diseño de estucturas metalicas aplicando sap2000-parte 1

DiseDiseñño de Estructuras o de Estructuras MetMetáálicas aplicando SAP licas aplicando SAP

20002000

Cargas de diseCargas de diseññoo

•• Cargas MuertasCargas Muertas•• Cargas VivasCargas Vivas•• Cargas de vientoCargas de viento•• Cargas de nieveCargas de nieve•• Cargas de sismoCargas de sismo

Cargas MuertasCargas Muertas

•• Las estructuras y cimentaciones deben soportar Las estructuras y cimentaciones deben soportar siempre las cargas muertas que vienen a hacer el siempre las cargas muertas que vienen a hacer el peso propio de los componentes del edificio y peso propio de los componentes del edificio y que incluyen el peso de la estructura. Por lo que incluyen el peso de la estructura. Por lo tanto cualquier parte de la estructura que este tanto cualquier parte de la estructura que este permanentemente instalada contribuye a la carga permanentemente instalada contribuye a la carga muerta total. Las cargas muertas se pueden muerta total. Las cargas muertas se pueden establecer de manera razonable despuestablecer de manera razonable despuéés de que s de que se hayan determinado los elementos del edificio se hayan determinado los elementos del edificio o estructurao estructura

Cargas VivasCargas Vivas

•• Las cargas vivas son cualquier carga que ha de soportar Las cargas vivas son cualquier carga que ha de soportar la componente del edificio y que se considere como la componente del edificio y que se considere como algo transitoria. Esto es, la carga se puede aplicar por algo transitoria. Esto es, la carga se puede aplicar por varias horas hasta varios avarias horas hasta varios añños, pero su magnitud es os, pero su magnitud es variable.variable.

•• Los cLos cóódigos de construccidigos de construccióón acostumbran prescribir las n acostumbran prescribir las cargas vivas bascargas vivas basáándose en quindose en quiéénes ocupan los edificios nes ocupan los edificios y su situaciy su situacióón, y entre las que incluyen las cargas de n, y entre las que incluyen las cargas de viento, nieve y sviento, nieve y síísmicas.smicas.

•• Los valores de las cargas vivas que dan los cLos valores de las cargas vivas que dan los cóódigos de digos de construcciconstruccióón, por lo general se basan en valores n, por lo general se basan en valores estadestadíísticamente conservativos.sticamente conservativos.

Cargas VivasCargas Vivas

Cargas de vientoCargas de viento

•• Las cargas de viento se han estudiado ampliamente en Las cargas de viento se han estudiado ampliamente en aañños recientes, particularmente para las grandes os recientes, particularmente para las grandes estructuras de muchos pisos. Por lo general, para estructuras de muchos pisos. Por lo general, para estructuras elevadas, se deben efectuar estudios en los estructuras elevadas, se deben efectuar estudios en los ttúúneles de viento, para determinar las fuerzas del viento neles de viento, para determinar las fuerzas del viento sobre la estructura. Para estructuras msobre la estructura. Para estructuras máás peques pequeññas de as de forma regular con alturas del orden de los 100 pies o forma regular con alturas del orden de los 100 pies o unos 30 m, resulta satisfactorio usar la presiunos 30 m, resulta satisfactorio usar la presióón del n del viento estipulada en el cviento estipulada en el cóódigo apropiado de digo apropiado de construcciconstruccióón.n.

•• ComComúúnmente no se tiene en cuenta el efecto de nmente no se tiene en cuenta el efecto de protecciproteccióón de las estructuras adyacentes o del terreno.n de las estructuras adyacentes o del terreno.

Cargas de VientoCargas de Viento

•• El National Building Code (NBC) para carga de El National Building Code (NBC) para carga de viento es como sigue:viento es como sigue:

1.503030.1 a 150100 a 499

1.252515 a 3050 a 99

1.0209.1 a 14.930 a 49

0.7515< 9< 30

SI,Kpalb/pie2mpies

Presión del vientoAltura

Fuente : Diseño de Acero Estructural - Joseph E. Bowles

Cargas de vientoCargas de viento

•• Para obtener la presiPara obtener la presióón de viento segn de viento segúún el NBC, se mide la altura n el NBC, se mide la altura del edificio, desde la base del mismo y por encima del nivel del edificio, desde la base del mismo y por encima del nivel promedio del terreno.promedio del terreno.

•• En general, la presiEn general, la presióón del viento se calcula entre los niveles de n del viento se calcula entre los niveles de piso y se prorratea a los pisos adyacentes usando la teorpiso y se prorratea a los pisos adyacentes usando la teoríía simple a simple de las vigas, si la distancia vertical, comparada con la distancde las vigas, si la distancia vertical, comparada con la distancia ia lateral a las columnas adyacentes, es lo suficientemente pequelateral a las columnas adyacentes, es lo suficientemente pequeñña a para poder suponer una accipara poder suponer una accióón n flectoraflectora en una sola direccien una sola direccióón. n. Esta suposiciEsta suposicióón no produce un momento flector debido a la n no produce un momento flector debido a la presipresióón del viento a lo largo de la columna. Cuando el n del viento a lo largo de la columna. Cuando el espaciamiento entre columnas es pequeespaciamiento entre columnas es pequeñño comparado con la o comparado con la altura se puede aplicar la presialtura se puede aplicar la presióón del viento como una carga n del viento como una carga uniforme sobre la columna y que produce un momento de uniforme sobre la columna y que produce un momento de viento de viento de wLwL22/ 8 (s/ 8 (síí se la considera como una viga simple)se la considera como una viga simple)

Cargas de vientoCargas de viento

•• Se considerarSe consideraráán los efectos aerodinn los efectos aerodináámicos cuando el viento se micos cuando el viento se aplique contra edificios con techos en pendiente. Para pendienteaplique contra edificios con techos en pendiente. Para pendientes s de techo menores de 30de techo menores de 30°° (que incluyen los techos planos) la (que incluyen los techos planos) la presipresióón del viento sobre el techo que indica el NBC, es una n del viento sobre el techo que indica el NBC, es una succisuccióón que actn que actúúa hacia afuera, normal a la superficie del techo, a hacia afuera, normal a la superficie del techo, con un valor de 1.25 x la presicon un valor de 1.25 x la presióón previamente recomendada.n previamente recomendada.

•• La carga de viento sobre techos con pendientes mayores de 30La carga de viento sobre techos con pendientes mayores de 30°°se obtiene de la presise obtiene de la presióón del viento que actn del viento que actúúa normalmente a la a normalmente a la superficie del techo, y donde el valor bsuperficie del techo, y donde el valor báásico previamente sico previamente indicado dependerindicado dependeráá de la altura. La altura para determinar la de la altura. La altura para determinar la presipresióón sobre el techo se mide como la diferencia entre las n sobre el techo se mide como la diferencia entre las elevaciones promedio del terreno y el techo.elevaciones promedio del terreno y el techo.

•• Se hace notar que debido a que el viento puede soplar desde Se hace notar que debido a que el viento puede soplar desde cualquiera de los lados de un edificio, la estructura es simcualquiera de los lados de un edificio, la estructura es siméétrica, trica, aunque el anaunque el anáálisis del viento se efectlisis del viento se efectúúa desde una sola direccia desde una sola direccióón.n.

Cargas de vientoCargas de viento

•• El Reglamento Nacional de Construcciones en su El Reglamento Nacional de Construcciones en su norma de cargas menciona lo siguiente:norma de cargas menciona lo siguiente:

•• Las estructuras, los elementos de cierre y los Las estructuras, los elementos de cierre y los componentes exteriores de todas las edificaciones componentes exteriores de todas las edificaciones expuestas a la acciexpuestas a la accióón del viento sern del viento seráán disen diseññados para ados para resistir las cargas (presiones y/o succiones) exteriores e resistir las cargas (presiones y/o succiones) exteriores e interiores debidas al viento, suponiendo que interiores debidas al viento, suponiendo que ééste actste actúúa a en dos direcciones horizontales perpendiculares entre en dos direcciones horizontales perpendiculares entre ssíí. En la estructura la ocurrencia de presiones y/o . En la estructura la ocurrencia de presiones y/o succiones exteriores sersucciones exteriores seráá considerada simultconsiderada simultááneamente.neamente.

Cargas de vientoCargas de viento

•• De acuerdo con la naturaleza de los efectos que el viento puede De acuerdo con la naturaleza de los efectos que el viento puede ocasionar en ocasionar en las edificaciones, las edificaciones, ééstas se clasificarstas se clasificaráán en tres tipos:n en tres tipos:

•• Tipo 1.Tipo 1.-- Edificaciones poco sensibles a las rEdificaciones poco sensibles a las rááfagas y a los efectos dinfagas y a los efectos dináámicos micos del viento, tales como edificios de poca altura o esbeltez y edidel viento, tales como edificios de poca altura o esbeltez y edificaciones ficaciones cerradas con cobertura capaz de soportar las cargas sin variar scerradas con cobertura capaz de soportar las cargas sin variar su geometru geometríía. a. Ver Tabla 3.2Ver Tabla 3.2

•• Tipo 2.Tipo 2.-- Edificaciones cuya esbeltez las hace sensibles a las rEdificaciones cuya esbeltez las hace sensibles a las rááfagas, tales como fagas, tales como tanques elevadas y anuncios y en general estructuras con una dimtanques elevadas y anuncios y en general estructuras con una dimensiensióón corta n corta en el sentido del viento. Para este tipo de edificaciones la caren el sentido del viento. Para este tipo de edificaciones la carga exterior ga exterior especificada en la Tabla 3.2 se multiplicarespecificada en la Tabla 3.2 se multiplicaráá por 1.4.por 1.4.

•• Tipo 3.Tipo 3.-- Edificaciones que presentan problemas aerodinEdificaciones que presentan problemas aerodináámicos especiales micos especiales tales como domos, arcos, antenas, chimeneas esbeltas y cubiertastales como domos, arcos, antenas, chimeneas esbeltas y cubiertas colgantes. colgantes. Para este tipo de edificaciones las presiones de disePara este tipo de edificaciones las presiones de diseñño se determinaro se determinaráán a partir n a partir de procedimientos de ande procedimientos de anáálisis reconocidos en ingenierlisis reconocidos en ingenieríía, pero no sera, pero no seráán n menores que las especificadas para el tipo 1.menores que las especificadas para el tipo 1.

Tabla 3.2 Factores de Forma (C)

- 0.6+ 0.8Superficies inclinadas entre 60° y la vertical

- 0.6+ 0.7- 0.3

Superficies inclinadas entre 15° y 60°

- 0.6+ 0.3- 0.7

Superficies inclinadas a 15° o menos

- 0.5+ 0.8Arcos y cubiertas cilíndricas con un ángulo de inclinación que no exceda 45°

-+ 2.0Tanques de agua, chimeneas y otros de sección cuadrada o rectangular

-+ 0.7Tanques de agua, chimeneas y otros de sección circular o elíptica

-+ 1.5Anuncios, muros aislados, elementos con una dimensión corta en el sentido del viento

- 0.6+ 0.8Superficies verticales de edificios

SotaventoBarloventoConstrucción

El signo positivo indica presión y el negativo succión

Fuente : Reglamento Nacional de Construcciones

Cargas de vientoCargas de viento

Cargas de vientoCargas de viento

•• Velocidad de diseVelocidad de diseñño del vientoo del viento•• La velocidad de diseLa velocidad de diseñño hasta 10 m de altura sero hasta 10 m de altura seráá la velocidad mla velocidad mááxima adecuada a la xima adecuada a la

zona de ubicacizona de ubicacióón de la edificacin de la edificacióón pero no menos de 75 n pero no menos de 75 KmKm/h. La velocidad de /h. La velocidad de disediseñño del viento en cada altura de la edificacio del viento en cada altura de la edificacióón se obtendrn se obtendráá de la siguiente expreside la siguiente expresióón:n:

•• VhVh = V ( h )0.22= V ( h )0.22•• 1010•• donde: donde: VhVh es la velocidad de disees la velocidad de diseñño en la altura h en o en la altura h en KmKm/h, V es la velocidad de /h, V es la velocidad de

disediseñño hasta 10 m de altura en o hasta 10 m de altura en KmKm/h y h es la altura sobre el terreno en metros./h y h es la altura sobre el terreno en metros.•• Carga Exterior de VientoCarga Exterior de Viento•• La carga exterior (presiLa carga exterior (presióón o succin o succióón) ejercida por el viento se supondrn) ejercida por el viento se supondráá estestáática y tica y

perpendicular a la superficie sobre la cual actperpendicular a la superficie sobre la cual actúúa. Se calculara. Se calcularáá de la expreside la expresióón:n:•• PhPh = 0.005 C Vh2= 0.005 C Vh2•• donde: donde: PhPh es la presies la presióón o succin o succióón del viento a una altura h en n del viento a una altura h en KgKg/m2; C es un factor /m2; C es un factor

de forma adimensional indicado en la tabla 3.2 y de forma adimensional indicado en la tabla 3.2 y VhVh es la velocidad de disees la velocidad de diseñño a la o a la altura h, en altura h, en KmKm/h./h.

Cargas de nieveCargas de nieve

•• Las cargas de nieve son cargas vivas que actLas cargas de nieve son cargas vivas que actúúan an sobre los techos. La carga de nieve y sobre los techos. La carga de nieve y cualesquiera otras cargas vivas se toman con cualesquiera otras cargas vivas se toman con respecto a la proyeccirespecto a la proyeccióón horizontal del techo. n horizontal del techo. Aun en Aun en ááreas donde las cargas de nieve sean reas donde las cargas de nieve sean mmíínimas, se debe usar una carga viva de techo nimas, se debe usar una carga viva de techo mmíínima. El NBC estipula que se use la mayor de nima. El NBC estipula que se use la mayor de las cargas de nieve o 20 lb/pie2 las cargas de nieve o 20 lb/pie2 óó 1.0 1.0 KpaKpa

Cargas de sismoCargas de sismo

•• Los anLos anáálisis slisis síísmicos siguen dos tendencias generales. smicos siguen dos tendencias generales. Una de ellas es tratar de modelar la estructura como un Una de ellas es tratar de modelar la estructura como un conjunto de masas y resortes y usar una computadora conjunto de masas y resortes y usar una computadora digital para desarrollar espectros de respuesta para digital para desarrollar espectros de respuesta para diversas aceleraciones sdiversas aceleraciones síísmicas supuestas. El otro smicas supuestas. El otro mméétodo consiste en obtener las aceleraciones stodo consiste en obtener las aceleraciones síísmicas smicas con base en la probabilidad scon base en la probabilidad síísmica, un periodo de smica, un periodo de excitaciexcitacióón basado en la geometrn basado en la geometríía del edificio, y aplicar a del edificio, y aplicar la ecuacila ecuacióón de fuerza n de fuerza FF = = mama, para obtener una fuerza , para obtener una fuerza de aceleracide aceleracióón que se prorratea de alguna manera en los n que se prorratea de alguna manera en los diferentes pisos, de modo que diferentes pisos, de modo que ∑∑ FFii = = FF..

RNCRNC--Norma de CargasNorma de Cargas

•• Escalas sEscalas síísmicassmicas•• ZonificaciZonificacióón sn síísmicasmica•• ClasificaciClasificacióón de los suelosn de los suelos•• Criterios de diseCriterios de diseñño resistenteo resistente•• Consideraciones para el diseConsideraciones para el diseñño so síísmicosmico•• MMéétodo General para la determinacitodo General para la determinacióón de las n de las

fuerzas sfuerzas síísmicas horizontalessmicas horizontales•• Fuerzas sFuerzas síísmicas verticalessmicas verticales