Cancelarlo.
Figura 2.2 De como la idea se transforma en obra
El anteproyecto representa, en términos de las dimensiones reales de la obra, apenas el 1 %, y entre
un 1.5 a 3 % del costo de ejecución, pero es sumamente útil para definir su prefactibilidad y la toma de
decisiones, es decir, si en principio resulta viable en tanto se conjugan positivamente los siguientes factores:
a) El terreno adecuado o adecuable a la obra; consideraciones geotécnicas y del sistema de
fundaciones.
b) La factibilidad técnica. Se refiere a la adaptabilidad del terreno, servicios de infraestructura,
materiales, equipos, mano de obra, tecnología y organización para construir; disponibles u
obtenibles.
c) La factibilidad legal y reglamentaria. Cumplimiento de las disposiciones legales, nacionales
y municipales, necesarias para construir una obra como la propuesta.
d) El anteproyecto permite tener un estimativo preliminar de las inversiones, y por lo tanto el
estudio de la factibilidad económico-financiera para cubrirlas. Véase la Figura 2.3.
e) La factibilidad de mercado, determinada por el potencial de demanda que cubre la obra en
particular.
2-3
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Figura 2.3 Etapas de la evolución de la idea en obra y la inversión asociada
El cliente y los asesores pueden hacer observaciones y recomendaciones sobre el anteproyecto,
dentro del marco de sus lineamientos básicos, y que suelen ser consecuencia de los estudios y consultas
hechas a fin de definir su factibilidad y precisar las modificaciones convenientes de introducir en la
etapa de Proyecto.
Con base en las modificaciones, el anteproyecto se desarrolla a una escala mayor que permita
depurarlo y determinar con la precisión necesaria todas las partes y aspectos de la solución
arquitectónica. Como se indica en la metodología de proyecto de la Figura 2.4, los diferentes equipos
trabajan en el proceso de aproximaciones sucesivas para definir con exactitud la ubicación, tamaño, y
propiedades de cada uno de los componentes de la obra, los cuales quedan expresados en la Memoria
Descriptiva, cálculos, planos, cómputos métricos, y las especificaciones, que en su conjunto
constituyen el Proyecto. De manera similar a como se estimó en el Anteproyecto, el Proyecto
representa un avance aproximado del 2 % en lo que a dimensiones de la obra por construir se refiere, y
entre un 5 a 10 % del costo de ejecución.
Con el Proyecto terminado, finalmente se podrá decidir:
a) Comenzar la construcción.
b) Postergarla.
c) Cancelarla.
Concluida esta etapa, se entra al proceso constructivo propiamente dicho, que involucra no solo
a los equipos que ya han sido descritos, sino también a una amplia gama de profesionales y afines,
proveedores, personal obrero, y en general todo el complejo que se mueve en la industria de la
construcción, que resulta en la realidad de una obra construida y utilizada.
2-4
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La Figura 2.4 muestra la evolución de la idea hasta convertirse en obra, en clara analogía al
desarrollo de una cebolla; cada línea es una persona con sus conocimientos, equipos, materiales, etc. Al
principio con sólo dos líneas paralelas que se mantienen hasta el final de la obra, y como en cada etapa
se agregan nuevas líneas, que por ser paralelas expresa conformidad con los lineamientos básicos, hasta
formar las capas de la cebolla (eskistokromias en los modelos de columnas del Prof. Marín). Cada etapa
debe consolidarse antes de pasar a la siguiente. Paralelamente a la formación de capas, se aprecia la
evolución de las escalas de medición en los planos y esquemas de trabajo, desde la visión totalizadora,
integradora de la escala 1:1000 a los detalles en escalas cada vez mayores que permiten apreciar los
detalles y complejidades, hasta alcanzar su imagen más fiel, que es la escala real 1:1. El cambio de
escala, como parte de la autocrítica del proyectista, es una de las enseñanzas dejadas por el Arq.
Eduardo Sacriste, para quien la medición no estaba reñida con la libertad creativa. La importancia de la
medición en ingeniería ha sido objeto de muchos trabajos (la divisa Metire Ut Scias - Mide para que
conozcas, de INTEMAC; Quien no mide no aprende, de Marín, entre otros estudiosos del tema).
El Capítulo E0 de la Norma Venezolana 2000:1992 Sector Construcción. Mediciones y
Codificación de Partidas para Estudios, Proyectos y Construcción. Parte II.A. Edificaciones, presenta
de una manera objetiva y cuantificable por medio de las Partidas, cada una de las actividades y etapas
intermedias para la elaboración de un proyecto, tal como se indica en la Tabla 2.2. Se considera
ejecutada la Partida con la entrega y la debida conformación por parte del contratante de la
documentación correspondiente.
11, 12, 13, 14, 15
5, 6, 7
1
2
Desarrollo de
Ideas
1-2
1:1000
8, 9, 10
16, 17, 18, 19, 20
5, 6, 7
8, 9, 10
3
4
3
4
3
4
1
2
1
2
1
2
Anteproyecto
Proyecto
Obra
Etapas
1 al 4
1 al 10
1 al 20
Pasos
1:200
1:100
1:1
Escalas
Figura 2.4 Metodología de proyecto
2-5
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TABLA 2.2 PARTIDAS DE ESTUDIOS Y PROYECTOS
ETAPA
E011
Estudios
Preliminares
E014
Anteproyecto
E015
Proyecto
2-6
DEFINICIÓN
Esquemas y posibles
soluciones para realizar un
anteproyecto; la implantación
de un proyecto tipo o la
adecuación de una
edificación existente a
nuevos usos.
Plan o resumen de los
trabajos preliminares
necesarios para desarrollar
el proyecto.
Conjunto de documentos en
los que consta la información
completa de una edificación.
ALCANCE
Los análisis sobre las
distintas posibilidades
de alcanzar objetivos en
la elaboración de un
anteproyecto; la
implantación de una
edificación existente,
así como también la
ubicación de la
edificación con relación
al terreno, vegetación
existente y zona verde
circundante.
Delineamiento general
de la edificación;
descripción y
planteamiento del
problema; los requisitos
del proyecto, análisis de
las soluciones
propuestas,
conclusiones y
recomendaciones,
estimación de los
costos y beneficios que
justifiquen la solución
adoptada.
Cálculos, planos,
memoria descriptiva,
especificaciones y
presupuesto, que
definen claramente una
edificación en forma
que cualquier
profesional del área,
distinto al autor del
proyecto, pueda dirigir
e implementar
los trabajos
correspondientes a
dicha obra.
DOCUMENTOS
Informe y programa
arquitectónico.
El informe describe
entre otros: Definición
clara y precisa del
proyecto a realizarse.
Determinación de los
requisitos necesarios
para elaborar un
proyecto.
El programa
arquitectónico
contempla: Tipificación
de los espacios. Lista de
los espacios requeridos.
Análisis de las posibles
soluciones tomando en
cuenta todas las
disciplinas.
Memoria descriptiva,
y los planos de
arquitectura y estructura
a las escalas necesarias
para la elaboración de
las instalaciones.
Planos a las escalas
requeridas (Véase la
Figura 2.4), la
memoria descriptiva,
las hojas de cálculo,
especificaciones y los
cómputos métricos.
Comprende Partidas para
los proyectos de:
Arquitectura, Estructura e
Instalaciones:
sanitarias, eléctricas,
mecánicas, áreas de
servicio, proyectos
especiales,
modificaciones en un
proyecto tipo.
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2.2 ACTIVIDADES EN EL PROYECTO DE GALPONES
En la elección del sitio donde se proyecta la construcción de un galpón, también aplica la
metodología de la Figura 2.4. Suponiendo que el proyecto es viable geológica y geotécnicamente, se
considerarán las condiciones de acceso y de drenaje así como el área de ubicación.
Acceso:
Su ubicación debe ser tal que quede en la cercanía de una vía de comunicación o de acceso, la
cual debe ser transitable durante todo el año para permitir su uso, como por ejemplo la entrada o salida
de los usuarios, los productos, etc.
Drenaje
La parcela elegida para la construcción del galpón debe estar localizada en terrenos altos y con
pendientes suficientes que garanticen un buen drenaje de las aguas de lluvias y que las aguas de los
terrenos adyacentes no escurran hacia la parcela de ubicación. Ver Norma Venezolana 3400:1998
Impermeabilización de Edificaciones.
Área de ubicación
La superficie del área de ubicación del galpón deberá ser tal que cumpla con las necesidades
mínimas requeridas. El área total de la parcela será función del área del galpón proyectado. La Figura
2.5 ilustra el área de ubicación recomendada para galpones rurales.
a/2 >10
a
a/2 >10
a
a/2 >10
b
a/2 >10
b
GALPÓN
ZONA ENGRANZONADA: Patios,
estacionamiento
y zona de circulación
ZONA DE EXPANSION
CERCA
Figura 2.5 Ejemplo de área de ubicación para galpones normales
2-7
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Una vez seleccionada la parcela donde se construirá el galpón, hay que acondicionar el terreno
en forma adecuada, para lo cual se cumplirá con las siguientes actividades cuya definición, alcance y
medición se encuentra en las Normas Venezolanas 2000:1992 y 2000-2:1999 Mediciones y
Codificación de Partidas para Estudios, Proyectos y Construcción. Parte II.A Edificaciones. Véase la
Tabla 2.3.
E1 Obras preliminares.
E31 Obras preparatorias para estructuras.
E32 Infraestructura de concreto.
Para la fabricación y montaje de la estructura de acero del galpón se requieren las siguientes
Partidas:
E36 Estructuras metálicas.
E9 Transportes.
Conjuntamente con los requisitos estructurales de las Normas Venezolanas 1618:1998 y
1755:1982 (es recomendable actualizar y complementar la 1755 con el Código de Prácticas del AISC,
Marzo 2005).
Para las obras complementarias rigen las siguientes Partidas:
E39 Cubiertas de techo.
E4 Obras arquitectónicas.
E5 Instalaciones eléctricas.
Nota: La Partida E59 incluye sistemas de detección
de incendios, intercomunicación, telefonía y
sonido, sistemas de alarma, pararrayos, etc.
E6
Instalaciones sanitarias y especiales.
2.3 ESPECIFICACIONES PARA LA CONSTRUCCIÓN Y EL MANTENIMIENTO
DE GALPONES
Las siguientes Normas Venezolanas pueden utilizarse para la preparación de las Especificaciones
Generales para la construcción y el mantenimiento de los galpones con estructuras de acero:
200:2004
1618:1998
1753:2006
1756:2001
1755:1986
2000:1992
2000-2:1999
2733:1990
3400:1998
3621:2000
2-8
Código Eléctrico Nacional.
Estructuras de Acero para Edificaciones. Método de los Estados Límites.
Proyecto y Construcción de Obras en Concreto Estructural.
Edificaciones Sismorresistentes.
Código de Prácticas Normalizadas para la Fabricación y Construcción de
Estructuras de Acero.
Mediciones y Codificación de Partidas para Estudios, Proyectos y Construcción.
Parte II.A Edificaciones.
Suplemento de la Norma Venezolana 2000/II.A-92.
Proyecto, Construcción y Adaptación de Edificaciones de Uso Público.
Accesibles a Personas con Impedimentos Físicos.
Impermeabilización de Edificaciones.
Diseño sismorresistente de instalaciones industriales.
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TABLA 2.3 PARTIDAS PARA EL PROYECTO, LA CONSTRUCCIÓN Y EL
MANTENIMIENTO DE GALPONES SEGÚN LA NORMA VENEZOLANA 2000
CAPÍTULO
SUBCAPÍTULO
E1 Obras Preliminares
E12 Limpieza del terreno
E2 Movimiento de tierra y
Urbanismo
E21 Excavaciones
E3 Estructuras
E4 Obras arquitectónicas
E5 Instalaciones eléctricas
E6 Instalaciones sanitarias
y especiales
E8 Obras de servicios y
Varios
Nota: Comprende los trabajos de topografía
(alineamiento y nivelación) del replanteo. Cada
eje debe quedar indicado por un mínimo de tres
estacas colocadas de manera que no se pierdan
al hacer los movimientos de tierra.
E31 Obras preliminares
para estructuras
E32 Infraestructura de
concreto
E33 Superestructura de
concreto
E34 Encofrados
E35 Armadura de refuerzo
E36 Estructuras metálicas
E37 Estructuras de madera
E39 Cubiertas de techo
E41 Albañilería
E44 Carpintería
E43 Herrería
E47 Cerrajería
E49 Accesorios para
puertas y ventanas
PARTIDAS
E213 Remoción de la capa
vegetal o tierra
desechable
E311 Excavación en corte
para asiento de
fundaciones y zanjas
E312 Excavación en
préstamo para
relleno de zanjas y
fundaciones
E313 Carga del material
proveniente de las
excavaciones en
zanjas y fundaciones
y sitios de préstamos
E 317 Compactaciones
E 318 Concreto en obras
preparatorias
E 319 Bases granulares en
obras preparatorias
Nota: Ver Capítulos 5 a 7, 12 y el
Anexo D de la Norma Venezolana
1753:2006. También el Manual de
Concreto Estructural, [Porrero, et. al]
Véase el Capítulo 3 de la presente
publicación.
E372 Estructura de madera
para superestructura
E44701 Puertas de madera
E43701 Puertas metálicas
E43702 Ventanas metálicas
E802 Obras de concreto
E803 Pavimentos asfáltico
Nota: Para pavimentos de concreto,
véase el Anexo F de la Norma
Venezolana1753:2006
E806 Cercas
E9 Transporte
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2.4 COMPONENTES A CONSIDERAR EN LA PREPARACIÓN
DEL PROYECTO DE GALPONES
En la preparación del proyecto del galpón se considera conveniente incorporar los siguientes
aspectos:
• Voladizos
Los voladizos requeridos serán por extensión de las correas del techo o por vigas en voladizo
especialmente dispuestas para este uso. Particular atención requiere el detalle de la intersección sobre
las esquinas cuando el voladizo se dispone de manera continua en la fachada. En cualquier caso, el
Ingeniero Estructural advertirá al Arquitecto de las limitaciones que puedan surgir al considerar los
efectos desfavorables del viento. En los galpones para animales, el voladizo es de suma importancia, tal
como se detalla en el acápite 2.5 Galpones para usos específicos
• Escaleras
Cada escalera deberá estar directamente proporcional con su uso. El tramo de la escalera no
debe exceder de 3 m de altura.
La relación entre la altura del escalón (contrahuella, CH) y la base del mismo (huella, H)
determinan la pendiente de la escalera.
Para lograr relaciones confortables entre cada huella y su contrahuella se utiliza la siguiente fórmula:
2 CH + H = 63 ó 64 cm
Mientras más alta es la contrahuella, más angosta es la huella, llegando al extremo de la escalera
marinera en la que la huella es de 0 y la contrahuella es de aproximadamente 32 cm.
No es recomendable tener escaleras con un solo escalón, porque generalmente pasa
inadvertido. En caso de no poder obviar un único escalón, éste deberá sustituirse por una rampa.
Para más detalles sobre escaleras, véase la Norma Venezolana 2733 Proyecto, Construcción y
Adaptación de Edificaciones de Uso Público Accesibles a Personas con Impedimentos Físicos.
• Cielorraso
El cielorraso es un acabado estético en la cara inferior del techo o piso de la estructura, que
oculta la estructura y los servicios. También actúa como superficie de absorción acústica y barrera de
protección contra el fuego. Por lo general está suspendido en el cordón inferior de las vigas de celosía.
Por razones de arquitectura y de instalaciones, se especifica el espacio entre el nivel inferior del
cielorraso y el nivel de piso terminado, teniendo presente que la altura de piso debe mantenerse en un
cierto rango para no encarecer el proyecto, puesto que los costos de los acabados, columnas, etc., son en
función de la altura de entrepisos.
• Iluminación natural
Utilizando los principios de la iluminación natural, en los galpones se podrán disponer techos
traslúcidos, o el uso de linternas longitudinales y transversales sobre el techo, a fin de cumplir con las
regulaciones sanitarias que exigen un determinado número de Lux para los diferentes ambientes de
trabajo. En el caso de techos en diente de sierra, debe hacerse un estudio de cuál inclinación es la más
apropiada para la localidad donde se ubica el galpón.
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Las ventanas utilizadas en estructuras de acero deben permitir la luz y la ventilación, a la vez
que impiden el paso del agua de lluvia y producen, en la posición de abierto, una pérdida mínima de la
presión estática por viento. Debido a estas características, para diferenciarlas de las ventanas
convencionales, las ventanas de persianas fijas se les denomina lumbreras o lucernarias (louvers).
• Ventilación natural
Además de hacer circular aire fresco para el confort de los usuarios, la ventilación de los
galpones tiene por finalidad regular el calor y la humedad, eliminar el polvo, los vapores y gases
provenientes del funcionamiento de equipos. Cuando se toman las previsiones en el proyecto, la
ventilación natural es simple y de bajo costo. Se entiende por ventilación natural la renovación del aire
provocada por el viento o por el movimiento ascendente del aire dentro del galpón.
Para producir la circulación del aire se utilizan los llamados ventiladores por gravedad. La
capacidad de extracción del ventilador está dada por el tamaño de su garganta, la cual depende: a) la
velocidad del viento, en km/h; b) el diferencial de temperatura, en ºC, entre el interior y el exterior del
área a ser ventilada, y c) la altura de tiro del ventilador, m.
Para determinar el tamaño del ventilador requerido se deben estimar: 1) el volumen del galpón,
en m : 2) el número de cambios de aire requeridos por hora para una ventilación adecuada, y 3) la
longitud del ventilador, que dependerá del tamaño y tipo de galpón, áreas del techo, apariencia, etc.
Además, para asegurar una apropiada ventilación por gravedad, es necesario localizar
convenientemente las tomas de aire de recuperación. En general la suma total de estas áreas debe ser
cuando menos 1.5 veces el área de área de garganta del ventilador.
3
humos.
Para la ventilación en situación de incendio, véase en la página 2-16 la referencia a las cajas de
W
H
C
B
A
T
Figura 2.6 Vista y sección transversal de un ventilador de gravedad
2 - 11
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• Drenaje y remate perimetral de los techos
Para proteger a los transeúntes, a las paredes exteriores y sobre todo a las fundaciones de los
galpones, debe disponerse un sistema de recolección y conducción de las aguas pluviales.
El cálculo del volumen de agua a ser recogida así como las dimensiones necesarias de los
componentes del sistema de drenaje, será según las Instrucciones para Instalaciones Sanitarias en
Edificios, del MINDUR, 1978. Los detalles del sistema de drenaje se encuentran en la Norma Venezolana
3400:1998 Impermeabilización de Edificaciones, que enfatiza que la mejor impermeabilización es la
pendiente de las superficies que reciben aguas de lluvia. En el caso de los galpones con techo a dos aguas,
la relación entre H/L entre la luz, L, y la altura de la cumbrera, H, está entre 1/5 a 1/6, lo que
conjuntamente con la siguiente información facilita la estimación de las superficies a drenar:
Luz libre
L, en m
Separación entre
pórticos, s, en m
6 a 12
3a4
4a5
12 a 18
24 a 30
5a6
6a7
Mayor de 30
7a8
18 a 24
Las secciones del canalón son previamente ensambladas sobre el terreno y colocadas en posición
de instalación. Los segmentos del canalón serán tan largas como sea posible para el montador, pero en
todo caso su longitud está limitada a 45 m por el requisito de juntas de dilatación. Los bajantes se ubicarán
donde el cálculo lo indique, pero en ningún caso la distancia entre bajantes adyacentes será mayor de 22 m.
Los canalones se conectarán a los bajantes de aguas que descargarán en las alcantarillas de aguas de lluvia.
• Aislamientos
Los materiales aislantes son productos que por su naturaleza especial permiten formar una
barrera al paso de la temperatura exterior al interior del galpón y viceversa, al paso de ruidos y
vibraciones. Por lo tanto los aislamientos pueden ser térmicos (protección contra el frío o calor), acústico
(contra ruidos), ignífugos (protección contra el fuego), antivibratorios. En algunos casos, el uso de
aislamiento térmico representa una solución más económica que el uso de equipos de climatización.
Entre los materiales aislantes están el corcho, los aglomerados de corcho, la fibra de vidrio, etc.
• Protección contra la condensación
La condensación de la humedad sobre la superficie interior de las láminas que cubren la
estructura es producida por la diferencia de temperatura existente entre la superficie de las láminas y el
medio ambiente interior, especialmente en ambientes con un alto grado de humedad relativa.
La condensación es una situación temporal que puede hacerse presente en galpones nuevos en
los cuales no se haya permitido una adecuada ventilación para la circulación del aire saturado, como
puede ser el que se genera durante el curado de la losa de piso.
Normalmente la condensación no es de magnitud significativa y en todo caso puede
neutralizarse mediante las siguientes medidas:
2 - 12
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Manteniendo una adecuada ventilación entre los techos y los ambientes que estén en contacto
con la superficie interior de las láminas de cerramiento.
Aplicando un material aislante sobre toda la superficie interior de las láminas, a fin de disminuir
las diferencias de temperatura. Las láminas están expuestas exteriormente a una temperatura
fría e interiormente a una mezcla de aire caliente. Como material aislante se recomienda el uso
de fieltros, espumas sintéticas o cualquier otro material aislante de fácil aplicación.
• Protección contra la corrosión
Los componentes de acero situados en el interior de los galpones en un estado higrométrico
normal (humedad relativa por debajo del 70 % a temperatura normal) no ofrecen gran peligro de
corrosión. Sólo es necesaria una protección de los componentes situados en el exterior o en locales de
gran humedad, para lo cual existen procedimientos perfectamente establecidos.
Para estos componentes exteriores, cerramientos de fachadas y techos, se ha comprobado que la
acción combinada del galvanizado (revestimiento de zinc) y de una pintura apropiada, multiplica la
vida útil debido al efecto de sinergia. Cuando la humedad actúa directamente sobre el zinc y el hierro
contenido en el acero de las planchas de revestimiento, debido a la diferencia de potencial existente
entre ambos metales, se produce el fenómeno de la protección anódica. Estas situaciones se producen
cuando se corta una plancha o se produce algún tipo de fisura en su superficie por acción mecánica, y
algunas secciones de la plancha quedan sin recubrimiento. Entonces se produce un lento desgaste del
zinc (ánodo), recubriendo el acero (cátodo) con una capa de hidróxido de zinc que lo protege.
Para los miembros estructurales, como las correas, vigas, columnas, etc., el sistema de protección
mas eficaz y duradero es la pintura, la cual consta de una capa de fondo activo constituida por los pigmentos
pasivadores metálicos y una capa protectora de cubrimiento que puede ser la pintura de acabado. Como se
indica en la Tabla 7.1, para que las capas de pintura de fondo se adhieran al acero de manera permanente y
puedan protegerlo eficazmente es necesario limpiar y tratar las superficies. Las superficies deben estar libres
de toda clase de impurezas, herrumbres y cascarilla de laminación. La preparación de las superficies está
relacionada con el sistema de protección tal como se especifica en las Normas Venezolanas 2002 y 1755.
Cuando se trata de ambientes sumamente agresivos, deben usarse aceros de alta resistencia a la corrosión.
El peligro de la corrosión localizada puede combatirse con detalles constructivos adecuados que
evitan la formación de bolsas de humedad. Véase la Norma Venezolana 3400 : 1998 Impermeabilización
de Edificaciones.
Los modernos sistemas de protección contra la corrosión conservan sus propiedades durante
largo tiempo, por lo que no siempre es necesario renovar la protección anticorrosiva en su totalidad,
sino solamente la capa de protección. El mantenimiento periódico de las superficies metálicas es un
costo de mantenimiento que rara vez excede el 1 % del costo total de la edificación. Véase las secciones
7.4.2 y 7.4.3 de la presente publicación.
• Protección contra descargas eléctricas
Cuando las estructuras de acero requieren de protección contra descargas eléctricas, la solución
es simple y económica debido a la naturaleza conductora de los componentes tanto estructurales como
de cerramiento del galpón. Sólo se requiere conectar las bases de los componentes estructurales a la
línea de conexión con la tierra. La Figura 2.7 muestra dos esquemas de aterramiento en las columnas, de
la cual se seleccionará el esquema que resulte más cómodo para el galpón en particular.
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Estructura
de acero
4
3
1
2
Nivel de
piso
4
PLANTA
A la malla
principal
a) Aterramiento al alma
de la columna
1
Asegurar el tubo con
abrazadera y anclar a
la fundación
ELEVACIÓN
4
3
Estructura
de acero
2
ELEVACIÓN
15
30
1
b) Aterramiento al ala
de la columna
A la malla de tierra o
a la barra de tierra
Figura a)
Figura b)
1 Cable de cobre desnudo # 4 / o AWG
2 Tubo rígido de PVC, 1 plg.
33 Tornillo de cabezal hexagonal
4 Terminal de compresión
o exotérmico
3 Conector a compresión
para cable # 4 / o
4 Pletina de 50 x 50 x 7 mm
Figura 2.7 Protección contra descargas eléctricas
2 - 14
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La línea de conexión a la tierra consiste en un alambre de baja resistencia (menor resistencia que
los empleados en las instalaciones de una edificación normal) que se entierra alrededor de la edificación.
En los galpones pequeños bastará unir las esquinas opuestas con esta línea de tierra. En galpones de más
de 30 m de longitud, estas conexiones se harán en las estructuras intermedias y en cada esquina.
La línea de tierra se unirá convenientemente al dispositivo que hace de tierra propiamente. Uno
de los dispositivos más confiables y permanentes son las tuberías de hierro fundido de 75 mm de
diámetro o más empleadas en las conducciones de aguas. La unión de la línea de tierra a la tubería se
hace mediante una abrazadera de cobre o latón en una parte de la tubería libre de pintura y de corrosión.
Otro dispositivo empleado como tierra, son las barras de acero recubiertas de cobre o las barras de acero
galvanizado de al menos 16 mm de diámetro (5/8 plg.). Cuando se emplea tubería de acero galvanizado,
el diámetro mínimo deberá ser de 19 mm (3/4 plg.). En ambos casos, la longitud mínima recomendada
es de 2.50 m; para lograr una tierra de baja resistencia es práctica usual conectar en paralelo dos barras o
tuberías separadas entre sí 3 m.
Otro dispositivo de tierra son las planchas de cobre de 1.5 mm de espesor y de 1 m2 área
enterradas con 60 cm de carbón de leña por encima y por debajo de ellas. Cuando la resistencia excede
de 5 Ohms, se deberán conectar en paralelo más dispositivos para bajar la resistencia total del conjunto.
En fin, la consulta a un Ingeniero Electricista y la revisión periódica por parte de los técnicos
electricistas asegurarán la protección continua de la estructura. Consúltese la Norma Venezolana
200:2004 Código Eléctrico Nacional.
Protección contra incendio
El riesgo de incendio está presente en toda estructura por lo que arquitectónica como
estructuralmente debe proyectarse para lograr los siguientes objetivos:
1. Evitar la producción de incendios
Reglamentando el uso, cantidad e instalación de todos aquellos materiales y equipos que
pudieran generar un incendio. El riesgo no solo está constituido por las altas temperaturas que afectan la
resistencia de los miembros, sino también en la combustión de materiales que desprenden gases
corrosivos, como por ejemplo el PVC, que libera ácido clorhídrico en forma de gases y puede dañar a
las piezas de acero.
2. Proteger la vida de los ocupantes
Debe asegurarse la rápida evacuación de la edificación, para lo cual existen normas de escape
que reglamentan los medios de escape, dimensiones de los pasillos y escaleras, distancias máximas de
los medios de escape, cantidad de extinguidores, etc.
3. Protección de los bomberos durante las labores de extinción y rescate
La estructura debe conservar su estabilidad y resistencia bajo la acción del fuego y el agua
durante el tiempo necesario para que los bomberos cumplan sus tareas de extinción y salvamento. Se
tomarán todas las previsiones que faciliten el fácil acceso de los bomberos hacia cualquier punto de la
estructura y la rápida evacuación de los ocupantes.
4. Protección de las construcciones vecinas
Evitar la propagación del incendio. El diseño debe evitar la propagación del fuego dentro de la
edificación y hacia las otras edificaciones circundantes. Se logra mediante el uso de paredes corta
fuego, compartimientos estancos al fuego y controles de ventilación (ver la Figura 2.8 Caja de humos).
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Las medidas de protección contra incendios se pueden clasificar en medidas activas y pasivas.
Las medidas pasivas están completamente cubiertas por las Normas Venezolanas vigentes, y son todas
aquellas orientadas hacia la instalación de los sistemas de detección y alarma, y los sistemas de
extinción, tal como se indica en la Tabla 2.4.
Las medidas pasivas son las que tienden a la conservación de la estabilidad de la edificación y
garantizar las vías de escape. La Norma AISC 2005 establece los siguientes tres Estados Límites para
las barreras contra el fuego:
a) La transmisión de calor que puede conducir a elevación de la temperatura en superficies no
expuestas al fuego.
b) Brechas en las barreras corta fuego debido a su agrietamiento o pérdida de integridad.
c) La pérdida de la capacidad soporte.
El criterio general del proyecto de la protección contra el fuego en estructuras de acero es evitar
que se alcance la temperatura crítica de 550 ºC antes de haber transcurrido el lapso de tiempo mínimo
que permita la evacuación total del galpón y el combate del incendio en condiciones de seguridad.
Como bien lo destaca el nuevo Apéndice 4 de la Norma AISC 2005, es la cantidad, naturaleza,
dimensiones y formas de los materiales combustibles, las dimensiones y ventilación del recinto así
como el material de sus paredes y fachadas, los factores determinantes en la duración y temperaturas
que se alcanzan en un recinto en llamas. En los Cuadernos que constituyen el Manual de Estructuras de
Acero, del Ing. Arnaldo Gutiérrez, se suministran los factores de forma, S, necesarios para calcular la
protección contra fuego de los perfiles de acero utilizados en los galpones.
La necesidad de ventilar automáticamente los recintos industriales al surgir un fuego en su
interior, ha popularizado el uso de los ventiladores llamados caja de humos. El objetivo principal al
utilizar este tipo de sistema de ventilación es la de prevenir pérdidas catastróficas en zonas de
producción y almacenaje, en donde debido a su distribución, no pueden existir obstrucciones en el
interior de una nave. Las cajas de humos permiten una ventilación vertical a través del techo,
identificando precisamente el asiento del fuego y ayuda al equipo combatiente a localizar y atacar el
fuego desde el nivel de piso y directamente desde el techo. El humo, el calor y los gases son removidos
inmediatamente de la edificación previniendo su propagación. Los daños que puede causar el agua o los
productos químicos contra incendios se limitan a la zona afectada. La caja de humos puede operarse
automáticamente con un fusible que accionará las compuertas al alcanzar la temperatura interior
preestablecida, o manualmente desde el nivel de piso.
Figura 2.8 Caja de humos
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TABLA 2.4 NORMAS VENEZOLANAS PARA LA PROTECCIÓN CONTRA INCENDIOS
DESIGNACIÓN
644:1978
810:1998
TÍTULO
Puertas batientes resistentes al fuego.
Características de los medios de escape en edificaciones según el tipo de ocupación.
819:1998
Características de los medios de escape en edificaciones según el tipo de ocupación
(2da. revisión).
823:2002
Guía instructiva sobre sistemas de detección, alarma y extinción de incendios.
823-1:2002
823-2:2002
823-3:2002
823-4:2002
823-5:2002
823-6:2002
1018:1978
1041:1999
1176:1980
1329:1989
1330:1997
1331:2001
1376:1999
1377:1979
1472:2000
1642:2001
Sistema de detección, alarma y extinción de incendios en edificaciones.
Parte 1: Oficinas.
Sistema de detección, alarma y extinción de incendios en edificaciones.
Parte 2: Industriales.
Sistema de detección, alarma y extinción de incendios en edificaciones.
Parte 3: Educacionales.
Sistema de detección, alarma y extinción de incendios en edificaciones.
Parte 4: Comerciales.
Sistema de detección, alarma y extinción de incendios en edificaciones.
Parte 5: Almacenes.
Sistema de detección, alarma y extinción de incendios en edificaciones.
Parte 6: Procesamiento de datos y/o telecomunicaciones.
Requisitos para la presurización de medios de escape y ascensores en edificaciones.
Tablero central de detección y alarma de incendio (2da. revisión).
Detectores. Generalidades.
Sistemas de protección contra incendio. Símbolos (1era. revisión).
Extinción de incendios en edificaciones. Sistemas fijo de extinción con agua sin medio
de impulsión propio. Requisitos (3era. revisión).
Extinción de incendios en edificaciones. Sistema fijo de extinción con agua con medio
de impulsión propio. (3era. revisión).
Extinción de incendios en edificaciones. Sistema fijo de extinción con agua.
Rociadores (1era. revisión).
Sistema automático de detección de incendios. Componentes.
Lámparas de emergencia (auto-contenidas). 1era. revisión.
Planos para uso bomberil para el servicio contra incendios (2da. revisión).
2453:1993
Guía para la inspección del sistema de prevención y protección contra incendio para
industria y comercio.
Bombas centrífugas para uso en sistemas de extinción de incendios.
2061:2002
Protección contra incendios. Medios de extinción contra incendio. Polvos. Requisitos.
2605:1989
Extintores manuales portátiles de polvo químico seco. Presurización directa e indirecta.
1764:1998
3055:1998
(ISO 7201.1:1989)
Protección contra incendio. Agentes extinguidores. Parte 1: Especificaciones para
halones 1211 y 1301 (1era. Revisión).
3056:1998
(ISO 7201.2:1991)
Protección contra incendios. Agentes extinguidores. Parte 2: Código de Práctica para la
manipulación y procedimiento de transferencia segura de halón 1211 y 1301.
(1era. Revisión).
Sistema de extinción de incendios en chimeneas de campanas de cocina y bajantes.
3189:1995
3438:1999
3506:1999
3507:1999
3666:2001
3820:2003
Terminología. Prevención y protección contra incendios.
Gabinetes para la disposición de equipos, enseres, dispositivos y sistemas de prevención
y protección contra incendio.
Guía para la investigación de incendios y explosiones.
Calificación profesional del investigador de incendios y explosiones.
Calificación profesional del inspector de prevención de incendios e inspector de sala
técnica.
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2.5 GALPONES PARA USOS ESPECÍFICOS
Cuando se necesitan galpones para usos específicos, su proyecto y construcción requiere
consideraciones especiales. A título ilustrativo se presenta el siguiente caso:
2.5.1 Galpones para animales
Los galpones para la crianza de animales requieren de consideraciones especiales, que escapan
al alcance de la presente publicación, puesto que cada especie exige un ambiente ideal; es muy
importante la orientación de la edificación (viento y sol); generalmente se orientan en la dirección del
viento predominante. Así por ejemplo en las granjas avícolas, debe regularse la temperatura y la
humedad, las cuales no pueden ser extremas. La temperatura varía de acuerdo con la edad; cuando los
animales están pequeños necesitan mucho calor, y menos a medida que crecen, y al final, requieren
frescura. Otros requisitos son: Comida de fácil acceso y el hermetismo para impedir la entrada de
depredadores y la propagación de enfermedades.
Mientras se consulta a los fabricantes de equipos para la crianza de animales, las siguientes
notas dan una orientación sobre el problema.
Según las condiciones climáticas y el presupuesto disponible para la operación, los galpones de
uso avícola se clasifican en:
De ambiente libre: Galpón sin instalaciones especiales. El control de la ventilación y la
temperatura interna se hace con cortinas sobre malla ciclón recogibles manualmente, por lo que la
altura de los ejes laterales se limita entre 2.50 y 2.40 m, mientras que en el resto del área, por frescura,
conviene un techo más alto. El material del techo debe ser aislante para que refleje los rayos del sol y no
caliente indebidamente el ambiente y no se enfríe mucho durante la noche. Esta condición limita el uso
de las cubiertas de zinc, prefiriéndose los techos de aluminio (por ejemplo de 3 mm de espesor con la
pendiente mínima posible, entre 8 a 10 %). Por lo general el piso es de tierra, sin pavimentos ni
acabados. Todos los componentes metálicos deben protegerse adecuadamente (por ejemplo con
pintura por inmersión) porque la orina del pollo produce mucho amoníaco, que hace el ambiente muy
corrosivo para las estructuras y sus cerramientos.
De ambiente semicontrolado: Similar al de ambiente libre, pero con uso de ventiladores y
aspersores de humedad.
De ambiente controlado: Galpón totalmente cerrado, con techos y paredes aislantes, aire
acondicionado con máquinas especiales (aire forzado a través de cortinas de agua, etc.). Control
automatizado por computadoras de alimentación, temperatura, iluminación, etc. Por razones de ahorro
de energía conviene que la altura sea mínima.
La granja avícola típica se desarrolla en módulos aporticados de dos aguas de 10 a 15 m de luz, de
los cuales sólo 8 ó 12 m son útiles y el resto son grandes volados de 1 a 1.5 m a cada lado,
respectivamente, para el refrescamiento de las paredes. La separación entre pórticos es de 5 m, hasta
alcanzar una longitud máxima de 100 m por galpón; excepcionalmente 120 m; el área máxima del galpón
es la máxima que puede atender un solo trabajador.
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Como los galpones se construyen en lugares sin electricidad, su montaje debe facilitarse usando
materiales muy livianos y conexiones empernadas. Se usan pequeñas fundaciones directas, un brocal
de unos 20 cm en tierra y unos 30 cm por encima del suelo. El piso del galpón debe quedar por encima
del nivel del terreno circundante para evitar inundaciones. Las paredes y puertas se hacen de malla de
gallinero. Para minimizar las caminatas para entrar, las puertas se colocan al final y al medio en ambos
lados del galpón.
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2
21--20
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Capítulo 3
Capítulo 3
PRODUCTOS Y NORMAS
3.1 PRODUCTOS PARA EL PROYECTO DE GALPONES
3.1.1 Introducción
El uso a que se destina la estructura, los requisitos particulares del cliente y los equipos que
operarán constantemente definen los materiales de que estará hecho el galpón. Como se explica en el
Capítulo 7, la obtención de los materiales corresponde a la actividad denominada Procura.
Los materiales comúnmente usados en los galpones son:
• Los perfiles y demás suministros de acero estructural que conformarán la estructura
principal y secundaria, incluyendo las conexiones, arriostramientos del techo y las
fachadas, correas, largueros y parales.
• Los materiales de cerramiento del techo y las fachadas.
Cuando se incluyen mezzaninas, el techo debe estar protegido con concreto, los materiales del
sistema de piso o techo serán:
• Losa de tabelones: bloques de arcilla, acero para los efectos de retracción y temperatura,
y concreto.
• Losa mixta acero-concreto: con los sofitos metálicos, conectores de corte, el acero de
retracción y temperatura y el concreto.
• Canalones y bajantes del sistema de drenaje del techo.
• Equipos adicionales: equipos para la movilización de cargas, ventiladores y extractores
de aire y humos, aire acondicionado, etc.
Los pesos unitarios de los materiales de construcción empleados en los galpones se encuentran
en las Tablas 4.1 a 4.3 de la Norma Venezolana 2002.
3.1.2 Perfiles
Los perfiles de acero se utilizan tanto para la fabricación de la estructura principal como para la
estructura secundaria que se utiliza para apoyar y fijar las láminas de cubierta, en los techos como en las
fachadas. También para fabricar las escaleras que se requieran en las mezzaninas.
3-1
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Las correas son vigas simplemente apoyadas. Cuando la separación entre los pórticos resulta en
perfiles muy altos o pesados, pueden sustituirse por vigas de celosía (joist). Véase también los sitios de
interés incluidos en la Bibliografía.
La separación máxima entre las correas y por ende, la ubicación de los nodos en las vigas de
celosía sobre las cuales se apoyan, o las longitudes de arriostramiento lateral de los perfiles usados
como vigas maestras está determinada por las características de las láminas de cerramiento del techo
Ver Figura 3.1
La luz de las correas es equivalente a la separación entre los pórticos de la estructura, como se
observa en la Figura 3.1. También se trata de aprovechar al máximo la longitud comercial de los
perfiles, que es de 12 m, con lo cual resulta que las separaciones entre pórticos más usuales son 4, 6 y 9
metros.
Separación
entre correas
L uz
del p
órtic
o
Lu
zd
e
c
la
e
orr
a
Figura 3.1 Luz y separación entre correas
Los largueros son las correas que deben soportar los cerramientos de las fachadas. La
separación entre largueros está condicionada por el tipo de cerramiento, y varía entre 1.20 m y 2.40 m.
La luz de los largueros corresponde a la separación de los pórticos, y cuando ésta excede de los 6 m,
resulta mas económico apoyar los largueros en columnas auxiliares intermedias denominadas
parales.Véase Figura 3.2
3-2
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Techo
Larguero
de pared
Tirantes
A
Separación
entre
largueros
Tirantes
Larguero
Sección A - A
Columna
A
Luz del larguero
Figura 3.2 Luz y separación entre largueros
Las vigas de alma abierta (joist) son vigas de celosía estandarizadas, prediseñadas, y
prefabricadas en taller que se utilizan como vigas simplemente apoyadas. Por lo general utilizan la
configuración de alma tipo Warren. La prefabricación en taller asegura la precisión, disminuye el
número de piezas a manejar y agiliza el montaje.
3.1.3 Cerramientos
Los cerramientos tienen la función de separar los ambientes externos e internos del galpón, de
protección contra la lluvia y el viento, a la vez de mantener la temperatura y humedad en niveles
adecuados.
Los criterios de selección de los cerramientos se hace contrastando sus propiedades con las
siguientes características que pueden usarse como una lista de chequeo:
bLivianos.
bResistentes a la intemperie: lluvia, viento, sol, impactos.
bElevada resistencia mecánica.
bBaja conductividad térmica.
bExcelente apariencia estética.
b Bajos costos iniciales y de mantenimiento.
3-3
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bFacilidades de manejo, instalación y mantenimiento.
bLibres de cualquier variedad de amianto o asbesto, por ser un material
contaminante y altamente cancerígeno.
Los cerramientos del techo pueden ser: metálicos, de PVC (cloruro de polivinilo) o de
fibrocemento.
Los cerramientos de las fachadas pueden ser: metálicos, de PVC o de fibrocemento,
mampostería o incluso de vidrio.
Las láminas metálicas son láminas acanaladas de forma ondulada o trapecial de aluminio o de
acero galvanizado. Muchos sistemas patentados de láminas metálicas para techos y fachadas cuentan
con sistemas de solapes muy elaborados que garantizan la condición de estanqueidad. También ha
evolucionado el sistema de pintura de estas láminas. Muchas son prepintadas al horno con pinturas
acrílicas o epóxicas, que garantiza una superficie libre de burbujas y escarapeladuras, y una mayor
estabilidad del color durante mucho tiempo. Siempre que las láminas metálicas queden en contacto con
otros metales, la superficie de contacto debe pintarse con una pintura adecuada basada en las
recomendaciones del fabricante o utilizar como separadores materiales aislantes tales como neopreno,
teflón, etc., como protección contra la corrosión por acción galvánica entre metales diferentes.
Láminas de aluminio
Son de muy bajo peso y de alto poder reflejante. Debe evitarse el contacto directo de las láminas
de aluminio con cobre, plomo, estaño y acero para evitar la corrosión electroquímica. En cambio no es
peligroso su contacto con zinc y acero galvanizado. El mismo cuidado debe tenerse en los puntos de
fijación; los tornillos de fijación deben ser galvanizados o recubiertos con cadmio. El cemento y la cal
también atacan al aluminio, por lo que no se recomienda su empleo cercano a las plantas de elaboración
de estos productos.
Láminas de acero
La evolución de la tecnología de laminación en frío del acero ha permitido la evolución de las
láminas de acero, tanto en geometría como en los acabados de protección, los cuales pueden ser
revestimientos galvanizados, pinturas, esmaltes, plásticos, etc.
Láminas de plásticos y vidrios
Para determinados ambientes del galpón se requiere aprovechar al máximo la luz natural, por lo
que se pueden usar láminas de PVC y las láminas de vidrio, ya sea como láminas o en lucernarios y
claraboyas.
Mampostería
Para los cerramientos de las fachadas pueden emplearse bloques de arcilla o de concreto,
incluyendo los bloques para ventilación y bloques ornamentales.
Las láminas se fijarán a las correas o parales preferiblemente con ganchos o fijaciones de
plancha doblada que no las perforen. Según el tipo de perfil sobre el cual se apoye la lámina, los
fijadores adoptarán la forma más conveniente, como se muestra en la Figura 3.3.
3-4
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Figura 3.3 Ejemplos de fijación de laminas de cubierta
Los fijadores de planchas no serán menores de 1.2 mm (calibre 18) de 3/4 plg. de anchura y lo
suficientemente largas para ser sujetadas con tornillos, tuercas o arandelas a cada lado de las correas.
Los agujeros se harán con barrena, no por golpes.
Los ganchos serán alambre de no menos de 3.75 mm de diámetro, provistos con arandelas y
tuercas. La separación entre ganchos no será mayor de 60 cm. Los ganchos y tornillos se cubrirán con
mastique en la parte expuesta a la intemperie y se colocarán en los vértices de la parte convexa de las
ondulaciones de las láminas de cerramiento.
Figura 3.4 Ganchos de fijación de la cubierta de techo
Las láminas se colocarán en losas vertientes, poniendo los canales de sus ondulaciones según
alineamientos rectos, y de modo que los bordes transversales de las láminas sucesivas cabalguen en no
menos de 15 cm de anchura y los bordes longitudinales en la anchura de dos ondulaciones. Las uniones
de los bordes transversales deben quedar sobre los apoyos.
3-5
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3.1.4 Techos
Las funciones de una cubierta de techo son básicamente las de proteger contra la lluvia, los
efectos de la luz y la temperatura, los ruidos, y bajo ciertas condiciones servir de diafragma estructural
para transmitir o distribuir las fuerzas que actúan en su propio plano, como pueden ser las generadas por
el viento o el sismo.
En general el techo debe resolverse con las pendientes adecuadas con un mínimo de solapes, tal
como se especifica en la Norma Venezolana 3400. Las láminas del techo deben estar en condiciones de
soportar además de su propio peso y el de los materiales de fijación, las cargas ocasionales provenientes
de los trabajos de limpieza y conservación, así como las acciones del viento. Las láminas para techo
pueden deformarse cuando se camina sobre ellas durante su montaje, lo que puede evitarse disponiendo
sobre ellas una superficie rígida, como tablones de madera, que ayuden a distribuir las cargas de
montaje.
Cuando el techo del galpón es simétrico, se puede comenzar a colocar las láminas en cualquier
extremo de la edificación, pero cuando el techo sea asimétrico, deberá hacerse de acuerdo con la
secuencia prevista durante la fabricación de las láminas.
Las áreas que tienen la posibilidad de humedecerse frecuentemente o durante períodos
prolongados, requieren de un detallado y protección especial. También requieren atención la gran
variedad de situaciones derivadas de los diferentes tipos de encuentros entre las láminas del techo y las
paredes, por lo que se recomienda consultar la Norma Venezolana 3400 Impermeabilización de
Edificaciones.
Los detalles correspondientes al sistema de drenaje de los techos pueden verse en la Norma
Venezolana 3400. Debe tenerse cuidado que los materiales de zinc no entren en contacto con cobre ni
reciban aguas de canales de cobre.
La separación entre las correas del techo, condicionada a su vez por la resistencia a flexión del
material de la cubierta del techo, tiene mucha incidencia en la estructuración de los pórticos del galpón.
La competencia entre los fabricantes de láminas para techos se fundamenta en la mayor luz que pueden
alcanzar con el menor peso y el menor número de solapes, y en los máximos volados que pueden cubrir.
Mientras se consulta al productor de la lámina seleccionada, a efectos de prediseño de las
estructuras de techo, pueden tomarse los pesos unitarios de la Tabla 4.3 de la Norma Venezolana 2002
Criterios y Acciones Mínimas para el Proyecto de Edificaciones, (con la exclusión de las láminas de
asbesto cemento, por ser nocivas a la salud), considerando una distancia entre apoyos puede tomarse
entre 1.50 y 2.20 m, tal como se indica en la Figura 3.5.
3-6
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1.2
1.5
1.5
1.2
0.3
1.5
1.5
0.3
6m
4.5 m
1.2
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
6m
0.3
1.5
6m
1.2
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
0.3
3m
Figura 3.5 Distribución de las correas en función del material del techo
3-7
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3.1.5 Paredes
Para aprovechar las ventajas de las estructuras de acero deben elegirse acertadamente los
materiales de cerramiento de los espacios de manera que: complementen la rapidez del montaje, sean
livianos, puedan modificarse para adaptarse constructivamente a las particularidades de la estructura, y
cumplan las funciones de protección contra los agentes climáticos y de aislamiento acústico y térmico.
Frente al tradicional cerramiento con bloques de arcilla o de concreto, aparecen los paneles
metálicos con las ventajas inherentes de las láminas galvanizadas (livianas, incombustibles, resistentes
a la humedad, al viento, a la corrosión y los agentes biológicos). Con la posibilidad de pintarlas, además
de las variantes estéticas, tiene un alto poder de reflexión de los rayos solares y un eficiente aislamiento
térmico. Como vienen cortadas a la medida de la edificación, se garantiza que las paredes son estancas a
la precipitación pluvial , y minimizan los problemas de infiltración de aire.
2.75
7.65 m
3.0
8.0 m
7.65 m
1.5
2.25
2.25
1.5
8.0 m
1.0
2.40
1.4
1.75
Especial atención debe prestarse a la instalación de las paredes y otros cerramientos sobre el
piso, a fin de evitar la entrada de insectos y roedores.
Figura 3.6 Distribución de los largueros en función de las resistencia de las láminas de cerramiento
3-8
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3.1.6 Pernos de anclaje
Los pernos de anclaje cumplen varios roles en la interacción columna - fundación. Además de
trasmitir las cargas verticales y horizontales, sirven para llevar a su posición correcta a las columnas
durante el montaje. También mantienen las columnas mientras se instalan los arriostramientos de la
estructura.
Normalmente se utilizan pernos ASTM A307 o A325, o barras calibradas de acero SAE 1020 ó
1045 tratadas térmicamente. La Norma Venezolana 1618 en su Artículo C-5.8 no permite el uso de
barras de refuerzo para concreto como pernos de anclaje. Por otra parte, la práctica ha demostrado que
el incumplimiento de las disposiciones de la Norma Venezolana 316 respecto a la soldadura de cabillas,
produce fallas en los dispositivos de anclaje, aún antes de entrar en servicio.
Usualmente para facilitar el montaje, los pernos de anclaje se preinstalan en una plantilla o caja,
como la mostrada en la Figura 3.7.
Figura 3.7 Pre-ensamble de pernos de anclajes
3.1.7 Equipos para la movilización de cargas
En galpones industriales se utilizan equipos fijos o móviles, o ambos, para manejar las cargas
que el proceso productivo requiere. Como el costo de estos equipos representa un porcentaje muy
importante del costo total del galpón, además de su incidencia en la estructura del mismo, a
continuación se suministra la información básica común que tiene como principal objetivo facilitar la
interacción entre todos los involucrados en el proyecto para que puedan interactuar.
3-9
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TABLA 3.1 INFORMACIÓN NECESARIA PARA EL DISEÑO DE UNA ESTRUCTURA
CON PUENTE GRÚA
1. Usuario y/o Suplidor____________________________________________________________________
2. Número de Puentes Grúa
_________________________________________________________________
3. Carga de Servicio (no incluye el peso de los accesorios necesarios para el levantamiento de la carga)
Carga útil a elevar
Gancho Principal__________________kgf.
Gancho auxiliar________________kgf.
4. Elevación Normalizada del Gancho (máxima, incluyendo profundidad del foso).
Gancho Principal________________________m. Gancho auxiliar_________________________m.
5. Longitud aproximada del Riel___________________________m.
6. Número de Puentes Grúa sobre los Rieles__________________________________________________
7. Condiciones de Servicio
Gancho Principal: Altura promedio de elevación_______________________________________m.
Número de alzadas por hora_________________________________________
Horas por día_____________________________________________________
Gancho_________________Magneto_______________Cuchara____________
Tamaño y peso del magneto o cuchara ________________________________
Gancho Auxiliar:
Altura promedio de elevación_______________________________________m.
Número de alzadas por hora_________________________________________
Horas por día ____________________________________________________
Gancho_________________Magneto_______________Cuchara____________
Tamaño y peso del magneto o cuchara ________________________________
Puente
Número de movimientos por hora ____________________________________
Horas por día ____________________________________________________
Duración efectiva de utilización ______________________________________
________________________________________________________________
Carro
Número de movimientos por hora ____________________________________
Horas por día ____________________________________________________
Duración efectiva de utilización ______________________________________
________________________________________________________________
8. Condiciones Especiales o Excepcionales, tales como gases corrosivos, gases explosivos, vapores, altas
temperaturas, polvo, cargas de manejo delicado, etc.
___________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
9. Temperatura Ambiente en el Edificio
Máx ____________________________ºC Mín__ ________________________ºC
10. Material Manejado ___________________________________________________________________
11. Velocidades y Aceleraciones medias de los Movimientos
Gancho Principal ___________________m/s
Velocidad nominal de elevación de la carga
Gancho Auxiliar ____________________m/s
Desplazamiento longitudinal del puente
Velocidad nominal __________________m/s
Aceleración media __________________m/s2
Desplazamiento lateral del carro
Velocidad nominal __________________m/s
Aceleración media__________________m/s2
12. Operaciones del Puente Grúa en:
Interiores_________________Exteriores_______________Ambas______________
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13. Servicio Eléctrico
Voltaje____________Fases___________Frecuencia_________C. A.________C. C.
14. Métodos de Control
Cabina_______________Desde el piso_______________ Remoto______________
15. Localización del Control
Final de la grúa_____________Centro______________En el carro_____________
Otro_______________________________________________________________
16. Tipo de Control (Información completa, incluyendo rango de velocidades y aceleraciones)
___________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
17. Condiciones de Accesibilidad al Recinto de Control____________________________________________
___________________________________________________________________________________
18. Tipo de Motores (dar información completa) _________________________________________________
___________________________________________________________________________________
19. Especificaciones de la Instalación Eléctrica del Puente Grúa ___________________________________
___________________________________________________________________________________
20. Accesorios, Equipos y Requerimientos Especiales ___________________________________________
___________________________________________________________________________________
21. Complete las Figuras Anexas, sustituyendo la letra X por los valores numéricos que correspondan.
Indique, especialmente, cualquier obstáculo que interfiera con el trabajo del equipo.
A
X
Punto más bajo de la cubierta
(incluyendo flecha u otra obstrucción)
X
X
X
X
B
Distancia mínima normativa
Carro
Ver detalle C
Puente
X
Gancho Auxiliar
X
Piso
X
X
Gancho principal
Plataforma de
escape
X
X
X
Cabina
Foso
X
X
Riel
X X
Elevación
Conductores
eléctricos
Indicar tipo
Perfil
X
Detalle C
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6
2
4
2
5
El polipasto que levanta y baja las
cargas.
El carro desplaza el polipasto a lo
ancho de la grúa.
3
El carro de traslación que desplaza
toda la estructura del puente-grúa (y
por lo tanto el polipasto y el carro) a
lo largo de la viga carrilera.
4
Viga carrilera. Perfil de acero
estructural, laminado o soldado.
5
Riel.
6
Las vigas transversales de acero
estructural laminado ó soldado.
7
La electrificación del puente, que
proporciona las señales de control a
la grúa y transmite la corriente
eléctrica al polipasto y al carro del
polipasto.
8
La electrificación de la carrilera, que
proporciona la energía de la fábrica a
la grúa.
Figura 3.8 Componentes de un puente-grúa para galpones
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8
1
3
1
7
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3.2 NORMAS PARA EL PROYECTO, LA CONSTRUCCIÓN, LA INSPECCIÓN
Y EL MANTENIMIENTO DE GALPONES
Las normas decantan la experiencia profesional de metodologías de análisis, diseño y
construcción que han resultado seguras y económicas, y tienen como principal objetivo evitar la
repetición sistemática de errores. Pero nunca suplantan la experiencia profesional capaz de plantear
modelos predecibles en cuanto a su comportamiento y seguridad, de jerarquizar e interpretar las
disposiciones normativas.
3.2.1 Estados Límites
Una obra civil se plantea a partir del diagnóstico de necesidades que justifica el empleo de
recursos para llevarla a cabo. Los criterios que se establezcan para materializarla deben considerar el
cumplimiento de las funciones para las cuales se concibe en la forma más adecuada en consonancia con
los recursos disponibles y con el nivel de seguridad compatible con las consecuencias que una eventual
falla pudiera provocar. El proyecto estructural implica entonces algo más que la definición de las
características de las partes y componentes de una edificación. Significa también la definición de los
límites más allá de los cuales el comportamiento de un miembro o de toda la estructura es inaceptable.
Estos Estados Límites constituyen el fundamento de los métodos de proyecto de las normas
estructurales internacionales como nacionales.
Establecidos los Estados Límites relacionados con la seguridad (Estado Límite de Agotamiento
Resistente) y el funcionamiento adecuado (Estado Límite de Servicio) entre otros, se deben estudiar
todos aquellas acciones que pueden llevar a la edificación a un Estado Límite. En la revisión de la
seguridad de una estructura deberá considerarse el efecto combinado de todas las acciones que puedan
ocurrir simultáneamente, tomándose para el análisis y el diseño las combinaciones que produzcan los
efectos más desfavorables. Véase la Tabla No. 3 de la Norma Venezolana 2004, y el Capítulo C.8 de la
Norma Venezolana 1618.
3.2.2 Clasificación de las acciones
Para poder formar las hipótesis de solicitaciones o las combinaciones de cargas, como también
se las identifica, en la Norma Venezolana 2002, se clasifican las acciones en función de la variación de
su intensidad máxima en el tiempo en:
Acciones Permanentes, CP, y
Acciones Variables (CV y CVt); Norma Venezolana 2002
Acciones Accidentales: Viento, W ; Norma Venezolana 2003
Sismo, S; Norma Venezolana 1756
Acciones reológicas y acciones térmicas, CT, Norma Venezolana 2002
3.2.3 Hipótesis de solicitaciones
Para las estructuras de acero, las combinaciones de diseño están definidas en el Capítulo 10 de
Norma Venezolana 1618, tal como se indican a continuación; en algunas estructuras para uso industrial,
es necesario especificar adicionalmente, hipótesis de solicitaciones durante el montaje, la prueba de los
equipos, y las condiciones particulares de operación.
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Hipótesis de solicitaciones
Fórmula
1.4 CP
1.2 CP + 1.6 CV + 0.5 CVt
1.2 CP + 1.6 CVt + (0.5 CV ó 0.8 W)
1.2 CP + 1.3 W + 0.5 CV + 0.5 CVt
0.9 CP + 1.3 W
1.2 CP + g CV + S
0.9 CP + S
1.2 (CP+CF+CT) +1.6 (CV+CE)+ 0.5 CVt
(10-1)
(10-2)
(10-3)
(10-4)
(10-5)
(10-6)
(10-7)
(10-8)
Nota: Cuando en el cálculo de las acciones del
viento, W, se considere el factor de
direccionalidad, se usará 1.6 W en lugar de
1.3 W, en las combinaciones (10-4) y (10-5).
En la Figura 3.9 a) se indican las cargas que deben considerarse en el proyecto de un galpón con
puente grúa: Las cargas gravitacionales, representadas por el peso propio del techo, CP, y las cargas
variables de techo, CVt, que actúan en proyección horizontal, las del viento, W, en el techo y en las
paredes es normal a las superficies donde actúa. Conservadoramente, se ha supuesto que el viento en la
fachada de barlovento (lado desde donde sopla el viento) es uniformemente distribuido. Se indican
también las reacciones verticales y horizontales producidas por la operación del puente grúa (no se han
representado las fuerzas longitudinales de la grúa), y finalmente el peso propio de las columnas.
En las Figuras 3.9 b) y c) se representa la distribución de las cargas uniformes en cargas
puntuales sobre los nodos de la viga de celosía. Nótese que las magnitudes de las presiones del viento
son diferentes en magnitud en techos que en fachadas, y normalmente los máximos valores no se
alcanzan simultáneamente. También son diferentes las magnitudes en barlovento que en sotavento
(lado opuesto al de donde sopla el viento). Por esta razón se prefiere hacer un análisis por separado, para
la estructura del techo y otro para la estructura de las fachadas. Adicionalmente, el proyectista deberá
considerar si es factible que se presente la máxima carga variable sobre el techo, CVt, simultáneamente
con la máxima velocidad del viento, W; lo más probable es que cuando el viento alcance cierta
velocidad, por razones de seguridad industrial se suspendan las labores de mantenimiento del techo.
En la Figuras 3.9 d) y c) se representan los diagramas de momento sobre las columna para el
caso de viento y grúa vertical, respectivamente. Esta situación justifica la conveniencia y práctica de
analizar por separado cada caso de carga y luego, a criterio del ingeniero, combinarlos para formar las
hipótesis de solicitaciones. Nuevamente se plantea la necesidad de tener un viento de servicio y un
viento de agotamiento, porque es poco probable que bajo un temporal, con fuertes ráfagas de viento, la
grúa esté operando.
En el caso particular de las reacciones de la grúa, hay que considerar si está en movimiento o
estacionaria. Cuando está en operación, las cargas verticales deben incrementarse para tomar en cuenta
el efecto de impacto vertical. Cuando la grúa frena, actúan las reacciones horizontales, y las cargas
verticales se consideran no impactadas. También hay que considerar que en cada apoyo, las magnitudes
de las fuerzas verticales, impactadas o no, son diferentes, es decir cuando en un apoyo, digamos el
derecho, actúa la máxima reacción de la grúa, en el otro apoyo, el izquierdo, actúa la menor reacción de
la grúa. Luego hay que hacer varias combinaciones, para garantizar que se han considerado todos los
posibles estados de cargas. Tanto al ingeniero estructual como al de fundaciones, les interesa considerar
los casos máximos y mínimos sobre las columnas y sus fundaciones.
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W
W
W
W
CVt
CP
Articulada
Reacciones
de la grúa
CP
Empotrada
Barlovento
Viento
CP
Cargas verticales,
CP + CVt
d1
Sotavento
a) Acciones
d1
P1
P1
Viento, W
P1
P1
P1 > P2
P2
L1
Diagrama
de momentos
en la columna
Viento sobre fachadas
d2
d2
L1 - (L2 / 2)
P2
M1
M1
P2
M 1 > M2
M2
L2
L1
Diagrama
de momentos
en la columna
M1
Momentos producidos por la grúa
Figura 3.9 Acciones sobre las estructuras
3.2.4 Acciones permanentes, CP
Para la determinación de las cargas permanentes se utilizarán los pesos reales de los materiales y
los componentes constructivos. En ausencia de una información más precisa por parte de los
fabricantes, se adoptarán los valores de la Norma Venezolana 2002.
Cuando en las mezzaninas la posición y tipo de tabiques no esté definido, se usará una carga
distribuida equivalente de 150 kgf/m2 sobre la losa. Cuando los tabiques sean de tipo liviano con un
peso menor de 150 kgf/m, la carga distribuida equivalente podrá reducirse a 100 kgf/m2.
Para efectos del prediseño de un galpón pueden considerarse los siguientes valores: Peso de
techos con lámina metálica, 7 kgf/m2 ; peso de los arriostramientos del techo, 5 kgf/m2.
Antes del advenimiento del computador, era frecuente encontrar en la literatura técnica muchas
propuestas de fórmulas para estimar el peso propio de las vigas de celosía utilizadas en los galpones,
desde las más simple de considerar que el peso propio es igual a la luz entre apoyos verticales, pero
expresada en kgf/m2, hasta las más elaboradas [Beyer y Gutiérrez, 1990]. Hoy en día, los programas
incorporan automáticamente los pesos de todos los componentes del modelo estructural.
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3.2.5 Acciones variables, CV y CVt
Las cargas, CV, que representan las acciones variables debido al uso y ocupación de la
edificación, incluyendo las cargas debidas a objetos móviles y el equipamiento que puede cambiar de
sitio, están definidas en el Capítulo 5 de la Norma Venezolana 2002. Véase su Figura C-5.2.
Las cargas variables para azoteas y techos, CVt, están definidas en la Sección 5.2.4 de la
mencionada Norma, y por su importancia en el diseño de galpones se transcriben a continuación:
Uso del techo o azotea
CVt, en kgf/m2
1. Destinado a un uso determinado
CV correspondiente al uso,
pero no menor de
100 kgf/m2
2. Techos inaccesibles
salvo con fines de mantenimiento
2.1 Techos metálicos livianos,
peso propio menor de 50 kgf/m2.
Ver Nota.
2.2 Otros tipos de techos
Peso propio igual o mayor
de 50 kgf/m2
Pendiente < 15 %
Pendiente > 15 %
Nota:
40
100
50
Las correas deben verificarse para una carga
concentrada de 80 kgf ubicada en la posición
más desfavorable. Esta carga no debe
considerarse actuando simultáneamente con la
carga uniforme indicada.
3.2.6 Acciones variables debidas a impacto
En ausencia de los datos técnicos del fabricante de los equipos, las cargas variables se
incrementarán para tomar en cuenta los efectos de impacto y frenado en los rieles de las grúas y en la
estructura que los soporta, según lo dispuesto en el Artículo 5.4 de la Norma Venezolana 2002.
3.2.7 Acciones reológicas y de temperatura , CT
Por lo general las acciones reológicas y térmicas son poco significativas en edificaciones que no
exceden los 60 a 80 m en cualquiera de sus dimensiones, cuando se exceda este valor límite, pueden
disponerse juntas de expansión o colocar arriostramientos, como se muestra en la Figura 3.10 Sin
embargo por buena práctica de ingeniería se tomarán las precauciones necesarias para compatibilizar
los cambios de temperatura con las condiciones de servicio de la estructura, como se indica en la
Sección 7.6.4 Detalles constructivos de la presente publicación.
Cuando sea necesario calcular las solicitaciones debidas a los cambios de temperatura pueden
utilizarse los valores de la Tabla 3.2.
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Junta de expansión
a) Uso de juntas de expansión
Vista en elevación
b) Uso de arriostramiento
Figura 3.10 Edificios de más de 60 a 80 m de longitud
TABLA 3.2 COEFICIENTE DE DILATACIÓN TÉRMICA DE ALGUNOS MATERIALES
MATERIAL
Acero
Aluminio
Concreto
Granito
Mampostería (ladrillos)
Mármol
3, 1/ ºC
12.0 x 10
23.1 x10-6
14.3 x 10-6
-6
8.0 x 10
-6
5.5 x 10
1.0 x 10-6
-6
3.2.8 Acciones accidentales debidas al viento, W
El efecto del viento sobre las construcciones se refiere a la acción accidental que produce el aire
en movimiento sobre los objetos que se le interponen, y consiste, de empujes y succiones, como se
muestra en la Figura 3.11.
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Succión
Barlovento
Sotavento
Elevación
Succión
Isometría
Barlovento
Empuje
Sotavento
Planta
Succión
Figura 3.11 Acciones del viento sobre un galpón
Las construcciones proyectadas para resistir la acción del viento deberán permanecer estables,
entendiéndose por estable cuando la variación de esta acción no ocasione deformaciones excesivas o
tensiones que agoten la resistencia de los componentes o de la estructura en su totalidad. También es
importante minimizar las vibraciones indeseables que perturben la comodidad de los ocupantes o que
puedan causar daños a los componentes no estructurales.
Además de las vulnerabilidades citadas en el Comentario C-3 de la Norma Venezolana 2003,
una causa frecuente de fallas estructurales es la falta de un sistema de arriostramientos en techos y
fachadas. Especialmente en los voladizos (Ver Figura 3.12), en estructuras atirantadas y estructuras
livianas, el viento puede contrarrestar las cargas gravitacionales y producir compresión en miembros
diseñados a tracción o sin los debidos arriostramientos laterales.
En un contexto más amplio del riesgo, debe alertarse sobre las ubicaciones inseguras, tales como las
crestas de cerros, colinas, barrancos o cerca de ríos. Los declives inclinados y los bordes de precipicios
deben ser evitados al igual que los valles de lados inclinados donde se producen velocidades de viento
excepcionalmente altas.
En la Tabla 3.3 es una guía de aplicación de la Norma Venezolana 2003. En el Apéndice C de la
Norma, el Ejemplo C1 ilustra el uso de la Norma para determinar las acciones por viento, utilizando
como velocidad básica 100 km/h. Para fines prácticos de prediseño del sistema resistente a viento se
podrá tomar como acción mínima en condiciones de servicio, 45 kgf/m2 en lugar de los 30 kgf/m2
establecidos en la Subsección 6.2.2.1.
Como se puede comprobar en el mencionado ejemplo, las acciones del viento sobre los
cerramientos y los componentes, tales como las correas, están en el orden de 2 a 3 veces las del sistema
resistente a viento.
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ional
ascens
Fuerza cción)
(Su
Presión interna
El voladizo del techo esta sometido a
presión ascensional por arriba y por abajo
VIENTO
Las ventanas abiertas o rotas en el costado de
barlovento del edificio crean mas fuerzas
ascensionales contra el techo
Figura 3.12 Naturaleza de las presiones eólicas
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TABLA 3.3 GUÍA PARA EL USO DE LA NORMA VENEZOLANA 2003
ACCIONES DEL VIENTO SOBRE LAS CONSTRUCCIONES
1 Hipótesis sobre las acciones del viento (Art. 3.1).
2 Clasificación de las edificaciones según el uso y obtener el factor de importancia
asociado (Cap. 4; Art. 4.1 y Tabla 4.1.2).
3 Clasificación según las características de respuesta de las estructuras (Art. 4.2).
Clasificación de la zona de ubicación de la estructura según el Tipo de
4 exposición al viento (Art. 5.2) y obtención de los parámetros asociados
(Tablas 6.2.3 y 6.2.4.1).
5
Seleccionar la Velocidad básica del viento según la localidad geográfica donde
está la estructura a ser proyectada o existente (Tablas 5.1 y C-5.1, Figura 5.1)*.
7 Obtención de los coeficientes Cp para los sistemas resistentes al viento
(Tablas 6.2.5.1).
8 Determinar las fórmulas aplicables en la Tabla 6.2.2. (a) para el sistema resistente
al viento. Las fórmulas se explican en las Secciones 6.2.3 a 6.2.4.1. de la Norma.
Análogamente proceder con los componentes y cerramientos de las construcciones:
Tipo de Exposición (Tabla 5.3.2).
Fórmulas de diseño (Tabla 6.2.2.b).
9
Coeficientes de empuje y succión (Tablas 6.2.5.2a) a d); Subsección 6.2.5.3.
Factor de respuesta ante ráfagas (Subsección 6.2.4.2).
* Ver párrafo más adelante sobre la actualización del Mapa de velocidades.
En la Norma Venezolana 2003 Acciones del Viento sobre las Construcciones se consideró que
Venezuela no estaba expuesta a los embates catastróficos de huracanes, y que mediante el uso de un
Factor de importancia, para modificar el período medio de retorno y el incremento del 10 % para las
zonas costeras, quedaba cubierta cualquier eventualidad en lo que a tormentas tropicales (vientos
sostenidos con velocidades de 63 a 119 km/h) y huracanes tropicales (vientos sostenidos de más de 119
km/h) se refiere.
Sin embargo debido al calentamiento de las aguas del Océano Atlántico en la Zona de
Convergencia Intertropical se ha registrado un incremento en el número de tormentas tropicales y
huracanes que nacen por debajo del paralelo 10º N, incrementándose por tanto la probabilidad de que
afecten al territorio venezolano, lo cual justifica que hasta tanto no se revise y actualice la Norma
Venezolana 2003, se recomienda utilizar para un período medio de retorno de 50 años, las siguientes
velocidades básicas para el diseño de galpones [Gutiérrez, 2006 (a) y 2007]:
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a) En las regiones costeras, V > 100 km/h;
b) Para los Estados Miranda y Yaracuy, V > 90 km/h.
Huracán Ivan (2004)
Tormenta Tropical Brett (1993)
Tormenta Tropical Joan (1988)
Tormenta Tropical Alma (1974)
Huracán (1933)
Huracán (1892)
Huracán (1877)
20 0
4
1877
1892
1988
1993
1933
Mar Caribe
Aruba
Antillas
menores
Curazao
Bonaire
Trinidad y
Tobago
1974
Colombia
Venezuela
Figura 3.13 Trayectorias de perturbaciones tropicales que han afectado a
Venezuela en los siglos XIX a XXI [Gutiérrez, 2006]
Otro aspecto abordable de inmediato, es la actualización de las combinaciones de solicitaciones
indicadas en la Figura C-3.2 de la Norma Venezolana 2003, adecuadas mientras estuvo vigente la
Norma COVENIN 1618:1982, en el formato del Método de las Tensiones Admisibles, pero que ahora
deben estar en consonancia con la Norma Venezolana 1618:1998. También debe introducirse el factor
de direccionalidad del viento, como se indica en la nota de la Tabla.3.4.
La notación correspondiente a las combinaciones de la Tabla 3.4 es:
CP
Solicitaciones gravitacionales permanentes.
CVt
Solicitaciones gravitacionales variables sobre el techo.
W
Solicitaciones por viento.
CT
Solicitaciones térmicas, reológicas o sus combinaciones.
Gv
Solicitaciones gravitacionales de la grúa, incluido el efecto de impacto.
Gt
Solicitaciones laterales de la grúa, que actúan normalmente a la viga carrilera en uno
u otro sentido.
GL
Solicitaciones longitudinales de la grúa, que actúan paralelamente a la viga carrilera
en uno u otro sentido.
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TABLA 3.4 ACTUALIZACIÓN DE LAS HIPÓTESIS DE SOLICITACIONES
QUE INCLUYEN VIENTO, W.
Norma Venezolana 2003 (Figura C-3.2)
VIGAS O
CELOSÍAS
DEL TECHO
VIGA - CARRIL
VIGAS O
CELOSÍAS
DEL TECHO
VIGA - CARRIL
COLUMNAS
DE LA
ESTRUCTURA
MÉNSULA
COLUMNAS
PARA APOYAR
LA VIGA - CARRIL
COLUMNAS
DE LA
ESTRUCTURA
b) Caso 2
a) Caso 1
Viga carril apoyada en las columnas de la estructura
(Columnas en bayoneta o con ménsulas)
Vigas carril apoyadas en columnas independientes
de la estructura (Columnas de sección compuesta)
1) 1.4 CP
1) 1.4 CP
2) 1.2 CP + 1.6 CVt
2) 1.2 CP + 1.6 CVt
3) 1.2 CP + 0.5 CVt + 1.6 GV
+ 0.4W
4) 1.2CP + 0.5CVt +1.6Gt + 1.6 GL
+ 0.4 W
3) 1.2 CP + 0.5 CVt + 1.6 GV + 0.4W
4) 0.9 CP + 1.6 W
5) 1.2 CP + 1.6 W + 0.8CT
5) 0.9 CP+ 1.2 CT
6) 1.2 CP + 0.4W + 1.2 CT
6) 1.2 CP + 1.6W + 0.8 CT
7) 0.9CP + 1.6W
7) 1.2 CP + 0.4 W+ 1.2 CT
8) 0.9 CP + 1.2 CT
8) 1.2 CP + 0.5 CVt + 1.6GV + 0.4W +1.2 CT
9) 1.2 CP + 0.5 CVt + 1.6GV + 0.4W + 1.2 CT
10) 1.2 CP + 0.5CV + 1.6Gt + 1.6GL
Norma Venezolana 1618:98 , Artículo 10.3 :
1.2CP + 1.6 W + 0.5 CV + 0.5 CVt
(10-4)
Nota.- Esta Tabla supone que en el cálculo de W se ha incorporado al factor de direccionalidad del viento. Cuando no sea
así, debera usarse 1.3W y 0.3W en lugar de 1.6W y 0.4W, respectivamente. Véanse las Normas 1753:2006 y
CANTV 2007.
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Ejemplo 3.1
Estimar las fuerzas por viento según la Norma Venezolana 2003 del módulo de 6 m del galpón
mostrado, suponiendo Tipo de exposición C; Grupo B (α = 1.0), y velocidad básica del viento, V = 100
km/h. El módulo del galpón es de 6 m.
4
3.7
3
2
8
25 5
.85
7
191
.89
5
8
1
6
9
2.50 m
186.30
38
496.80
W
341.55
.74
447
5.0 m
5.0 m
20 m
20 m
W, kgf/m
2686.44 2302.68 1535.10 1151.34
2049.30
Solución
2980.80
1117.80
W, kgf
1. Consideraciones preliminares.
Como se trata de un prediseño se usará la Norma de manera simplificada. Para un análisis más
exhaustivo, véase el Ejemplo C1 del Apéndice C de la Norma Venezolana 2003.
Según las figuras de la Tabla 6.2.5.1 y la Tabla 6.2.2.(a) , la presión o succión por viento, en
fachadas es p = q Gh Cp
La presión dinámica según la Fórmula (6-7) es: q = 0.00485 Kz V2
En función de h, se determinan los valores de Kz y Gh.
De la geometría del galpón, h = 5 + 5 + (0.5 x 2.5) = 11.25 ≈ 11 m
Con el valor de h, de la Tabla 6.2.3.1, Kz =1.033; de la Tabla 6.2.3.2, Gh = 1.239
Entonces,
q = 0.00485 x 1.033 x 1.0 x 1002 = 50.1 kgf/m2
q Gh = 50.1 x 1.239 = 62.1 kgf/m2
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2. Fuerzas por viento
Las fuerzas por viento calculadas con las Fórmulas (6.2a), (6.2b), y (6.1) se han organizado en la
siguiente Tabla, expresadas en kgf/m ó kgf, según lo requiera el usuario. Las solicitaciones resultantes
del análisis estructural, deberán combinarse de acuerdo con el Capítulo 10 de la Norma 1618:1998 (Ver
numeral 3.2.3, del presente Capítulo).
Los coeficientes Cp se han tomado de la Tabla 6.2.5.1 para las paredes y fachadas con L/b = 20/6
= 3.33 3 , y de la Tabla 6.2.5.11 , con q = arctg (2.5/10) = 15.6º ≈ 20 .
CÁLCULO DE LAS FUERZAS POR VIENTO, W
Tramo
L
m
A
m2
Cp
(qGh) Cp L
kgf/m
W= (qGh)CpA
kgf
2-3
3-4
4-5
5-6
5-7
7-8
8-9
5.0
10.3
10.3
10.0
10.3
10.3
10.0
30.0
61.8
61.8
60.0
61.8
61.8
60.0
0.8+0.3 = 1.1
- 0.7
- 0.6
0.8
- 0.4
- 0.3
- 0.3
+ 341.55
- 447.74
- 383.78
+ 496.80
- 255.85
- 191.89
- 186.30
+ 2049.30
- 2686.44
- 2302.68
+ 2980.80
- 1535.10
-1151.34
- 1117.80
Nota.- A = L x módulo de 6 m.
3.2.9 Acciones accidentales debidas a sismos, S
Las normas de diseño sismorresistente en acero han incorporado las enseñanzas dejadas por los
terremotos de Miyagi-ken-oki, Japón, 1978; Northridge, USA 1994 y Kobe, Japón 1995. Cuando no
hay mezzaninas, puede utilizarse el método estático equivalente considerando el techo como diafragma
flexible, y en consecuencia las fuerzas sísmicas se distribuyen entre las líneas resistentes en proporción
a sus áreas tributarias . Si bien los techos son livianos, debe verificarse que la estructura del galpón
cumpla con los requisitos de desplazabilidad del Capítulo 10 de la Norma Venezolana1756. Cuando se
tienen galpones con mezzaninas, deben incluirse los efectos de torsión en planta, pudiéndose utilizar el
método de la torsión estática equivalente de la Norma.
El terremoto de Friuli, Italia 1976, demostró la importancia de una estructuración regular, de
mantener la continuidad de los arriostramientos del techo en las fachadas, como se explica más adelante
en el Capítulo 4, y la conveniencia de usar conexiones precalificadas en las uniones de las vigas a las
columnas.
En la página web de Funvisis, se puede descargar la Norma Venezolana 3621:2000 Diseño
Sismorresistente de Instalaciones Industriales, que complementa a la Norma 1753: 2001 Edificaciones
Sismorresistentes.
El círculo de los nueve puntos de la Figura 3.14 (eneagrama [Bennett, 1983]; círculo de Euler
[Amster, 2004]) es una guía apropiada para la aplicación de la Norma COVENIN 1756:2001, porque
tiene la ventaja sobre los enfoques tradicionales de permitir múltiples enfoques. Así por ejemplo la ruta
142857 corresponde a la visión del proyectista estructural, la 45678 a la de los materiales y la ruta 1 a 8,
a la visión funcional del proyecto.
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EFECTO
CAUSA
(interior)
(exterior)
9
Pr
Construcción
y
Mantenimiento
Ingeniero (Responsabilidades, Cap 1 y C-1)
Norma (Filosofía, Cap 3, C-3.5)
ac
ión
Propós
itos y
Me
)
tas
a3
(6
(1
a9
)
ar
1 Zonificación
sísmica
(Cap 4)
ep
8
2
Diseño 7
y
Detallado
Terreno
de
Fundación
(Cap 5)
Controles 6
y
Verificaciones
(Cap 10; 8.5; 9.7.7)
3 Estructura
(Cap 6
Art 6.1; 6.3;
Nivel de
Diseño)
Métodos
de
análisis
(Art 8.7, 8.8
y Cap 9)
5
4
Acción sísmica
(Art 7.2, Espectro)
Acción (4 y 5)
Figura 3.14 Guía para la aplicación de la Norma COVENIN 1756:2001
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Ejemplo 3.2
Calcular las fuerzas sísmicas para el galpón mostrado a ser proyectado para la Zona Sísmica 5
según la Norma Venezolana 1753:2001, y a ser fundada sobre un suelo duro a denso, con
velocidad promedio de ondas de corte, Vsp > 400 m/s y H = 48 m. La clasificación según el uso
es Grupo B1. De un análisis previo, se obtuvieron los siguientes pesos. La grúa tiene una
capacidad Q = 20000 kgf
Componente
Nivel
Techo
Columnas
Grúa
3
2
1
Altura, m
Peso, kgf
12.3
7500
11.0
2500
9.0
30000
Peso total, W = 40000 kgf
Notas.- El peso del techo y el de la grúa se consideran aplicados
en sus baricentros. Se concentra la mitad del peso de las
columnas a nivel del cordón inferior del techo. No se
incluye la carga de Q, porque se considera que está
aislada por el cable y es muy baja la probabilidad de que
actúe simultáneamente con el sismo de diseño.
Ft
F3
4m
F2
F1
3m
V3
V2
V1
8m
Fuerzas
Sísmicas
Corte
Sísmico
1. Parámetros sísmicos
De la Tabla 4.1 , Ao = 0.30
De la Tabla 5.1, forma espectral S2 con factor de corrección j = 0.90
De la Tabla 7.1 , b = 2.6
To = 0.17 seg.
T* = 0.7 seg.
p = 1.0
De la Tabla 6.1, a = 1
De la Tabla 6.2, ND3
De la Tabla 6.4, R = 6
2.
3 - 26
Valores espectrales de diseño
Período fundamental, según la Fórmula (9.6). 1
De la geometría del galpón, se obtiene h = 15 - 3 (4) = 13.7 » 14 m.
Ta = Ct hn 0.75 = 0.08 x140.75 = 0.579 seg.
Como R > 5, según la Tabla 7.2, T+ = 0.4
Tomando T = Ta , la ordenada Ad del espectro de diseño queda definida por la Fórmula (7.2)
porque T+ < T < T*
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a j b Ao
= 1 x 0.9 x 2.6 x 0.30 = 0.117
6
R
3. Coeficiente sísmico
De la Sección 9.3.1, se tomará el mayor valor de µ entre:
Ad =
µ = 1.4
n+9
2 n + 12
= 1.4
3+9
2 x 3 + 12
T -1
1
1
µ = 0.80 + 20
= 0.80 + 20
T*
= 0.933
0.579 - 1
0.7
= 0.791
Según el Artículo 7.1, Cmín > α Ao /R = 1 x 0.30/ 6 = 0.05
Del Artículo 7. 1 y la Sección 9.3.1, el coeficiente sísmico es
C = µ Ad = 0.933 x 0.117 = 0.109 > C mín
4.
Corte basal y Fuerza de tope
De la Sección 9.3.1, Vo = µ Ad W = C W = 0.109 x 40000 = 4360 kgf
De la Sección 9.3.3,
T - 0.02 V
Ft = 0.06 T*
º
acotada entre 0.04 Vo < Ft < 0.10 Vo
T - 0.02 V
Ft = 0.06 T*
º = 0.0293 Vo , luego Ft = 0.04 x 4360 = 14.4 » 15 kgf
5. Fuerzas y cortantes sísmicos
La Fórmula (9-11) de la Norma Venezolana 1753 se organiza en la siguiente planilla:
Fuerzas y Cortes de diseño en dirección: X
Nivel
3
2
1
(Vo Ft ) = 4345 kgf
hi
Wi
Wi h i
m
kgf
kgf m
Wi hi
Wjhj
12.3
11.0
9.0
7500
2500
30000
40000
92250
27500
270000
389750
0.237
0.070
0.693
1.000
Fi
Ft
Vi
kgf
1030
304
3011
4345
15
-
1045
1349
4360
Notas.- La columna Fi, es el producto de Wi hi (Vo- Ft).
Wjhj
Para la validación de los resultados, observar la sumatoria de las columnas:
Wi hi/ Wj hj debe sumar 1.00; Fi debe ser igual a (Vo-Ft); y Vi en el nivel 1 debe ser igual a Vo.
6. Control de los desplazamientos
Con las fuerzas sísmicas o el corte sísmico, según la opción que maneje el programa de análisis
estructural, se controlan los desplazamientos laterales de la estructura, según las disposiciones del
Capítulo10 de la Norma Venezolana 1753:2001.
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3.2.10 Estado Límite de Servicio
Cuando una edificación alcanza el Estado Límite de Servicio, se interrumpe la función de la
edificación, ya sea por daños locales o deterioro de componentes de la edificación y el disconfort de los
ocupantes. El abordaje tradicional a los Estados Límites de Servicio está asociado a los llamados
criterios de rigidez, es decir, al control de la deformabilidad por desplazamientos verticales,
horizontales de la estructura, o de la vibración indeseable en las mezzaninas.
Cuando se cumple con los requisitos sismorresistentes de la Norma Venezolana 1756, el
desplazamiento lateral queda controlado. De igual manera al cumplir con las pendientes y drenajes
especificados en Norma Venezolana 3400, se evitan los problemas de flecha vertical por agua
estancada. En el Capítulo C-8 de la Norma Venezolana 1618:1998 se encuentran tablas con las flechas
máximas recomendadas.
El Ingeniero estructural deberá evaluar en cada caso cuando es necesario dar una contraflecha a
la estructura. Así por ejemplo para una viga de celosía de 18 m de luz, la contraflecha en el centro de la
misma puede ser del orden de L/300, es decir, de 6 cm.
Cuando el proyecto de galpón contempla el uso de puente grúas, los controles de flecha
requeridos para el correcto funcionamiento de los equipos contribuyen a rigidizar la estructura.
Las acciones reológicas y térmicas son poco significativas en galpones que no excedan los 60 m
en cualquiera de sus dimensiones. Sin embargo, por buena práctica de ingeniería se tomarán las
precauciones necesarias para compatibilizar los cambios de temperatura con las condiciones de servicio
de la estructura.
En el numeral 7.6.4 se dan algunos detalles constructivos para compatibilizar las estructuras de
acero con los cerramientos de mampostería.
Es muy útil conocer las magnitudes de las deformaciones impuestas por el sistema constructivo
y los asentamientos diferenciales en las fundaciones. A título orientativo, y a menos que el Ingeniero de
Suelos lo establezca de otra forma, los efectos de los asentamientos diferenciales admisibles en
estructura serán los indicados en la Figura 3.15, expresados en términos de la deformación angular
entre apoyos continuos. Para fisuras y grietas en estructuras de concreto, véase el Capítulo XVI de
[Porrero, et al, 2004].
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DISTORSIÓN ANGULAR
1/100
1/200
1/300
1/400
1/500
1/600
1/700
1/800
1/900
DIFICULTADES PROBABLES CON
MAQUINARIA SENSIBLE A
ASENTAMIENTOS
LÍMITE PELIGROSO PARA PÓRTICOS
CON DIAGONALES
LÍMITE SEGURO PARA EDIFICACIONES EN LAS
QUE NO SE PERMITAN FISURAS Y GRIETAS
LÍMITE EN QUE DEBEN ESPERARSE LAS
PRIMERAS FISURAS Y GRIETAS EN PAREDES
LÍMITE EN QUE SE DEBEN ESPERAR
DIFICULTADES CON GRÚAS VIAJERAS
LÍMITE EN QUE SE DESPLOMAN LAS EDIFICACIONES
ALTAS Y RÍGIDAS
AGRIETAMIENTO CONSIDERABLE EN PANELES
Y PAREDES DE MAMPOSTERÍA
LÍMITE SEGURO PARA PAREDES FLEXIBLES
DE MAMPOSTERÍA
LÍMITE EN QUE SE DEBE TEMER DAÑO ESTRUCTURAL
EN EDIFICACIONES CORRIENTES
Figura 3.15 Asentamientos tolerables [Bjerrum, 1963]
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Capítulo 4
Capítulo 4
CRITERIOS GENERALES PARA EL PROYECTO
ESTRUCTURAL DE GALPONES
4.1 INTRODUCCIÓN
Las estructuras de los galpones son proyectadas y construidas para soportar y resistir las
solicitaciones (fuerzas axiales, momentos y corte), y como se aprecia en la Figura 4.1, las solicitaciones
siempre son transferidas a las fundaciones. Estas solicitaciones son producidas por el peso propio de la
estructura, el uso que se hace de ella, y las fuerzas de la Naturaleza (viento, sismo, lluvia, etc).
Área tributaria del
cerramiento sobre la
correa
Ca
ce rgas
rra
mi sobr
en e
to e
Edificación completa
l
Reacción P
Correa
Viga
principal
Reacción P
P
Re
cio
c
a
s
ne
R
Viga de celosía
R
ció
c
ea
nS
Columna
H
T Reacción T
S
M
Reacciones en la
base
V
Fundación
Figura 4.1 Acciones y solicitaciones sobre un galpón
4-1
apose@alacero.org 27 Feb 2018
4.2 NOCIONES DE ESTABILIDAD DE LOS SISTEMAS ESTRUCTURALES EN ACERO
La estructura debe ser estable en su conjunto y en cada uno de sus componentes. La estabilidad
ha de estar asegurada cualquiera que sea la dirección de las acciones.
A continuación se aborda el estudio de la estabilidad del sistema estructural. La de una
subestructura, como por ejemplo puede ser una viga principal en celosía se ha dado, en la Figura No.5
del Cuaderno L Nº 6 del Manual de Estructuras de Acero del Ing. Arnaldo Gutiérrez; y la de miembros
individuales, como correas y largueros, se tratará en las Tablas 4.1 y 4.3 del presente Capítulo.
Estabilidad vertical
Como se observa en la Figura 4.2a) aún bajo cargas gravitacionales en ausencia de cargas
horizontales, la estructura puede desplazarse lateralmente. La figura de la deformada corresponde a una
viga en voladizo, siendo necesario dotarla de mayor rigidez para controlar su desplazamiento lateral
cuando éste exceda los límites normativos o admisibles. Como consecuencia de este desplazamiento,
como se aprecia en la Figura 4.2b) se incrementa la longitud efectiva de las columnas y por ende,
disminuye su resistencia al pandeo por compresión. La Figura 4.2c) representa una solución al
problema de la desplazabilidad lateral mediante arriostramientos. Además de controlarse la
desplazabilidad, permite mayores cargas. En este caso la deformada de la estructura está controlada por
las conexiones.
Cargas
Cargas
Nu
Nu
kL
Posición deformada
del pórtico en el
instante del pandeo
L
b)
Deformada
a)
4-2
Deformada
c)
Figura 4.2 Estabilidad por cargas verticales
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Estabilidad lateral
Las fuerzas horizontales, como las que generan el viento y el sismo, tienden a desplazarse
lateralmente a las estructuras.
A diferencia de los requisitos de estabilidad vertical donde puede colocarse arriostramiento en una
sola dirección, para la estabilidad lateral y longitudinal debe tenerse muy presente el carácter reversible de
las fuerzas horizontales que exige la disposición de los arriostramientos concéntricos cruzados en X, V o
en arriostramientos excéntricos. Debe entenderse que la estabilidad lateral y longitudinal no se limita
solamente a los planos verticales de la estructura, también incluye el plano horizontal, de pisos o de techos,
en sus cordones superior e inferior, como se observa en la Figura 4.3.
En techos o pisos no arriostrados, las deformaciones no son iguales en todo el perímetro de la
estructura, hay un comportamiento como diafragma flexible. Para garantizar que todos los desplazamiento
de un mismo nivel sean iguales, como se indica en la Figura 4.3b), deben arriostrarse los pisos o techos,
como por ejemplo se muestra en 4.3c) y d). Además del comportamiento del nivel como diafragma rígido,
las vigas quedan arriostradas lateralmente, como se aprecia al comparar las Figuras a) y c).
a)
b)
A
B
C
D
E
F
G
1
2
3
4
5
c)
d)
Figura 4.3 Arriostramiento del techo
4-3
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Existen dos formas de transmitir las fuerzas horizontales a las fundaciones:
I) Directamente,
cuando se dota a la estructura de suficiente rigidez lateral, mediante las
dimensiones de sus vigas y columnas, de manera que sea capaz de trasmitir por si misma todas
las solicitaciones a las fundaciones; ver Figura 4.4a).
II) Indirectamente,
cuando se disponen, preferentemente arriostramientos (Fig.4.4b), o la menos
confiable de la tabiquería (Fig.4.4c).
a) Juntas rígidas
b) Arriostramiento
diagonal
c) Mampostería
Figura 4.4 Arriostramientos laterales
La selección de uno u otro procedimiento depende de varias circunstancias, entre las cuales las
más relevantes son las condiciones del suelo de fundación y las facilidades para la construcción y la
ejecución de las conexiones. Cuando por razones de circulación y del uso del espacio se prefiera el
método directo, las deformadas de la estructura conjuntamente con los diagramas de momentos
flectores serán muy útiles en la escogencia del tipo de solución, como se desprende al comparar los
casos presentados en la Figura 4.5. Véase también la Figura 1.5. La Figura 4.6 contempla otra faceta del
problema: Las vigas de celosía permiten separar más las columnas, con el consiguiente ahorro en
fundaciones, pero plantea al ingeniero estructural la evaluación de la rigidez de la celosía longitudinal
que sirve de apoyo a las celosías transversales.
4-4
apose@alacero.org 27 Feb 2018
h
H
b)
a)
d
A
A
h
A
A
h
N
X
h
X
X
X
d)
H
c)
Figura 4.5 Estudio comparativo de la respuesta de sistemas estructurales
4-5
apose@alacero.org 27 Feb 2018
a)
b)
Figura 4.6 Opciones para la colocación de las vigas de celosía
Los pórticos biarticulados, como el que se presenta como caso 3 en la Figura 4.5, son muy
populares porque resultan estructuras livianas que pueden fundarse en terrenos de poca capacidad
soporte, pero tanto el proyectista como el inspector deben centrar su atención en los nodos rígidos,
donde los momentos son comparativamente mayores que los correspondientes a los de los pórticos
biempotrados. El proyectista estructural deberá tener presente, que en la Tabla 6.4 de la Norma
Sísmorresistente 1753:2001se multiplica por 0.75 el Factor de Reducción de Respuesta, R, cuando se
trata de columnas articuladas en su base. El factor R es diferente cuando en una dirección el sistema
resistente a sismos está formado por pórticos resistentes a momentos y en la dirección ortogonal, por
pórticos arriostrados o pórticos vinculados a muros estructurales de concreto reforzado.
Estabilidad longitudinal
Los arriostramientos que aseguran la estabilidad longitudinal de la estructura se disponen
alineados con las paredes o elementos de cerramiento, en algunas de las variantes que se muestran en la
Figura 4.7.
4-6
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a)
c)
b)
d)
Figura 4.7 Arriostramientos longitudinales
Estabilidad global de la estructura
El carácter reversible de las acciones sísmicas, de viento, o de grúas, exigen la disposición de
arriostramientos diagonales en X, en V o en L, o arriostramientos excéntricos. El uso de los
arriostramientos exige ciertos cuidados para que no resulten contraproducentes, como los que se
enumeran a continuación:
1. Debe existir completa continuidad en elevación, para no propiciar mecanismos de fallas
frágiles por la presencia de irregularidades estructurales como la de entrepisos blandos (poca rigidez) y
de entrepiso débil (poca resistencia). En el caso particular de los galpones, debe existir continuidad
entre los arriostramientos del techo y el de las fachadas, tal como se indica en la Figura 4.8.
4-7
apose@alacero.org 27 Feb 2018
a)
c)
b)
d)
Fig. 4.8 Continuidad entre el techo y las fachadas
4-8
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2. A menos que se estudie la torsión en planta (ver Figura 4.19) y se tomen las precauciones de
proyecto y construcción, preferentemente los arriostramientos deben disponerse simétricamente
(simetría de rigideces y en su ubicación) en la planta.
3. Tener presente que los arriostramientos inciden en: el período natural de la Estructura, T; el
Factor de Reducción de Respuesta, R.
4. Los anclajes de los arriostramientos son los sitios de descarga de las solicitaciones de la
estructura a las fundaciones y el suelo que las soporta. Véase la Figura 4.9.
5. Cuando por algún motivo no pueda darse continuidad en fachada a un arriostramiento del
techo, debe dotarse de suficiente resistencia y estabilidad lateral a los miembros intermedios que
transfieren las reacciones de los arriostramientos del techo, como se indica en el alero de la Figura 4.9.
Figura 4.9 Reacciones en los pórticos arriostrados
En la Figura 4.10, se muestra un ejemplo de cuando puede ser conveniente usar arriostramientos
transversales en los pórticos extremos:
4-9
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(a)
Cupla que resiste
el volcamiento
Q2
e2
e1
Q1
V
Q3
h
V
V
D
(b)
Pórtico Interior
Q1 e1 + Q2 e2
D
V/h
(c)
Pórtico extremo
Figura 4.10 Distribución de las fuerzas en pórticos arriostrados
4 - 10
V/h
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Las soluciones pueden ser multiples, dependiendo de cada proyecto en particular. La Figura
4.11 es la disposición más simple recomendada por el AISC. Para mayor claridad del dibujo no se han
representado las tirantillas de las correas y largueros. Dejamos como tarea al lector, estudiar los casos
presentados en las Figuras 4.12 a 4.14, que pueden ser útiles en galpones de cierta complejidad por la
magnitud de sus dimensiones y cargas.
E
E
E
R
R
R
R
E
E
P
E
E
A
E
S S
E
E
P
P
P
T
T
T
P P
P
E
T
T
E
E
P
P
P
R
P
P
P
T
R
T
FACHADA FRONTAL
E
A
SECCIÓN A - A
Vano típico
PLANTA DEL CORDÓN SUPERIOR
Vano típico
E
E
E
E
E
E
ELEVACIÓN LATERAL
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
PLANTA DE CORDON INFERIOR
Figura 4.11 Modelo de arriostramiento en galpones, según el AISC
4 - 11
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Isometría modificada para mostrar
arriostramiento en el cordón superior y
fachada
S
S
S
S
S
T
T
T
S
S
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
ES
ES
ES
ES
S
T
13
12
nto
Vie
Pórtico arriostrado
,W
Se muestra
sólo el cordón
inferior
ES
ES
ES
ES
11
10
Isometría modificada para mostrar
arriostramiento en el cordón inferior
5
ES
T
ES
S
T
T
7
ES
ES
ES
T
S
S
T
6
9
13
12
8
4
ES
S
ES
S
S
S
S
S
S
T
T
T
S
T
T
T
T
S
T
T
T
S
S
S
S
S
ES
ES
T
ES
T
ES
ES
T
ES
S
ES
ES
ES
ES
ES
ES
3
ES
2
1
W
Vigas
de alero
Planta del arriostramiento
del cordón inferior
Cordón
Inferior
1
2
3
4
Vigas
de alero
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Col.
Col.
Viga de alero
Elevación
Figura 4.12 Estrategias de arriostramientos en galpones
4 - 12
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Sólo se muestra el
cordón inferior
Vigas de alero
Alternativo de
arriostramiento del
cordón inferior
3
2
1
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Vigas de alero
Vigas de
alero
Planta de
arriostramiento
del cordón inferior
Vigas de
alero
3
2
1
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Col.
Col.
Vigas de alero
Elevación
Figura 4.13 Estrategias de arriostramientos en galpones
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S
S
S
S
S
13
S
12
11
S
S
10
S
9
8
S
S
7
S
6
5
4
3
Sólo se muestra el arriostramiento del
cordón inferior
2
1
Vigas de alero
Planta de
arriostramiento
del cordón
inferior
3
2
1
4
5
6
7
8
9
10
11
Col.
Col.
Vigas de alero
Elevación
Figura 4.14 Estrategias de arriostramientos en galpones
4 - 14
12
13
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4.3 CONSIDERACIONES DE ESTABILIDAD PARA LAS ACCIONES DEL VIENTO
Al menosprecio o la falta de entendimiento del efecto del viento sobre las construcciones se
atribuye la deficiente concepción estructural que ha provocado fallas catastróficas como las que se
comentan en la Tabla 4.1 [Martínez Romero y Sánchez Toledo, 1984].
TABLA 4.1 FALLAS ESTRUCTURALES CAUSADAS POR LA ACCIÓN DEL VIENTO
DEFICIENCIA
ESTRUCTURAL
ILUSTRACIÓN
Figura 1a
Cordón inferior del techo sin
arriostramientos
Tensor
Figura 1b
DESCRIPCIÓN
Viento de mediana
intensidad es suficiente para
contrarrestar los efectos
gravitacionales y producir la
compresión del cordón
inferior diseñado como
miembro a tracción
(usualmente con elevada
relación de esbeltez en el
plano perpendicular al
del pórtico).
Articulaciones
Vigas de sección variable
simplemente apoyadas
Columnas
de concreto
Figura 2a
Ma
Ma = 0
Ma = 0
Figura 2b
Ma
Cambios en el diagrama de
momentos, agotan la
resistencia de la sección de
menor altura.
Figura 2c
VIENTO
Ausencia de arriostramientos
laterales o longitudinales
Figura 3b
VIE
NT
O
Figura 3c
Marquesinas, parasoles,
volados, membranas
y cáscaras
Estructuras inestables a las
cargas laterales.
La estructura es inestable al
empuje inferior del viento o
los anclajes no resisten el
efecto de succión.
W
Figura 4a
Figura 4b
Arriostramiento
adicional cuando
hay succión
Correas diseñadas sólo
para cargas gravitacionales
Arriostramiento lateral
adicional del cordón superior
Arriostramiento
adicional cuando
hay succión.
arriostramientos requeridos por montaje
Para evitar fallas por compresión del ala o cuerda
inferior, colocar los arriostramientos laterales adicionales
indicados en la figura.
4 - 15
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4.4 CONSIDERACIONES DE ESTABILIDAD PARA LAS ACCIONES DEL SISMO
La ductilidad inherente al acero puede perderse por prácticas inadecuadas de proyecto,
fabricación o construcción. Por esto es muy importante identificar las fuentes de disipación de energía
en la estructura.
Los criterios sismorresistentes de las Normas Venezolanas 1753:2001 y 3621:2000 son
coincidentes. En los pórticos no arriostrados con Nivel de Diseño ND3, según la Norma Venezolana
1618:1998, la disipación de energía debe ocurrir mediante cedencia por flexión en las vigas, cerca pero
suficientemente alejados de las conexiones viga columna, de manera que las conexiones y las columnas
mismas permanezcan comportándose elásticamente cuando la estructura se deforma bajo las acciones
sísmicas. Véase la Figura 4.15 a).
cedencia
Miembros
que permanecen
en el dominio
elástico
a) Pórtico dúctil
cedencia
Miembros
que permanecen
en el dominio
elástico
b) Pórtico con arriostramientos excéntricos
Figura 4.15 Sistemas sismorresistentes
En los pórticos con arriostramientos concéntricos con ND3, como el mostrado en la Figura 4.16, la
disipación de energía ocurrirá por cedencia a tracción o pandeo por compresión de los arriostramientos.
Las conexiones al igual que las vigas y columnas se diseñan para permanecer elásticas bajo las
deformaciones producidas por el sismo.
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Pandeo
Rigidizador
Cedencia
Viga
Miembros
que permanecen
en rango
elástico
Pórtico con arriostramientos
dúctiles
Diagonal
Articulación plastica
Rigidizador
Rigidizador
Cartela
Viga
Cartela
Viga
Diagonal
Diagonal
Articulación Plástica
Cordón inferior
Articulación Plástica
Figura 4.16 Detalles para asegurar la formación de rótulas plásticos
La Norma Venezolana 1756:2001 permite utilizar diferentes sistemas resistentes en una misma
estructura, tal como se muestra en la Figura 4.17. Como las fuerzas sísmicas tienden a ser más críticas
en la dirección corta, se utiliza como sistemas de resistencia a sismos, pórtico con arriostramiento
concéntrico. Cualquiera que sea el sistema resistente a sismos, es imprescindible que los perfiles a
utilizarse en las estructuras sismorresistentes cumplan con los requisitos de sección plástica del
Capítulo 4 de la Norma Venezolana 1618:1998.
Pórtico
rígido
Pórtico
arriostrado
Figura 4.17 Sistemas sismorresistentes diferentes en una misma estructura
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Otro aspecto a tomar en cuenta, especialmente a efectos de la distribución de las fuerzas
sísmicas entre los miembros de la estructura, es que las solicitaciones sísmicas van a actuar en los
llamados “puntos duros”, es decir, aquellos que oponen resistencia a los desplazamientos y
deformaciones, como se esquematiza en la Figura 4.18 Esta interpretación apoya la necesidad de
distribuir convenientemente, en simetría y rigideces, los arriostramientos para no propiciar efectos
indeseables de torsión en planta, por ejemplo cuando se incorporan mezzaninas en el galpón.
Esta lección fue duramente aprendida en el terremoto de México 1985 [Del Valle, 1989]. En la
Figura 4.19 se muestra una mezzanina y el modelo matemático utilizado para analizar mediante
resortes que representan las rigideces laterales de los pórticos rígidos y pórticos la distribución de las
fuerzas sísmicas por efecto de la torsión en planta.
ARTICULADO
ARTICULADO
EMPOTRADO
EMPOTRADO
6240
3120
ARTICULADO
0
3120 Reacciones
0
ARTICULADO
ARTICULADO
ARTICULADO
a) Pórtico no arriostrado
4440
Reacciones
0
2220
0
0
0
0
2220
0
b) Pórtico arriostrado en su plano
Figura 4.18 Distribución estática de las fuerzas sísmicas en dos modelos de pórticos
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0
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Pórticos arriostrados
Mezzanina
Y
Fy1
Fy2
Fy3
Fy4
Fy5
Fy6
Fy7
Ky1
Ky2
Ky3
Ky4
Ky5
Ky6
Ky7
CENTRO DE RIGIDEZ
Ky3
Fy3
Ky2
Fy2
Ky1
Fy1
CENTRO DE MASA
ORIGEN
X=0
Y=0
X
Figura 4.19 Modelo matemático para el análisis estructural de mezzaninas
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Las enseñanzas más importantes dejadas por el comportamiento de pórticos con arriostramientos
concéntricos durante terremotos se resumen en la siguiente Tabla 4.2:
TABLA 4.2 ENSEÑANZAS DEJADAS POR LOS TERREMOTOS

Bajo la acción de terremotos severos, los arriostramientos y sus conexiones presentan deformaciones
cíclicas inelásticas significativas en el régimen de post-pandeo.

Por efectos de estas rotaciones cíclicas, las rótulas plásticas se forman en el medio del tramo y en el
extremo de los arriostramientos.

En los arriostramientos concéntricos la cedencia y el pandeo ocurren bajo derivas moderadas, entre
0.003 y 0.005, lo que representa un 20% de la deriva correspondiente a un pórtico no arriostrado.

Las deformaciones de post-pandeo ocurren para valores de 10 a 20 veces los de la cedencia.

La falla del sistema de arriostramientos ocurre por fractura en las conexiones o arriostramientos.

Cuando la sección del arriostramiento no clasifica como sección plástica , el pandeo local severo
reduce la ductilidad del sistema estructural.

La falla de los arriostramientos o de sus conexiones resulta en grandes valores de la deriva, que a su
vez impone una fuerte demanda de ductilidad en las vigas, las columnas y las conexiones.

En los sistemas de arriostramientos en V o V invertida, al pandear una diagonal, se desbalancean las
fuerzas y resulta una fuerza neta vertical y flexión en la viga a la cual concurren. También se
incrementa la deriva al punto de dañar o fracturar la estructura. Se recomienda como práctica para
rehabilitar estructuras existentes o mejorar el desempeño de las nuevas, la incorporación de una
columna intermedia o columna cremallera (“zipper column”) a la cual concurren las diagonales
para redistribuir las fuerzas desbalanceadas sobre la viga.

El criterio de diseño basado solamente en diagonales traccionados no debe usarse en diseño
sismorresistente. Resultan miembros de una gran relación de esbeltez, kL/r, que exhiben lazos
histeréticos estrechos con el efecto de “pinza”. Tampoco deben usarse arriostramientos en K, pues al
pandear una de las diagonales, desbalancean la distribución de solicitaciones, resultando una carga
horizontal neta sobre la columna y propiciando la formación de rótulas plásticas en sitios indeseables.

Los arriostramientos deben orientarse alternados en cualquier dirección dadas del sistema
estructural para balancear las fuerzas normales de tracción y compresión.

Cuando la inclinación del arriostramiento con relación a la horizontal sea menor de 30º se
recomienda considerar diagonales en X que comprenden dos entrepisos.

La relación de esbeltez, kL/r, condiciona la forma de los diagramas de histéresis, y por tanto el
desempeño sismorresistente de la estructura:
kL/r < 40 Miembros cortos, diagramas histeréticos anchos y lazos planos.
40 < kL/r < 100 Miembros intermedios
100 < kL/r <120 Miembros esbeltos, diagramas histeréticos estrechos y con lazos estrangulados.
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TABLA 4.2 ENSEÑANZAS DEJADAS POR LOS TERREMOTOS
(CONTINUACIÓN)
 En orden de eficacia, los siguientes miembros de sección abierta se comportan mejor como
arriostramientos: perfiles doble te, te, angulares espalda a espalda o TL.
 Las consecuencias del pandeo de un arriostramiento son:
Se transfiere una carga adicional a la diagonal traccionada incrementando su demanda.
Excesiva rotación en los extremos de los arriostramientos y falla local de las conexiones.
Pandeo local o torsional en el tramo medio de los arriostramientos.
Cuando el pandeo ocurre fuera del plano de la diagonal, daña o destruye los cerramientos y
acabados de la estructura.
 Cuando el pandeo de los arriostramientos no ocurre simultáneamente, se induce una gran
respuesta torsional de la estructura.




En conclusión, puede logarse una disipación de energía y un comportamiento de postpandeo adecuados mejorando los criterios de análisis y cuidando el detallado, como por ejemplo:
1. Cumplir con las relaciones anchura / espesor de los arriostramientos y columnas para
minimizar la posibilidad de pandeo local.
2.
Diseñar y disponer los interconectares de los miembros compuestos usados
En la Tabla 4.3 se recogen los principales requisitos sismorresistentes de la Norma Venezolana
1618:1998 para pórticos con arriostramientos concéntricos (Capítulo 12), y cuya aplicación se muestra
en el Ejemplo 4.1. En el Cuaderno L No. 6 del Manual de Estructuras del Ing. Arnaldo Gutiérrez se
entrega un ejemplo para mostrar el tratamiento de las vigas de celosía que incorporan los efectos de
momentos en las conexiones de sus apoyos, que pueden emular los efectos de las cargas laterales.
TABLA 4.3 REQUISITOS SISMORRESISTENTES PARA PÓRTICOS
CON ARRIOSTRAMIENTOS CONCÉNTRICOS
REQUISITOS
1.Arriostramientos
Relación de esbeltez
Capacidad resistente
2. Conexiones de los
arriostramientos
3. Configuraciones
especiales
(V ó L)
4. Columnas
NIVEL DE DISEÑO
ND1
ND3
kL/r < 6040 /√Fy
0.8 f Nt
kL/r < 8370 / √Fy
fNt
Subsección 12.2.2.1
Subsección 12.3.2.1
Requiere la aplicación de
las combinaciones (10-10)
y (10-11)
Sección 12.2.3
Sección 12.3.3
1.5 veces la demanda de
las combinaciones (10-1) a (10-7)
Combinaciones especiales
para las vigas intersectadas
por los arriostramientos.
Requisitos generales
Adicionalmente a los
requisitos generales,
requisitos especiales,
incluyendo los empalmes.
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Ejemplo 4.1
Predimensionar el arriostramiento concéntrico dispuesto en cruz de San Andrés con Nivel de
Diseño ND1, según el Capítulo 12 de la Norma Venezolana 1618:1998, para un pórtico de un piso, de 6 m
de luz y altura de 3.66 m. Suponer columnas de 300 mm de anchura y vigas de 460 mm de altura. La fuerza
sísmica horizontal aplicada superior izquierdo es de 45000 kgf.
Solución
1. Longitudes del arriostramiento
Longitud entre nodos, L = √6 2 + 3.662 = 7.03 m
Longitud arriostrada en el plano del arriostramiento , LXX = L /2
Longitud fuera del plano del arriostramiento, LYY = 2/3 L
Longitud efectiva, tomando en cuenta las dimensiones de la viga y las columnas,
Lefec = √(600 - 30/2) 2 + (366 - 46/2)2 = 678 cm
2. Fuerzas en el arriostramiento diagonal
Nu = (7.03/6.00) 45000 = 52700 kgf
3. Selección del perfil para el arriostramiento diagonal
Probaremos con 2L 125 x 125 x 9 con A = 46.6 cm2 ;rX = 3.96 cm ; rY = 5.64 cm.
Acero A36, Fy = 2530 kgf/cm2 y Fu = 4080 kgf/cm2
3.1 Diseño por compresión
k Ly = (2/3) 678 = 80.1
ry
5.64
k Lx = 0.5 678 = 85.6 Controla
rx
3.96
L < 6040 = 120; luego < L
r
r
√Fy
máx
Para k LX/rX = 85.6, f Fcr = 1536 kgf/cm2 y f cNt =71600 kgf
Para diseño sismorresistente se tomará 0.8 f cNt =57300 kgf > NU = 52700 kgf.
3.2 Diseño por tracción
Supondremos pernos de ¾ plg. de diámetro.
Área del agujero = (3/4 + 1/8)2.54 = 2.06 cm
An = 46.6 2 x 0.9 x2.06 = 42.9 cm2; Ae = 0.85 An = 36.5 cm2
Ft = 0.75 Fu Ae = 0.75 x 4080 x 36.5 = 111690 kgf > 52700 kgf
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Ae 1.2 x 1.0 x 52700 0.566
=
=
111690
A
;
Ae 36.5 0.921 > 0.566
=
=
A 46.6
El perfil seleccionado también verifica por tracción.
4. Diseño de las conexiones
El diseño de la unión del arriostramiento comprende:
Conexión del arriostramiento a la cartela de unión.
Conexión de la cartela a la columna.
Conexión de la cartela a la viga.
Conexión viga-columna.
La conexión del arriostramiento a la cartela de unión consiste en:
Diseño de los pernos.
Verificación por bloque de corte en los angulares.
Verificación por bloque de corte en la cartela.
Verificación por sección de Whitmore (anchura efectiva).
Verificación por área neta efectiva.
4.5 CORREAS Y LARGUEROS
4.5.1 Correas
Las correas se fijarán al cordón superior por medio de ángulos soldados al cordón y atornillados
en cada una de las correas. En techos con inclinación igual o mayor al 25 % se usarán tirantes formados
por barras de acero de diámetro entre 3/8 y 5/8 plg., con rosca y tuerca en cada uno de sus extremos. Para
luces menores de 6 m se usará un tirante intermedio en el medio de las correas. Para correas mayores de
6 m se usarán dos tirantes situados en los tercios de la luz de las correas. Como se aprecia en la Figura
4.15b y c, los tirantes se comportan como soporte intermedio para la dirección más débil (flexión
alrededor del eje Y-Y), como se muestra en la Figura 4.20 y en el Ejemplo 4.2.
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tirantes
correa
P/3
P/3
P/3
L
L/6
L/3
L/2
L/2
(a) Componentes del momento
perpendicular
(a) Componentes del momento
perpendicular
-
q sen q L / 64
2
(b) Componentes del momento
tangencial
Caso 1. Momentos de una correa con tirantes
en el centro del vano.
0.5q cos q L
Pórtico
Tirante
0.367q sen q L
D
q sen q L2 / 90
-
+
+
2
q sen q L / 360 q sen q L / 120
2
L/3
L/3
L/3
(b) Componentes del momento tangencial
Caso 2. Momentos de una correa con tirantes
en los puntos tercios del vano.
Figura 4.20 Estática de correas con tirantillas
4 - 24
C
Tirante
+
+
q sen q L / 64
B
-
+
2
A
0.367q sen q L
L/2
q sen q L2 / 32
0.1875q sen q L
Pórtico
C
Pórtico
B
0.5q cos q L
q sen q
Tirante
0.625q sen q L
Pórtico
0.1875q sen q L
q sen q
L/2
0.5q cos q L
0.125q cos q L2
0.125q cos q L2
A
L
5q cos q L2
0.111q cos q L2
3q cos q L2 / 32
L/4
Pórtico
Pórtico
0.5q cos q L
Pórtico
Pórtico
0.5q cos q L
q cos q
0.5q cos q L
q cos q
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Los tirantes o tirantillas, como también se les conoce, resisten la componente tangencial del
peso de la cubierta que se aplica en el ala superior de la correa así como el peso propio de esta última,
cuya componente tangencial se aplica en el baricentro de la sección de la correa.Teóricamente, por
tanto, los tirantes deben ser colocados cerca de la resultante de estas dos componentes tangenciales. La
aproximación más práctica es colocar las barras tirantes a la distancia mínima de la parte superior
indicada en los manuales de perfiles de acero para la línea de pernos, y nunca más bajo de este punto,
como se ve en la Figura 4.21.
7”
8
Ti
Tira
n
te
ra n
Ar
te
an
A
A
de
l as
bis
el
Angulares abrazaderas
Sección A - A
a) Correas C con tirantes y angulares de soporte
Cercha
Cercha
Cercha
Cumbrera
Cercha
Cumbrera
Cumbrera
Alero
b) Diversas disposiciones de los tirantes
Figura 4.21 Disposición y detallado de tirantillas
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Ejemplo 4.2
Diseñar la correa de un techo industrial con las siguientes características
Separación entre pórticos, L = 6 m
Separación entre correas, s = 1.80 m
Inclinación del techo, α = 10º
Flecha admisible, Dmáx < L / 360
Acción del viento, W = - 30 kgf/m2
Peso del material de cubierta, 10 kgf/m2
Solución
Carga variable sobre el techo, CVt = 40 kgf/m2
PVt = 80 kgf
1. Hipótesis de solicitaciones ( Artículo 10.3, Norma Venezolana 1618:1998)
Supondremos un perfil IPE 160 en acero A36 , con peso propio de 15.8 kgf/m
Caso 1 Carga uniforme
qu = 1.2 CP + 1.6 CVt = 1.2 (10x1.80+15.8)+1.6(40x1.80) = 155.8 kgf/m
Caso 2 Carga puntual por montaje y mantenimiento (Subsección 5.2.42, Norma Venezolana 2002)
qu = 1.2 CP + 1.6 PVt = 40.56 kgf/m + (1.5 x 80= 128 kgf)
Caso 3 Acción del viento, suponiendo que no se ha incluido el efecto de direccionalidad
qu = 1.2 CP + 1.3 W + 0.5 CVt
1.2 (10x1.80+15.8) +1.3 (-30 x 1.80) +0.5 (40 x1.80) = 6.36 kgf/m
El signo positivo de qu indica que no se produce succión
2. Solicitaciones
Debido a la inclinación del techo, se tienen las siguientes componentes, como se muestra en el
siguiente punto 3.
quX1
quY1
quX2
quY2
PuX2
PuY2
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senα
0.156 = 24.4 kgf/m
senα
0.156 = 6.32 kgf/m
= qu
= 155.8 x
cosα
0.988 = 154 kgf/m
= qu
cosα
= 40.56 x
0.988 = 40.1kgf/m
senα
0.156 = 20 kgf
= Pu
= 128 x
cosα
0.988 = 126 kgf
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y
CVt ; PVt
qy
q
qx
X
X
Y
α
a) Cargas
α
b) Componentes de la carga
3. Determinación de la demanda
El Caso 1 es el caso crítico.
Disponiendo una tirantilla central se tiene los siguientes casos:
Correas apoyado sobre los pórticos.
Correas apoyadas sobre los pórticos y
una tirantilla central.
quY = 154 kgf/m
Lx = 6.0 m
MuX+ = 154 x 62 /8 = 693 kgf/m
4. Capacidad del perfil seleccionado
quY = 244 kgf/m
Ly = 3 m
Ly = 3 m
MuY+ = 0.07 x 24.4x 3 = 50 m kgf
MuY- = 0.125 x 24.4x 3 =89.3 m kgf
R tirantilla = 30.5 kgf
4.1 Estado Límite de Agotamiento Resistente
Para el perfil IPE 160, se tienen las siguientes propiedades resistentes
Lp = 0.920 m
Lr = 3.53 m
fb MtX = 2820 m kgf
fb MtX = 1800 m kgf ; fb MtY = 169 m kgf
Entonces para Lb = LX= 6. 0 m
f b MtX = 990 m kgf > MuX = 693 m kgf , o incorporando Cb
Cb f bMtX = 1.14 x 990 ≈1130 m kgf > MuX
Entonces para Lb = LY= 3. 0 m
fb MtY = 619 m kgf > MuY= 89.3 m kgf , o incorporando Cb
Cb f bMtY = 1.30 x 619 ≈ 805 m kgf > MuY
El perfil verifica para las solicitaciones individuales, y también para las solicitaciones simultáneas:
Muy
Mux +
= 693 + 89.3 = 0.613 + 0.222 = 0.835 < 1.0 Verifica
fb Mtx 0.5 fb Mty 1130 0.5 x 805
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5. Estado Límite de Servicio
Con las cargas sin mayorar y con los momentos de inercia, IX = 869 cm4 e IY = 68.3 cm4
se verificará que no se excede la flecha admisible.
qY = [ (10 x1.80 + 15.89)+ (40x1.80)] = 104. 5 kgf/m
qX = [ (10x 1.80+15.8) + 40x1.80]x 0.156 = 16.5 kgf/m
My = 0.125 x 16.5 x 3 = 6.19 m kgf
Dmáx=
qy Lx 5Lx3 qx Lx
- qy < L
360
48 E Ix 8
Dmáx=
(104.5 / 100) 600 5 x 6003 - 104.5 x 100 x 600
= 0.960 < 600 = 1.67 cm
8
360
48 x 2.10 6 x 869
(104.5 / 100)
El perfil verifica también por flecha.
6. Diseño de las tirantillas
Suponiendo 9 tirantillas cada metro y como peso de la cubierta el Caso 1, es decir
155.8 kgf/m ≈ 160 kgf/m
Nu = 160 kgf/m x 9 m = 1440 kgf
El área de las tirantillas será, A = Nu / f t Fy = 1440/ (0.9 x 2530) = 0.632 cm2
De A = 0.785d2,el diámetro será d = √A / 0.785 = 0.897 cm
Se usarán barras de 10 mm de diámetro, detalladas como se muestra en la Figura 4.21.
4.5.2 Correas contínuas
Muchas veces es interesante construir las correas como vigas continuas, para reducir las flechas
y aprovechar al máximo el perfil seleccionado. Las juntas de las correas continuas se sitúan en aquellos
puntos donde el momento flector se anula, y se diseñan únicamente por fuerza cortante.
También resultan las correas con articulaciones intermedias que anulan el momento de flexión
correspondiente, y la correa puede analizarse isostáticamente. La distribución de las articulaciones
debe ser realizada de tal manera que siempre resulte una viga isostática sobre dos apoyos con voladizos,
como se aprecia en la Figura 4.22. Variando la distancia de la articulación al apoyo se pueden igualar los
momentos positivos y negativos para un mejor aprovechamiento del perfil escogido para la correa.
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A
B
A
B
B
B
A
A : Apoyo en los pórticos
B
B : Articulación Gerber
Figura 4.22 Correas contínuas
En la Tabla 4.4 se dan las dimensiones normalizadas de las articulaciones Gerber para los perfiles
IPN disponibles en el país, según la Norma DIN.
TABLA 4.4 ARTICULACIONES GERBER
240 mm
240 mm
35
85
85
35
35
c
c
85
85
35
a
b
c
35
c
45
a
35 45
5
5
IPN8 a IPN12
CORREA
IPN14
DIMENSIONES en mm
IPN
Plancha
Largo x anchura
x espesor
a
b
c
8
10
12
14
55 x 240 x 5
70 x 240 x 55
90 x 240 x 5
100 x 240 x 6
25
50
45
Diámetro
de pernos,
en plg.
3/4
3/4
7/8
5/8; 7/8
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4.5.3 Largueros
Los largueros soportan y transmiten el peso de los cerramientos de las fachadas y de la acción
del viento. Usualmente se resuelven con perfiles UPL que se calculan como vigas simplemente
apoyadas de luz igual a la separación entre las columnas o los parales, solicitadas a flexión biaxial
producida por la carga vertical uniforme debido al peso propio de los cerramientos comprendidos entre
los largueros y su peso propio, y una carga uniforme debida al viento.
Ejemplo 4.3
Verificar el perfil UPL 120 en acero AE-25 como larguero, para las siguientes condiciones:
Separación entre pórticos, L = 6 m
Separación entre tirantillas, Lt = 2 m
Separación (vertical) entre largueros, s = 1.80 m
Peso del material de cerramiento, 10 kgf/m2.
Peso del perfil UPL120, 9.58 kgf/m
Viento, W = 30 kgf/m2
Flecha máxima, D < L/360
Co
Co
1. Solicitaciones
Para el Estado Límite de Agotamiento :
s
Lt
Lt
L
qx ; qux
quX = 1.2 CP = 1.2 (9.58 + 10 x 1.80) = 33.1 kgf/m
quY = 1.3W = 1.3 (30 x 1.80) = 70.2 kgf/m
Para el Estado Límite de Servicio:
qX = CP = (9.58 + 10 x 1.80) = 27.58 kgf/m
qY = W = (30 x 1.80) = 54 kgf/m
l.
Lt
Solución
qy ; quy
x
s
2. Determinación de la demanda
Flexión alrededor del eje X-X
y
Cargas
El larguero se apoya en las columnas, como una viga isostática de L = 6 m.
MuX = (quY L2 ) / 8 = 70.2 x 62 /8 = 315 m kgf
Flexión alrededor del eje Y-Y
El larguero se apoya en las columnas y los tirantes, por lo que puede analizarse
como una viga continua sobre tramos de L = 2 m.
MuY+ ≈ MuY- ≈ (quX L2 ) / 10 = 33.1 x 22 /10 = 13.24 m kgf
Reacción en las tirantillas, R = 1.10 quX = 1.10 x 33.1 = 36.4 kgf
4 - 30
l.
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3. Capacidad del perfil UPL
Conservadoramente se usarán los valores del Cuaderno UPL Nº 1 , con Cb = 1.0.
Flexión alrededor del eje X-X
Con Lb = L = 6 m
f b MtX = 385 m kgf > MuX = 315 m kgf Verifica
Flexión alrededor del eje Y-Y
Para Lb = Lt = 2 m
f b MtY = f MpY = 288 m kgf > MuY = 13.24 m kgf Verifica
Solicitaciones combinadas
MuY 13.24 315
MuX
=
= 0,046 + 0,818 = 0.864 < 1.00
+
+
fb MtX fb MtY
385
288
El perfil UPL seleccionada verifica por resistencia.
4. Verificación en el Estado Límite de Servicio.
El uso de las tirantillas justifica solamente la verificación de flecha por flexión alrededor del eje
X-X :
Dmáx =
5 qY L4
5 My L2
L
=
48 E Ix < 360
384 E Ix
Dmáx =
600
5 x 54 x 6 x 6003
1, 63 cm <
1, 66 cm Verifica.
384 x 2.1 x106 x 266 =
360 =
El perfil UPL 120 es satisfactorio como larguero.
4.6 EQUIPOS PARA LA MOVILIZACIÓN DE CARGAS
4.6.1 Vigas carrileras
Compete al Ingeniero estructural el análisis y el diseño de las vigas carrileras que soportan los
puentes grúas que se utilizan para la movilización de cargas dentro del galpón. Usualmente se trata de
grúas operadas eléctricamente mediante controles colgantes y soportada sobre cuatro ruedas. El riel al
igual que otros accesorios de las grúas no forman parte del proyecto estructural, sin embargo la posición
y fijación del riel sobre la viga debe revisarse, pues un mal detalle acarrea problemas de
desalineamiento de la grúa y por ende fuerzas desiguales, y en el caso de grúas de gran capacidad,
problemas de fatiga. La Figura 4.23 muestra las partes esenciales de una grúa y como se modelan las
cargas que solicitan las vigas carrileras, que luego son transmitidas a la estructura del galpón.
4 - 31
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Ri
Pórtico de grúa
o viga viajera
el
Car
ro
Lu
z
Distancia
mínima
Posición del gancho
más cerca del riel
gancho
+
carga
l
o
a d d in a
n
e
Fr ngitu
lo
Fre
tra nado
nsv
ers
al
Carga por
rueda
Peso propio
de la grúa
Peso cabina +
carga del gancho
i ón s
ac e d a
r
pa ru
Se tre
en
a) Elementos de un puente - grúa
Carga por
rueda
do l
n a di n a
e
r
F gitu
lon
Fre
tra nado
nsv
ers
al
Ruedas de la
grúa
Fre
tra nado
nsv
ers
al
Reacción lateral
l
al
tica tudin
r
e
i
av
ng
Grú úa lo
Gr
Grúa
lateral
b) Acciones de una viga viajera
Re ac
later ción
al
P
es
e
od
l ri
el
op
r
op
s
e
i
e
od
l
ig
av
Re
n
ci ó
c
a
lo n
in
ud
t
i
g
Reacción
vertical
a
Lu
z
P
ión al
cc din
a
u
Re ng i t
lo
c) Cargas sobre una viga carrilera
Reacción vertical
Figura 4.23 Vigas carrileras de puente grúas
4 - 32
al
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El diseño o revisión de una viga carrilera comprende:
• Estado Límite de Agotamiento Resistente:
Con las cargas mayoradas se evalúa la resistencia a flexión, a corte, a solicitaciones combinadas
de flexión y fuerzas axiales, la interación corte momento, y el efecto de las cargas concentradas,
tanto en la misma viga como en sus apoyos.
• Estado Límite de Servicio:
Con las cargas de servicio, sin mayorar, se evalúa la flecha vertical, con las cargas impactadas,
a menos que el fabricante de la grúa lo indique de otra manera se limita entre L/800 a L/1000. La
flecha lateral se calcula con las con las cargas sin impactar, y usualmente se limita a L/400.
• Fatiga:
Se aplica el Apéndice D de la Norma Venezolana 1618:1998, a menos que el fabricante
contemple una norma más exigente.
La grúa debe posicionarse en la condición más desfavorable, lo cual puede hacerse con ayuda de
las fórmulas de la Tabla 4.6.
TABLA 4.5 FÓRMULA PARA CARGAS RODANTES
1. Reacciones, corte y momentos para dos cargas móviles iguales
R1 máx = V1 máx (en x = 0) = P 2 - a
L
x
a
cuando a ‹ 2 - √2 L = 0.586 L
P
P
R1
R2
L
Mmáx
bajo la carga 1 en x = 1 L - a
2
2
cuando a > 2 - √ 2 L = 0.586 L con
con una carga en el centro del tramo
P
L- a
2
2L
2
=
PL
4
2. Flecha para dos cargas móviles iguales
Con b = L - (x + a)
3
D = PL
48 E I
3 (x + b)
L3
4
L3
- (x
3
+ b3)
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El fabricante suministra las cargas por ruedas, máximas y mínimas, y a las cuales se incrementan
por factores de impacto. A menos que se apliquen las normas recomendadas por el fabricante de la grúa o
las de reconocidas normas internacionales para grúas, se usarán los del Artículo 5.4 de la Norma
Venezolana MINDUR 2002-88.
Como se ilustra en el Ejemplo 4.4, las reacciones verticales, longitudinales y horizontales de la
grúa, actúan a tope de riel. Se consideran los siguientes casos de cargas en el Estado Límite de
Agotamiento Resistente:
Caso 1:
1.2 CP + 1.6 Grúa vertical impactada + 1.6 Frenado longitudinal
Se verificará que MuX < Cb f b MtX , con Cb = 1.14 correspondiente a cargas concentradas
sobre vigas arriostradas solamente en sus apoyos.
En este caso, MuY = 0.
Caso 2 :
1.2 CP + 1.6 Grúa vertical sin impactar + 1.6 Grúa lateral
Se verificarán las resistencias individuales a los momentos MuX producidos por la carga
permanente y la grúa vertical, y MuY producidos por la grúa lateral.
Además, suponiendo Nu/ f cNt < 0.2, se aplicará la Fórmula (18-1b) de interación N- M
de la Norma 1618:1998.
Ejemplo 4.4
Verificar el perfil IPE 300, propuesto como viga carrilera por el fabricante del puente grúa,
cuyas características son las siguientes:
Dos polipastos de 3200 kgf de capacidad cada uno, para una capacidad total, Q = 6400 kgf
Carga máxima de rueda, 4250 kgf
Carga mínima de rueda, 1250 kgf
Peso de cada polipastos, 250 kgf. Total, 500 kgf
Separación entre ruedas, a = 3.15 m
Riel (pletina de 30 x 40 mm) = 9.42 kgf/m
Coeficientes de impacto, según el
Artículo 5.4 de la Norma Venezolana 2002:
Vertical, 10%
Lateral, 20 %
Longitudinal, 10 %
Flechas admisibles: Vertical, L/1000; Horizontal, L /400
Separación entre pórticos, 6 m.
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Solución
3.15 m
Luz galpón
345
1. Carga por rueda
Rmáx impactada = 1.10 x 4250 = 4675 kgf
Rmín impactada = 1.10 x 1250 = 1375 kgf
Fuerza lateral, PH =
1250 sin impactar
1375 impactadas
345
0.20 (6400 + 500)
= 345 kgf
4
1250
1375
345
4250 sin impactar
4675 impactadas
6400 kgf
Fuerza longitudinal, PL = 0.10 Rmáx = 0.1 x 4250 = 425 kgf
4250
4675
345
2. Viga carrilera de 6 m de luz
Con las fórmulas de la Tabla 4.4, 0.586 L = 3.516 > 3.15 m
El momento máximo se produce cuando la rueda 1 está en
x= 1
2
6-
3.15
= 2.2125 m
2
Caso 1.- Cargas verticales + grúa vertical impactada + frenado a tope de riel
Carga máxima de rueda impactada = 1.6 x 4675 = 7480 kgf
Mu = 7.48
6x2
2
6 - 3.15 = 12205 mkgf
2
Efecto de peso propio perfil + riel : 1.2 (53.8 + 9.42) = 75.9 kgf/m
Mu = q L2 / 8 = 75.9 x 62 / 8 = 342 m kgf »350 m kgf
Caso 1
7480 kgf
7480
2 x 680
75.9 kgf/m
2.125
3.15
0.6375
6m
Frenado longitudinal = 1.6 x 425 = 680 kgf
Distancia entre el baricentro y el tope del riel = 0.5 dviga + altura riel = 15 + 3 = 18 cm
En el siguiente esquema se muestran todas las solicitaciones del Caso 1.
Verificación por solicitaciones simultáneas:
MuY1 = 0
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2
MuX1 = 7480 6 - 3.15 = 12205 m kgf + 350 m kgf = 12555 m kgf
2x6
2
MuX1 < f b Cb MtX Verifica
Caso 2.- Cargas verticales sin impactar
1.2 CP + 1.6 Gv
En la siguiente figura se muestran las solicitaciones de este caso.
Caso 2
4250 x 1.6 = 6800 kgf
6800
75.9 kgf/m
552 kgf
345 x 1.6 = 552 kgf
2
MuX2
x 1.6 6 - 3.15 = 11446 m kgf < fb MtX
= 4250
2
2x6
x 1.6
MuY2 = 345
2x6
2
6 - 3.15 = 900 m kgf < fb MtY
2
Adicionalmente debe cumplirse con las siguientes verificaciones:
•
MuY2
MuX2
< 1.0
f MtX + f MtY
• Corte
• Cargas concentradas
• Flechas: vertical con cargas impactadas, con L/800
• Lateral sin impactar, L/400
• Fatiga
La capacidad de la grúa dictará el tipo de apoyo, como los mostrados en la Figura 4.24. En el
caso de las ménsulas, se indican las fuerzas a considerar en su análisis y diseño. La columna del pórtico
que soporta las ménsulas, se verificará en su plano con 0.85 L, medido L hasta el tope de la viga
carrilera. En la dirección longitudinal del galpón, L de la columna se calculará desde la posición donde
se intercepta con el arriostramiento longitudinal.
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Reacción
Excéntrica
Fuerzas inducidas
por la carga
excéntrica
Agujero ovalado
a) Tipos de apoyos en columnas
b) Solicitaciones
Figura 4.24 Apoyo de vigas carrileras
Complementando lo expuesto anteriormente en el numeral 4.2 sobre la estabilidad de los sistemas
estructurales, el frenado de las grúas produce desplazamientos laterales y longitudinales en el galpón,
ilustrados es la Figura 4.25, los cuales deben controlarse con arriostramientos como los mostrados en la
Figura 4.26
En las Figuras 4.26 b) se muestran las modificaciones de los arriostramientos cuando por
razones arquitectónicas o del proceso productivo del galpón deba permitirse el paso. En el Steel
Solutions Center / Steel Tools de la página web del AISC está disponible la hoja Excel Opening
Calculator para el cálculo de las dimensiones de las aberturas para puertas o pasos en pórticos
arriostrados.
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2
1
F
F
a)
F
F
2
b)
Figura 4.25 Control de desplazamientos en galpones con puente-grúa
Viga de celosía
como arriostramiento
horizontal
Viga carrilera
Plancha como
arriostramiento
continuo
Viga
carrilera
Arriostramiento
por viento y grúas
Arriostramiento
en el plano de la
viga carrilera
b)
a)
Pórtico de
arriostramiento
c)
d)
Variante del pórtico de
arriostramiento
Figura 4.26 Tipos de arriostramientos para galpones con puente-grúa
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4.6.2 Polipastos
Para cargas pequeñas puede resultar conveniente usar polipastos (Figura 4.27) en lugar de grúas
viajeras. En este caso la forma de las ruedas del polipastos determina el tipo de perfil a utilizar para
resistir las cargas colgadas del ala inferior, perfiles de alas de espesor variable (IPN) o de alas paralelas
(IPE o HEA).
Figura 4.27 Polipasto
La resistencia de la viga a una carga aplicada en su ala inferior puede resolverse con ayuda de la
Tabla 4.6 [Roark and Young, 1975], que muestra las dimensiones del polipasto y su modelación a
efectos de obtener los argumentos de entrada y el coeficiente Km que interviene en la fórmula para
comprobar las tensiones por flexión, Fb. La fórmula de verificación se ha escrito en términos modernos.
La razón = Fb / Fy usualmente se toma entre 0.66 y 0.75. La carga de diseño, Pu, es la carga por rueda del
polipasto, incrementada por el factor de impacto de cargas verticales; y tf es el espesor del ala del perfil:
Fb = Km 6 P2u < α Fy
tf
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TABLA 4.6 MODELO PARA EL ANÁLISIS DE POLIPASTOS
y
p c
d
D
z
t
c
a
a
t
c
x
a
w
w
Valores de km en función de c/a y d/a
d/a
c/a
0
0.25
0.50
1.0
1.5
2
1.0
0.509
0.474
0.390
0.205
0.091
0.037
0
0.75
0.428
0.387
0.284
0.140
0.059
0.023
0
0.50
0.370
0.302
0.196
0.076
0.029
0.011
0
0.25
0.332
0.172
0.073
0.022
0.007
0.003
-
Ejemplo 4.5
Seleccionar un perfil adecuado para viga de un polipasto de 4 ruedas y una capacidad total
de 2500 kgf de capacidad, para una luz, L = 4.00 m. La flecha máxima admisible es L/400. La
calidad del acero del perfil es A 36, Fy = 2530 kgf/cm2.
Solución
1.Impacto
Según la Sección 5.4.1 de la Norma Venezolana 2002:
Carga total impactada, Pu = 1.1 x 2500 = 2750 kgf
Carga por rueda, Pu = 2750/ 4 = 687.5 kgf.
2.Selección del perfil
El momento para una viga simplemente apoyada solicitada con una carga puntual, es:
Mux = PuL /4 = 2750 x4/4 = 2750 m kgf
Seleccionando el perfil IPN 200 en acero PS-25 ( Fy = 2530 kgf/cm2)
tf = 11.3 mm ; bf = 90 mm ; Ix = 2140 cm4
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Verificación por flecha (conservadoramente verificamos con la carga impactada):
3
D= 48PL
E Ix =
L
2750 x 400 3
= 0.816 cm < 400 = 1 cm Verifica
48 x 2.1 x 106 x 2140
3.Verificación del espesor del ala
Suponiendo d/a = 0 y c/a = 0.5 , de la Tabla 4.6 se obtiene el coeficiente
Km = 0.370
Fb = 0.370 6 x 685.5
= 1195.3 kgf/cm
1.132
α = Fb = 1195.3 = 0.472 Aceptable
Fy
2750
Se puede usar el perfil IPN 200 como viga riel del polipasto.
4.7 MEZZANINAS
La estructura sustentante de las mezzaninas es tanto más económica cuanto más corto es el
camino que deben recorrer las fuerzas a ser trasmitirlas a las fundaciones y cuanto menor número de
miembros intervienen en esta transmisión. Para elegir las direcciones en las que se dispondrán las
correas y a la altura a que se sitúan, es muy importante tener en cuenta el espacio requerido por las
instalaciones y servicios. Los huecos para la circulación vertical deben estudiarse cuidadosamente. Ver
Figura 4.28
Vigas primarias o maestras
Vigas secundarias o correas
Sofito metálico (Steel Deck)
Figura 4.28 Envigado de mezzaninas
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La alternativa del proyecto de losas con sofito metálico (steel deck) es un proceso laborioso, que
puede ser abordado de manera práctica y segura con los siguientes criterios y procedimientos.
Independientemente de la solución adoptada para la mezzanina, debe tenerse sumo cuidado
durante la etapa constructiva: No retirar los apuntalamientos o arriostramientos laterales hasta que el
concreto haya alcanzado el 75 % de su resistencia a los 28 días; antes no se desarrolla la acción mixta
acero concreto. Cuando se ha decidido no apuntalar, debe verificarse que el perfil de acero por sí solo
sea capaz de resistir sin peligro de volcamiento por pandeo lateral, su peso propio, el del concreto sin
endurecer, los encofrados y las cargas de construcción.
Prediseño de vigas mixtas acero - concreto
Suponiendo vigas isostáticas con el eje neutro plástico dentro de la losa de concreto, el área del
perfil de acero, As, a buscar en los catálogos se calcula como:
As =
Mu
fb Fy [ 0.5 (d - a) + Tc ]
Se pueden estimar las variables como: a = 5 cm ; d > L/22 y f = 0.85
Este Criterio de Resistencia se complementa con el Criterio de Servicio. Para evitar desde el
inicio del proyecto problemas de flecha y vibraciones indeseables, verificar que en la etapa de
construcción, cuando todavía no contribuye el concreto, con el momento de inercia del perfil, Ix, no se
alcancen flechas mayores de L/180 ó no mayor de 2 cm, cuando actúan las cargas permanentes, CP
(peso de perfiles, instalaciones y sofito), y las cargas permanentes de construcción, CPc (concreto
incluyendo el acero de refuerzo) y acero de refuerzo) sin mayorar, es decir:
D CP + CPc <
L <
2 cm
180
Ejemplo 4.6
Predimensionar el perfil de acero en acero A36, requerido para un sistema de pisos mixtos
acero concreto con luces, L = 9 m, con vigas separadas cada, s = 3 m.
La losa de concreto tiene como espesor, tc = 9 cm, y está hecha con concreto, fc1 = 280 kgf/cm2
ydebe soportar una carga variable, CV = 300 kgf/m2
Solución
1.Cargas de prediseño
Peso de la losa de concreto = 0.09 m x 2500 kgf/m3 = 225 kgf/m2
Carga tributaria sobre la viga, CP = 225 kgf/m2 x 3 m = 675 kgf/m
El peso propio de la viga se tomará en cuenta más adelante.
Carga variable sobre la viga, CV = 300 kgf/m2 x 3 m = 900 kgf/m.
Carga de diseño, qu = 1.2 CP + 1.6 CV = 1.2 x 675 + 1.6 x 900 = 2250 kgf/m
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2.Selección del perfil
Momento de prediseño, Mu = quL2/8 = 2250 x 92 /8 = 22781.25 m kgf
Área de acero del perfil de acero con d > 900/22 = 41 cm. Probaremos con d = 40 cm.
As =
22781.25 x 100 cm kgf
= 39.97 ≈ 40 cm2
0.85 x 2530 [ 0.5 (40 - 5) + 9 ]
El perfil W 16 x 26 tiene un área, As = 49.5 cm2 , pesa 38.7 kgf/m y su altura es de 15.7 plg. ( 39. 9 cm).
El perfil tiene suficiente capacidad para resistir sin apuntalamiento todas las cargas impuestas,
incluyendo su peso propio, como se indica a continuación:
qu = 2250 + 1.2 x 38.7 = 2296.44 2300 kgf/m
Mu = 2300 x 92 /8 = 23287.5 m kgf < f Mtx
Conectores de corte
El desarrollo de los sistemas de piso y techo que usan láminas acanaladas de acero
especialmente diseñadas para adherirse al concreto que se vacía sobre ellas, y que previamente han
sido soldadas a vigas de acero representan uno de los mayores avances en la industrialización de la
construcción metálica. Esta combinación de materiales de diferentes propiedades dispuestos para
trabajar conjuntamente es lo que se denomina construcción mixta.
Ventajas de la construcción mixta
Cuando se hacen solidarias la viga de acero, el sofito metálico y la losa de concreto se logra:
· Ahorro de peso porque resultan vigas de acero de menor altura menos altas y menos peso.
· Disminución de la flecha en las vigas y el sistema de piso en general.
· Incremento de la resistencia de la viga, y posibilidad de cubrir mayores luces.
· Mayor resistencia al fuego de las vigas porque el concreto actúa como disipador de calor.
Para que los materiales que forman una viga mixta actúen solidariamente es preciso que la
viga de acero y la losa de concreto estén unidos de tal forma que no se produzcan desplazamientos
entre estos dos materiales. Cuando los dos componentes de la viga no están vinculados con uniones
resistentes a las fuerzas cortantes, que actúan paralelas a las alas de la viga de acero, cada uno de los
materiales actúa independientemente y se suman sus resistencias pero sin aprovechar la sinergia que
tendría cuando actúan solidariamente.
Sin la presencia de los conectores de corte, la unión viga losa depende de la fricción y de la
adherencia con el concreto, las cuales se vencen con cargas relativamente bajas, por lo que es
indispensable el uso de los conectores de corte. Con el advenimiento de la soldadura, es cada vez más
práctico y sencillo usar conectores de corte capaces de resistir las fuerzas de corte desarrolladas
durante la flexión, incrementar el momento de inercia y la resistencia de las vigas, y lo que es más
importante, minimizar los efectos desagradables de la vibración que se produce por las actividades
de los ocupantes de la edificación. De los muchos tipos de conectores de corte que existen, en nuestro
país se ha extendido el uso de los perfiles UPL, por su disponibilidad, economía y facilidad de uso.
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Importancia de los conectores de corte
Determinan el método de análisis y diseño
de las vigas mixtas.
Contribuyen al confort de los usuarios, al controlar tanto
la deformación como las vibraciones verticales.
Dan mayor resistencia y estabilidad lateral a las vigas de acero.
La resistencia de los conectores de corte determina la de la viga mixta.
Los conectores de corte se deben distribuir uniformemente entre los puntos de momento
máximo positivo y el momento cero en los apoyos. Salvo que el análisis lo indique de otra manera,
como se muestra en la Figura 4.29, se colocará, como conector de corte, un trozo de perfil UPL 80 de no
menos de 6 cm de largo, soldado directamente al sofito y a la ala superior de la viga de acero. Los
conectores de corte con perfil UPL 80 de 6 cm de largo se dispondrán en los nervios del sofito.
Soldadura de tapón
Conector de
corte, UPL
Arandela ½ plg. diam.
Malla como acero de refuerzo del concreto
hrec
hc
hr
bf/6
bf /6
Lc
a
b
bf
Figura 4.29 Detallado típico de conectores de corte UPL
4 - 44
tc
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Control de vibraciones por tránsito peatonal
Los movimientos de los pisos causados por las actividades de sus ocupantes pueden ser un serio
problema de serviceabilidad o confort cuando no son adecuadamente considerados y prevenidos en el
proyecto estructural. Los humanos son muy sensibles a las vibraciones, tales como los movimientos
verticales de los pisos. La reparación de pisos que vibran es costosa y a menudo difícil de ejecutar por
las limitaciones de la ocupación. La respuesta de los individuos al movimiento del piso depende del
ambiente, de la edad del ocupante y la localización. Las personas son más sensibles en ambientes
tranquilos, como la casa o la oficina, que en un centro comercial. Los más viejos son más sensibles que
los jóvenes, y la sensibilidad se incrementa cuando estamos sentados.
Los criterios de control de flecha (L/360) o de altura mínima de viga (L/d < 24) puede ser
insuficiente para prevenir vibraciones indeseables cuando las personas transitan por los ambientes.
Una forma aproximada de obtener la frecuencia del sistema mixto acero - concreto, es calcular la flecha
con la inercia calculada según el método del límite inferior, ILB, con las cargas variables de servicio. La
inercia ILB es aproximadamente el 0.80 del valor del momento de inercia Ix de la sección transformada
elástica.
La frecuencia de la viga es
18
981
f = 0.18 flecha en cm = flecha en mm , en Hz
Con la frecuencia de la viga y la aceleración pico se entra al gráfico de la Figura 4.30, y se
determina si el ambiente es adecuado para el uso previsto.
TABLA 4.7 VALORES RECOMENDADOS PARA CONTROL DE VIBRACIÓN
Ambiente
Oficinas, residencias, iglesias
Amortiguamiento ß
Aceleración pico, % g
0.02 - 0.05*
0.5
Centros comerciales, malls
0.02
1.5
Pasarelas peatonales(internas)
0.01
1.5
Pasarelas peatonales(externas)
0.01
5.0
Nota.- Pisos con componentes no estructurales (cielo
rasos, ductos, particiones, etc.,) como ocurre en
áreas de trabajo abiertos, iglesias, ß = 0.002. Pisos
con componentes no estructurales y acabados con
particiones pequeñas desmontables, como oficinas
modulares, ß = 0.003. Cuando las particiones son
completas piso a techo, ß = 0.05.2 kgf/m2
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25
Actividades
rítmicas,
pasarelas
externas
10
Pico de aceleración, (% g)
5
Centros
comerciales,
pasarelas
internas
2.5
1
Oficinas,
residencias
0.5
0.25
0.1
Curva
base ISO
0.05
1
3
4
5
8
10
25
Frecuencia, Hz
Evitar
Aceptable
Comprobar rigidez del piso
Figura 4.30 Control de vibraciones por transito peatonal
4 - 46
40
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La frecuencia del sistema de piso debe estar comprendida entre 4 y 9 Hz , que es la zona
horizontal de la Figura 4.30. Cuando resultan valores de frecuencia fuera de esta zona, hay disconfort,
por lo que se debe optar por una o más de las siguientes soluciones:
a)
b)
c)
d)
Incrementar el tamaño de las vigas, por ejemplo con correas con d > L/20.
Incrementar el amortiguamiento del sistema, .
Aumentar el espesor de la loseta de concreto.
Incrementar la separación entre las vigas secundarias o correas. Disminuir la
separación agrava el problema de vibración.
Ejemplo 4.7
Verificar para el Estado Límite de Servicio por vibración, según la metodología Murray - Allen
Ungar de 1996 (AISC Design Guide No. 11) el sistema de piso destinado a oficinas, con las
características que se indican a continuación. La flechas se han calculado con el criterio del límite
inferior, ILB según la modificación propuesta por A. Gutiérrez a la Guía AISC No. 11.
Criterio de excitación:
Correas o vigas secundarias, flecha j = 1.14 cm
Vigas maestras, flecha D g = 1.1.20 cm
ao / g = 0.560
Criterio de rigidez:
Correas o vigas secundarias, flecha j = 0.104 cm
Vigas maestras, flecha D g = 0.0671 cm
Solución
1. Criterio de excitación
Frecuencias:
fj = 0.18
981
1.14
= 5.28 Hz
(también se puede calcular como fj = 0.18
fg = 0.18
981
1.20
18
11.4
= 5.15 Hz, es decir 5.3 Hz )
= 5.15 Hz
La frecuencia del sistema, puede calcularse con la relación de Dunkerley
1= 1 + 1
fn fj 2 fg 2
Pero es más cómoda la siguiente expresión
fn = 0.18
981
= 3.68 Hz
1.14 + 1.20
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El sistema de piso presenta una relación ao / g = 0.560 > 0.5, y su frecuencia, fn , es menor de 4
Hz. Se confirma que el sistema no es satisfactorio cuando al entrar al gráfico de la Figura 4.30; se
verifica que no alcanza a posicionarse por encima de la línea correspondiente a Oficinas y Residencias.
Antes de rediseñar o modificar el sistema, debe evaluarse el criterio de rigidez.
2. Criterio de rigidez
La flecha del sistema es D = D j + 0.5 D g = 0.104 + (0.0671/2) = 0.138 cm
El criterio de rigidez se cumple cuando K = 1000/ D > 1000 kgf/cm
Entonces K = 1000 / 0.138 = 7246 kgf /cm > 1000 kgf/cm .Verifica
4.8 CONEXIONES
El importante rol que juegan las conexiones en el comportamiento y la respuesta de la estructura
se sintetiza en la Figura 4.31. Las experiencias recientes de incendios en edificios de acero han
demostrado que la hiperestaticidad de las estructuras influye notablemente en su capacidad resistente
en condiciones de fuego.
En la selección de las conexiones la facilidad de la comunicación en el equipo de proyecto es
fundamental, para lo cual debe perseguirse:




Diseño basado en un modelo comprensible.
Detallado simple.
Fabricación balanceada.
Facilidades de montaje.
Las decisiones que inciden sobre el proyecto de las conexiones son:








Fabricación en taller o en obra.
Conexiones soldadas y/o empernadas.
Requisitos estéticos, de montaje, de uso, etc.
La inspección.
Pericia del taller y los montadores.
Estandarización (repetitividad, simplicidad, simetría, etc).
Conceptos de costos (kgf/m2 versus economía global).
Estructuración y comportamiento versus conexiones. (Costos,
factibilidad).
La clasificación de las conexiones es fundamental para el proyecto o la revisión de las mismas.
Al presente no se dispone de una clasificación internacional única, pero todas las que se han propuesto
contemplan la resistencia, la rigidez y la ductilidad, las cuales a su vez están condicionadas por la
longitud del miembro conectado y de su diagrama de momentos. Por este motivo, y sin pretender ser
exhaustiva, la clasificación que se presenta en la Tabla 4.8 es suficiente para los alcances de la presente
publicación.
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ACCIONES
Esquema estructural
Mu
Nu
Vu
Conexión
T=
Mu Nu
2
h
D=
Mu Nu
2
h
V
SOLICITACIONES:
Momentos
Corte
Fuerzas
Fuerzas
Internas:
Tracción, T
Compresión, C
Corte, V
Juntas:
Soldaduras
Pernos
Perfiles
Planchas
V
Juntas
(Empernados; soldados)
Figura 4.31 Las juntas y conexiones como síntesis del comportamiento y la respuesta estructural
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TABLA 4.8 CLASIFICACIÓN DE CONEXIONES
TIPO DE CONEXIÓN
SUBCLASIFICACIÓN
EJEMPLOS
 Tracción directa.
Conexiones a tracción
 Miembros colgados.
 Arriostramientos.
 Empalmes de columnas.
Simple
Conexiones a compresión
Conexiones a corte,
en pórticos
 Planchas bases de vigas y
columnas.
 Con uno o dos angulares al alma
de la viga.
 Con una plancha al alma de la viga.
 Plancha extrema con perfil T.
 Conexiones de asiento.
Totalmente restringidas (TR)
 Mediante planchas soldadas
o empernadas a las alas.
 Mediante perfil T.
 Plancha extrema.
Parcialmente restringida (PR)
Conexión al alma de la viga mediante:
angular simple o doble; plancha de
corte, plancha extrema; angular de
asiento.
De momento
El diseño de las juntas y conexiones se realiza analizando los posibles modos de falla en los
miembros o cartelas y en los medios de unión, como se indica en las Tablas 4.9 a 4.13, aplicando las
disposiciones normativas para el diseño de las conexiones se encuentran en los Capítulos 20 y 21 de la
Norma Venezolana 1618:98. Véase el Ejemplo 4.8. de la presente publicación.
Para mejor aprovechamiento de las Tablas 4.9 a 4.13, puede ver la Escultura Didáctica donada
por SIDETUR a la Universidad Católica “Andrés Bello”, sede Caracas.
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TABLA 4.9 TIPIFICACIÓN DE CONEXIONES SIMPLES O DE CORTE
IDENTIFICACIÓN
ESTADOS LÍMITES
COMENTARIOS
Corte en los pernos.
Resistencia al aplastamiento.
Bloque de corte.
Cedencia por flexión.
Pandeo local del alma.
Ruptura por corte.
Cedencia por corte.
Puede ser difícil de hacer
en el alma de las columnas
Cuando las alas de la viga
deben estar a la misma cota,
la viga debe destajarse.
Cedencia por corte.
Ruptura por corte.
Resistencia de la soldadura.
Soldadura en taller y en obra.
Bloque de corte.
Resistencia al aplastamiento.
Corte en los pernos.
Cedencia por flexión.
Pandeo local del alma.
Ruptura por corte.
Cedencia por corte.
Resistencia de la soldadura.
La soldadura se hace en taller.
Bloque de corte
Resistencia al aplastamiento.
Corte en los pernos.
Ruptura por corte.
Cedencia por corte.
Resistencia de la soldadura.
La plancha se suelda
en taller a la viga.
Sólo se recomiendan
planchas de acero A36.
Requiere vigas cortadas
a longitud exacta.
1. Con doble angular
1.1Conexiones empernadas
1.2 Conexiones soldadas
1.3 Conexiones empernadas
y soldadas
2. Plancha extrema
Continúa en la próxima página
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TABLA 4.9 TIPIFICACIÓN DE CONEXIONES SIMPLES O DE CORTE (Continuación)
IDENTIFICACIÓN
ESTADOS LÍMITES
COMENTARIOS
3. Conexiones de asiento
3.1 No rigidizado
3.1.1 Empernada
Resistencia al aplastamiento.
Corte en los pernos.
Ruptura por flexión
Cadencia local del alma.
Ruptura por corte.
Cadencia por corte.
Aplastamiento local del alma.
Resistencia limitada.
Requiere de un angular
para estabilidad lateral.
Ruptura por flexión.
Cedencia por flexión.
Cedencia local del alma.
Ruptura por corte.
Cadencia por corte.
Aplastamiento local del alma.
Resistencia de la soldadura.
Soldada en taller a la columna.
El angular en el tope de la viga
es para suministrar estabilidad.
Todo el corte lo toma
el angular de asiento.
Cedencia del alma de la viga.
Aplastamiento local del
alma de la viga.
Resistencia del rigidizador.
Resistencia del alma de la columna.
Corte en los pernos o soldaduras,
incluyendo excentricidad.
Requiere angular para estabilidad
lateral. El rigidizador obliga a
considerar el Estado Límite del
alma de la columna.
3.1.2 Soldada
3.2 Rigidizado
4. Plancha simple
Bloque de corte.
Resistencia al aplastamiento.
Corte en los pernos.
Cedencia por flexión.
Cedencia local del alma.
Ruptura por corte.
Cedencia por corte.
Resistencia de la soldadura.
Plancha soldada en taller y
empernada en obra.
Sólo se permiten planchas
en acero A36.
Continúa en la próxima página
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TABLA 4.9 TIPIFICACIÓN DE CONEXIONES SIMPLES O DE CORTE (Continuación)
IDENTIFICACIÓN
ESTADOS LÍMITES
COMENTARIOS
5. Ángulo simple
5.1 Empernado y soldado
5.2 Soldado y empernado
Bloque de corte.
Resistencia al aplastamiento.
Corte en los pernos.
Ruptura por corte
Cedencia por corte.
Resistencia de la soldadura.
Tiene menos resistencia que
la conexión con dos angulares.
Debe tomarse en cuenta
la excentricidad en el plano
fuera del plano de la conexión.
Requiere angulares, pernos
y soldaduras, grandes.
No se recomienda en vigas
no arriostradas lateralmente.
Bloque de corte.
Resistencia al aplastamiento.
Corte en los pernos.
Ruptura por flexión.
Ruptura por corte.
Cedencia por corte.
Resistencia de la soldadura.
Soldado en taller para
ser empernado en obra.
Debe considerarse
la flexión del ala de
la te y la excentricidad
de las conexiones.
Requiere perfiles T pesados.
6. Conexiones con perfil te
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TABLA 4.10 TIPIFICACIÓN DE CONEXIONES DE MOMENTO
IDENTIFICACIÓN
ESTADOS LÍMITES
COMENTARIOS
1. Totalmente restringidas
1.1Planchas en las alas
1.1.1. Empernadas
Bloque de corte.
Resistencia al aplastamiento.
Corte en los pernos.
Pandeo de placas.
Ruptura por tracción.
Cedencia por tracción.
Resistencia de la soldadura.
La geometría de las planchas
elimina la concentración
de tensiones.
1.1.2 Soldadas
Resistencia al aplastamiento.
Pandeo de placas.
Ruptura por tracción.
Cedencia por tracción.
Resistencia de la soldadura.
1.1.3 Plancha extrema
Corte en los pernos.
Tracción en los pernos.
Pandeo por compresión del alma.
Flexión local de las alas.
Cedencia local del alma.
Ruptura por corte.
Cedencia por corte.
Resistencia de la soldadura.
4 - 54
Deben colocarse planchas de
continuidad en las columnas.
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TABLA 4.11 TIPIFICACIÓN DE CONEXIONES EMPALMES
IDENTIFICACIÓN
ESTADOS LÍMITES
COMENTARIOS
1.Empalmes de vigas
Bloque de corte.
Resistencia al aplastamiento.
Corte en los pernos.
Ruptura por flexión.
Cedencia por flexión.
Ruptura por corte.
Cedencia por corte.
Ruptura por tracción.
Cedencia por tracción.
2. Empalmes de columnas
Resistencia al aplastamiento.
Corte en os pernos.
Ruptura por corte.
Cedencia por corte.
Ruptura por tracción.
Cedencia por tracción.
Resistencia de la soldadura.
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TABLA 4.12 TIPIFICACIÓN DE CONEXIONES PLACAS BASES DE VIGAS Y COLUMNAS
IDENTIFICACIÓN
ESTADOS LÍMITES
COMENTARIOS
1.Placas base de vigas
2.Placas bases de columnas
Tipificación de los nodos de falla
Fig. 4.12.1 Fractura de la soldadura
Fig. 4.12.2 Flexión de la plancha base
Fig. 4.12.3 Ruptura de los pernos
de anclaje
Fig. 4.12.4 Pandeo de los pernos
de anclaje
Fig. 4.12.5 Pernos de anclaje perforan
la plancha base
Continúa en la próxima página
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TABLA 4.12 TIPIFICACIÓN DE CONEXIONES PLACAS BASES DE VIGAS Y COLUMNAS
(Continuación)
IDENTIFICACIÓN
ESTADOS LÍMITES
COMENTARIOS
2.Placas bases de columnas
Tipificación de los nodos de falla
Fig. 4.12.6 Desprendimiento del
concreto alrededor del perno de
anclaje fraccionado
Fig. 4.12.7 Enderezamiento del
gancho de los pernos de anclaje
Fig. 4.12.8 Desprendimiento del
concreto alrededor del perno de
anclaje comprimido
Fig. 4.12.9 Ruptura del Pedestal
Continúa en la próxima página
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TABLA 4.12 TIPIFICACIÓN DE CONEXIONES PLACAS BASES DE VIGAS Y COLUMNAS
(Continuación)
IDENTIFICACIÓN
ESTADOS LÍMITES
COMENTARIOS
2.Placas bases de columnas
Tipificación de los nodos de falla
Fig. 4.12.10 Flexión del pedestal
Fig. 4.12.11 Volcamiento de la
fundación
2.1.Placas bases rigidizada
La placa base debe suministrar
el área adecuada para no aplastar
al concreto de la fundación.
Nota.- Véase el Anexo D Anclajes en el concreto, de la Norma Venezolana 1753:2006.
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TABLA 4.13 TIPIFICACIÓN DE CONEXIONES VARIAS
IDENTIFICACIÓN
ESTADOS LÍMITES
COMENTARIOS
1.Vigas de celosía
Resistencia al aplastamiento
Corte de los pernos
Pandeo de placas
Cedencia por tracción
Resistencia de la soldadura
Sección de Whitemore
(Anchura efectiva).
2.Plancha esviada
Bloque de corte.
Resistencia al aplastamiento.
Corte en los pernos.
Ruptura por corte.
Cedencia por corte.
Resistencia de la soldadura.
La soldadura se hace en taller
y se emperna en obra.
Deben considerarse
las excentricidades en el plano
y fuera del plano de la conexión.
3. Tensor
Aplastamiento en el pasador.
Corte en el pasador.
Ruptura por tracción.
Cedencia por tracción.
Resistencia de la soldadura.
El pasador está en la
condición de corte doble.
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Ejemplo 4.8
Calcular la resistencia de la conexión mostrada según la Norma Venezolana 1618:1998.
Dimensiones en mm.
8
E70 XX
16 mm
75
50
180
130
Tu
2L 100 x 90 x 6
32 75 75 32
Pernos ¾ plg. A325 - N
Agujeros estándar de 20.6 mm
Soldadura, FEXX = 4920 kgf/cm2
Plancha y perfiles:
Fy = 2530 kgf/cm2
Fu = 4080 kgf/cm2
TL 100 x 90 x 6
A = 23.35 cm 2
x = 2.31 cm
Corte A - A
Secciones a evaluar.
SOLUCIÓN
Se considera que fallan los dos perfiles L, simultáneamente.
1.1 Cedencia por tracción (Sección 21.15.1)
fRt = 0.9 A Fy = 0.9 x 23.35 x 2530 = 53168 kgf
1.2 Rotura por tracción (Sección 21.15; Artículo 7.3)
fRt = 0.75 Ae Fu = 0.75 A An
An = A (d + 1/8 plg.) t = 23.35 ( ¾ + 1/8)2.54 (2x0.6) = 20.68 cm2
2.31
x
fA=1 - L =1 - 15 = 0.846
fRt = 0.75 x0.846 x 20.68 x 4080 = 53536 kgf
1.3 Resistencia al aplastamiento (Sección 22.9.2)
Aplastamiento:
2.4d t Fu = 2.4 (3/4 x 2.54) (2 x0.6) 4080 = 22384.5 kgf
Pernos exteriores:
Lc = Le 0.5 dh = 3.2 -0.5 x 2.06 = 2.17 cm
1.2 Fu Lc t = 1.2 x 4080 x2.17 x 2 x 0.6 = 12749 kgf < 22384.5 kgf
4 - 60
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Pernos interiores:
1.3Fu Lc t = 1.2 x 4080 (7.5 2.17) x 2 x 0.6 = 31315 kgf .
Resistencia al aplastamiento:
fRt = f (Resistencia de pernos interiores + Resistencia de pernos exteriores).
fRt = 0.75 (1 x 12749 + 2 x 22384.5) = 43138.5 kgf.
1.4 Bloque de corte ( Sección 21.14.3, actualizada con el AISC 2005)
Considerando tensiones de tracción de fracción uniforme UBS = 1.0
f RBS = 0.75 (Fu Anv + Fu Ant ) < 0.75 (0.6 Fy Av + Fu Ant).
Av = b t = 2 [ 0.6 (7.5 +7.5 +3.2)] = 21.84 cm2
Anv = t [ b nv (d + 1/8)] = 2 x 0.6 [ (7.5 +7.5 +3.2)-2.5 (3/4 +1/8)2.54] = 15.17 cm2
At = s t = 5.0 (2x 0.6) = 6 cm2
Ant = t [ s - nt (d +1/8)] = 2 x 0.6 [ 5.0 0.5 (3/4 +1/8)2.54] = 4.67 cm.
fRBS = 0.75 (4080 x 15.17 + 4080 x4.67) = 60710 kgf .
< 0.75 (0.6x2530 x 21.84 +4080x4.67) = 39155 kgf.
2. Pernos (Sección 22.9.1)
Los pernos A 325 - N están en corte doble, luego
fRt = 2 ( Fv Ab)= 2 (2530 x 2.85) = 14421 kgf.
Por ser tres pernos, Rt = 3 x 14421 = 43263 kgf.
3. Cartela
3.1 Resistencia al aplastamiento (Sección 22.9.2)
Para no repetir los cálculos del numeral 1.3, se puede establecer una proporción en función de los
espesores:
fRt = ( 1.6 / 2 x 0.6) 43|38.5 kgf = 57518 kgf.
3.2 Cedencia en la sección de Whitmore (Anchura efectiva).
1.6 cm
30º
bw
7.5
bw = 2 ( 7.5 +7.5 ) tg 30 = 17.32 cm
Ae = fA An
Para la plancha, fA = 1.0, Ae = An
An = [17.32 (3/4 + 1/8)2.54]1.6 = 24.16 cm2
A = 1.6 x 17.32 = 27.71 cm2
7.5
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Según la Sección 21.15.1
fRt = 0.9 A Fy = 0.9 x 27.71 x 2530 = 63096 kgf
fRt = 0.75 Ae Fu = 0.75 x 4080 x 24.16 = 73930 kgf
4. Resistencia de la soldadura (Artículo 23.9)
La plancha está soldada en ambos lados de la soldadura de filete.
La capacidad de la soldadura es
fFW Aw = 2 [0.75 (0.6 FEXX) (D / √2 ) Lw]
= 2 [0.75 (0.6 x 4920) (0.8/ √2 ) 18] = 45087 kgf
5. Resistencia de la conexión
Capacidad de los angulares:
Cedencia
Rotura
Aplastamiento
Bloque de corte
53168 kgf
53536 kgf
43138.5 kgf
39155 kgf
Pernos :
Corte
43263 kgf
Soldadura:
Resistencia
45087 kgf
Cartela :
Aplastamiento 57518 kgf
Sección Whitmore (Anchura efectiva):
Cedencia
63096 kgf
Fractura
73930 kgf
La resistencia de la conexión es de 39155 kgf controlada por bloque de corte en los angulares.
En el caso de las conexiones de estructuras sismorresistentes, consúltese la Norma ANSI/AISC
358-05 Prequalified Connections for Special and Intermediate Steel Moment Frames for Seismic
Applications, la cual puede obtenerse gratuitamente en www.aisc.org. Este documento contiene
información detallada para el diseño completo de las conexiones de plancha extrema, muy utilizada en
el diseño de galpones. Entre otros documentos de interés para las conexiones soldadas, es el
ANSI/AWS D1.8/D1.8M : 2005 Structural Welding Code Seismic Supplement.
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Capítulo 5
Capítulo 5
FUNDAMENTOS TEÓRICOS DEL MÉTODO Y EL PROGRAMA
PARA EL PROYECTO ESTRUCTURAL DE GALPONES
5.1 INTRODUCCIÓN
En este Capítulo se desarrollan las fórmulas y procedimientos que respaldan los algoritmos de
análisis y diseño del Capítulo 6, con las solicitaciones que resultan de aplicar las normas venezolanas
vigentes.
De acuerdo con estas normas, todos los componentes estructurales deben analizarse para el
Estado Límite de Agotamiento Resistente, combinando las solicitaciones mayoradas que resultan de
las siguientes acciones:
Acciones permanentes, incluyendo el peso propio de los miembros estructurales.
Acciones variables, debidas al uso y ocupación de la edificación.
Acciones accidentales, y en especial, las debidas al viento y al sismo.
5.2 CORREAS
El análisis de las correas que soportan las láminas de cubierta, se fundamenta en que
generalmente están solicitadas a flexión biaxial por lo cual se pueden establecer las fórmulas que se
detallan para cada caso de carga.
CL
W
CL Correa
Ww
Co r
Sep
d
upe
ón S
rior
ión
arac
Figura 5.2.1.- Cargas actuantes en correas de techos
5-1
apose@alacero.org 27 Feb 2018
Partiendo de las cargas usuales, que incluyen el peso propio WCP del perfil de acero más una
previsión de peso equivalente de las láminas de cubierta, y los casos comparativos de las cargas
variables verticales WCVt , de 100 kgf/m2, se puede determinar que las correas colocadas sobre el
pórtico, ya sea sobre el ala superior de la viga maestra o del cordón superior de la viga de celosía,
inclinado a la pendiente media de 30 %, equivalente a un ángulo de inclinación de q = 16º 42´ con las
funciones sen q = 0.2873 y cos q = 0.9578 a una separación s, en m, con una luz L, en m, están
solicitadas por los siguientes casos de cargas:
Caso 1.- Cargas variables verticales
Las cargas permanentes, WCP , y variables sobre el techo, WCVt , originan los momentos, dados
2
Mx = [1.20 cos q WCP + 1.60 cos q a WCVt ] L 18
2
My = [1.20 sen q WCP + 1.60 sen q a WCVt ] L 18
Los cuales pueden reducirse a cm-kgf para expresarlos así:
Mx = [14.31 WCP + 19.2 a WCVt ] L2
My = [4.31 WCP + 5.66 a WCVt ] L2
[1]
La acción combinada de los momentos produce tensiones de agotamiento resistente a
compresión SU-MAX , que no deben superar de 0.90 Fy según la expresión:
Mx
Su-max = Z
x
+
My
< 0.90 Fy
Zy
[2]
La relación [ 2 ] viene a ser :
14.31
4.30 W
CP +
Zx + Zy
5.66 W a = 2250.0
19.2
CVt
Zx + Zy
L2
La cual, para un perfil dado , puede escribirse
AWCP + B WCVt a = 2250.0 / L2
a=
2250 / L2 - AWCP
B WCVt
Siendo
5-2
A=
14.31
4.30
+
Zx
Zy
B=
19.2
Zx
+
5.66
Zy
[3]
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Caso 2.- Presión horizontal del viento
Las solicitaciones por viento, WCW se combinan con el peso propio de las correas para originar
momentos dados por:
Mx = [1.20 cos q WCP + 1.60 sen q cos q a WCVt ] L2 / 8
My = [1.20 sen q WCP + 1.60 sen q a WCVt ] L2 / 8
Nota: El factor de 1.6 para el viento, WCW, supone que no se ha
incluido el factor de direccionalidad. Cuando se incluya, el
factor a utilizar es de 1.3, como aparece en la Norma
Venezolana1618:1998.
Las cuales pueden reducirse a cm-kgf para expresarlas así :
Mx = [14.31 WCP + 5.51 a WCVt ] L2
My = [4.31 WCP + 5.66 a WCVt ] L2
[4]
En la misma forma que el Caso 1, la acción combinada de los momentos produce tensiones de
agotamiento por compresión SU-MAX, que no deben superar de 0.90 Fy según la expresión [ 2 ].
En este caso, la relación [ 2 ] se puede convertir para un perfil dado en la relación [ 3 ] con los
siguientes valores de los coeficientes A y B :
14.31
4.30
Zx + Zy
5.66
5.51
B = Zx +
Zy
A=
Resulta evidente que para un perfil dado, los valores de A son siempre iguales en las dos
hipótesis de carga, en tanto que el valor de B será siempre menor para el Caso 2. Por ello la separación a
la cual pueden colocarse las correas, será siempre determinada por el Caso 1 en esta etapa de
predimensionado, y por ello, el nomograma que se describe luego, en el Capitulo 6, se puede construir
con la hipótesis más conservadora del Caso 1.
5.3. PÓRTICOS
Según el tipo de vigas que se haya elegido para los pórticos de los galpones, la determinación de las
solicitaciones de diseño se basa en las siguientes relaciones.
5.3.1 Vigas maestras
Cuando para los pórticos del galpón modular se ha seleccionado una viga maestra, las
solicitaciones resultantes bajo las acciones normativas se puede definir con las relaciones simplificadas
detalladas en el texto Pórticos y marcos simples de Kleinlogel que se resumen a continuación
5-3
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C
B
D
V
H
F
A
E
L
TIPOS DE CARGAS
w
w
SOLICITACIONES
EN
P
P
w
w
H
L
P
Empuje
F=
9/64 + 1/6v A1
+ A 2 /8) wL2
13 wL2
32.H N
wD
2A3
32NH
wH 5C1+6/2+w
N
6N
P . A3
4 N
Corte
V=
25
wL
64
w.L
2
wD H + D
8
L
wH2
2L
P.H / L
Momento
MB =
F.H
F.H
wD - F H
Momento
MC =
w.L2
- A 1 F.H
16
w.L2
- A1 F.H
8
wDH - wD2/8
Momento
MD =
F.H
F.H
F.H
2 - A1 F.H
wH2
F.H
2
wH2
- A1 F.H
4
F.H
P-F H
P.H - A F.H
1
2
F.H
P.L . A2
8.H N
P/2
-F.H
P.H - A F.H
1
4
F.H
Nota: La definición de las variables de esta tabla se
dan en la página siguiente.
A 1 = C 3 + 1.00
A2 = 2 C 3 + 3.00
A 3 = 2 C 1 + 3 C 3 + 6.00
N = C 1 + 3 C 3 + C32 + 3.00
C 0 = 12 . H / I 1 S
C 2 = 1.00
C3 = L / H
Figura 5.2 Fórmulas para el análisis estructural de pórtico trilátero articulado para diferentes cargas
5-4
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Los techos para los galpones aporticados se apoyan en las estructuras sencillas que se muestran
en la Figura 5.3.1, las cuales pueden analizarse con las relaciones establecidas en el texto clásico de
Kleinlogel, así:
Determinación de las constantes elásticas
Las solicitaciones en los miembros del pórtico dependen de los coeficientes
C0 = 12 . H / I1 S
C2 = 1.00
C3 = L / H
Para calcular los valores auxiliares
A 1 = C3 + 1.00
A2 = 2 C3 + 3.00
A3 = 2 C1 + 3 C3 + 6.00
Y la constante de forma N = C1 + 3 C3 + C32 + 3.00 , con los cuales se procede al:
Cálculo de las solicitaciones
Para determinar las reacciones de los apoyos y diseñar los miembros del pórtico se deben
combinar las solicitaciones producidas por, al menos:
· Las cargas permanentes, de peso propio y sobreimpuestas.
· Las cargas variables, acceso al techo.
· Las cargas accidentales, en especial las derivadas de la acción del viento de / o las acciones
sísmicas.
Según el tipo de esas cargas, se pueden usar las relaciones derivadas por Kleinlogel para
calcular los empujes, cortes y momentos en las secciones determinantes del pórtico que se resumen en
la Tabla 5.1.
Hipótesis de cargas determinantes del diseño
Según las disposiciones de la Norma Venezolana 1618, en las secciones de los miembros de los
pórticos deben verificarse, al menos, para las siguientes combinaciones mayoradas de cargas:
Hipótesis 1.- (1.20 * Cargas permanentes + 1.60* Cargas variables).
Hipótesis 2.- (Cargas gravimétricas mayoradas + 1.60 * Cargas de viento).
Hipótesis 3.- (Cargas gravimétricas mayoradas + Cargas de sismo).
Hipótesis 4.- (0.90* Cargas permanentes - Cargas de sismo).
5-5
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5.3.2 Vigas de celosía
Cuando se ha seleccionado para las vigas maestras una celosía plana, isostática, su
comportamiento se puede analizar por los siguientes métodos clásicos.
Con formas sencillas y sistemas resumidos de cargas, se pueden determinar las solicitaciones en
sus miembros por el método gráfico de Cremona, (Le figure reciproche nella statica grafica, Milano,
1872) el cual consiste en dibujar un diagrama de flechas, representativas a escala de las fuerzas
actuantes sobre la celosía, que se combinan en sus posiciones y direcciones verdaderas para formar un
diagrama de barrras como se representa en la Figura 5.3.2, el cual debe cerrar en equilibrio.
d
1000 kgf
c
b
1000 kgf
500 kgf
5
6
4
H= 2.5 m
10
a
500 kgf
3
8
9
2
7
1
L = 6.00 m
1500 kgf
1500 kgf
1 : 50
ELEVACIÓN
2
a
3
26 4
2400 kgf
20
kg
f
6 40
12
f
b
9
kg f
7
0 kg
4
14 6
0 kg
14
8
DIAGRAMA DE FUERZAS 1 cm = 200 kgf
f
c
60
kg
f
10
5
d
6
Figura 5.3 Método gráfico de Cremona
5-6
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TABLA 5.1 SOLICITACIONES EN PÓRTICOS ARTICULADOS
TIPO DE CARGA ACTUANTE
SOLICITACIONES
EMPUJE, H
Uniforme,
en la viga
Concentrada,
en el tope
13 . w . L2
32 . H1 . N
P.L .
8.H
Uniforme,
en la columna
A1 w. H
16
N
.
501+3.w
N
Uniforme
Lateral
w.D
32 . N . H
CORTE, V
0.50 . w . L
0.50 . P
w . H2 / 2 . L
w.D
D
L H+ 8
MOMENTO, MB
-P.H
-P.H
w . H2 - F . H
2
(w . D - F) . H
MOMENTO, MC
w . L2 - A . F . H P . L - A . F . H w . H2- A1 . F . H w.D.H + 0.5.w.D2
1
4
1
4
2-A1 .H
8
Nota: En el texto de Kleinlogel se presentan las
fórmulas correspondientes a otros casos de
cargas, mas complejos. Para la explicación de
los variables, véase la Figura 5.2.
Para formas mas complejas, con sistemas de cargas mas elaborados, es necesario recurrir al
análisis matricial de estructuras, siguiendo los métodos clásicos computarizados, cuyo proceso
describe el conocido texto de Gere & Weaver, al cual remitimos, pues excede los alcances de esta
publicación. Baste decir que las vigas de celosía para el techo de los galpones son estructuras planas
formadas por triángulos cerrados, con barras ó miembros, que trasmiten a los apoyos las cargas
verticales ú horizontales actuantes, a través de fuerzas internas axiales de tracción o compresión.
Salvo casos especiales, los miembros no reciben momentos de flexión importantes, debido a las
cargas locales, y en todo caso, no se acostumbra tomarlos en cuenta para el análisis general de la celosía.
Para normalizar el análisis de la celosía se utiliza en este texto el método de las rigideces,
propuesto por Gere & Weaver en su texto COMPUTER PROGRAMS FOR STRUCTURAL ANALYSIS,
el cual parte de las matrices de rigidez de los miembros SM para combinarlos, según la libertad de
desplazamiento de la estructura, para formar la matriz de rigidez S del conjunto, por yuxtaposición de
los miembros concurrentes a una junta.
La inversión de esa matriz cuadrada, combinada con los vectores de las cargas asociadas a las
juntas responde a las ecuaciones de equilibrio, y su solución determina los desplazamiento de los nodos
de la estructura y, por ende, las solicitaciones finales en cada uno de sus miembros.
5-7
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Por el método de los desplazamientos se podría seguir un proceso ordenado, calculable a mano o
apoyado en un programa de computación, a partir de los datos básicos (ubicación, luz, número de nodos
y miembros, restricciones de apoyo, coordenadas y restricciones de los nodos, incidencias, largo y área
de los miembros) a fin de calcular las matrices de rigidez de los miembros y combinarlas para formar la
matriz de rigidez del conjunto, sumando sus contribuciones de acuerdo con los valores de las
restricciones de los nodos, y proceder a la inversión de la matriz de rigidez, que servirá para resolver los
casos de carga exigidos por las normas,
Para cada caso de carga se determinan así las solicitaciones aplicadas a los miembros y a los
nodos; para obtener las solicitaciones finales en la estructura, que servirán para el cálculo de los
desplazamientos de los nodos y su ordenamiento, a fin de obtener las solicitaciones finales en los
miembros, las cuales servirán para establecer las combinaciones determinantes del diseño, según las
Normas Venezolanas vigentes.
Con estas combinaciones determinantes se procede a la revisión de los miembros, para verificar
si las dimensiones supuestas en el modelo preliminar de la estructura son suficientes, o corregirlas si
fuere necesario, repitiendo el proceso de análisis cuando se considera influyente el cambio que se haga a
las dimensiones supuestas originalmente.
5.4. COLUMNAS
Salvo que las vigas maestras se apoyen en muros, las columnas resultan solicitadas a flexión
desviada, con las cargas y momentos que les trasmiten las vigas maestras, y su diseño depende del tipo
de material seleccionado para la columna.
5.4.1 Columnas de acero
En las columnas de acero sometidas a flexo compresión bajo la acción de una fuerza axial Nu y
momentos flectores Mx y My según los ejes Ox y Oy de su sección formada por los perfiles laminados,
segun se indica en la figura:
Viga
5.0
UPL14
A
2.5
5.0
UPL140
A
Plancha
Placa de anclaje
12.5 cm
ELEVACIÓN
SECCIÓN A - A
Figura 5.4.1 Columnas de acero
5-8
14.0 cm
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En las columnas de acero sometidas a flexo compresión bajo la acción de una fuerza axial Nu y
momentos flectores Mx y My según los ejes Ox y Oy de su sección A, la capacidad total de carga Nt
depende de su relación de esbeltez k L / r así :
Para k L / r > 22 < 136
Nt = 0.33 / A (Fy )kL /r
Para k L / r > 136 < 200
Nt = 7248 A Fy / (k L / r) 2
Y debe satisfacer las siguientes relaciones, establecidas por Bresler:
Para Nu > 0.20 Nt:
Para Nu < 0.20 Nt:
8.0 Mux Muy < 1.00
Nu
0.85 Nt + 8.1 Mtx + Mty
Mux Muy < 1.00
Nu
1.70 Nt +1.11 Mtx + Mty
El siguiente nomograma facilita la selección del perfil adecuado para unas solicitaciones dadas:
150
100
2
2
C
N
IP
50
18
24
0
x
C
30
0
x
75
65
x
5
IPN
55
40
0x
4L
CARGA AXIAL MAYORADA Nu. ton.
DIAGRAMA DE INTERACCIÓN NU - MU
80
0
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
SUMA DE MOMENTOS Mxu + Myu ; m-ton
Figura 5.4.2 Nomograma para columnas de acero
5-9
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5.4.2. Columnas de concreto reforzado
Las columnas rectangulares de concreto reforzado, de lados b y h, que se muestran en la figura,
son muy utilizadas para soportar vigas de los galpones,
A
30
A
30
ELEVACIÓN
SECCIÓN A - A
Figura 5.5 Columnas de concreto reforzado
En las columnas rectangulares, de lados b y h, comúnmente utilizadas para soportar las vigas de
los galpones, y solicitadas a flexión y fuerzas axiales, de compresión o tracción, según la acción de una
fuerza axial Pu y momentos flectores Mux y Muy según sus ejes Ox y Oy, se cumplen las relaciones
estudiadas por los profesores Marín y Güell en su publicación Manual para el Calculo de Columnas de
Concreto Armado, las cuales permiten determinar el porcentaje de refuerzo que requiere la sección de
área A = b.h para cada una de las hipótesis combinatorias exigidas por la Norma, y así, seleccionar el
máximo porcentaje p requerido y fijar el área de refuerzo As = p.b.h.
A tal fin, a partir de los valores auxiliares
1
a = 1.0 / (0.85 . fc . b . h)
1
m = 1.0 / (0.85 . fc . b . h)
2
para cada hipótesis combinatoria se pueden obtener los valores de:
n = a . Pu ; µ = m . M y
A v = 0 . 500 . n - 0.7143 . n 2
Bv ≈ 0.243 - 0.369 . n + 0.415 . n 2
5 - 10
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Para calcular el porcentaje de refuerzo:
µ < Av ..... p = 0.01
Cuando
µ v Av..... p = (µ - Av ) / (m.Bv)
Y seleccionar el mayor valor de ese porcentaje, el cual, según la Norma de Concreto, no
debe exceder de 0.06.
Los nomogramas del citado Manual facilita la interpretación de este comportamiento y la
selección de dimensiones adecuadas para cada caso.
5.5. FUNDACIONES
Según las características del suelo definidas en la exploración e informes especializados del
sitio en que estará ubicado el galpón, quedara determinado el tipo de fundación a utilizarse.
En todo caso, deben definirse primero las planchas de base de las columnas y los pedestales de
transición, antes de proporcionar el tipo de fundación adecuado, utilizándose, generalmente los tipos
que se describen a continuación:
5.5.1 Fundaciones directas
Las columnas aisladas del techo de los galpones modulares, trasmiten generalemnte cargas
moderadas y pueden, por ello, apoyarse en fundaciones directas, a baja profundidad, como se muestra
en la figura:
CL
VIGA DE RIOSTRA
PLANTA
ELEVACIÓN
Figura 5.5.1 Fundación directa de concreto
5 - 11
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Las fundaciones directas de concreto reforzado se dimensionan para satisfacer las siguientes
hipótesis de carga:
Caso 1.- Cargas gravimétricas de servicio, sin exceder la capacidad máxima de trabajo del suelo,
Sad.
Caso 2.- Cargas gravimétricas mayoradas, que pueden simplificarse usando el factor
consolidado FSC de mayoración,sin exceder la capacidad del suelo, S max.
Caso 3.- 0.75 veces las cargas gravimétricas mayoradas mas las acciones sísmicas, en las dos
direcciones, también sin exceder la capacidad máxima del suelo, S max
Caso 4.- 0.90 veces las cargas gravimétricas permanentes mas las acciones sísmicas en ambas
direcciones, también sin exceder la capacidad máxima del suelo, Smax.
Con esas solicitaciones se calcula, en el Caso 1, el lado B de la base cuadrada, procurando que no
haya tracción bajo la fundación, a cuyo fin debe satisfacerse la condición:
P>
6 (Mx + My)
B
Para ello, es necesario que cada lado B satisfaga, para la presión correspondiente S1, las
siguientes condiciones:
P
B>
S1 - d . H
B > 6 (Mx + My)
P
Para un primer tanteo, se puede usar siempre d . H = 0.75
La determinación del lado de la fundación B, se facilita con el siguiente nomograma, en función
de la carga axial máxima de los casos citados.
INTERACCIÓN P-M EN FUNDACIONES
Smáx = 20 ton / m 2
300
CARGA AXIAL, ton
B=
3.7
200
B=
100
B=
2.
00
0
0
B=
27
.5
2.5
B=
5m
3.2
3.0
5
B=
3.5
0
0
0
25
50
MOMENTO, m-ton
75
100
Figura 5.5.2 Lados de la fundación directa de concreto, en m
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Determinado el lado B de la fundación, se verifica el espesor H de la zapata, para la presión más
desfavorable sobre el suelo Smáx, en las varias hipótesis calculadas antes, para determinar:
El corte máximo en la cara del pedestal de la columna, de lado c, por:
V = 0.50 (B - c) Smáx
y la altura útil, en cm., que requiere,
1
d = 10 . V / 0.45 fc
Igualmente, se verifica el momento máximo que actúa en la zapata:
M = 0.50 (B -) Smáx
y comparar esta altura con la anterior,
dM = 1000 . M
Rbal
Para seleccionar el mayor espesor útil, d, a fin de calcular el espesor total H=d+d', en cm.
El refuerzo en las dos direcciones ortogonales se obtiene para el Caso más desfavorable y se le
suple mediante las barras necesarias, respetando las disposiciones normativas para la distribución del
refuerzo.
5.5.2 Vigas de riostra
Las columnas deben vincularse, en su base, con un sistema ortogonal de vigas de riostra, para
fijarlas contra las acciones horizontales derivadas de la acción del viento y de las solicitaciones
sísmicas.
Estas vigas, generalmente de concreto reforzado, se diseñan a flexión y carga axial simultánea,
de compresión y de tracción, por métodos aproximados, de carácter práctico, con capacidad para
absorber al menos el 10% de las fuerzas horizontales que se desea contrarrestar.
5.5.3 Losa de fundación
En algunos suelos de baja capacidad de carga, no es posible apoyar la estructura del galpón en
fundaciones aisladas y resulta mas seguro y económico apoyar la estructura en un losa corrida de
fundación, de concreto reforzado, de poco espesor. Es una solución que requiere del diseño de un
especialista, lo que dificulta su inclusión en este texto.
5.5.4 Pilote
En casos extremos, de suelos superficiales muy deformables, podría ser necesario fundar las
columnas del galpón sobre pilotes prefabricados o hincados. Dado el bajo peso de las estructuras de
acero, esta solución es poco probable en los galpones ordinarios y se deja al campo de los especialistas
en fundaciones
5.6 PAVIMENTOS
Para el diseño de los pavimentos de concreto en las vías de tránsito vehicular convencional y en
las áreas industriales de galpones, véase el Anexo F de la Norma Venezolana 1753:2006.
5 - 13
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5 - 14
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Capítulo 6
Capítulo 6
MÉTODO ORDENADO DE PROYECTO
6.1 INTRODUCCIÓN
El proyecto estructural de los galpones modulares se puede realizar según la metodología que se
propone en el presente Capítulo, basada en las relaciones estáticas expuestas en el Capítulo 5 y las
recomendaciones dadas en el resto de los Capítulos.
El Método Ordenado de Proyectos consiste fundamentalmente en los siguientes pasos:
• Selección del tipo estructural y su predimensionado.
• Definición de las cargas para el análisis y el diseño.
• Análisis de las solicitaciones actuantes y sus combinaciones determinantes.
• Determinación de las secciones adecuadas.
• Fijar los detalles constructivos y preparar los dibujos estructurales correspondientes.
• Preparación de la documentación del proyecto.
6.2 PREDIMENSIONADO ESTRUCTURAL
En la etapa de anteproyecto de un galpón se debe realizar un predimensionado de su sistema
estructural, de acuerdo con sus características de uso, y en estrecha coordinación con los otros
especialistas del proyecto (arquitectos, ingenieros de suelo, de instalaciones sanitarias, de equipos
mecánicos, etc.) a fin de establecer la disposición y las dimensiones generales de la estructura, en
función de las cargas y de las acciones ambientales (viento, sismo, empujes, etc.) correspondientes a la
ubicación propuesta del galpón y dentro de las limitaciones que impone la forma y dimensiones del lote
de terreno disponible.
En esta etapa preliminar, se puede buscar la optimización de los miembros estructurales, cuando
haya libertad para establecer las luces y separaciones de los componentes estructurales, escogiendo la
mejor combinación de luces y separaciones de las vigas maestras del galpón, orientándose por las
siguientes consideraciones básicas:
6-1
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• La selección de las láminas de la cubierta, entre los varios tipos disponibles depende del clima
local (insolación, viento, pluviosidad, etc.) y de las exigencias de control de temperatura del uso
propuesto y afecta el peso permanente del techo, y por ende, el diseño de las correas.
•El sistema de correas, con vigas UPN o IPN, que soportan la cubierta, es un factor importante
de la estructura del techo, pues, como se ilustra en la Figura 6.1, pesa entre 6.00 y 15.7 kgf/m2 según
varíe su luz, igual a la separación entre las vigas maestras en que se apoyan, lo cual representa casi la
mitad del peso total de la estructura del techo.
PESO UNITARIO kgf/ m2
2
20.0
15.0
10.0
Aju
a c ió n
Rel
5.0
1.50
2.00
,s=
ación
r
a
p
e
1.00
m
;S
stada
2.50
3.00
3.50
4.00
4.50
5.00
LUCES, m
Figura 6.1 Eficacia de las correas
•Las vigas de los pórticos triláteros contribuyen con 5.8 a 12.0 kgf/m2 al peso estructural, carga
que aumenta poco con la abertura total de los pórticos, como se muestra en la Figura 6.2.
PESO UNITARIO kgf/ m2
15.00
10.00
5.00
0.0
5.0
10.0
LUCES, m
Figura 6.2 Eficacia de los pórticos
6-2
15.0
apose@alacero.org 27 Feb 2018
•Las vigas de celosía aportan la solución más eficaz para el soporte del techo, pues su peso
unitario varía entre 5.7 y 11.8 kgf/m2, para luces entre 5 y 24 m, como se muestra en la Figura 6.3. Este
peso unitario resulta poco afectado por la separación cuando constituyen las celosías maestras de los
pórticos pues el peso unitario de las celosías, solicitadas predominantemente a fuerzas axiales, es
función de su luz e independiente de la magnitud de las cargas tributarias, y por tanto, de la anchura de la
faja que soportan. Por ello, el uso de las vigas de celosía representa la mejor solución estructural cuando
el uso del galpón impone la dotación de importantes espacios libres de columnas.
PESO UNITARIO kgf/ m
22
15.00
10.00
5.00
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
LUCES, m
Figura 6. 3 Eficacia de las vigas de celosía
El peso de las columnas de acero, por m2 es independiente, y casi constante, de las proporciones
del área cubierta, aunque, por otra parte, crece en proporción a la altura de los techos.
Habida cuenta de estas recomendaciones generales y establecidas de común acuerdo las luces y
separaciones de las vigas maestras del techo, conviene predimensionar sus componentes estructurales,
como se indica a continuación.
6.2.1 Predimensionado de las correas
Dentro de los limites usuales de luces y separaciones de las correas para techos cuya pendiente
no exceda del 30% se pueden seleccionar las correas mediante un nomograma cartesiano con curvas
que relacionen, para cada perfil disponible, la luz “l” y la separación “a” en que pueden colocarse las
correas a lo largo del cordón superior de las celosías maestras del techo para los galpones normales, con
la expresión:
a=
2250 / L2 - A . WCP
B . WCV
Escogiendo valores usuales para las cargas permanentes y variables y calculando los
coeficientes A y B para cada perfil disponible.
Para ilustración del procedimiento, se ha construido el nomograma que se ilustra en la Figura
6.4, para los perfiles usuales UPN y IPN y luces entre 1 y 6 m. Véase la Tabla 6.3.
6-3
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Correas Normales
4,50
4,00
3,00
40
-1
20
IPN
N1
IP
0
1
0N
L1 2
1
UP
L
UP
UP 0
8
0
N 8 UPL
2,50
UP
Separación, m.
3,50
2,00
1,50
-U
PL
14
0
0
IP
1,00
00
N
-6
0
0,50
0,00
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
Luces, m.
Figura 6. 4 Predimensionado de las correas
6.2.2 Predimensionado de los pórticos modulares
El predimensionado de los pórticos depende del tipo seleccionado para las vigas maestras del
galpón. Como una aproximación preliminar al predimensionado de los techos aporticados, pueden
utilizarse, para las cargas usuales, los datos de la Tabla 6.1, seleccionando los perfiles adecuados a las
características allí indicadas, en los catálogos correspondientes.
TABLA 6.1 CARACTERÍSTICAS DE PERFILES PARA LOS PÓRTICOS TRILÁTEROS
LUZ
m
Perfil d,
altura, mm
6
8
10
12
14
16
18
20
90
120
150
180
210
240
270
300
COLUMNAS
VIGAS
Sx
3
cm
Área
cm2
33.5
45.4
56.7
82.6
93.8
128.0
128.0
150.6
160
252
427
557
794
965
1370
1480
Nota:
Sx
cm3
160
273
403
714
774
1366
1366
1500
Las columnas de los pórticos se forman, en
general, con vigas H (ASTM o DIN), con
pares de canales UPL o UPN, o con
secciones abiertas de 4 angulares.
Para un predimensionado mas preciso de los pórticos triláteros aplicables a los galpones
modulares, que se van a analizar luego, se puede seguir el siguiente proceso simplificado.
6-4
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Definición de las características generales del pórtico:
Dada la ubicación (UBIC) del pórtico y sus dimensiones generales: luz libre (L), altura de las
columnas (h) y de la cumbrera del techo (E), la separación centro a centro de los pórticos (s) y una
estimación de la carga uniforme total (w) por unidad de superficie, en el techo, se pueden estimar las
solicitaciones determinantes de las dimensiones de los miembros del techo, en la forma siguiente:
Cálculo de las dimensiones de las vigas
La carga sobre las vigas del pórtico es W = w . s
cuya constante de rigidez será: N = 3 + 3 L / H + L2 / H2 + I2 . H / I1 . L
Las solicitaciones para las acciones mas comunes se indican en la Tabla 6.2.
TABLA 6.2 SOLICITACIONES EN PÓRTICOS BIARTICULADOS
TIPO DE CARGA ACTUANTE
SOLICITACIONES
Uniforme,
en la viga
Concentrada,
en el tope
Uniforme,
en la columna
Uniforme
Lateral
EMPUJE, H
13 . w . L2
32 . H1 . N
F . L . A1
8 . H .N
w . H 501 +3 . w
16
N
w .D
32 . N . H
CORTE, V
0.50 . w . L
0.50 P
w . H2 / 2 . L
w .D
D
L H+ 8
MOMENTO, MB
-F .H
-F .H
w . H2 - F . H
2
(w . D - F) H
MOMENTO, MC
w L2 - A . F . H P L - A . F . H
1
1
4
8
Nota:
w . H2- A . F . H
1
4
w.D.H + 0.5 . w .D 2
2 - A1 . H
En el texto de Kleinlogel se presentan las
formulas correspondientes a otros casos, más
complejos, de cargas. Para la explicación de las
variables, véase la Figura 5.2.
Con la combinación de las solicitaciones actuantes no mayoradas, se revisa la Tabla 6.2 o el
catálogo de perfiles usuales, para seleccionar uno en el cual no se exceden las tensiones admisibles, al
corte Fv = 0 .40 * Fy, y de flexión FB = 0.66 * Fy, pues suple, al menos, para las vigas, un área y módulo
de sección dados por :
Av = V / Fv
Sx = MAX (MB , MC) / FB
6-5
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Cálculo de las dimensiones de las columnas:
Para predimensionar las columnas, sometidas a flexión y cargas axiales simultáneamente,
con una carga axial igual al corte total å (V) y a la suma de los momentos å (MB) calculados con la
Tabla 6.3, se selecciona el perfil que satisfaga la condición de Bresler:
(MB )
(V)
< 1.00
+
0 . 90 A FB
FB SX
Completándose así la información necesaria para el análisis del pórtico, como se indica más
adelante.
6.2.3 Predimensionado de las vigas de celosía
Según su tipo, las dimensiones preliminares de las vigas de celosía pueden seleccionarse de las
Figuras 6.5 a 6.8, derivadas del Manual para el Cálculo de Edificios, publicado en 1959 por el
Ministerio de Obras Publicas, MOP, y adaptadas a los perfiles usuales del mercado (Cuaderno
Informativo 15 Galpones Modulares, SIDETUR, Julio 2006).
0.29
.50
2x(0
15 L
0xC
)
C
0.50
Di
ag
a
on
C= 0
les
Pendolón
,583
CordL
H= 0,30 L
ón S
uper
ior
Cordón inferior
0,3044 L
L/2
0,1956 L
Luz (L)
LUZ
metros
5.00
6.00
7.00
7.50
8.00
C. inferior
5.60 /
TL 40x4
5.60 /
TL 40x4
5.60 /
TL 40x4
5.60 /
TL 40x4
5.60 /
TL 40x4
SECCIONES DE LOS MIEMBROS
Área en cm2 / tipo
C.superior
Pendolón
Diagonales
15.40 /
5.60 /
5.60 /
TL 75x7
TL 40x4
TL 40x4
5.60 /
5.60 /
15.40 /
TL
40x4
TL
40x4
TL 75x7
5.60 /
5.60 /
15.40 /
TL
40x4
TL
40x4
TL 75x7
5.60 /
5.60 /
15.40 /
TL 40x4
TL 40x4
TL 75x7
5.60 /
5.60 /
18.6 /
TL 40x4
TL 40x4
TL 75x7
Columnas
Figura 6. 5 Celosías Tipo 1. Para luces entre 5.00 y 8.00 m - sep 4.00
6-6
2
80x35
2
80x35
2
80x35
2
100x40
2
100x40
apose@alacero.org 27 Feb 2018
44 L
0.19
xC)
3C
.333
0
0.33
(
x
3
3C
0.33
0,3044 L
C= 0
,583
L
H= 0,30 L
L/2
0,1956 L
Luz (L)
LUZ
metros
C. inferior
SECCIONES DE LOS MIEMBROS
2
Área en cm / tipo
C.superior Pendolón
Diagonales
Columnas
5.60 /
5.60 /
5.60 /
15.40 /
8.00
2 100x40
TL 40x4
TL 40x4 TL 75x7 TL 40x4
5.60 /
9.00 /
5.60 /
15.40
/
9.00
TL 50x5
TL 40x4 TL 75x7 TL 40x4
2 100x40
5.60 /
9.00 /
5.60 /
15.40 /
10.00
TL 50x5
TL 40x4 TL 75x7 TL 40x4
2 100x40
17.00 /
5.60 /
9.00 /
5.60 /
11.00
2 120x45
TL 50x5
TL 40x4 TL T5x7 TL 40x4
9.00 /
5.60 /
5.60 /
17.00 /
12.00
2 120x45
TL 50x5
TL 40x4 TL T5x7 TL 40x4
Figura 6. 6 Celosías Tipo 2. Para luces entre 8.00 y 12.00 m - sep 4.00
8L
0.145
0.1522
C)
.25x
0
(
x
4
C
0.25
C
5
0.2
. 2
0152
LUZ
metros
C. inferior
0.25
C
C= 0
,583
, 956 L
01
Luz (L)
L
H= 0,30 L
L/2
SECCIONES DE LOS MIEMBROS
Área en cm2 / tipo
C.superior Pendolón
Diagonales
Columnas
5.60 /
12.00
2 120x45
TL 40x4
7.20 /
13.00
TL 50x4
2 120x45
9.00 /
14.00
2 120x45
TL 50x5
9.00 /
15.00
2 120x45
TL 50x5
10.4 /
16.00
2 140x50
TL 50x7
10.4 /
29.00 /
18.00
2 140x50
TL 100x8
TL 50x7
Figura 6.7 Celosías Tipo 3. Para luces entre 12.00 y 18.00 m - sep 5.00
7.20 /
TL 50x4
7.20 /
TL 50x4
7.20 /
TL 50x4
7.20 /
TL 50x4
9.00 /
TL 50x5
9.00 /
TL 50x5
18.60 /
TL 75x7
18.60 /
TL 75x7
20.80 /
TL 75x8
20.80 /
TL 75x8
20.80 /
TL 75x8
5.60 /
TL 40x4
5.60 /
TL 40x4
5.60 /
TL 40x4
5.60 /
TL 40x4
5.60 /
TL 40x4
5.60 /
TL 40x4
6-7
apose@alacero.org 27 Feb 2018
6C
0.166
6C
6
6
1
.
6
6C 0
0.166
C
6
6
L 0.16
0.097
97 L
6 66
x(0.1
xC)
C6= 0
C
661.,58
0 3
L
H= 0,30 L
0.0
0.1522
0.1522
L/2
, 956 L
01
Luz (L)
LUZ
metros
18.00
19.00
20.00
22.00
24.00
C. inferior
13.00 /
TL 65x6
13.00 /
TL 65x6
13.00 /
TL 65x6
13.00 /
TL 65x6
13.00 /
TL 65x6
SECCIONES DE LOS MIEMBROS
2
Área en cm / tipo
C.superior Pendolón
Diagonales
27.00 /
TL 100x8
27.00 /
TL 100x8
31.00 /
TL 100x8
31.00 /
TL 100x8
33.00 /
TL 100x10
5.60 /
TL 40x4
5.60 /
TL 40x4
5.60 /
TL 40x4
5.60 /
TL 40x4
5.60 /
TL 40x4
10.40 /
TL 50x7
12.20 /
TL 65x6
12.20 /
TL 65x6
15.40 /
TL 75x7
15.40 /
TL 75x7
Columnas
2
140x50
2
140x50
2
140x50
37.00 /
140
37.0 /
140
Figura 6.8 Celosías Tipo 4. Para luces entre 18.00 y 24.00 m - sep 4.00
Seleccionado el tipo más adecuado a las condiciones locales del proyecto, se puede proceder al
análisis y diseño de la celosía.
A tal fin, resulta conveniente aprovechar la CONSTRUCCIÓN DEL MODELO
MATEMÁTICO de la celosía descrito en la Hoja de Cálculo CEL-1.XLS incluida en el ANEXO de esta
publicación, en función del tipo normal, su luz y su pendiente, dando el número de nodos y de miembros
de la celosía, para determinar:
• Las coordenadas de los nodos: (Xi , Yi).
• Las incidencias y las longitudes de los miembros.
Calcular sus cosenos directores (CX, CY) y estimar las áreas de los miembros, como datos que
servirán para formar la matriz de rigidez y resolver el análisis de la celosía, para formar así la tabla que
se muestra en el Ejemplo 6.4.
6-8
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Al utilizar la hoja de cálculo citada, después de identificar la celosía (TITUL) y definir sus
parámetros, dando la siguiente información:
• Número de nodos (NJ).
• Número de miembro (NM).
• Número de restricciónes (NR) y de nodos restringidos (NRS).
Se listan las coordenadas de los nodos y se definen los miembros y sus incidencias (nodo inicial
JJ, final JK) y su áreas aproximadas (A), para calcular sus longitudes y sus cosenos directores CX y CY,
y completar así la información necesaria para operar el programa de computación, siguiendo sus
instrucciones , como se indica en el Capítulo 7. Véase el Ejemplo 6.4.
Para la determinación de las áreas aproximadas de los miembros de las celosías se puede utilizar
el Método de Culmann (Die graphische Statik, Zurich, 1866), como se muestra en la Figura 6.9:
7
C1
C1
6
N1
N1
C6
N6
N1
C1
T1
1
C2
T2
T2
2
T3
T3
3
Figura 6. 9 Método de Culmann
En algunos casos se considera conveniente dotar al techo de una ventana superior, para darle
ventilación e iluminación desde la cumbrera, como se indica en la Figura 6.9.
Esta disposición especial influye poco en las dimensiones dadas anteriormente para los
miembros de las celosías modulares, las cuales se pueden usar para el predimensionado de estas formas
especiales, en función de sus luces.
6-9
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Iluminación y ventilación
L/2
L/2
Columna
Pared
Pared
Figura 6. 10 Techos con ventilación superior
Las vigas de celosía se pueden apoyar en columnas de acero, aunque se acostumbra, también,
apoyarlas en muros laterales o en columnas de concreto reforzado.
Las fundaciones, de acuerdo con la capacidad resistente de los suelos, pueden lograrse con
zapatas aisladas bajo las columnas, o con zapatas bajo los muros, según el caso.
6.3 PARÁMETROS DE DISEÑO
Para el diseño de los componentes estructurales del galpón se han pre-establecido los siguientes
parámetros de diseño, basados en las normas vigentes en Venezuela y en los materiales disponibles en el
mercado interno:
6.3.1 Materiales
FY.
Perfiles de acero: Se verifican en función del Módulo de elasticidad ES, y la resistencia a tracción
6.3.2 Cargas de cálculo:
Permanentes: peso propio
Equipos
Acabados
Variables: obreros, materiales, equipos,
Accidentales: Viento o sismo
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Acciones del viento según la Norma Venezolana 2003
El cálculo de las acciones del viento sobre las construcciones es un proceso laborioso, como lo
demuestran los ejemplos del Apéndice C de la Norma Venezolana 2003, y el Ejemplo 3.1. Por lo que a
fines de prediseño podemos usar un valor de referencia para los empujes o succiones, en kgf/m2,
aplicada normalmente sobre el área que se enfrenta al viento. En la Subsección 6.2.2.1 de la Norma
Venezolana 2003, se establece como valor mínimo en condiciones de servicio 30 kgf/m2,
correspondiente a una velocidad básica de V = 70 km/h. Para fines de prediseño del sistema resistente a
viento se puede tomar un valor entre 50 y 75 kgf/m2. Para el cálculo de componentes y cerramientos
estos valores se incrementan notablemente, por lo que se recomienda tomar valores de prediseño de 75 a
100 kgf/m2.
Los siguientes valores de referencia proceden del mapa y Tabla 5.1 de la Norma Venezolana
2003, actualizada según se discutió en el Capítulo 3.
Regiones
1.- 70 a 80 km/h
2.- 80 a 90 km/h
3.> 100 km/h
Aragua, Bolívar, Carabobo, Guárico, Mérida, Táchira, Portuguesa.
Apure, Amazona, Miranda.
Zonas costeras, Lara, Monagas, Zulia, Sucre, Nueva Esparta.
Acciones sísmicas según la Norma Venezolana 1756
El coeficiente sísmico definido como C = Vo/W no será menor que (αAo/R), con:
Valores del factor de importancia , α
Grupo A: Esenciales, α = 1.30 ;
Grupo B: De alta ocupación α = 1.15;
Grupo C: Vivienda, α = 1.0
Coeficiente de aceleración horizontal, Ao, segun la siguiente Tabla:
Zona
1
2
Baja
Peligrosidad
3
4
5
6
Intermedia
Zona
geográfica
Amazonas
Eje Orinoco
Apure
Ao
0.10
0.15
Piedemonte Región Central
Cordilleras
y
Llano alto
Andina y de
Los Andes
la Costa
0.20
0.30
0.25
7
Alta
Resto del
Edo. Sucre
Norte
Edo. Sucre
0.35
0.40
Para pórticos de acero o de concreto reforzado, con Nivel de Diseño ND3, R =6.
Para pórticos de acero con arriostramientos concéntricos, con ND3, R = 5.
Para sistemas con columnas articuladas en su base, el valor de R será multiplicado por 0.75.
W es el peso total de la edificación por encima del nivel de base, considerando además de las
cargas permanentes, la siguiente fracción de las cargas variables de servicio: en techos y terrazas no
accesibles, salvo con fines de mantenimiento 0%; en almacenes y depósitos, 100%; edificaciones
comerciales y similares con concentración de publico, 50%.
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6.3.3 Hipótesis combinatorias
En el método de proyecto exigido por la Norma Venezolana 1618:1998, se deben establecer, al
menos, las siguientes hipótesis combinatorias:
Hipótesis 1.-
1.2 CP + 1.6 CV + 0.5 CVt
Hipótesis 2.-
1.2 CP + 1.6 W + 0.5 CV + 0.5 CVt
Hipótesis 3.-
0.90 CP + 1.6 W
Nota. Cuando se incluya en las acciones del viento,
W, el factor de direccionalidad, el factor de
1.6 puede reducirse a 1.3.
Para tomar en cuenta los efectos del sismo, según lo especificado en la Norma Venezolana
1756:2001 se deben incluir las siguientes hipótesis combinatorias
Hipótesis 2.- 1.2 CP + 0.5 CV + S
Hipótesis 3.-
0.9 CP + S
Donde S = SH + (0.2 α j ß Ao) CP
SH = Solicitaciones debidas a las componentes sísmicas horizontales actuando
simultáneamente, incluido los efectos torsionales.
En el Artículo 8.6, la Norma establece los criterios de combinación de las componentes sísmicas
horizontales.
6.4 CATÁLOGOS DE SECCIONES USUALES DE ACERO
Publicados por los fabricantes y/o distribuidores locales, aparecen incluidos en numerosas
publicaciones especializadas pueden ser ubicados en los catálogos y páginas web de los fabricantes:
Perfiles IPN y canales UPL
Pares de angulares L, DIN y AISC
Pares de canales UPL
Secciones abiertas de columnas
Vigas de celosía
6 - 12
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6.5. MÉTODOS DE DISEÑO DE LOS COMPONENTES DEL GALPÓN
Para el diseño de los componentes estructurales de los galpones modulares se recomienda
seguir el siguiente método de proyectos, basado en los casos de carga exigidos por las Normas, con las
opciones y fórmulas descritos en el Capítulo 5 para las relaciones elásticas y con las limitaciones y
mínimos establecidos para el diseño en las normas vigentes.
6.5.1 Diseño de las láminas de cubierta
Según lo descrito en el Capítulo 2, en el mercado local se encuentran varios tipos de láminas
industrializadas, para la cubierta de los galpones modulares, con los siguientes pesos aproximados:
Acero galvanizado (planchas): 5kgf/m2
Plástico:
2kgf/m2
Acero preformado (canales): 5 a 7 kgf/m2
Para el proyecto de la cubierta se recomienda seguir el siguiente método ordenado de proyecto
concebido para evitar omisiones o errores, adoptando valores preliminares aproximados, a fin de
reducir los tanteos y facilitar la revisión de los cálculos, así:
1 Selección del tipo estructural y su predimensionado
Para una comparación heurística de las soluciones factibles, y partiendo de relaciones sencillas, o de
experiencias previas se procede a determinar las dimensiones y tipo adecuados, según los catálogos
correspondientes.
2 Definición de las cargas de diseño
A partir de las disposiciones normativas correspondientes se definen las cargas correspondientes
a los casos usuales: permanentes, variables y accidentales.
3 Análisis de las solicitaciones actuantes y sus combinaciones determinantes
Aplicando las relaciones elásticas estudiadas en el Capítulo 5 anterior se determinan las
solicitaciones correspondientes a cada caso de cargas y se las combina de acuerdo con las hipótesis
determinantes de los Estados Límites establecidos por las Normas Venezolanas.
4 Determinación de las secciones adecuadas
Según el tipo estructural seleccionado, y con el apoyo de los catálogos adecuados se
determinan, seleccionan y verifican las secciones de los miembros y se corrigen los efectos de peso
propio de las versiones preliminares supuestas al comienzo del prediseño.
6 - 13
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OFICINA TÉCNICA EDUARDO ARNAL H.
PROYECTO DE:
PAGINA: 14
GALPONES
EJEMPLOS ILUSTRATIVOS
Ejemplo 6.1.- Láminas de cubierta
Sobre las correas separadas 1.25 m. c/c se colocarán láminas en U, de acero
galvanizado, de 50 cm. de ancho, descritas en la Tabla 3.1, las cuales estarán
sometidas a una velocidad de viento de 90 km/hora y a sobrecargas eventuales de
2
acceso de 100 kgf/m .
2
Parámetros usuales de proyecto, para Fy = 2500 kgf/cm .
Características de la lámina: (ver Figura)
3
Anchura = 50 mm. Altura = 50 mm. Wx = 73.1 cm
2
Peso propio = 5,50 kgf/m Mt = 8.23 m-t
U
INA
LAM
Solicitaciones:
V = 0.1050 x 0.50 x 1.25 = 0.033 ton
2
1.25
1.25
m
m
2
0.1055 x 0.50 x 1.25 = 0.010 m-ton < Mt
M =
8
Capacidad resistente amplia.
50
500 mm
SECCIÓN
6.5.2 Diseño de las correas
Las correas salvan la separación entre las vigas maestras del techo y a las cuales les trasmiten las
cargas externas. Para su proyecto se recomienda seguir el siguiente método ordenado de proyecto
concebido para evitar omisiones o errores, adoptando valores preliminares aproximados, a fin de
reducir los tanteos y facilitar la revisión de los cálculos, así:
1 Selección del tipo estructural y su predimensionado:
Para una comparación heurística de las soluciones factibles, y partiendo de relaciones sencillas,
o de experiencias previas se procede a determinar las dimensiones y tipo adecuados con un
predimensionado suficiente para estimar correctamente su peso propio, partiendo de cargas usuales,
que incluyen el peso propio promedio WCP del perfil de acero más una previsión de peso equivalente de
las láminas de cubierta, y los casos comparativos de cargas variables WCV verticales, de 100 kgf/m2 o de
cargas horizontales WCW por presión del viento, de 100 kgf/m2.
6 - 14
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Para las correas suelen utilizarse los perfiles de acero incluidos en la Tabla 6.3, sobre los cuales
se colocan láminas de cubierta, que agregan, aproximadamente, 30.0 kgf/m al peso permanente sobre la
correa, y por ello, para cada tipo pueden establecerse relaciones aproximadas entre la separación “a” y
la luz “l” de las correas, como ayuda para su predimensionado. Véase la Figura 6.4.
TABLA 6.3 PERFILES DE ACERO COMO CORREAS
Perfil
Área
cm2
Peso
kgf/m
Zx
3
cm
Zy
cm3
IPN 60
UPL 80
IPN 80
UPL 100
IPN 100
UPL 120
IPN 120
UPL 140
IPN 140
5.35
7.75
7.77
10.45
10.60
12.20
14.20
14.50
19.20
4.20
6.08
6.10
8.20
8.32
9.58
11.10
11.30
14.30
11.9
22.4
22.0
37.8
39.4
52.8
63.1
73.5
94.5
3.53
7.24
4.68
11.00
8.19
14.30
12.50
12.90
18.00
El método ordenado para el diseño de las correas que soportan las láminas de cubierta de los
galpones, con perfiles usuales de acero, se rige por las siguientes disposiciones, a partir de los
parámetros de cálculo de las estructuras de acero (Fy, Es, Ft, Fb, Fv, RLC y Falim registrados en el archivo
FB10.DAT Anexo) y se inicia con la definición de los datos particulares del proyecto:
• Ubicación de la correa (UBIC)
• Separación “a”, en m, de las correas a lo largo del cordón superior de las vigas del techo (SEP)
y de la luz (L) de las correas, en m, igual a la separación entre dichas vigas.
Si no están fijadas por otras consideraciones (Si
SEP o L iguales a cero) se las puede predimensionar con
la relación aproximada, en m, la cual se basa en
acciones de carga de magnitudes usuales.
Por ello la separación “a” entre las correas será siempre determinada por el Caso 1 en esta etapa
de predimensionado, y por lo cual también se puede utilizar como referencia la Figura 6.4.
2 Definición de las cargas de diseño:
A partir de las disposiciones normativas correspondientes se definen las cargas
correspondientes a los casos usuales:
Cargas permanentes, variables, y accidentales, así:
a • Cargas permanentesWCP (WCP ) formadas por el peso propio del perfil y de las láminas de la
cubierta.
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Nota.- Se puede iniciar el proyecto con un valor
conservador de 40 kgf/m, pues este influye
poco sobre el resultado final del proceso. En
todo caso, en el programa se ofrece la siguiente
lista de los pesos de las cubiertas usuales, para
su selección por el operador :
Planchas de acero galvanizado: 5 kgf/m2
Planchas plásticas:
2 kgf/m2
b • Cargas verticales variables WCV (WCV) en kgf/m2, que representan el peso ocasional del
personal de servicio (aproximadamente 50 a 100 kgf/m2 ) o cualquier otra previsión
normativa a juicio del proyectista.
c • Presión horizontal del viento WCW ( WCW ) en kgf/m2, de acuerdo con la región en la cual esté
ubicado el galpón, de acuerdo con la Norma Venezolana 2003 ACCIONES DEL VIENTO
SOBRE LAS CONSTRUCCIONES.
Nota.- En caso de duda, una presión de 100 kgf/m2,
resulta, generalmente, conservadora.
En las zonas de alta actividad sísmica es conveniente verificar, además, las acciones
correspondientes a las fuerzas inerciales del sismo, actuando sobre las cargas permanentes de la correa.
Por otra parte, cuando las correas forman parte del diafragma del techo, deberán diseñarse para
resistir al menos 0.15 veces el peso del techo, según la Sección 8.3.3. de la Norma Venezolana
1756:2001 Edificaciones Sismorresistentes.
3 Análisis de las acciones actuantes y sus combinaciones determinantes
Aplicando las relaciones elásticas estudiadas en el Capítulo 5 anterior se determinan las
acciones correspondientes a cada caso de cargas y se las combina de acuerdo con las hipótesis
determinantes de los Estados Límites establecidos por las normas, así:
Según el diseño por Estados Límites, requerido por la Norma Venezolana 1618, las hipótesis
combinatorias para las fuerzas de corte Vu(VU(I)) y los momentos flectores Mux (MUX(I)) y Muy
(MUY(I)), tomando en cuenta la inclinación q (THETA) del apoyo de las correas, (dada por arctan q = 2
. h / L, siendo h la altura central del techo), separadas SEP entre si, serian las siguientes:
• Hipótesis 1: Cargas verticales permanentes y variables, mayoradas (I = 1):
VUX = (0.60.WCP + 0.8 . SEP . WCV ) cos L
MUX = [15 . cos q WCP + 20 . cos q SEP WCV ] . L2
MUY = [15 . sen q WCP + 20 . sen q SEP WCV ] . L2
• Hipótesis 2: Cargas verticales permanentes y presión horizontal del viento, mayoradas ( I = 2 ):
MUY = [15 . cos q WCP + 20 . sen q SEP WCW ] . L2
MUX = [15 . sen q WCP + 20 . cos2 q SEP WCW ] . L2
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• Hipótesis 3: Cargas verticales permanentes, minoradas, y acciones sísmicas (I = 3),
calculadas con un factor CS , que multiplica a la masa normativa para obtener la fuerza
Ws = Cs.(WCP + 0.25 SEP WCV) que simula al sismo, en :
M UX = 11.25 . cos q WCP L + 25 sen q WS . L
2
MUY = 11.25 . sen q WCP L 2 + 25 cos q WS . L
4 Determinación de las secciones adecuadas
Según el tipo estructural seleccionado, y con el apoyo de los catálogos adecuados se
determinan, seleccionan y verifican las caracteristicas de los tipos de perfiles escogidos, para
predimensionar uno de los perfiles normales disponibles, probando con la hipótesis combinatoria #
1 descritas (I = 1,3 ) a fin de verificar, cual seria el menor perfil que satisface la condicion de diseño
SU = MUX / ZX + MUY / ZY menor o igual a la tensión 0.90 Fy.
Cuando se encuentra un perfil que satisface esta condición, se verifica en las otras dos hipótesis
combinatorias :
• Cuando el perfil predimensionado satisface, igualmente, las exigencias de estas hipótesis.
• Cuando el peso propio WCP (WCP) supuesto al principio es adecuado, para corregir sus efectos
si discrepa mucho del correspondiente al perfil predimensionado, en cuyo caso sería necesario
revisar las solicitaciones de carga y repetir la comprobación del perfil, para escoger el siguiente,
si así fuere necesario.
• Se comprueba la capacidad resistente VN (VN ) al corte del perfil, para verificar cuando:
VN = 0.45 AV Fy > VU
Cuando no se satisface esta comprobación, se incrementa el perfil pre-seleccionado hasta
lograrlo, y si se agota el archivo de perfiles disponibles sin satisfacer esta comprobación, el tipo
de perfil seleccionado no es admisible y seria necesario escoger una serie mayor.
Cumplidas satisfactoriamente estas verificaciones, el perfil en cuestión es adecuado, se detiene
la iteración y se ofrece esa solución, transcribiendo la identificación y las características del
perfil (nombre, peso, área, y módulos Zx y Zy) para el informe del proyecto.
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PROYECTO DE:
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GALPONES
EJEMPLOS ILUSTRATIVOS
Ejemplo 6.2.- Correas.
Las correas del techo inclinado, con pendiente del 30%, están separadas 1.25 m c/c
y se apoyan, simplemente, en vigas maestras separadas 3.00 m. Se usarán perfiles CPN,
descritos en el catálogo “PERFILES U”, para soportar cargas variables accidentales de 100 kgf/m2
y a la presión de viento de 90 kgf/m2 en la Región Central.- Pendiente del techo = 30% o lo que es
lo mismo a = 16.69º.
2
Parámetros usuales de proyecto, para Fy = 2500 kgf/cm .
Cargas Actuantes:
Permanentes (peso propio): Vertical:
15 x cos 16.69 = 14.36 kgf/m
Horizontal: 15 x sen 16.69 = 4.31 kgf/m
Variables: Vertical:
100.0 x 1.25 x cos 16.69 = 119.73 kgf/m
Horizontal: 100.0 x 1.25 x sen 16.69 = 35.92 kgf/m
Viento:
100 kgf/m2
Horizontal: 90.0 x 1.25 x sen 16.69 x cos 16.69 = 32.32 kgf/m
Vertical: 90.0 x 1.25 x sen 2 16.69 = 9.27 kgf/m
HIPÓTESIS DETERMINANTES DEL DISEÑO
Nº
MOMENTOS
CORTES
HORIZONTAL VERTICAL HORIZONTAL VERTICAL
1
¾
311.5
¾
233.7
2
93.9
¾
70.4
¾
3
¾
137.4
¾
103.07
4
112.3
¾
84.2
¾
5
¾
83.3
¾
62.5
X
90 kgf/m2
SECCIÓN DEL PERFIL C:
A partir de Mmáx : Zx = 233.7 x 100 = 10.38 requiere al menos UPN 80.
0.9 x 2500
VERIFICACIÓN DEL PERFIL UPN 80:
2
Por flexión biaxial: Su = 233.70 + 7040 = 2015 k/cm < 2250 OK Aceptable
22.4
7.24
Por corte: Vmáx = 311.5 + 93.9 = 405.4 kgf
Vu = 405.4 = 52.3 < 0.4 Fy OK
7.75
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VIGA
S
1.25
S
Y
Pendiente: 30 %
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5 Fijar los detalles constructivos y preparar los dibujos estructurales correspondientes :
Eje de la columna
Cubierta
Clip
Cordón Superior
Correa
Soldadura
Columna
Figura 6.10 Apoyo de las correas
6.5.3.- Diseño de los pórticos triláteros
El proyecto de las soluciones aporticadas se inicia con el predimensionado de los pórticos
triláteros aplicables a los galpones modulares, que se van a analizar luego, por el formulario que se
expone en el Capítulo 5 y, en todo caso, se puede seguir el proceso simplificado que se describe en esta
sección, fundamentado en la heurística.
De acuerdo con la ANSI/IEE Std 100 - 1984,
la heurística trata de métodos o algoritmos
exploratorios durante la resolución de problemas en los
cuales las soluciones se descubren por la evaluación del
progreso logrado en la búsqueda de un resultado final.
La etimología de heurística es la misma de la palabra
eureka.
Las funciones heurísticas exploran las
soluciones exactas mediante una versión simplificada
del problema original. Se deduce que una solución
óptima (la mejor) del problema simplificado pasa a ser
el límite inferior de una solución óptima del problema
original.
La popularización del concepto heurística se
debe al libro Cómo resolverlo (How to solve it) del
matemático George Pólya, que contiene las recetas
heurísticas que trataba de enseñar a sus alumnos de
matemáticas.
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Desde el punto de vista didáctico, el método
heurístico consiste en encontrar la solución correcta
mediante el uso reiterado de la pregunta. En la solución
de un problema por el método heurístico, se señalan los
siguientes pasos:
Comprender el problema.
De ser necesario ilustrar mediante esquemas.
Cuando el problema es abstracto, probar a
examinar un problema concreto.
Identificar los datos y las incógnitas.
Idear un plan y ejecutarlo.
Analizar la solución obtenida.
Si no encuentras la solución, hacer como si ya
la tuvieras y mira a ver qué puedes deducir de
ella (razonando hacia atrás).
Intenta abordar primero un problema más
general (es la paradoja del inventor: el
propósito mas ambicioso es el que tiene mas
posibilidades de éxito).
1 Selección del tipo estructural y su predimensionado
Para una comparación heurística de las soluciones factibles, y partiendo de relaciones sencillas,
o de experiencias previas, se procede a determinar las dimensiones y tipo adecuados, así:
• Definición de las características generales del pórtico: Dada la ubicación (UBIC) del pórtico y
sus dimensiones generales: luz libre (L), altura de las columnas (h) y de la cumbrera del techo
(E), la separación centro a centro de los pórticos (S) y una estimación de la carga uniforme
total (w) por unidad de superficie, en el techo, se pueden estimar las solicitaciones
determinantes de las dimensiones de los miembros del techo.
CL
S
D
2
1
H
L/2
L/2
Figura 6.11 Pórticos triláteros
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2 Definición de las cargas de diseño
A partir de las disposiciones normativas correspondientes se definen las cargas
correspondientes a los casos usuales: permanentes, variables y accidentales.
Para la determinación de las cargas actuantes, se aplican las disposiciones normativas descritas
en 6.3.2.
Estos pórticos son estructuras cerradas, de altura inferior a 20 m, que pueden estar sujetas al
viento en sus fachadas y en cuyo diseño predominan las presiones del viento sobre la cubierta del techo,
la cual debe verificarse con las hipótesis descritas en 6.3.3.
3 Análisis de las acciones actuantes y sus combinaciones determinantes
Aplicando las relaciones elásticas estudiadas en el Capítulo 5 se determinan las acciones
correspondientes a cada caso de cargas y se las combina de acuerdo con las hipótesis determinantes de
los Estados Límites establecidos por las normas, así:
• Calculo de las solicitaciones determinantes: Siendo W = w, S la carga sobre las vigas del
pórtico, cuya constante de rigidez será:
N = 3 + 3 L / H + L2 / H2 + I2 . H / I1 . L
Se tienen las siguientes solicitaciones para las acciones más comunes:
• En las vigas del pórtico:
V = 0 50 W . L
M = 0.125 8 + 5 . L / H . W . L2
N
ML = 0.50 W L2 - MD (1 + L / H)
MMAX = MAX (MD, MI)
ML = 0.50 W L2 - MD (1 + L / H)
MMAX = MAX (MD, MI)
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Para verificar, sucesivamente, si los datos contenidos en los registros del tipo elegido del
catálogo, permiten satisfacer las condiciones
A V > V / FV
ZX > Mmax / FB
Para presentar a sus características elásticas AV y WX como solución. En caso contrario, si se
agotan los registros, un mensaje indica que no tiene solución y aborta el proceso.
• En las columnas del pórtico:
V=
W L (8 + 5 L / H)
8 NH
P = 0.50 W.L
MD= 0.12J
2
(8 + 5 . L / H)
WL
N
Cuando se requiere mayor precisión en la determinación de las solicitaciones de carga, se
pueden utilizar las siguientes relaciones, detalladas en el texto de referencia.
Con la combinación de las solicitaciones no mayoradas actuantes, se revisa el catalogo de
perfiles usuales, para comprobar que no se excedan los tensiones de corte FV = 0.40 * FY y de flexión
FB = 0.66*FY, del perfil de acero. Véase la Tabla 6.1
4 Determinación de las secciones adecuadas
Según el tipo estructural seleccionado, y con el apoyo de los catálogos adecuados se
determinan, seleccionan y verifican las secciones de los miembros y se corrigen los efectos de peso
propio de las versiones preliminares supuestas al comienzo del prediseño.
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PROYECTO DE:
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GALPONES
EJEMPLOS ILUSTRATIVOS
Ejemplo 6.3.- Pórticos.
El techo, con una pendiente de 50%, se apoya en pórticos triláteros articulados, de 8.00 m. de
luz, apoyados en columnas de 3.00 m. de alto, sepadaros 3.00 m c/c. Está sometido a cargas
variables accidentales de 100 kgf/m2, a presiones de viento de 120 kgf/m2 y a las acciones
sísmicas correspondientes a la Zona 4 del pais, que se simulan con cargas concentradas de
kgf en B y C.
2
Parámetros usuales de proyecto, para Fy = 2500 kgf/cm .
C
CONSTANTES ELÁSTICAS:
Relación de esbeltez: elástica = 132 ; límite = 200
2
Compresión: elástica = 955 kgf/cm
2
límite = 386 kgf/cm
B
PREDIMENSIONADO DEL PÓRTICO:
Para L = 8.00 m. H = 3.00 m. E = 2.00 m.
2
N = 3 + 3 x 8.00 / 3.00 + (8.00 / 3.00) + 3.00 / 8.00 = 18.486
A
2.00
3.00
4.00
A partir de CV = 100.0 x 3.00 = 300 kgf/m , sin mayorar.
CW = 120.0 x 3.00 = 360 kgf/m
VIGA BCD = Bajo carga vertical CV; a todo lo largo
300 x 8.00 1200 kg ; Av = V
= 1200
V=
=
2
0.40 Fy 1000.0
D
7
4.4
4.00
8.00 m
= 1.2 cm2
2
3
M = 0.035 x 300 x 8 = 672 m - kg Sx = M
= 67200 = 44.8 cm
0.60 Fy 1500.0
Requiere IPN 180 x 8.2
Columna AB = Bajo carga vertical CV en la viga, más presión horizonal del viento CW
en AB + BC:
2
N = 1200.0 + 360 x 3.00 = 1402 kgf
2 x 8.00
V = 360 x 3.00 = 540 kgf
2
2
M = 0.436 . 360 x 3.00 = 1412 m - kgf
Con IPN 18: Verificación de Blesler:
1402
141200
= 0.603 < 1.00
+
0.45 x 2500 x 27.9
0.60 x 2500 x 160
Aceptable, procesar el pórtico.
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5 Fijar los detalles constructivos y preparar los dibujos estructurales correspondientes
CL
Cubierta
Correas
Viga
Viga
Soldadura
Cartela
Figura 6.13 Detalles de los pórticos
6.5.4.- Diseño de las vigas de celosía
Para el proyecto de las vigas de celosía se recomienda seguir el siguiente método ordenado de
proyecto concebido para evitar omisiones o errores, adoptando valores preliminares aproximados, a fin
de reducir los tanteos y facilitar la revisión de los cálculos, así:
1 Selección del tipo estructural y su predimensionado
Para una comparación heurística de las soluciones factibles, y partiendo de relaciones sencillas,
o de experiencias previas se procede a determinar las dimensiones y tipo adecuados, en la forma
detallada en el numeral 6.2.2.
2 Definición de las cargas de diseño
Las cargas de diseño se definen de manera análoga a como se hizo para los pórticos triláteros, en
el numeral 6.3.2.
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3 Análisis de las acciones actuantes y sus combinaciones determinantes:
Las vigas de celosía para el techo de los galpones son estructuras planas formadas por triángulos
cerrados, con barras o miembros, que trasmiten a los apoyos las cargas verticales u horizontales
actuantes, a través de fuerzas internas axiales de tracción o compresión. Salvo casos especiales, los
miembros no reciben momentos de flexión importantes, debido a las cargas locales, y en todo caso, no
se acostumbra tomarlos en cuenta para el análisis general de la celosía.
Según la complejidad de la solución adoptada, el proyecto de las soluciones que utilizan vigas
de celosía puede realizarse por alguno de los siguientes métodos: Método gráfico de Cremona; métodos
analíticos como el de las secciones o el métodos de los nodos, o en el caso de geometrías más complejas,
usando los métodos matriciales mediante programas.
d
1000 kgf
c
b
1000 kgf
500 kgf
5
6
4
H= 2.5 m
10
a
500 kgf
3
8
9
2
7
1
1500 kgf
L = 6.00 m
1500 kgf
1 : 50
ELEVACIÓN
2
a
3
264
2400 kgf
20
kg
640
12
f
b
9
kg f
7
0 kg
4
146
f
0 kg
14
f
8
DIAGRAMA DE FUERZAS 1 cm = 200 kgf
c
60
kg
f
10
Figura 6.12 Método Gráfico de Cremona
5
d
6
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Aplicando las relaciones elásticas estudiadas en el Capítulo 5 se determinan las solicitaciones
correspondientes a cada caso de cargas y se las combina de acuerdo con las hipótesis determinantes de
los Estados Límites establecidos por las normas.
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GALPONES
EJEMPLOS ILUSTRATIVOS
Ejemplo 6.4.- Vigas de celosía.
El techo, con una pendiente de 50%, se apoya en vigas de celosía de “Tipo Normal 1”, de
8.00 m. de luz, separadas 4.00 m c/c y apoyadas en columnas independientes.
Creación de la imagen normalizada:
Con la “Hoja 2: Tipo 2 de CEL1.xls” para L = 12.00 m.; H = 3.00 m.
Área aproximada de los miembros: De la tabla #
CEL -1-
IMAGEN NORMALIZADA DE LA CELOSÍA TIPO 1.-
NODOS =
7
MIEMBROS
11
RESTRICCIONES =
LUZ (m) =
8.00
ALTURA
2.00
( º ) = 26,57
Variables auxiliares:
sen a = ® 0,44721 ½ cos a = ® 0,89443 ½ tan a = ® 0,50000 ½
L1 = ¬ 2,500
L8 = ¬ 1,118
COORDENADAS Y RESTRICCONES DE LOS NODOS :
Nº = i
Xi
Yi
RX i
RY i
RR i
1
0,00
0,00
1
1
0
2
2,50
0,00
0
0
0
3
5,50
0,00
0
0
0
4
8,00
0,00
1
1
0
5
2,00
1,00
0
0
0
6
4,00
2,00
0
0
0
7
6,00
1,00
0
0
0
INCIDENCIAS Y DATOS DE LOS NODOS :
Nº = i
J
K
Largo
COSENOS
Si
CX i
CY i
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
6 - 26
1
2
3
4
5
6
7
2
2
3
3
2
3
4
5
6
7
4
5
6
6
7
2,500
3,000
2,500
2,236
2,236
2,236
2,236
1,118
2,500
2,500
1,118
1,000
1,000
1,000
0,894
0,894
0,894
0,894
0,447
0,600
0,600
0,477
0,000
0,000
0,000
0,447
0,447
-0,447
-0,447
0,894
0,800
0,800
0,894
ÁREA
5,6
5,6
5,6
18,6
18,6
18,6
18,6
5,6
5,6
5,6
5,6
3
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4 Determinación de las secciones adecuadas
Según el tipo estructural seleccionado, y con el apoyo de los catálogos adecuados se
determinan, seleccionan y verifican las secciones de los miembros y se corrigen los efectos de peso
propio de las versiones preliminares supuestas al comienzo del análisis, verificando el
predimensionado preliminar y modificarlo si fuere insuficiente.
5 Fijar los detalles constructivos y preparar los dibujos estructurales correspondientes
Cubierta
Clip
Correa
Cordón Superior
Alero
Placa
de apoyo
Cartela
Columna 2C
Cordón Inferior
Soldadura
Figura 6.14. Detalles de una celosía
6.5.5 Diseño de las columnas
Para el proyecto de las columnas que soportan el techo del galpón se recomienda seguir el
siguiente método ordenado de proyecto concebido para evitar omisiones o errores, adoptar valores
preliminares aproximados, a fin de reducir los tanteos y facilitar la revisión de los cálculos, así:
1 Selección del tipo estructural y su predimensionado
Para una comparación heurística de las soluciones factibles, y partiendo de relaciones sencillas,
o de experiencias previas se elige el tipo de sección a utilizarse decidiendo si se usan columnas de acero,
simples o combinados, o columnas de concreto reforzado, y se eligen sus dimensiones aproximadas.
Para elegir las dimensiones aproximadas de las columnas de acero se recomienda utilizar una
fuerza axial equivalente y los métodos aproximados que se detallan más adelante.
Para las columnas de concreto reforzado, se pueden calcular sus dimensiones aproximadas para
secciones rectangulares, con excentricidad pequeña y compresión en toda la sección:
b.t cms = 0,00035 Pkgf
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Se recomienda que la menor dimensión de la columna de concreto sea mayor o igual que h/20,
para satisfacer el requisito sobre esbeltez máxima permisible y evitar los incrementos de momentos
para compensar los efectos de esbeltez.
Conocido el tipo y dimensiones de la sección se pueden utilizar los diagramas de interacción NM calculados por los profesores Marín y Güell en su Manual de Columnas, para calcular las
disposiciones típicas del acero de refuerzo, que van desde la cuantía mínima normativa hasta el máximo
practicable para la sección seleccionada, el cual generalmente es inferior al porcentaje máximo
permitido por la Norma de Concreto.
Nota.- Según el Código ACI 318 y la Norma Venezolana 1753,
el refuerzo mínimo será de 1% del área total de la
sección y el acero de refuerzo no deberá exceder del 8%
de dicha área. Este último valor es difícil de disponer en
las secciones, considerándose que 4 a 5% representan
una cuantía práctica limitante.
Para los proyectos usuales se pueden utilizar también tablas o diagramas que den los valores
específicos de la fuerza axial y el momento en función del porcentaje total del acero de refuerzo Po o de
su cuantía mecánica ω = m . Po
Este proceso se facilita con la aplicación de nomogramas de predimensionado, incluidos en la
citada publicación “MANUAL PARA EL CÁLCULO DE COLUMNAS DE CONCRETO
ARMADO” de Marin-Güell, que cubren la mayor parte de los casos usuales.
2 Definición de las cargas de diseño
Con las dimensiones aproximadas obtenidas en el paso anterior se calcula el peso propio del
miembro y se añade su efecto a las fuerzas exteriores a fin de tener los valores totales de P y M en los
diversos casos de carga que deben combinarse para tener las solicitaciones mayoradas de diseño.
Cuando la relación de esbeltez, k.L / r, entre la longitud libre, k.LU, y el radio de giro, r, de la
sección excede de 22, tanto el Código ACI 318 como la Norma Venezolana 1753 exigen aplicar un
factor amplificador a los momentos actuantes en las columnas.
3 Análisis de las acciones actuantes y sus combinaciones determinantes:
Aplicando las relaciones elásticas estudiadas en el Capítulo 5 anterior se determinan las
acciones correspondientes a cada caso de cargas y se las combina de acuerdo con las hipótesis
determinantes de los Estados Límites establecidos por las normas, para obtener las hipótesis
determinantes del diseño de los miembros de concreto y verificar su predimensionado.
4 Determinación de las secciones adecuadas
Según el tipo estructural seleccionado, el diseño de las columnas se organiza en las formas siguientes:
Para las columnas con perfiles de acero
Con el apoyo de los catálogos adecuados se determinan, seleccionan y verifican las secciones
predeterminadas para esos miembros y se corrigen los efectos de peso propio de las versiones
preliminares supuestas al comienzo, así:
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En las columnas de acero solicitadas simutáneamente por una fuerza axial axial Nu y momentos
flectores Mx y My según los ejes Ox y Oy de su sección A, la capacidad total de carga Nt depende de su
relación de esbeltez k.L / r así :
k.L / r > 22 < 136
Cuando
Nt = 0.331 A (FY)Kl / r
k.L / r > 136 < 200
Nt = 7248 . A FY / (k.L / r) 2
Y debe satisfacer las siguientes relaciones, establecidas por Bresler :
Para
Nu > 0.20 f Nt
Nu
8.0 MUX MUY
0.80 Nt + 8.1 MTX + MTY < 1.00
Para
Nu < 0 20 f Nt
Nu
MUX MUY
1.70 Nt +1.111 MTX + MTY < 1.00
Para las columnas rectangulares de concreto reforzado
Para columnas de lados b y h, solicitadas simultáneamente por una fuerza axial Pu y momentos
flectores Mux y Muy según sus ejes Ox y Oy, se cumplen las relaciones estudiadas por Marin y Güell, las
cuales permiten determinar el porcentaje del acero de refuerzo que requiere la sección de área A = b.h
para cada una de las hipótesis combinatorias exigidas por las normas, y así, seleccionar el máximo
porcentaje p requerido y fijar el área de refuerzo As = p.b.h.
A tal fin, a partir de los valores auxiliares a = 1.0 / (0.85 . fc1 . b . h) y m = 1.0 / (0.85 . fc1 . b . h2 para
cada hipótesis combinatoria se pueden obtener los valores de
n = a . Pu ; µ = m . Mv
An = 0 . 500 . n - 0.7143 . v2
Bn ≈ 0.243 - 0.369 . n + 0.415 . n2
Para calcular el porcentaje de refuerzo :
Cuando
µ < An..... p = 0.01
Cuando
µ > An..... p = (µ - An) / (m . Bn)
Y seleccionar el mayor valor de ese porcentaje, el cual, según la Norma de Concreto, no debe
exceder de 0.06.
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PAGINA: 30
PROYECTO DE:
GALPONES
EJEMPLOS ILUSTRATIVOS
Ejemplo 6.5.- Columnas de acero.
Para apoyar las vigas se requieren columnas de acero, formadas por cajas de
perfiles CPN, de 3.00 m. de altura, las cuales recibirán las siguientes reacciones
determinantes, calculadas en el proyecto de esas vigas:
Por cargas permanentes:
Por cargas variables gravimétricas:
Por acciones sísmicas: según O-x
según O-y
P = 0.660
P = 4.400
P = 1.550
P = 1.550
2
Parámetros usuales de proyecto, para Fy = 2500 kgf/cm .
ton. Mx = 0.775
Mx = 5.425
Mx = 1.250
My = 1.250
m-ton.
COMBINACIONES DETERMINANTES DE DISEÑO
Hipótesis
Fuerza axial
Mu x
Mu y
1
7,832 ton
9.610 m-ton
0,0
2
7,424 ton
8.458 m-ton
0,0
3
-0,956 ton
-0.553 m-ton
4
7,424 ton
7.208 m-ton
1,250 m-ton
5
-0,956 ton
0.697 m-ton
-1,250 m-ton
0,0
Revisión del perfil seleccionado:
2
2
2
As = 56,78 cm r = 5,20 cm A = 56,78 cm
3
3
Zx = 481,9 cm ; Zy = 267,9 cm
Relación de esbeltez = 57,62 ; l c = 0,635
para l c < 1,622 l c2 = 0,403
0.403
2
Fcr = (0.658
) 2500 = 1374 kgf/cm
fNt = 0.85 x 1374 x 56.78 = 66322 kgf
fMtx = 0.90 x 2500 x 481.9 = 1.084275 cm - kgf
fMty = 0.90 x 2500 x 267.9 = 602725 cm - kgf
En Hipótesis # 4 : Relación de Bresler:
Para Nu = 7424 kgf < (0,20 x 66.322)
7424 + 720200 + 125000 = 0.928 < 1.00
2 x 66322
1084275
602725
Perfil aceptable.
6 - 30
3.00 m
65 mm.
PERFIL SELECCIONADO : 2 CC 240 X 65
240 mm.
240 mm.
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OFICINA TÉCNICA EDUARDO ARNAL H.
PAGINA: 31
PROYECTO DE:
GALPONES
EJEMPLOS ILUSTRATIVOS
Ejemplo 6.6.- Columnas de concreto.
Las vigas se apoyan en columnas de concreto, rectangulares, de 3.00 m. de alto,
con una sección predimensionada de 35 x 35 cm, las cuales reciben las
siguientes reacciones de esas vigas:
Parámetros usuales de proyecto, para el concreto:
1
c
2
= 250.0 kgf/cm .
COMBINACIONES DETERMINANTES DE DISEÑO
Hipótesis
Fuerza axial
ton.
Momento
Mu x, m ton
Momento
Mu y
1
7.828
9.455
0.000
2
7.032
7.091
0.938
3
4.708
7.091
- 0.938
4
4.033
8.029
0.000
5
4.708
6.154
0.000
35 cm
35 cm
CÁLCULO DEL PORCENTAJE DE REFUERZO:
Hipótesis # 1
n=
7.828
2 = 0.030
212.5 x 35
m=
9.455 = 0.1038
3
212.5 x 35
An = 0.0144
v = m - Am ; si m < 0.0144
m .Bm
B = 0.232
n
m-ton.
ton. Mx = 0.775
Mx = 5.425
Mx = 1.250
My = 1.250
P = 0.650
P = 4.400
P = 1.550
P = 1.550
3.00 m
Por cargas permanentes:
Por cargas variables gravimñetricas:
Por acciones sísmicas: según O-x
según O-y
m = 19.765
p = v = 0.01
m
As = 0.01 x 352 = 12.25 cm 2 suplida con 8 barras de 5/8”
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5 Fijar los detalles constructivos y preparar los dibujos estructurales correspondientes
En la publicación Edificaciones Sismorresistentes de Concreto Armado [Arnal, 2002] se
suministran detalles de la disposición del acero de refuerzo, tanto longitudinal como transversal, en las
columnas de concreto.
6.6 DISEÑO DE LAS FUNDACIONES
El diseño del proyecto de fundaciones requiere un conocimiento previo de los parámetros de la
Mecánica de Suelos, y del diseño de concreto reforzado. Para el tratamiento de fundaciones fuera del
alcance de esta publicación, véase la publicación SIPIC Aplicaciones del Computador a la Ingeniería.
A
A
Columna
Pernos
de anclaje
Sección A - A
Plancha soldada
a la columna
Pedestal
Figura 6.15 Planchas de base
Para el proyecto de las fundaciones extendidas, usualmente aplicadas a las columnas aisladas,
de uso común en los galpones, se recomienda seguir el siguiente método ordenado de proyecto
concebido para evitar omisiones o errores, a partir de valores preliminares aproximados, a fin de reducir
los tanteos y facilitar la revisión de los cálculos.
1Selección del tipo estructural y su predimensionado
Para una comparación heurística de las soluciones factibles, y partiendo de relaciones sencillas,
o de experiencias previas se procede a determinar las dimensiones y tipo adecuados.
A tal efecto resultan útiles los nomogramas que relacionan las cargas actuantes con las
dimensiones requeridas para la fundación, de acuerdo con la capacidad soporte del suelo, como se
muestra en la Figura 6.16.
Notas.- Las fundaciones cuadradas se han normalizado intercalando,
debajo de la columna, un pedestal, cuyo lado e es igual a ¼ del
lado de la fundación. Este pedestal no será necesario si el lado
de la columna es igual o mayor que 0.25 b.
Cumplida esta condición, se pueden utilizar los ábacos
adjuntos, siguiendo el procedimiento descrito a continuación.
Cuando las condiciones locales no permiten el empleo del
pedestal indicado, puede aplicarse igualmente el método
siguiente, utilizando las expresiones generales allí dadas.
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200
f/c
m
100
2,
00
kg
2
ct
os
70
co
m
pa
50
40
30
Su
el
os
CARGA ÚTIL, tonenada fuerza
150
20
Su
os
el
le
ua
s
u
e
Su
10
b
l os
s
2
00
1,
lan
d
os
kg
m
f/c
0,5
g
0k
m
f/c
2
7
5
0.00
0.50
1.00 1.50
2.00
LADO, m
2.50
3.00
Figura 6.16. Nomograma para fundaciones normales
2 Definición de las cargas de diseño
A partir de las disposiciones normativas correspondientes se definen las cargas correspondientes
a los casos usuales: permanentes, variables y accidentales.
El área de refuerzo necesaria en cada sentido se calcula por la expresión del porcentaje de acero,
en función de R.
RU = Mu / bd2 siendo
MU =
e . c2 + 2 . c3 w
u
3
2
En las fundaciones normales, la separación de las cabillas puede calcularse por la fórmula:
S=
d + 0,65 . b
N
Siendo N número de barras que se necesitan en cada sentido. Por razones constructivas, es
conveniente disponer barras en toda la anchura de la fundación, conservando la separación obtenida
antes. Véase la publicación Edificaciones Sismorresistentes de Concreto Armado.
3 Fijar los detalles constructivos y preparar los dibujos estructurales correspondientes
En la referencia Edificaciones Sismorresistentes de Concreto Armado pueden verse los detalles
constructivos para diferentes tipos de fundaciones directas, obtenida antes.
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PROYECTO DE:
PAGINA: 34
GALPONES
EJEMPLOS ILUSTRATIVOS
Ejemplo 6.7.- Fundaciones.
Proyectar fundaciones normales de concreto armado, sobre un suelo compacto,
2
capaz de resistir 20.00 ton/m de presión en condiciones de servicio y 30.00
2
ton/m como presión de agotamiento, ante las siguientes solicitaciones que les trasmiten las
columnas, dotadas de un pedestal de 35 x 35 cm de sección:
Por cargas verticales:
P = 25.500 ton, Mx = 0.500
Relación L/P = 1.70 - ? 1.00 Por acciones sísmicas:
P = 1.550 ton.
My = 0.000 m-t
Mx = 1.250 o My = 1.250
Parámetros usuales de proyecto, para el concreto:
fc1 = 250.0 kgf/cm 2.
Dimensiones de la base: h = 0.40Ö25.50 = 18 » 20 cm
Caso 1.- B ³ Ö25.5 / (20.0 - 0.75) » 1.15 m.
Corrección por momento:
2
S = 25.500
+ 6 x 0.500
= 21.253 ton/m > 20.0
2
3
1.15
1.15
27 cm
1.25 m
Incrementa a 1.015 21.253 1.15 » 1.25 m.
20.0
35cm
Caso 2.- FSC = 1.40 + 1.70 x 1.70 = 1.588
1.00 + 1.70
1.25 cm
Pu = (0.75 x 25.500 x 1.588) + 1.550 = 20.675 ton.
Mu = (0.75 x 0.500 x 1.588) + 1.250 = 1.625 m-t
Su = 20.675
+ 6 x 1.625
= 18.22 ton/m2 < 30.0
2
3
1.25
1.25
ADOPTAR 1.25 x 1.25 m.
OK
c = (1.25 - 0.35) / 2n = 0.45 m.
e = 0.35 m.
Su = 25.500 x 1.588 + 6 x 0.500 x 1.588 = 28.350 ton/m
2
3
1.25
1.25
2
Mu = Su ec + 2c
2
3
3
= 2.127 m-ton
dm =
dv =
Vu = 28.350 (1.56 - 0.56) = 28.3 ton
2
212700 » 8 cm.
125 x
28300
= 13.2 cm
4 x 75 x 7.12
Espesor mínimo normativo: h = 20 + 7 = 27 cm.
Refuerzos:
5
Ru = 2.120 x 102 = 5.44 < Rmin
125 x 20
P = Pmin = 0.34 %
As = 0.0034 x 125 x 20 = 8.45 cm2 : 10 barras # 3
en ambas direcciones
6 - 34
d = 20
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6.7 DISEÑO DE OTROS COMPONENTES DEL GALPÓN
El Método Ordenado de Proyectos también es aplicable al diseño de otros componentes del
galpón, como los que se comentan a continuación. Algunos de estos componentes han sido tratados en
otros Capítulos de la presente publicación.
6.7.1 Diseño de escaleras
En el Capítulo 2 se trataron las consideraciones arquitectónicas para el diseño de las escaleras.
Para el diseño de escaleras con perfiles de acero, véase en el Cuaderno UPL Nº 1 del Manual de
Estructuras de Acero SIDETUR un ejemplo de diseño.
Para escaleras de concreto reforzado, el programa D1290, dado en la página 167 de la
publicación SIPIC Aplicaciones del Computador a la Ingeniería.
Determina el espesor de la losa y el acero de refuerzo requerido en una escalera de un tramo
aislado o continuo. En las Figuras #10 y 11, de la referencia Edificaciones Sismorresistentes de
Concreto Armado, la disposición de los aceros de refuerzo.
6.7.2 Diseño de mezzaninas
Cuando el uso del galpón requiera la inclusión de una mezzanina parcial, para depósitos,
oficinas y/o sanitarios o servicios, su estructura se diseña, preferiblemente, en forma independiente al
conjunto estructural del techo, para aislar los muy desiguales comportamientos en caso de sismo. En el
Capítulo 4 se trata el problema de las acciones sísmicas. Para la definición y cálculo de las acciones
sísmicas refiérase al programa A1285, página 91 de l texto SIPIC Aplicaciones del Computador a la
Ingeniería.
Para el diseño de mezzaninas con losas de tabelones, véase el Anexo A.4. Para el diseño de
mezzaninas con sofito metálico, véase el Capítulo 4.
6.7.3 Diseño de vigas carrileras
Algunos galpones industriales requieren la instalación de puentes grúa internos, para la
movilización y/o soportes de subproductos, los cuales se mueven sobre rieles laterales que se apoyan en
las mismas columnas que el techo, o en columnas independientes, que forman parte de un sistema
independiente. En general, estos puentes grúa vienen equipados con sus rieles y los apoyos necesarios
para soportarlos, pero, en caso contrario, la estructura del techo debe incluir las previsiones necesarias
para soportar la carga móvil de la grúa, en sus posiciones mas desfavorables, incrementadas con un
factor de seguridad adecuado. Véase en el Capítulo 4, Acciones de Puente Grúas y en el AISC, Solutions
Center / steel tools, el programa Crane Beam.
6.7.4 Nodos y conexiones
A continuación se presentan los detalles constructivos más comunes en los galpones, reservándose
el tratamiento conceptual para el Capítulo 4
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Eje de la columna
Cubierta
Cordón Superior
Clip
Correa
Soldadura
Columna
Figura 6.18 Nodo B en pórtico
CL
Cubierta
Correas
Viga
Viga
Soldadura
Figura 6.19 Nodo en C
6 - 36
Cartela
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Cubierta
Clip
Correa
Cordón Superior
Alero
Cordón Inferior
Cartela
Columna 2C
Soldadura
Placa
de apoyo
Figura 6.20 Nodo B en celosía.
Cubierta
Clip
Correa
Cordon
Superior 2L
Cartela
Soldadura
Montante 2L
Figura 6.21 Nodo superior
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Montante 2L
Diagonal 2L
Diagonal 2L
Cartela
Soldadura
Figura 6.22 Nodo inferior
Montante 2L
Cartela
Cordón Inferior 2L
Soldadura
Figura 6.23 Nodo central
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6.7.5 Diseño de arriostramientos
Por las implicaciones conceptuales y de su aplicación se trata en el Capítulo 4.
6.8 DOCUMENTOS DEL PROYECTO
Como en todo proyecto, en el caso del proyecto de las estructuras de acero a que se refiere este
texto debe acompañarse de una documentación suficiente para su correcta interpretación y ejecución, a
la vez que permitir la revisión e inspección de su construcción, a fin que de ésta satisfaga sus objetivos.
Asímismo, el archivo de dicha documentación deberá servir para orientar cualquier reparación o
modificación que se requiera durante su vida útil.
El contenido y extensión de esta documentación del proyecto dependerá de la magnitud y
complejidad de la obra que representa. El contenido de la documentación está normalizada como se
indica en la Tabla 6.3 y en general, deberá incluir los aspectos que se describen a continuación:
TABLA 6.3 AYUDAS NORMATIVAS PARA LA
DOCUMENTACIÓN DE PROYECTOS ESTRUCTURALES
Normas Venezolanas
2002 Criterios y Acciones Mínimas
para el Proyecto de Edificaciones
1756 Edificaciones
Sismorresistentes
Artículos
3.14 y 3.15; C-3.14 y 3.15
1.3 y C-1.3
1618 Estructuras de Acero para Edificaciones.
Método de los Estados Límites
Capítulo 6, Parte 6 (Cap. 32 a 35)
Capítulos C-6, Parte C-6
( Cap. C-32 a C-35)
1755 Código de Prácticas Normalizadas para
la Fabricación y Construcción de
Estructuras de Acero
Articulado y Comentartio
1753 Proyecto y Construcción de Obras en
Concreto Estructural
Art 1.5 y G-1.5; Anexo H
2000 Mediciones y Codificación de Partidas
para Estudios, Proyectos y Construcción
2000-2 Suplemento de la Norma COVENIN
2000/ II.A-92
Capítulos 3 y 4
Capítulo 2
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Memoria descriptiva de la obra
Con indicación de los parámetros que rigieron su diseño, tales como:
• Parcela y ubicación de la obra.
• Calidad y características de los materiales estructurales (resistencia característica, pesos
unitarios, protección, etc.) .
• Acciones y Solicitaciones (tipo, magnitud, limitaciones, etc.) y tipo y magnitud de las acciones
accidentales (presiones de agua y viento, empujes de tierra, acciones sísmicas, etc.), con referencia
a las normas que rigieron el proyecto.
• Sistema de fundación.
• Anclajes de columnas.
• Columnas, muros, vigas, celosías.
• Sistema de arriostramientos.
• Conexiones.
• Cerramientos, accesorios e instalaciones.
Hojas de cálculo
Con los datos y resultados del análisis y diseño estructural, a fin de que sirvan de apoyo para
cualquier revisión y/o modificación de las condiciones que rigieron el proyecto original.
Planos estructurales completos
Con referencias suficientes para la correcta ejecución e inspección de todos los componentes
estructurales, y cualquier verificación futura de su comportamiento o deterioro.
Computos métricos de las unidades estructurales
Con la indicación de los volúmenes de obras de tierra, de las características y pesos de los
miembros de acero, de los volúmenes y refuerzos de los miembros de concreto reforzado y de cualquier
otro componente de la estructura proyectada, a fin de que sirvan de apoyo para elaborar el presupuesto
de la obra y para el control de avance y las valuaciones de los trabajos.
Como dato ilustrativo interesante se anexa un facsímil de la planilla que se acostumbra preparar
para ordenar y computar las barras de refuerzo de los miembros de concreto reforzado. (Figura 6.25
anexa).
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CAMINO CRÍTICO
1
1
2
2
2
4
3
3.1
3.2
3
5
7
4
6
4.1
4.2
8
4.2
9
5
6
10
7
11
8
Diagramas de Barras
Actividad
Semanas
1
5
1. Replanteo
2. Fundaciones
3. Fabricación
3.1 Columnas
3.2 Vigas
4. Montaje
4.1 Columnas
4.2 Vigas
5. Cubierta
6. Pintura
6 - 41
Figura 6.25 Programa de trabajo.
10
15
PREPARACIÓN Y CONTROL DEL ACERO DE REFUERZO
Para la preparación, corte, doblado y colocación del acero de refuerzo, se recomienda el uso de las planillas anexas, que pueden copiarse
fácilmente, para derivar de los planos estructurales los detalles de los refuerzos debidamente identificados con un código, el cual servirá a la vez
para su control y el computo de la obra.
Barra
#
Cantidad
Diam.
#
Largo
total
A
A
Tipo 1
Tipo 2
C
A
Tipo 3
A
B
B
C
B
D
Tipo 5
C
B
Tipo 4
A
B
B
A
Peso
total
D
B
C
B
C
A
Tipo 6
Figura 6.24 Disposición del refuerzo.
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C
B
DOBLECES NORMALES:
B
DIMENSIONES
Tipo
A
Tipo 7
6 - 42
Plano
#
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Los programas de trabajo
Que contemplen tanto la fabricación de los componentes de acero, en el taller, como las labores
de montaje y construcción en sitio, a fin de establecer y comprobar la coordinación de los diferentes
elementos de la estructura, determinar su plazo de ejecución y comprobar que su avance cumpla con
esas previsiones.
Nota.- Existen numerosas ayudas de computación que
facilitan la preparación y verificación de los
programa de trabajo, por los métodos clásicos
(CPM, PERT, Diagramas de barras,) y
similares. Solamente como ilustración se
acompaña la Figura 6.25 una breve descripción
de un esquema de paso crítico y el diagrama de
barras derivado de ese esquema.
6 - 43
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Capítulo 7
Capítulo 7
LA FABRICACIÓN Y EL MONTAJE DE GALPONES
7.1 INTRODUCCIÓN
La construcción de los galpones modulares se realiza en parte en talleres metalúrgicos y en parte
en el sitio de la obra, lo cual exige una cuidadosa programación de las operaciones para evitar costosas
interferencias y retrasos. Debido a esto, se tiende a maximizar el trabajo a ser ejecutado en taller, que es
un ambiente mucho mas controlado, dejando para la obra lo mínimo indispensable.
Todo el proceso y secuencia de fabricación, transporte y montaje en obra debe ser establecido
previamente con meticulosidad por personal calificado por medio de diagramas, planes de trabajo,
sistemas de corroboración y puntos de chequeo, tales que las responsabilidades y operaciones a ser
efectuadas por cada individuo o grupo de trabajo involucrado estén representados, que permitan
optimizar el proceso y evitar los accidentes de trabajo. En las Figuras 7.1 a 7.3, se indican las secuencias
más comunes en los trabajos de taller y campo, y en la inspección como parte del aseguramiento de la
calidad de la obra.
Debido a las restricciones de la norma y reglamento de tránsito terrestre, es muy importante
determinar el tamaño máximo y peso individual de las piezas que componen los prefabricados a ser
enviados a obra, para no encarecer de ser posible la construcción con el uso de transportes especiales.
Véase 7.5 Transporte y Almacenaje.
Dada la naturaleza variable en los diseños de galpones modulares, es necesario tomar muy en
cuenta la preparación y construcción de artilugios que faciliten y en muchos casos posibiliten tanto la
fabricación como el montaje en obra de los distintos componentes. Estos componentes y otros soportes
provisionales para la fabricación, manipulación y montaje deben ser indicados en los planos de
construcción, indicando su condición de provisional y el momento en que debe ser usado y retirado,
para de este modo prevenir derrumbes accidentales o predeformaciones no convenientes en los
componentes.
La interfase entre las fundaciones y la superestructura de acero, pernos de anclaje, piezas
embebidas y otras deberán ser prefabricados y colocados en la infraestructura previamente con las
medidas e indicaciones expresadas en los planos.
7-1
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Planos de proyecto
Procura del
Material
Manual de
Fabricación del
Taller
Planos de
Taller
NO
NO
Inspección
de material
Aprobación
NO
SI
SI
Plantillas de Fabricación
Despacho de Material
Inspección
NO
SI
Identificación y marcaje
Corte y preparación de bordes
Preparación y doblado
Armado
Soldadura
Inspección
del contratante
Rectificación
NO
NO
SI
Inspección
de productos
SI
Pintura
Despacho
Transporte a la obra
Figura 7.1 Flujograma de fabricación en taller
7-2
Certificación de
Soldadores y de
Procesos
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Transporte a la obra
Montaje
Alineamiento vertical
NO
Inspección
SI
Rectificación
NO
Inspección
de
soldaduras
Empernado
SI
Soldadura en obra
Rectificación
Inspección
NO
SI
Pintura
Completar
Figura 7. 2 Flujograma de fabricación en campo
7-3
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Gerencia de Proyectos
Hoja de Inspección Prevista
Cliente: SIDETUR
Descripción: MODELO ESTRUCTURAL
Según Código: AISC / ASTM / AWS D1.1
Planos: Según serie correspondiente
Materiales: ASTM A 36 / ASTM A 325 / SAE 1010/E70XX
Orden de Fabricación / Oferta: 00 1609
Fecha: 12/09/2000
1.0 Verificación de Planos y Croquis:
Revisión de diseño e instrucciones
2.0 Inspección inicial de: (solicitar certificados de los materiales)
NO
SI
Láminas:
X
Tubos:
X
Bridas: N/A
X
Conexiones:
Otros: Incluye tornillería
Accesorios:
Pinturas:
Electrodos:
Perfiles:
3.0 Calificación del Proceso de Soldadura:
4.0 Calificación de Soldadores:
5.0 Centro de Proceso:
NO
SI
X
Soldadura:
Trazado:
X
Armado:
Corte:
X
Conformado:
Otros: Inspección dimensional final
SI
X
X
X
X
SI
N/A
NO
De los siguientes componentes:
7.0 Otros Exámenes: PT a 10 % de primer pase en Juntas a tope
100 % UT juntas de tope a tracción en pórticos sísmicos
8.0 Tratamiento Térmico Precalentamiento cuando e>25mm
NO
SI
Parcial:
N/A
Total:
Total:
SI
X
X
X
X
NO
SI
N/A
NO
SI
De los siguientes componentes:
9.0 Prueba Hidrostática:
10.0 Prueba Pneumática:
11.0 Prueba de equipos:
12.0 Otras Pruebas: Apretado de tuercas 1/3 de vuelta
13.0 Granallado:
De los siguientes componentes:
14.0 Sand Blasting: Según MSSP SP6
De los siguientes componentes: Toda la superficie
15.0 Control Visual de Acabado: Tratamiento Superficial y Pintura
16.0 Placa de Caracteristicas:
17.0 Embalaje:
Transporte:
Entrega en obra
19.0 Entrega de Dossier: Certificados de calidad de materiales
NO
SI
X
NO
SI
NO
X
SI
X
X
NO
SI
NO
X
X
X
NO
6.0 Examen Radiográfico de Soldaduras:
Parcial:
SI
X
NO
N/A
X
N/A
X
X
X
X
X
X
20.0 Observaciones:
Tratamiento superficial: Según MSSP SP6 + 1 capa de fondo.
Peso total estimado: 670 kg.
Por la Gerencia de
Proyectos
Por Departamento
de Calidad
Figura 7. 3 Planilla típica de inspección en la fabricación de una estructura de acero
7-4
X
apose@alacero.org 27 Feb 2018
Las juntas por medio de soldadura deben evitarse en lo posible en campo, salvo en casos de
juntas precalificadas (soldaduras de filete). Pues en el caso de juntas a penetración, el control en campo
puede ser complicado e inapropiado. En cualquier caso este tipo de juntas deberán ser encomendadas a
personal calificado y deberá establecerse previamente un control por muestreo que sea adecuado tanto
para la inspección como para la empresa fabricante por métodos de ensayo no destructivos.
En particular, deben tomarse en cuenta un sinnúmero de consideraciones para las etapas
sucesivas del proceso de construcción de estas estructuras, en especial las que se explican a
continuación, las cuales se encuentran establecidas en las Normas Venezolanas que se enumeran a
continuación de este párrafo, y que de manera muy compacta se presentan en la Tabla 7.1,
correspondiente al Esquema de Codificación de Partidas de la Norma Venezolana 2000-2 (La
protección contra fuego no existe en el esquema original, pero se ha considerado conveniente
incorporarlo en la Tabla, para su inclusión en una futura revisión de la Norma 2000).
1755:1982
Código de Prácticas Normalizadas para la fabricación y Construcción de Estructuras
de Acero. Basado en el del AISC de Septiembre 1976. Debe ser actualizada en algunos
aspectos con la edición de Marzo 2005.
2000-2:1999
Suplemento de la Norma COVENIN 2000/II.A-92. Mediciones y Codificación de
Partidas para Estudios, Proyectos y Construcción. Parte II.A Edificaciones.
Especialmente en sus Capítulos E36 Estructuras Metálicas y E9 Transportes.
1618:1998
Estructuras de Acero para Edificaciones. Método de los Estados Límites. De la Parte 1:
Los Capítulos 5 Materiales, 6 Documentación del Proyecto. Toda la Parte 4
Conexiones, Juntas y Medios de Unión, y la totalidad de la Parte 6 Aseguramiento de la
Calidad, Fabricación y Montaje.
7. 2 ELABORACIÓN DE PLANOS E INDICACIONES DE TALLER
Los planos de diseño preparados por el ingeniero estructural constituyen una representación
gráfica de los resultados del cálculo estructural, y suministrarán a los detalladores toda la información
necesaria para la preparación de los planos de taller. Véanse de las Normas Venezolanas, 1755:1982, los
Capítulos 3 y 4; y de la 1618:1998, el Capítulo 6.
Los planos de taller deben tener suficientes cotas para construir el elemento sin necesidad de
tomar medidas basadas en la escala.
Los planos de taller proporcionan toda la información requerida para fabricar la estructura, pues
muestran en detalle cada elemento estructural con sus dimensiones completas. En su preparación se
utilizan símbolos y convenciones internas de cada taller, así como la lista de materiales, todo lo cual
tiende a simplificar el trabajo. Véanse las Figuras 7.4 a) y b).
7-5
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TABLA 7.1 ACTIVIDADES EN LA FABRICACIÓN Y MONTAJE DE ESTRUCTURAS DE ACERO
SUB-CAPÍTULO MATERIAL UN. ACTIVIDAD
CAP 6: ESTRUCTURAS
METALICAS
1: Acero
kgf
1: Suministro
COMPONENTE
1: Laminados
2: Electrosoldados
3: Soldados
4: Tubulares
5: Formados en frío
2: Planchas
3: Rejillas electroforjadas
para pisos
1: Lisa
2: Lagrimadas
3: Antirresbalante
4: Sofito metálico(Steel
deck o Encofrado
Colaborante)
1: 38 mm de altura
(1.5 pulg.)
2: 76 mm de altura
(3 pulg.)
5: Pernos de anclaje
1: SAE 1020
2: SAE 1040
3: A 307
4: A 325
5: A 490
E3
E
S
2: Aluminio
T
R
U
6: Tornillería
C
T
2: Fabricación
U
R
A
S
7: Conectores de corte
1: Hasta 15 kgf/m
2: Más de 15 hasta 30 kgf/m
3: Más de 30 hasta 90 kgf/m
4: Más de 90 hasta 150 kgf/m
5: Más de 150 kgf/m
1:Limpieza con
3: Limpieza y
disolvente (SSPC-SP1)
Preparación
de superficies 2:Limpieza con herramientas
(SSPC-SP2)
3:Limpieza simple con chorro
a presión (SSPC-SP7)
4:Limp.c/chorro a presión hasta
metal gris comercial (SSPC-SP6)
5:Limp.c/chorro a presión hasta
metal casi blanco (SSPC-SP10)
6:Limp.c/chorro a presión
hasta metal blanco(SSPC-SP5)
4: Sistemas de
protección
5: Montaje
1:Pintura
2: Galvanizado
3: Protección contra fuego
1: Estructura
2: Sistema de pisos
6: Sum.,
Fabricación,
Limpieza y
preparación
de
superficies, y
protecciones
7-6
TIPO
1: Perfiles
1: Estructura
2: Sistema de pisos
1: Fondo y esmalte
rico en zinc
2: Fondo y esmalte
epóxico
3: Fondo y esmalte
alquidico
4: Fondo y esmalte
caucho clorado
1: Conexiones soldadas
2: Conexiones
empernadas
1: Sofito metálico
(Encofrado colb.)
2: Rejillas electroforjadas
3: Planchas lagrimadas
1: Conexiones soldadas
2: Conexiones
empernadas
1: Encofrado
colaborante
2: Rejillas
electroforjadas
3: Planchas
lagrimadas
ORIGEN
1: Nacional
2: Importado
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ITEM
20
21
22
19
23
24
25
DESCRIPCIÓN
Cercha T-7
Perfíl L50x5 x 227
Perfíl L50x5 x 390
Perfíl L50x5 x 345
Perfíl L 75x7x585
Perfíl L 75x7x582
Plancha 271x170x10mm
Plancha 173x144x10mm
Total T-7
Unid.
Pza.
Pza.
Pza.
Pza.
Pza.
Pza.
Pza.
CANT.
1
2
2
2
2
2
1
1
PESO
UNITARIO
PESO
TOTAL
0,86
1,74
1,30
4,64
4,62
3,62
1,96
1,71
2,94
2,60
9,29
9,24
3,62
1,96
31,36
Figura 7. 4 a) Plano de Taller: Detalle de una cercha
7-7
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ITEM
1
2
3
4
5
6
7
8
10
11
12
13
DESCRIPCIÓN
Columna C-1
Plancha 580x400x19mm
Perfíl HEA 320 x 1200
Plancha 170x90x8mm
Plancha 100x100x8mm
Plancha 300x270x10mm
Plancha 250x270x10mm
Plancha 210x90x8mm
Plancha 210x90x8mm
Perfíl L 100x10x290mm
Plancha 275x200x10mm
Plancha 200x150x8mm
Plancha 270x145x8mm
Total C-1
Unid.
Pza.
Pza.
Pza.
Pza.
Pza.
Pza.
Pza.
Pza.
Pza.
Pza.
Pza.
Pza.
CANT.
1
1
1
3
1
2
2
1
2
1
1
1
1
PESO
UNITARIO
34,60
117,12
0,96
0,63
6,36
5,30
1,19
1,19
4,35
4,32
1,88
2,46
Figura 7. 4 b) Plano de Taller: Detalle de una columna
7-8
PESO
TOTAL
34,60
117,12
2,88
0,63
12,72
10,60
1,19
2,37
4,35
4,32
1,88
2,46
195,12
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• Todos los planos e indicaciones de taller deberán ser explícitos para no dar lugar a
interpretaciones distintas a las requeridas por el ingeniero y el arquitecto o la empresa responsable por el
proyecto. Tratándose de galpones modulares, siempre hay que pensar que cualquier plano, indicación u
otro documento será usado en forma repetitiva y tendrá una vida útil mayor de lo normal; que será utilizada
por varias personas o empresas con distinta metodología y por ende deberá ser suficiente y deberá cubrir
toda la gama de instrucciones necesarias para que distintas empresas coronen con éxito la construcción.
• Debido a que las instrucciones pueden modificarse de acuerdo con las circunstancias de la obra,
tendrán un número sucesivo de revisión para evitar el uso de información obsoleta y un índice de las mismas.
• Los planos de taller que se usarán en la fabricación serán encomendados a personal conocedor
tanto del proceso de fabricación como de montaje, para evitar repeticiones y omisiones de información
como: falta de simbología necesaria, repetición de medidas, información que pueda parecer
contradictoria o equivocaciones en tolerancias y medidas.
• Como los planos de taller, y eventualmente de montaje, contienen detalles estructurales que
pueden haber variado por razones de productividad en la fabricación y el montaje, deben ser entregados
al ingeniero estructural para su aprobación.
7.3 PROCURA DE MATERIALES
Esta actividad corresponde a la de Suministro de la Tabla 7.1 (Norma Venezolana 20002:1999), y se apoya en los Capítulos 2, 5 y 9 de la Norma Venezolana 1755, y el Capítulo 5 de la Norma
Venezolana 1618:1998.
• Tal como se estila en cualquier construcción, los materiales a comprar deberán cumplir con las
especificaciones de diseño y en caso de tener que hacer sustituciones siempre estarán autorizadas por
escrito por los profesionales responsables del proyecto. En caso de usar materiales de stock se deberá
conocer el origen y calidad de los mismos. En caso contrario no deberán usarse.
• Cuando se generen cambios en las especificaciones de materiales, estas deben ser
incorporadas al diseño.
• Para la fabricación de estructuras modulares y repetitivas, es necesario optimizar al máximo los
costos. Para esto la compra de materiales deberá ser hecha de acuerdo a las medidas definitivas de perfiles
y planchas a ser utilizadas, para esto se elaborará un diagrama de aprovechamiento de material, que
comparará los tamaños estándar de venta de los materiales con las medidas definitivas e indicará como
uno de sus resultados los sobrantes de material susceptibles a ser utilizados en futuras obras y las juntas y
cortes que sean necesarios para utilizar el mínimo de material.
• Es importante tomar en cuenta que cuando hablamos de compra de materiales, también debemos
hablar de la compra de los MATERIALES CONSUMIBLES materiales que al ser aplicados forman parte
definitiva de las piezas como por ejemplo el material de aporte de soldadura o tratamiento superficial que
forman parte integrante del diseño y por lo tanto deberán cumplir con lo especificado arriba.
7.4 FABRICACIÓN
Las actividades de fabricación corresponden a las actividades 2, 3 y 4 de la Tabla 7.1 (Norma
Venezolana 2000-2:1992), los Capítulos 6, 7, 8 y 10 de la Norma Venezolana 1755, y a la Parte 6 de la
Norma Venezolana 1618:1998.
7-9
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7.4.1 La fabricación en taller
• Como se trata de componentes para galpones modulares, encontramos que es necesaria la
fabricación de elementos repetitivos, que es muy importante sean uniformes. Para facilitar el armado
de los elementos y lograr minimizar los costos, es imprescindible elaborar moldes de fabricación, que
incorporen las tolerancias de paralelismo, alabeo, longitud y perforado para lograr la alternatividad de
los distintos elementos que conforman la estructura por ejemplo: si tenemos varias columnas iguales y
varias vigas armadas iguales en un mismo edificio, es imprescindible que cualquiera de ellas, en forma,
aleatoria puedan conectarse con cualquiera de las columnas. Al definir estos útiles de armado,
debemos asociarlos con la secuencia y los tiempos de operación para de este modo lograr la máxima
rebaja en los costos (por medio de mediciones de métodos y tiempos convencionales).
• Tal como indicamos arriba y por la misma razón, la preparación de las piezas individuales que
conforman cada conjunto de armado, cartelas, planchas base, rigidizadores, etc. deberá ser metódico,
garantizando las dimensiones que favorezcan el armado final de dichos conjuntos. Para esto deben
pasar por un control dimensional usando como criterio de aceptación su uso final.
• Se deberá tener cuidado en la preparación de juntas soldadas biseles, aperturas de raíz, etc., y
en la aplicación de sistemas de soldeo adecuados para la posición de la junta en el elemento a ser
fabricado se deben evitar a ser posible las juntas a penetración completa, salvo que sea imprescindible
o exista un método de ensayo no destructivo adecuado.
• Las superficies a ser soldadas deberán estar libres de óxidos, cascarilla de laminación, pintura
y cualquier otra sustancia extraña. Por tanto, todo material a ser soldado se limpiará con cepillos de
acero y se raspará de pintura en una zona no menor de 5 cm a cada lado de la zona de soldadura.
• Es importante el trazado de las dimensiones finales sobre los perfiles y planchas a ser
utilizados antes de proceder, pues una vez cortados, si las dimensiones son deficientes no es concebible
proceder a hacer juntas sobre los mismos sin operaciones ulteriores, pues la distancia entre juntas y la
posición relativa de las mismas en cada tipo de elemento suele estar normado en el diseño.
• Los métodos principales para corte de los elementos, son el sistema de oxígeno acetileno /
propano para planchas y perfiles; y sierras de distintos tipos de disco, balancín, etc. para perfiles. Cada
uno tiene sus ventajas. En el caso de perfiles, es más limpio y rápido el corte en sierra, pero su uso
depende de la apertura máxima del equipo a ser utilizado y de las dimensiones del perfil, en otras
palabras: si la sección del perfil excede la apertura máxima de la sierra, no es posible usarla; en estos
casos el sistema de oxígeno acetileno / propano es lo correcto. Cuando no es posible usar sierra con los
perfiles y cuando hablamos de corte en planchas, es imprescindible el oxicorte.
• No hay que enfriar bruscamente el acero después del corte para evitar cambios cristalográficos
que podría, en algunos casos, darle mayor fragilidad (si bien hay que evitar el enfriamiento, la
posibilidad de cambios cristalográficos, en rango de temperatura ambiente es escaso).
• Para evitar búsquedas innecesarias de material en obra, es necesario marcar los materiales
tanto en los planos como físicamente sobre las piezas, de modo claramente visible sin importar la forma
en que se almacene la pieza. El marcaje sobre las piezas se realiza, a conveniencia entre las partes,
mediante marcadores sobre metal, troquelados, punzones, etc.
7 - 10
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7.4.2 Preparación de superficies
De acuerdo con la ubicación de la obra, la exposición al medio ambiente o factores industriales
locales es del todo variable. Es necesario siempre consultar con las tablas y sistemas establecidos por
los fabricantes de pinturas y con la normativa del AMERICAN PAITING COUNCIL, APC. En ellas se
establece el tipo de limpieza y superficie de anclaje necesario en el sustrato (acero) para el tipo de
pintura adecuado en cada caso. Véanse la Tabla 7.1 y la Figura 7.5
Especificaciones
Normales
Especificaciones
Especiales
Programa de Pintura
Selección del Sistema de Pintura
Selección del Método de Pintura
Preparación de Superficies
Superficie
Especial
Control
de
Calidad
Muestra
de
color
Superficie
Acabada
Superficie
Ordinaria
Inspección del Sistema de Pintura
Pintura
Partes donde no se puede pintar después de fabricado
Partes Ordinarias
Partes Especiales
Secado
Control de Calidad
Inspección
Figura 7. 5 Procedimiento de preparación de superficies y sistemas de protección
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En caso de elegir sistemas de pinturas en varias capas, es necesario determinar por medio del
manual del fabricante de la pintura el tiempo mínimo y el máximo de repintado entre capas para evitar
contaminación y “desconchamiento”.
Se evitará aplicar cualquier mano de pintura mientras el sustrato o la pintura ya aplicada, tenga
una temperatura igual o menor en 3° C a la temperatura de bulbo húmedo, la cual se medirá en cada
caso.
Se debe determinar, previo al inicio de la fabricación, qué parte del tratamiento superficial será
dado en taller y cuál en obra.
Un sistema típico de tratamiento superficial, debe constar de 2 elementos principales (Ejemplo
usando como base la norma MSSP del AMERICAN PAINTING COUNCIL):
a) Definición del tipo de limpieza previa
En la que se indican los parámetros mínimos necesarios previos a la aplicación del tratamiento
superficial que cumplan con lo estipulado por los profesionales responsables del Proyecto. Estos
pueden ser condiciones del sustrato, como eliminación de rebabas, eliminación de restos grasos u otros
que impidan la correcta adherencia o aplicación de la pintura.
b) Definición del tipo de tratamiento superficial
En la que se indican como mínimo la superficie de anclaje necesaria para asegurar la adherencia
de las capas sucesivas de pintura, la limpieza final (el método a ser aplicado, depende de factores
atmosféricos, la calidad y tipo de pintura y el tiempo de protección para el sistema completo).
Siempre hay que tomar en cuenta que cuando el chorreado se hace con impulsión con aire, se
verificará por medio de una medición rutinaria (constante), que la humedad en el aire utilizado no
sobrepase lo indicado en cada caso por la norma.
7.4.3 Sistemas de protección
El sistema de protección y el tratamiento de superficies están íntimamente vinculados. El
tratamiento de las superficies garantiza el perfil de anclaje adecuado para el sistema de protección, que
en el caso de galpones, es tradicionalmente por pintura, y muy rara vez el galvanizado. En todo caso
deberá especificarse el lapso mínimo entre la preparación de la superficie y la aplicación del sistema de
protección; a título de ejemplo para una SSPC-SP5 con una rugosidad entre 50 y 60 micras, el lapso
mínimo para la aplicación de la capa de fondo de pintura no será superior a 2 horas.
7 - 12
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a) Definición del sistema de protección
El sistema de protección por pintura debe incluir como mínimo el espesor de película de pintura
seca, EPS, (en micras, m , o milésimas de pulgadas, mills) y los tiempos de repintado.
TABLA 7.2 EJEMPLO DE ESPECIFICACIÓN DE UN SISTEMA DE PINTURA
Sistema
Tipo
Pintura
No.
capas
EPS/capa
m (mills)
Fondo
Epoxy
Poliamida
1
75 (3)
AG-01
EPS total
 m (mills)
150 (6)
Acabado
Poliamida
con resinas
epóxicas
1
75 (3)
Observaciones
Fondo de
protección con 2
componentes,
pintura roca en
zinc
Color a elegir
La codificación de los sistemas de pintura, dependen de cada proyecto, pues la combinación de
todos los elementos posibles, da una matriz extensa con todas las posibles variaciones.
En cada caso el tiempo de repintado y limpieza está definido por el tipo de pintura y las
especificaciones del fabricante.
7.5 TRANSPORTE Y ALMACENAJE
• Una vez terminado el tratamiento superficial en taller, y previo al despacho, se deben
almacenar los materiales prefabricados y prepararlos para el transporte. Es imprescindible que las
marcas sobre las piezas estén visibles para el momento de generar las notas de entrega y cargar sobre
transporte. Se deberán colocar separadores entre las piezas para evitar daños innecesarios en la pintura.
Al momento de montar sobre transporte y bajar en obra, hay que tener los mismos cuidados. Véanse los
Artículo 6.6 y 6.7 de la Norma Venezolana 1755.
• El área de almacenaje en obra debe ser suficiente para mover el material y segregarlo sin causar
daños en la pintura.
• Para optimizar y abaratar el costo del material transportado es conveniente que el transportista
utilice el vehículo más liviano posible. Las dimensiones y el peso de carga permitidos están regulados en
las Normas Venezolanas 614:1997 Límite de peso para vehículos de carga y 2402:1997 Tipología de los
vehículos de carga. Veáse un ejemplo práctico de la selección del transporte en Acero al Día, Junio 2006.
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15000 mm
Conexión de
plancha extrema
15000
Conexión de
plancha extrema
Conexión de
plancha extrema
JUNTA
SOLDADA
EMPALME
EMPERNADO
JUNTA
SOLDADA
3000
(a) Proyecto original
EMPALME
EMPERNADO
15000
15000 mm
(b) modificaciones por limitaciones de transporte
Figura 7.6 Limitaciones del transporte obligan a
incorporar conexiones adicionales a las del proyecto
7 - 14
JUNTA
SOLDADA
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7.6 EL MONTAJE
Compleméntese el tema con el Capítulo 7 de la Norma Venezolana 1755 y el Capítulo 35 de la
Norma Venezolana 1618:1998.
7.6.1 Replanteo de fundaciones
• Debido a las diferencias de tolerancia en construcción entre la estructura de concreto
(fundaciones) y la de acero como se dice habitualmente, los constructores de concreto miden en
centímetros y los fabricantes de acero en milímetros es necesario replantear en obra la ubicación de
anclajes y piezas embebidas de interfase concreto / acero. Para esto el uso normal es que estas piezas
especiales sean colocadas en posición bajo la supervisión del fabricante de la estructura de acero. Para
esto siempre se debe contar en obra con la ayuda de un topógrafo experimentado.
7.6.2 Arriostramiento durante el montaje
• Siempre se debe arriostrar provisionalmente el primer pórtico de los galpones, especialmente
cuando la conexión de la plancha base es articulada y de ese modo evitar el vuelco del mismo con las
consecuencias catastróficas derivadas de esto. Este arriostramiento deberá permanecer en tanto la
estructura no se arriostre lateralmente. Véase la Figura 7.7.
7.6.3 Pernos y soldadura en obra
Todas las conexiones temporales requeridas para el montaje deberán ser proyectadas y
construidas para resistir las solicitaciones a que pueda estar sometida la pieza en cuestión.
No se conectará definitivamente ningún componente estructural hasta que esté definitivamente
alineado.
Siendo la estructura apernada, es muy necesario usar herramientas especiales para dar torque a
los tornillos, para esto se debe disponer en obra de las herramientas adecuadas y en estado de
calibración satisfactorio.
Si bien no es aconsejable hacer juntas soldadas en obra, hay una serie de sugerencias que
pueden ser empleadas para en caso de ser necesario, estas juntas cumplan con los requisitos del
proyecto:
• Las juntas en obra deberán limitarse a ser posible a juntas de filete.
• En caso de ser necesario hacer juntas a tope, la inspección debe estar atenta a los
procedimientos usados. Estos procedimientos deben ser definidos previamente de acuerdo a los
parámetros y condiciones especificados en la norma de la American Welding Society, AWS
D1.1.
• Los soldadores deberán estar certificados.
• Las juntas previstas a ser ejecutadas en obra, se dejarán sin recubrimiento protector y pintura en
una zona de 5 cm a ambos lados de la soldadura, excepto que se haya especificado soldadura
soldable. Ejecutada la soldadura, deberá limpiarse cuidadosamente para eliminar los restos de
escoria, y antes de pintarla, tratar las partes soldadas ya limpias, con un inhibidor de corrosión.
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1
3
2
4
A
B
Planta
tipo
C
D
a) Inicio del montaje
1
2
3
4
A
B
Planta
tipo
C
D
b) Secuencia del montaje
Figura 7.7 Secuencia de arriostramientos temporales en un montaje de estructura de acero
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7.6.4 Detalles constructivos
En la Figuras 7.8 se ilustra uno de los detalles constructivos que deben considerarse para
minimizar problemas una vez terminada la obra. En todo caso no se permite el cambio de detalles
constructivos sin la previa aprobación por escrito del profesional responsable por el proyecto
arquitectónico, el proyecto estructural o el de de instalaciones, según su área de competencia.
Figura 7.8 Detalle de transición entre paredes de mampostería
y estructuras de acero para minimizar las fisuras en los acabados
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7.7 SEGURIDAD INDUSTRIAL
Deben en todo momento evitarse actos inseguros tal como lo define la Ley General del Trabajo
y usar en todo momento los implementos de seguridad indicados.
Tal como indica la Ley, toda obra debe tener un supervisor de seguridad industrial, lo
especifique o no el Cliente.
Cuando se usan los implementos personales de seguridad industrial, los riesgos mayores a tener
en cuenta siempre están asociados con el correcto manejo de materiales. En el uso de equipos para
elevación es necesario seguir TODAS las recomendaciones del fabricante de los equipos que suele
incluir todo lo relacionado con las cargas máximas (determinantes) y accesorios (eslingas, cadenas,
etc.) que deben usarse.
Figura 7.9 Procedimiento inseguro e incorrecto de soldar
7 - 18
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Bibliografía
Bibliografía
Açominas; 1981. Galpões em estructura metálica. 2ª ediçao. SIDERBRÁS, Brasil, 123 págs.
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SITIOS DE INTERÉS
Como herramienta fundamental de capacitación del profesional de las estructuras de acero, se
recomienda visitar los sitios en Internet que se enumeran a continuación, los cuales han sido
seleccionados por ser lo que contienen la mayor información (por lo general gratuita) y suministrar
enlaces a otros sitios, cuando se requiera una información más detallada o especializada.
Las normas venezolanas se encuentran disponibles en SENCAMER. En la página principal se
despliega del lado izquierdo un menú, del cual debe seleccionarse Normas, Leyes y Resoluciones. Al
abrir se despliega el menú Normas COVENIN; donde se escribe el número de la norma y al dar click,
aparece su nombre y la pestaña para bajarla al computador. Cuando no se conoce el número de la norma,
es mejor entrar en este mismo menú a Comité; las normas de la desaparecida Comisión de Normas del
MINDUR, están en el Comité Construcción. Al dar click, aparecen las normas y la correspondiente
pestaña para ser descargados al computador.
En la parte derecha de la página del AISC, aparece el Steel Solutions Center y todas sus
opciones. En Steel Tools se consigue además de un archivo con las propiedades de los perfiles incluidos
en el Manual AISC, programas cortos para problemas particulares. En Technical Resources, además de
información sistematizada, vínculos con otras páginas de la red. La página AWS permite en
Publications tener una vista preliminar de las normas de soldadura.
Cuando se requiera mayor información que la suministrada en el Anexo sobre perfiles de acero,
especialmente los europeos, véase el sitio ARCELOR MITTAL, donde además de los catálogos de
perfiles y programas de ayuda, se encuentra el vínculo Access Steel que proporciona información sobre
los Eurocódigos.
En STEEL UNIVERSITY puede seleccionarse el idioma español para ver el contenido
de e-learning sobre fabricación y aplicaciones del acero. También en interesante visitar la
página de OTUA.
En EERI, se consigue todo lo relativo al diseño sismorresistente, incluyendo vínculos como el
de la Sociedad Mexicana de Ingeniería Sísmica, SMIS.
La página de ALACERO es particularmente interesante para los docentes. El Comité Asesor
sobre Promoción y Desarrollo del Uso del Acero, CAPDUA, mantiene actividades de apoyo a la
enseñanza de la construcción en acero, tales como la Red Latinoamericana de Construcción en Acero,
el Cuaderno de Ejercicios, etc.
En la página FUNVISIS se suministra información sobre la actividad sísmica de Venezuela, y
en “Descargas”, varios mapas y las normas sismorresistentes COVENIN. La Norma COVENIN
3621:2000 destinada a instalaciones industriales tiene carácter provisional por cuanto al igual que otras
normas desarrolladas por INTEVEP para PDVSA, está pendiente de ser revisada. Véase Diseño
Sismorresistente. Especificaciones y Criterios empleados en Venezuela. Academia de Ciencias Físicas,
Matemáticas y Naturales, Vol. XXXIII, 1997.
AISC, American Institute of Steel Construction
http://www.aisc.org
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ARCELOR MITTAL
http://www.sections.arcelormittal.com
ASCE, American Society of Civil Engineers.
http://www.asce.org
AWS, American Welding Society
http://www.aws.org
EERI, Earthquake Engineering Research Institute Engineering
http://www.eeri.org
FUNVISIS, Fundación Venezolana de Investigaciones Sismológicas
http://www.funvisis.gob.ve
ILAFA, Instituto Latinoamericano del Fierro y el Acero
http://www.contruccionenacero.com
OTUA, L´Office Technique pour l´Utilisation de l´Acier
http://www.otua.org
SENCAMER, Servicio Autónomo Nacional de Normalización, Calidad, Metrología y
Reglamentos Técnicos.
http://www.sencamer.gob.ve
STEEL UNIVERSITY
http://www.steeluniversity.org
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