apose@alacero.org 27 Feb 2018 apose@alacero.org 27 Feb 2018 apose@alacero.org 27 Feb 2018 apose@alacero.org 27 Feb 2018 V apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 XI apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 XII apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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). 1-1 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 1-2 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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) apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. 1-5 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. 1-6 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. 1-7 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. 1-8 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. 1-9 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. 1 - 10 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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.). 2-1 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 2-9 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. 2 - 10 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 • 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. 2 - 13 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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). 2 - 15 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 2 - 16 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. 2 - 17 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. 2 - 18 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. 2 - 19 apose@alacero.org 27 Feb 2018 2 21--20 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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______________ 3 - 10 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 3 - 11 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 3 - 12 8 1 3 1 7 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. 3 - 13 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. 3 - 14 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. 3 - 15 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. 3 - 16 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. 3 - 17 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. 3 - 18 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 3 - 19 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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]: 3 - 20 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. 3 - 21 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. 3 - 22 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 3 - 23 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. 3 - 24 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 3 - 25 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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* apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. 3 - 27 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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]. 3 - 28 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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] 3 - 29 apose@alacero.org 27 Feb 2018 3 - 30 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 (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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 4 - 13 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. 4 - 16 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 4 - 17 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 4 - 18 0 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 4 - 19 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. 4 - 20 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. 4 - 21 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 4 - 22 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. 4 - 23 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 4 - 25 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 4 - 26 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 4 - 27 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. 4 - 28 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 4 - 29 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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) 4 - 33 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. 4 - 34 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 4 - 35 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. 4 - 36 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. 4 - 37 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 4 - 38 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 4 - 39 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 4 - 40 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 4 - 41 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 4 - 42 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. 4 - 43 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 4 - 45 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 4 - 47 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. 4 - 48 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 4 - 49 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. 4 - 50 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 4 - 51 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 4 - 52 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 4 - 53 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. 4 - 55 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 4 - 56 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 4 - 57 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. 4 - 58 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. 4 - 59 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 4 - 61 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. 4 - 62 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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] apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 5 - 12 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 5 - 14 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 • 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 6 - 10 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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%. 6 - 11 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. 6 - 15 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 6 - 16 apose@alacero.org 27 Feb 2018 • 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. 6 - 17 apose@alacero.org 27 Feb 2018 OFICINA TÉCNICA EDUARDO ARNAL H. PROYECTO DE: PAGINA: 18 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 6 - 18 VIGA S 1.25 S Y Pendiente: 30 % apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. 6 - 19 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 6 - 20 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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) 6 - 21 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. 6 - 22 apose@alacero.org 27 Feb 2018 OFICINA TÉCNICA EDUARDO ARNAL H. PROYECTO DE: PAGINA: 23 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. 6 - 23 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. 6 - 24 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 6 - 25 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. OFICINA TÉCNICA EDUARDO ARNAL H. PROYECTO DE: PAGINA: 26 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 6 - 27 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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: 6 - 28 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. 6 - 29 apose@alacero.org 27 Feb 2018 OFICINA TÉCNICA EDUARDO ARNAL H. 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. apose@alacero.org 27 Feb 2018 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” 6 - 31 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. 6 - 32 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. 6 - 33 apose@alacero.org 27 Feb 2018 OFICINA TECNICA EDUARDO ARNAL H. 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 6 - 35 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 6 - 37 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 6 - 38 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 6 - 39 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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). 6 - 40 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. apose@alacero.org 27 Feb 2018 C B DOBLECES NORMALES: B DIMENSIONES Tipo A Tipo 7 6 - 42 Plano # apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 • 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 7 - 11 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. 7 - 13 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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. 7 - 15 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 7 - 16 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 7 - 17 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 apose@alacero.org 27 Feb 2018 Bibliografía Bibliografía Açominas; 1981. Galpões em estructura metálica. 2ª ediçao. SIDERBRÁS, Brasil, 123 págs. AISC; 2005. Prequalified Connections for Special and Intermediate Steel Moment Frames for Seismic Applications. Norma ANSI/AISC 358-05, AISC, Illinois, 81 págs. AISC; 2005. Seismic Provisions for Structural Steel Buildings. Norma ANSI/AISC 341-05, AISC, Illinois, 120 págs. AISC; 2002. Detailing for Steel Construction. Second edition, 2da. Edición, AISC, Illinois, 330 págs. AISC, 2002. Modern Steel Construction. June, UCAB Steel Teaching Sculpture, pag. 21 AISC, 1996. Working with Structural Steel in Schedule Driven Projects. Illinois, 14 págs. Amster, Pablo, 2004. La Matemática como una de las Bellas Artes. Siglo Veintiuno Editores, Argentina, 127 pags. Arnal, Eduardo y D´Amico, Francisco; 2005. SIPIC, Aplicaciones del Computador a la Ingeniería. Caracas, 291 págs. 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B-4 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 B-5 apose@alacero.org 27 Feb 2018 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 B-6 apose@alacero.org 27 Feb 2018 7 7 apose@alacero.org 27 Feb 2018 7 7 7 7 7 IA - 2 7 7 7 7 apose@alacero.org 27 Feb 2018 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 IA - 3 apose@alacero.org 27 Feb 2018 7 7 7 7 7 7 7 7 IA - 4 7 7 7 apose@alacero.org 27 Feb 2018 IA - 5
