universidad veracruzana facultad de ingenieria de …

UNIVERSIDAD VERACRUZANA

FACULTAD DE INGENIERIA DE LA CONSTRUCCIÓN Y EL

HABITAT

(MAESTRIA EN INGENIERIA APLICADA)

T E S I S

Viabilidad de Estructuras mediante el uso de Elementos

Rolados en Frio

Para acreditar el proyecto de aplicación de la Maestría en

Ingeniería Aplicada

Presentado por:

Ing. María Guadalupe Acevedo Cruz

Dirigido por:

Dr. Rolando Salgado Estrada

Mtro. Franco Antonio Carpio Santamaría

Boca del Río, Ver. Diciembre de 2020

Resumen

Esta investigación se enfoca principalmente en la evaluación del comportamiento estructural de

un edificio a base de elementos de acero rolado en frío de cinco niveles ante las acciones de

viento y sismo. Es importante mencionar que los elementos de acero rolado en frío no se utilizan

ampliamente en México para la construcción de edificaciones de mediana y baja altura. No

obstante, puede resultar una alternativa de construcción, con buen desempeño estructural en

este tipo de edificaciones. Para determinar su comportamiento estructural, se realizó un modelo

numérico elástico lineal en el cual se tomaron en cuenta sus propiedades dinámicas y efectos de

segundo orden. Además, se determinaron las acciones dominantes para su diseño, basándose

en los criterios establecidos en los manuales para sismo y viento vigentes de acuerdo con el

lugar de ubicación de edificio. Para la estimación de las cargas gravitacionales se utilizó el

reglamento vigente de la Ciudad de México. El análisis de su comportamiento estructural con

este tipo de elementos de acero rolado en frío consistió en la revisión de sus distorsiones de

entrepiso, tanto por viento como por sismo.

Los resultados del análisis realizado mostraron que la estructura analizada no

sufre desplazamientos laterales importantes causados por eventos sísmicos. Sin embargo, se

determinó que es necesario tener un sistema adicional de rigidez lateral para controlar los

desplazamientos y asegurar la estabilidad de la estructura frente a las acciones por viento.

Abstract

This research was main focused in the assessment of the structural behaviour of a cold-formed

steel building of 5 stories subjected to wind and seismic loads. It is important to highlight that cold

formed steel elements are not commonly used in Mexico for building medium and low high

structures. Nevertheless, they could be considered a construction alternative, with good structural

behaviour in this kind of buildings. For determining its structural behaviour, a linear elastic

numerical model was done taking into account its modal parameters and second order effects.

Moreover, the main internal forces were determined, based on criteria given by the seismic and

wind current codes applicable for the location of the analyzed building. For determining the vertical

loads, the most recent Mexico City code was used. The analysis of its structural behavior in this

kind of cold formed steel elements involved lateral displacement drift, for wind and seismic loads.

Analysis results indicated that analysed building did not have important lateral displacements due

to seismic events. However, it was concluded that it is required an additional lateral stiffness

system to control the displacements and ensuring the global structural stability against wind loads.

Contenido

1- Introducción ............................................................................................................................................ 1

1.1.- Planteamiento del Problema ....................................................................................................... 3

1.2.- Objetivos ......................................................................................................................................... 5

2- Antecedentes de Perfiles Rolados en Frío ........................................................................................ 6

2.1.- Fabricación ..................................................................................................................................... 7

2.2.- Comportamiento Estructural Local y Global ........................................................................... 10

2.3.- Filosofía de Diseño ..................................................................................................................... 12

2.4.- Implementación y Ventajas........................................................................................................ 12

3- Descripción del Caso de Estudio ...................................................................................................... 17

3.1.-Descripción de la Edificación ...................................................................................................... 17

3.2.- Condiciones Estructurales para Diseño .................................................................................. 21

3.2.1.- Descripción de la Estructura .............................................................................................. 23

3.2.2.- Análisis de Cargas y Acciones .......................................................................................... 27

3.3.-Consideraciones para la Simulación Numérica ....................................................................... 29

3.3.1.- Descripción de modelo Numérico ..................................................................................... 34

3.3.2.- Descripción del Análisis Estructural .................................................................................. 40

3.4.- Criterios de Diseño por Servicio ............................................................................................... 41

4- Evaluación Estructural del Edificio .................................................................................................... 43

4.1.- Propiedades Dinámicas ............................................................................................................. 43

4.2.- Amplificación por Efectos de Segundo Orden ........................................................................ 47

4.3.- Acciones Dominantes ................................................................................................................. 55

5- Conclusiones ........................................................................................................................................ 57

Referencias ............................................................................................................................................... 60

Anexo A – Análisis de Cargas ................................................................................................................ 63

Anexo B – Análisis de Viento ................................................................................................................. 70

Anexo C – Acciones de Sismo ............................................................................................................. 100

1-Introducción

Página 1

1- Introducción

Debido a su ligereza, alto rendimiento estructural y de construcción, es cada vez más habitual la

construcción de estructuras a base de perfiles rolados en frío mediante un estudio de un edificio

de 4 niveles diseñado con tres tipos de materiales (Hormigón Reforzado, Acero Rolado en

Caliente, Acero Rolado en Frío), se demostró que el acero rolado en frío es 2.5 veces más

económico teniendo un ahorro total del 35% en comparación con el acero rolado en caliente y es

4 veces más rápido en su proceso de instalación que la de una construcción convencional de

hormigón como se muestra en la Figura 1.1. (Doctolero y Batikha, 2018).

Figura 1.1 Comparación entre el Costo ($) y Peso (Ton), (Doctolero y Batikha, 2018)

Nota. El grafico representa el ahorro entre el Acero Rolado en Frío contra el Acero Rolado en Frío

En contraste a estas ventajas se tiene que en México no es habitual emplear estos elementos

más allá de estructuras secundarias y no en estructuras primarias de edificaciones debido a que

es una zona afectada comúnmente por fenómenos de viento y sismo existiendo la ausencia de

un reglamento en México para el diseño de este material es por ello que no es comúnmente

utilizarlo en la estructura principal de las edificaciones.

Por otra parte el puerto de Veracruz es una zona que se localiza en costa (ver Figura 1.2); debido

a ello cada año se ve afectado por fenómenos de huracanes conocidos comúnmente como

vientos los cuales alcanzan velocidades regionales de 50 km-hr hasta 180 km-hr. De igual

manera es un estado con sismicidad importante cuya aceleración máxima de roca varía entre 50

0

5

10

15

20

25

30

Acero Rolado enCaliente

Acero Rolado en Frio

Peso (Ton)

Costo ($)

1-Introducción

Página 2

cm/s2 y 200 cm/s2 (ver Figura 1.3), aunque no se ubica en una zona de contacto entre 2 placas,

pero se distingue por sismos intraplaca.

Figura 1.2 Zonas de Ciclones Tropicales, (Patiño Barragán et al., 2009)

Nota: 1.-Golfo de Tehuantepec (inicia la última semana de mayo); 2.-Sonda de Campeche (inicia la primera

quincena de junio); 3.-Caribe Oriental (inicia en julio); 4.-Región Atlántica (inicia a finales de julio).

Figura 1.3 Regionalización Sísmica de la República Mexicana, (Manual de Diseño de Obras Civiles - Diseño por

Sismo CFE-IIE Versión 2015).

Nota: Zona B intensidad sísmica moderada (50𝑐𝑚/𝑠2 ≤ 𝑎𝑜𝑟 < 100𝑐𝑚/𝑠2)

Zona C intensidad sísmica alta (100𝑐𝑚/𝑠2 ≤ 𝑎𝑜𝑟 < 200𝑐𝑚/𝑠2)

Es por ello que esta investigación se centra en el comportamiento estructural ante las acciones

de servicio de un edificio de 5 niveles estructurado con perfiles de acero rolado en frio tanto en

su estructura primaria y estructura secundaria propuesto en el puerto de Veracruz considerando

los efectos de segundo orden geométrico y poder comparar las deformaciones correspondientes

a los efectos de las cargas verticales y horizontales provenientes del sismo y viento de acuerdo

la Especificación Norteamericana para el diseño de miembros estructurales de acero conformado

1-Introducción

Página 3

en frío (AISI S100-16) y a los criterios y limites especificados en MDOC Viento 2008, MDOC

Sismo 2015, RCCDMX 2017.

1.1.- Planteamiento del Problema

Durante décadas en México la mayoría de las edificaciones se ha utilizado perfiles laminados en

caliente empleado comúnmente en las estructuras primarias, también es utilizado rieles de vías

de tren, bastidores y partes de vehículos pesados, construcción de naves industriales (columnas,

vigas principales); no obstante la problemática que presenta este tipo de estructuras es su

elevado peso y en consecuencia aumenta su costo en comparación con una estructuración a

base de perfiles rolado en frio, pero en México no es habitual emplear los perfiles de acero

rolados en frío más allá de estructuras secundarias y no en estructuras primarias debido a la

ausencia de un reglamento en México para el diseño de este material.

Estos perfiles se utilizan como elementos estructurales principales los cuales están sujetos a

varios modos de falla como pandeo local, distorsión pandeo, etc. lo que da lugar a que las

secciones se refuercen para mejorar su rendimiento estructural; no obstante se ha observado la

presencia de pliegues en las secciones transversales esto se puede prevenir restringiendo el

movimiento a través de refuerzos intermedios (Dar, 2020). Es fundamental que la estructura

resista a las acciones y condiciones ambientales como lo son el viento, incendio, sismo; ya que

ninguna construcción queda exenta a ellas. El sistema estructural de los edificios construidos con

este material es altamente sensible a cargas de viento en la fase de montaje, analizándose el

estudio de un colapso de una parte de un edificio como se observa en la Figura 1.4; debido a

que una fuerte ráfaga de viento actuó directamente sobre los marcos durante la fase de su

montaje, al ver esto se propuso un sistema de arriostramiento el cual transmite la acción del

viento en los marcos. (Ignatowicz y Gierczak, 2020).

Figura 1.4 Afectaciones de las estructuras debido a viento, (OMVRADIO, 2017)

1-Introducción

Página 4

Los edificios de acero pueden presentar daños mediante colapso sísmico como se observa en la

Figura 1.5; la evaluación del colapso sísmico de las estructuras de los edificios ha sido causa de

gran inquietud; por lo que es importante establecer los factores de rendimiento sísmico que

proporcionen un margen de seguridad adecuado contra el colapso; dichos factores proporcionan

un rendimiento constante del diafragma durante las cargas sísmicas. (Kildashti et al., 2019).

El Incendio es una de las primordiales advertencias para la seguridad estructural de los edificios;

cuando llega a existir un incendio en la estructura los parámetros importantes a evaluar son las

propiedades mecánicas de los aceros para así determinar la reutilización de algunos de los

elementos, mediante una revisión del acero se determinó que el módulo elástico puede

considerarse sin cambios después de la exposición al fuego. (Yu et al., 2019).

Existe normatividad vigente para el estudio y diseño de los aceros rolados en frío conocido como

Especificación norteamericana para el diseño de elementos estructurales de acero conformado

en frío, edición 2016 la cual proporciona información de las propiedades y dimensiones, así como

los criterios para el diseño de vigas, diseño de columnas, conexiones; ya que en México existe

la ausencia de un código nacional para el diseño de este tipo de estructuras.

Con base a las problemáticas mencionadas anteriormente surge la necesidad de realizar una

metodología para análisis y diseño de estructuras de acero rolado en frío en el puerto de Veracruz que sirva

de referencia a los ingenieros de la práctica en el diseño de este tipo de edificaciones.

Figura 1.5 Discontinuidad de elementos frente a la acción del sismo (2017)

1-Introducción

Página 5

1.2.- Objetivos

El objetivo de esta investigación es analizar la factibilidad de edificaciones de mediana altura, en

la ciudad de Veracruz con elementos rolados en frio en su estructura principal y secundaría,

considerando los criterios de los manuales de CFE Viento 2008 y CFE Sismo 2015.

Como objetivos particular se tiene:

Analizar el comportamiento de elementos rolados en frio, considerando un modelo

numérico elástico lineal con efectos de segundo orden de acuerdo con los requerimientos

de código AISI 2016

Diseñar por estado de servicio una edificación a base de perfiles rolados en frio bajo las

condiciones del puerto de Veracruz.

Determinar las acciones determinantes para su diseño en la región del puerto de

Veracruz.

2-Antecedentes de Perfiles Rolados en Frío

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2- Antecedentes de Perfiles Rolados en Frío

En la década de 1850 se da el uso de estos perfiles en la industria de la construcción, pero fue

limitada a pocas estructuras en Estados Unidos, Inglaterra y Gran Bretaña; para las décadas de

1920 y 1930 la aceptación de este material fue también limitado ya que no existía información

adecuada sobre el diseño y el uso de este material en los códigos de construcción existentes en

esa época. (Don Allen, 2006).

La comisión de AISI promociono un proyecto de investigación de la Universidad de Cornel, esto

debido al uso y progreso de este tipo de perfiles en Estados Unidos, dicho proyecto fue

patrocinado por George Invierno, conocido como “el padre de acero rolado en frio,” el proyecto

consistió en obtener avances sobre características específicas y el uso adecuado de este

material; se realizaron 4 informes en los años 1940,1943,1944 y 1946; dichas investigaciones

fueron publicadas en el año 1946 por el Instituto Americano del Hierro y Acero (Don Allen, 2006),

en el cual se publicaron las especificaciones para el diseño por factores de carga y resistencia

de estos perfiles, esto se debe a la transformación metalúrgica, a las nuevas tecnologías

referentes al montaje y desempeño de los componentes constructivos que conforman la

estructura en general.

Este tipo de acero presenta las siguientes características, solo por mencionar algunas:

Producción masiva y calidad uniforme a bajo costo.

Estructuras de peso muy ligero

Material reciclable

Instalación y montaje más rápidos.

Economía en transportación y manejo del material.

No se contrae ni se dilata a temperatura ambiente.

Se manifiesta en ciertas regiones una mayor resistencia y menor deformabilidad.


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2.1.- Fabricación

El Acero es uno de los materiales de fabricación y construcción más versátil y adaptable; ya que

este combina su resistencia y trabajabilidad, lo que se presta a fabricaciones de diversos

elementos, este material se deriva de una aleación de hierro y carbono, donde el hierro proviene

de una roca férrica sedimentaria denominada “taconita” esta roca contiene el mineral en bruto,

la cual pasa por un proceso de trituración hasta hacerla polvo y separándola del hierro. Este

hierro se pasa por altos hornos calientes y combinado con carbón para poder fundirlo y

transformarlo así en Acero, para después verterlo en moldes y dirigirlo a una cámara

desgasificadora donde se transforma en un material maleable formando lingotes.

Estos lingotes pasan por un proceso de laminado el cual se refiere a una deformación volumétrica

donde se reduce el espesor inicial del mismo mediante las fuerzas de compresión que ejercen

los rodillos. “El lingote queda sometido a la acción de una fuerza R normal a la superficie de

contacto cuyas componentes son la componente horizontal o de estiramiento Ecuación 1 y

componente normal o de aplastamiento Ecuación 2; el avance del lingote como se muestra en

la Figura 2.1; es debido al rozamiento en la superficie de contacto, por lo que es necesario para

que este avance se produzca debe de cumplir la desigualdad: fN > S”. (Laminación, 2010).

𝑆 = 𝑅 𝑠𝑒𝑛α ……………………………………………..Ecuación 1

𝑁 = 𝑅 𝑠𝑒𝑛α ……………………………………………..Ecuación 2


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Figura 2-1 Esquema de actuar de un Laminador (Laminación, 2010).

En la Industria de la construcción predominan dos tipos de laminados estructurales, secciones

laminados en caliente y las secciones laminadas en frío.

Las secciones formadas en frio se derivan del adelgazamiento del lingote pasándolo por rodillos

a una alta temperatura lo puede ocasionar que este corra el riesgo de pegarse para evitar esto

se origina el proceso de laminado en frío como se muestra en la Figura 2.2; el cual consiste en

enfriar los rodillos mediante un líquido que es 95% agua y 5% aceite.


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Los perfiles laminados en frío provienen de la cinta de acero la cual se somete a un proceso de

perfilación mediante diversos rodillos, estos elementos se clasifican en tres categorías:

miembros, paneles, ensamblajes prefabricados, cubiertas y revestimientos como podemos ver

en la Figura 2.3; para estos perfiles se recomienda evitar la utilización de la soldadura cerca de

1.- Preparación Lingote 2. Lingote pasándolo por rodillos

3. Líquido 95% agua y 5% aceite 4. Laminación en frio y adelgazamiento

5. Adelgazamiento dependiendo de

necesidades 6. Cinta de Acero

Figura 2-2 Proceso de Laminación en Frío (Laminado en Frío, 2012).


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las áreas de la sección trasversal. Este acero posee una importante cuota de mercado debido a

sus ventajas sobre otros materiales de construcción y el apoyo de toda la industria proporcionada

por diversas organizaciones que promueven la investigación.

Figura 2-3 Fabricación de Cubierta (Nota. Obra Plaza Comercial Urban Center-Boca del Rio, Ver., cinta de acero

pasando por rodillos de la maquina roladora convirtiéndola en Lámina tipo KR-18).

2.2.- Comportamiento Estructural Local y Global

La construcción de acero conformado en frío es distinguida como contribuyente importante para

la sostenibilidad y la construcción ecológica. En consecuencia el uso de este tipo de material ha

ido avanzado por las innovaciones en sus aplicaciones estructurales.

Se unieron dos secciones de canales para construir secciones tipo I (vigas compuestas), las

cuales fueron unidas a losas de concreto con 3 tipos de conectores de corte (un conector de

corte de placa laminada en caliente, un conector de corte de soporte simple, conector de soporte

doble), de acuerdo al estudio se determinó que los tres conectores son extremadamente dúctiles

y tienen una capacidad de resistencia adecuada; los conectores de soporte doble mantuvieron


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mayor capacidad de momento de 13.9% en comparación con el conector simple y un 5% en

comparación con el conector de placa laminada en caliente. (Bamaga et al., 2019).

Debido a un estudio realizado a dos columnas(compuesta y simple) las cuales fueron probadas

mediante condiciones de control de desplazamiento, con carga de compresión aplicada por un

actuador hidráulico, a ambas se le aplicaron transductores de desplazamiento para las

mediciones de deflexión de brida en la mitad de la longitud de la columna, se concluye que la

columna compuesta puede desarrollarse en secciones construidas, con una compresión axial y

una capacidad de comportamiento de flexión superior a la suma de las secciones individuales,

se observaron en columnas largas los modos de falla eran pandeo por flexión-torsión y para las

columnas cortas su modo de falla es por pandeo por distorsión. (Bastos y Batista, 2019).

Se desarrolla un modelo de una columna de acero con varios tipos de refuerzo de borde en el

estudio se obtuvieron los modos de falla local como se observa en la Figura 2.4; con distintas

relaciones de esbeltez, distorsión, pandeo por flexión, así como la interacción entre estos modos.

(Manikandan et al., 2017).

Figura 2-4 Modos de falla de pandeo por flexión con variaciones de relación

de esbeltez (Manikandan et al.,2017)

Mediante el método de elementos finitos en el programa comercial ANSYS se desarrolló un

estudio a un sistema de muro con refuerzo en X, se demostró que cuando se usan los requisitos


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de diseño de capacidad, se alcanza una conducta dúctil, y el perno de cuerda que está en

compresión tiene una deformación de pandeo que resulta la disminución de la resistencia de la

pared, lo que origino tensiones excesivas y fallas. Está claro que el refuerzo intermedio no

participa en la resistencia de la pared de corte lateral; pero si como puntos de soporte laterales

en el punto de conexión con las puntos inferiores y superiores, las placas de refuerzo que

conectan las correas de los tirantes a la pared de corte proporcionan cierta rigidez a la conexión

entre los pernos de cuerda y las pistas. (Abu-Hamd et al., 2018).

2.3.- Filosofía de Diseño

Se implementa la especificación Norteamericana para el diseño de miembros estructurales de

acero conformado en frío (AISI S100-16) el cual se considera para definir los valores de los

esfuerzos permisibles o factores de carga y resistencia; se utiliza también el RCCDMX fueron

consideradas las especificaciones para establecer las combinaciones de carga a definir para el

caso de estudio, se llevó a cabo un análisis elástico de segundo orden geométrico modal

espectral mediante los criterios generales recomendados en el Manual de CFE 2015 para sismo,

dichos criterios se utilizaron para calcular las fuerzas sísmicas a las que sera expuesta la

estructura, se realiza un analisis elastico lineal de segundo orden geometrico y asi comparar las

deformaciones correspondientes a los efectos de las cargas verticales y horizontales

provenientes del sismo y viento.

2.4.- Implementación y Ventajas

A pesar de que anteriormente las secciones formadas en frío solamente se utilizaban como los

miembros secundarios en estructuras de hormigón y de acero, hoy en día se utiliza como

principales elementos estructurales (Doctolero y Batikha, 2018). En 1996, el consorcio del

Instituto de Construcción de Acero, Centro Técnico Industrial de la construcción metálica,

Comunidad Europea del Acero y Carbón llevaron a cabo los siguientes proyectos de

demostración en Francia, Alemania, Finlandia y el Reino Unido (Durability of Ligth Steel

Construction, 2014).

Se edificó un proyecto de departamentos de cinco niveles en Rheims, que empleo estructura

mixta de acero-hormigón y fracciones de acero ligero.


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En la Feria Anual de Finlandia se elaboraron casas de una y dos plantas empleando muros

y elementos estructurales de acero ligero con aislamiento térmico.

Se edificó en Oxxford una residencia universitaria elaborada con estructura metálica ligera

(Figura 2.5). la cual constituye de cuatro habitaciones, un departamento, tres dormitorios

estudio

Figura 2-5 Residencia de Estudiantes en Oxford, Inglaterra (Durability of Ligth Steel Construction, 2014)

En el año 2018 se realizó una investigación referente al comportamiento observado de los

edificios de metal Acero Conformado en Frio durante el huracán Harvey como se observa en la

Figura 2.6, que tocó tierra el 25 de de agosto de, 2017, el cual sostenía velocidades de viento de

136 millas por hora (219 km/hr) en Texas (Early, 2018).

Figura 2-6 Hangar del Aeropuerto Aransas County (Early, 2018)


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Se realizó una inspección adecuada de la estructura para verificar su comportamiento de la

estructura la cual ha sido analizada bajo carga extrema como una estructura pre-dañado y la

estructura post-dañado, y se concluyó que la estructura fue construida y diseñada antes del año

2000 por lo que los diseñadores utilizaron el código ASCE 7-93 para determinar las acciones de

carga esperadas. Se analizaron las condiciones de carga mediante el código ASCE 7-10 y así

pueda existir una comparación entre los códigos antiguos y nuevos lo cual permitió hacer

recomendaciones razonables para para mejorar las futuras normas de diseño, por lo que se

concluyó que la estructura no fue diseñada para cumplir con los estándares de códigos actuales.

(Early, 2018).

Tras el paso del huracán Sandy en 2012 en la zona habitacional de Santiago de Cuba presento

daños significativos con derrumbes parciales y totales; ya que es una zona de alta sismicidad.

Esto origino la aprobación de la construcción de viviendas en dicha zona, para lo cual en el año

2013 fue introducida en Cuba dichas de edificaciones metálicas realizadas con perfiles ligeros

conformados. (Segura-Barrientos, 2018).

Se consideraron normas con características homologadas que analiza el código AISI (Instituto

Americano del Hierro y Acero); ya que no se dispone de metodologías actualizadas de acuerdo

a los avances científicos para el análisis y diseño de edificios estructurados con acero ligero

(Segura-Barrientos, 2018).

Actualmente en Estados Unidos, como en Alemania solo por mencionar algunos cuentan con kits

de marcos como se muestra en la Figura 2.7 (Viga, Techo, Muros, Marcos) de acero conformado

en frio para su venta, lo cual esto disminuye el tiempo de instalación y ejecución de la obra. Este

material ha sido utilizado para varios tipos de edificios considerando los tipos residenciales,

comerciales, sanitario, industrial y educación y se ha observado que proporciona resultados de

una vida útil extensa


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También se cuenta con una normatividad para el estudio y diseño de este material, publicado

recientemente por el Instituto Americano del Hierro y el Acero (AISI), denominado manual de

diseño de acero conformado en frio 2017, que se utilizara en conjunto con la Especificación

Norteamericana para el diseño de miembros estructurales de acero conformado en frío (AISI

S100-16).

En México no se tienen normativas o manuales para el diseño y utilización de este tipo material,

lo cual genera incertidumbre en su proceso de diseño; por lo que surge la necesidad de realizar

una metodología de diseño empleando el manual AISI Diseño de Acero Rolado en Frio, para

complementar la reglamentación y Normatividad existente (Normas Técnicas Complementarias

y el Reglamento de Construcción del DF) y así verificar hasta qué punto es competitivo la

Figura 2-7 Kits de Estructura de Acero Conformado en Frío (Steel Cold-Formed

Framing Kits for Sale | LTH Steel Structures, 1995).


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utilización de este material tanto en su estructura primaria y secundaria, claro está teniendo en

cuenta las siguientes recomendaciones:

“Recomendaciones generales para la estructuración de edificios de acero” (Cházaro Rosario y

Guerra Vanegas, 2019):

Poco peso

Sencillez, simetría y regularidad en planta

Plantas poco alargadas con una relación largo/ancho < 2.5

Uniformidad de rigidez en elevación

Que las propiedades dinámicas de la estructura se adecue en función de las propiedades

dinámicas del terreno

Se concluye que para el desarrollo de cualquier tipo de estructura es necesario evaluar todas y

cada una de las problemáticas del proyecto para que la estructuración resulte con un

funcionamiento adecuado y cumpla con los requisitos de seguridad para poder satisfacer las

necesidades del cliente.

3-Descripción del Caso de Estudio

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3- Descripción del Caso de Estudio

Se hace mención sobre la descripción, características y propiedades geométricas del modelo

numérico propuesto para su análisis así como las consideraciones estructurales de acuerdo a

los criterios establecidos en RCCDMX, MDOC CFE Sismo 2015, MDOC CFE Viento 2008 que se

utilizaron para el desarrollo del mismo.

3.1.-Descripción de la Edificación

El edificio es una propuesta de departamentos de vivienda para estudiantes y no se encuentra

construido actualmente el cual consta de cinco niveles como se puede ver en la Figura 3.1; las

características del inmueble son las siguientes la altura entre los entrepisos es de 3.50 m; por lo

que su altura total 17.50 m; en sección transversal al eje X se tienen cinco crujías de 2.00 m entre

ejes que suman 10.00 m en su base en sección transversal al eje Y se tienen cinco crujías de

3.00 m entre ejes, que implica una base de 15.00 m; su área de construcción total es 750.00 m2,

las propiedades geométricas se describen en las Figuras de 3.2 a 3.5.

17.50 m

Figura 3-1 Edificio Propuesto


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Figura 3-2 Planta Arquitectónica

Figura 3-3 Fachadas


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Figura 3-5 Azotea

Figura 3-4 Fachadas Laterales


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El edificio propuesto está ubicado en la calle av. Framboyanes ó S.S. Juan Pablo II entre calle

Casuarina y Av. Urano, Boca del Rio, Veracruz como se describe en la Figura 3.6 cuyas

coordenadas son las siguientes: Latitud: 19° 9'36.23"N,Longitud: 96° 6'58.87"O.

Edificio

Figura 3-6 Ubicación (Google Maps, 2019)


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3.2.- Condiciones Estructurales para Diseño

De acuerdo con el RCCMX para el diseño de las estructuras se deben considerar su uso, tamaño

y su importancia dentro de un contexto urbano y por el tipo del suelo sobre el que se desplantan,

entre otras; teniendo en cuenta que es un edificio destinado a para vivienda y cuenta con 5

niveles, la estructura analizada se clasifica dentro del Grupo B y subgrupo B1, aquí se agrupan

estructuras cuya altura mayor es de 13 m o área total construida mayor a 3000m2.

Considerando los criterios establecidos en el MDOC CFE sismo 2015 establecido de la Tabla 4.2

donde indica que deberá evaluarse la altura del edificio entre la base del mismo y este no debe

exceder el factor de 0.5 para considerarse como estructura ligera de baja altura:

𝐵𝑎𝑗𝑎 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 ℎ

𝑏≤ 0.5

Aplicando lo anterior:

𝐵𝑎𝑗𝑎 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 17.50 𝑚

10.00 𝑚≤ 0.5

𝐵𝑎𝑗𝑎 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 1.75 ≤ 0.5 (𝑁𝑜 𝐶𝑢𝑚𝑝𝑙𝑒)

Se considera un edificio de gran altura con un amortiguamiento del 4% debido a que no cumple

con lo establecido con el manual MDOC CFE sismo 2015 por lo que es determinado como

sistema estructural de marcos de acero arriostrados por contraventeos concéntricos, excéntricos

o bien rigidizados por placas de acero.

Las losa de azotea y entrepiso serán son losas compuestas de lámina losacero y concreto, el

sistema estructural de estudio propuesto consiste de un sistema principal a base de Columnas y

Vigas en forma de cajón a base de perfil 2CF frente frente 254x 89x14; un sistema secundario a

base de Columnas y Vigas de perfil CF 254x 89x14; de igual manera no se toma en cuenta la

interacción suelo estructura por dar facilidad de empotrado en la cimentación.

Para efectos de comportamiento para las acciones accidentales se consideraron tres tipos de

modelos, un primer caso considerando el modelo sin contraventeo y dos casos considerando


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contraventeos con una distribución diferente cada uno esto se puede observar en las Figuras 3.7

y 3.8.

Figura 3-7 Modelo sin contraventeo (C-1)

Figura 3-8 Modelos con contraventeo (C-2 (izquierda) – C-3(derecha))


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3.2.1.- Descripción de la Estructura

El edificio esta configurado perfiles de acero ver Figura 3.9 , las columnas principales; trabes

principales, trabes secundarias, soportes para muros, dichos elementos se estructuraron con el

perfil de acero rolado en frio denominado Canal Monten, de la gran variedad que existe de este

tipo de perfil se propone el perfil CF 10” cal. 14, cuyas caracteristicas geómetricas se muestran

en la Tabla 3.1; y para los contraventeos se propone el perfil OC 102 mm x 8mm cuyas

carateristicas geometricas se muestran la Tabla 3.2.

Figura 3-9 Perfiles propuestos

Tabla 3.1

Dimensiones del perfil

Designación Peso Peralte

(ho)

Espesor

(tw) Patín (bo) c r

mm x cal. in x cal. Kg/m mm mm mm mm mm

254 x 89 x 14 10 x 3-1/2” x 14 6.75 254 1. 90 88. 9 20.3 4.76

Nota. Fuente: (IMCA-5ta.edición) ; ho= Peralte del perfil; tw= Espesor nominal del alma; bo= Ancho del patín;

c=Dimensión de la ceja; r= Radio; mm= milímetros; cal=calibre; in=pulgada; Kg=Kilogramo; m=metro.

Perfil OC PTE circular Perfil C formado en frío


Página 24

La configuración y designación de cada a uno de los elementos estructurales se muestra en la

Figura 3.10

Figura 3.10 Configuración de Elementos

El modelado y el análisis estructural se desarrolló en el programa de elementos finitos

denominado SAP2000 v.16 como se muestra en las Figuras 3.11 a la Figura 3.14; las unidades

a emplear son KN/m2; la estructura cuenta con las siguientes características:

Las losas de entrepiso y azotea tienen un espesor de 15 cm y 12 cm respectivamente.

La separación entre columnas en eje X es @ 2.00 m.

La separación entre columnas en eje Y es @ 3.00 m.

La separación entre los elementos que soportan los muros en eje X es @ 0.3492 m.

La separación entre los elementos que soportan los muros en eje Y es @ 0.3527 m.

La longitud de los contraventeos en eje X es de @ 3.68 m.

La longitud de los contraventeos en eje Y es de @ 4.30 m.

Tabla 3.2

Dimensiones del perfil

Designación Peso Área

(cm2)

Pandeo Local

(D/t)

mm x mm in x in Kg/m mm

102 x 8.0 4 x 0.31 18.36 21.87 13.73

Nota. Fuente: ( IMCA-5ta.edición)


Página 25

La condición de frontera para los soportes de muro se consideran solo a

desplazamiento.

La condición de frontera para las columnas se consideran solo apoyo fijo.

Figura 3.11 Modelo Edificio de 5 niveles a base de perfiles rolados en frio

Figura 3.12 Fachada Eje X (Izquierda); Fachada eje Y (Derecha), C-1


Página 26




Página 27

3.2.2.- Análisis de Cargas y Acciones

Las estructuras presentan acciones (cargas) las cuales viajan por el cuerpo de la estructura hasta

llegar a los apoyos generando reacciones. También en las estructuras se presentan efectos

(cargas) como de viento y sismo, aquí se mencionan las principales acciones que se presentan

en la estructura, los valores que deben considerarse para el diseño a manera de determinar sus

efectos:

Carga Muerta

Carga Viva

Efectos del Viento

Efectos de Sismo

Para la propuesta de Azotea se consideran las siguientes cargas mostradas en la Tabla 3.3 y su

distribución se muestra en la Figura 3.15:

Carga Muerta super impuesta para azotea de 171.86 kg/m2

Peso Propio de 161.0 kg/m2

Figura 3.15 Corte Azotea


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Tabla 3.3

Carga Muerta y Peso propio para Azotea

# Elemento Peso

Específico (γ)

Espesor

(e) Peso

Kg/m3 m Kg/m2

1 Impermeabilizante 0.04 0.27

2 Escobillado (mortero cemento -arena)/ Entortado

relleno 2100 0.05 105

3 Falso plafond (Durock) Tabla- Cement 0.0127 11.59

Instalaciones 15.00

Carga Muerta Adicional (NTC 5.1.2) 40.00

Total Carga Muerta Super-impuesta (CMS) en kN/m2 1.6854

4 Losacero + Concreto (15 cal. 22) 0.881 161.00

Total Carga Peso Propio (Pp) en kN/m2 1.5789

Para la propuesta de entrepiso se consideran las cargas mostradas en la Tabla 3.4 y su

distribución se muestra en la Figura 3.16:

Carga muerta para entrepiso de 126.82 kg/m2

Peso Propio de 161.0 kg/m2

Figura 3.16 Corte Entrepiso


Página 29

Tabla 3.4

Carga Muerta y Peso propio para Entrepiso

# Elemento Peso

Específico (γ)

Espesor

(e) Peso

Kg/m3 m Kg/m2

1 Loseta (Mosaico de pasta) 35.00

2 Pega-azulejo 1473 0.01 14.73

3 Firme de concreto (mortero cemento -arena) 2100 0.05 105

4 Falso plafond (Durock) 0.0127 11.59

Instalaciones 15.00


Total Carga Muerta Super-impuesta (CMS) en kN/m2 1.2437


Total Carga Peso Propio (Pp) en kN/m2 1.5789

De acuerdo al RCCDMX se consideran las siguientes Cargas Vivas para Azotea:

carga viva máxima de 100 kg/m2

carga viva instantánea de 70 kg/m2

y las siguientes Cargas Vivas para Entrepiso:



3.3.-Consideraciones para la Simulación Numérica

La estructura se analizó con los criterios estructurales del reglamento RCCDMX, 2017; las

acciones accidentales se determinaron mediante los criterios de los manuales de CFE Viento

2008 y CFE Sismo 2015. El diseño estructural consideró los estados de límite de servicio por

deformación vertical y horizontal con el fin de que el edificio desarrolle un comportamiento

estructural racional. El comportamiento estructural se evaluó mediante sus propiedades

dinámicas y su factor de amplificación de momentos por efectos de segundo orden geométrico,

finalmente se determinaron las acciones dominantes de su diseño.


Página 30

Combinaciones de Carga

Las combinaciones de carga de resistencia que intervienen en nuestro modelo, cuenta con los

factores de carga determinados en RCCDMX de acuerdo a lo anterior las combinaciones de

carga a utilizar son las siguientes que se muestran en la Tabla 3.5.

Tabla 3.5

Factores y Combinaciones de Carga para Caso Lineal y Caso No Lineal

# Combinación de Carga

1 1.3 CMS + 1.3 Pp

2 1.3 CMS + 1.3 Pp + 1.5 CVmax

3 1.1 CMS + 1.1 Pp + 1.1 CVinst + 1.1 CVientoX

4 1.1 CMS + 1.1 Pp + 1.1 CVinst + 1.1 CVientoY

5 1.1 CMS + 1.1 Pp + 1.1 CVinst + 1.1 Sis X-1 + 0.33 Sis Y-1

6 1.1 CMS + 1.1 Pp + 1.1 CVinst + 0.33 Sis X-1 + 1.1 Sis Y-1

Nota. CMS= Carga Muerta Superimpuesta; Pp=Peso propio; CVmax=Carga Viva

Máxima; CVinst=Carga Viva Instantánea; Viento= Carga Viento; Sis X=Sismo en X;

Sis Y =Sismo en Y

Para la revisión de los desplazamientos permisibles de acuerdo a las cargas accidentales para

viento y sismo se consideraron las siguientes combinaciones de servicio las cuales se muestran

en la Tabla 3.7.

Tabla 3.7

Factores y Combinaciones de Carga

Acción Nomenclatura Combinación de Carga

Sismo (Estado

Limite Ultimo)

Comb-1 1.0 CMS+1.0Pp+1.0CVinst+1.0Sis X-1+0.3 Sis Y-1

Comb-2 1.0 CMS+1.0Pp+1.0CVinst+0.3Sis X-1+1.0 Sis Y-1

Sismo (Estado

Limite Servicio)

Comb-3 1.0 CMS+1.0Pp+1.0CVinst+(1.0/5.5)Sis X-1+(0.3/5.5) Sis Y-1

Comb-4 1.0 CMS+1.0Pp+1.0CVinst+(0.3/5.5)Sis X-1+(1.0/5.5) Sis Y-1

Viento Comb-5 1.0 CMS+1.0Pp+1.0CVinst+1.0CVientoX

Comb-6 1.0 CMS+1.0Pp+1.0CVinst+1.0CVientoY

Nota: Considerando en todas las combinaciones Caso Estático Lineal y Caso Estático No Lineal

considerando efectos P-Delta desplazamientos grandes


Página 31

Distribuciones de presiones de viento

De acuerdo a las condiciones del Manual CFE Viento 2008; se realizó el análisis y diseño por

viento de nuestra estructura suponiendo que el viento actúa en dos direcciones X, Y; se

consideró una velocidad regional de VR= 170 Km/hr y un periodo de retorno de 50 años, ya que

la estructura pertenece al grupo B. Dando como resultado las fuerzas de presión y succión a las

cuales la estructura estará sometida las cuales se muestran en las Figuras 3.17 a la Figura 3.20.

Dichas fuerzas se someterán a un análisis los cuales deberán cumplir con los criterios

establecidos para la revisión de desplazamientos permisibles.

Figura 3.17 Presiones de Diseño en dirección X (Muro Barlovento, Muro Sotavento, Techo)

Figura 3.18 Presiones de Diseño en dirección X (Muros Laterales)


Página 32

Figura 3.19 Presiones de Diseño en dirección Y (Muro Barlovento, Muro Sotavento)

Figura 3.20 Presiones de Diseño en dirección Y (Muro Laterales y Techo)


Página 33

Consideraciones para Análisis Sísmico

México es un país activo sísmicamente por lo que es importante tomar en cuenta los criterios

requeridos para que las estructuras resistan adecuadamente a los efectos que originan los

sismos, dichos criterios es tan basados en la metodología del Manual de Diseño de Obras Civiles

(Diseño por Sismo) CFE, 2015.

Las estructuras se analizarán bajo las acciones de dos componentes horizontales ortogonales

de movimiento del terreno. De acuerdo a la ubicación de la estructura esta se encuentra en una

regionalización sísmica tipo B; como se observa en la Figura 3.21 se realizará un Análisis

Sísmico Dinámico por medio de MDOC-CFE 2015 y el espectro sísmico que se obtendrá es el

Espectro Probabilista de Referencia (ER)

Figura 3.21 Regionalización Sísmica (Boca del Rio, Veracruz), (Prodisis, 2015)

En base a MDOC Sismo 2015 indica que debe realizarse una revisión de la rigidez de la

estructura, considerando la revisión de desplazamientos por limitación de daños (Estado Limite

de Servicio Funcionalidad) y la revisión de los desplazamientos para la seguridad contra colapso

(Estado Limite Ultimo de Resistencia).

Para la revisión del Estado Límite de Seguridad contra colapso se consideraron los siguientes

factores que se muestran en la Tabla 3.8; para la modificación del espectro anteriormente


Página 34

mencionado como se muestra en la Figura 3.22. De igual manera para la revisión del Estado de

Limitación de daños ante sismos frecuentes se consideraron los siguientes factores de servicio

de 5.5 para la modificación del espectro.

Los valores de los factores de modificación se consideraron tomando en cuenta lo siguiente: un

factor de comportamiento (Q); debido a que la resistencia a fuerzas laterales es suministrada por

losas planas con columnas de acero; un factor de resistencia (Ro) son marcos de acero

estructural; factor de redundancia (ρ) cuando en la estructuras con al menos dos marcos y

disponga de al menos 2 crujías.

Tabla 3.8

Factores que Modifican al Espectro

Variable Factor

Q 2

Ro 2

ρ 1

α 1

Nota: Valores para revisión de Estado

Limite de Seguridad contra Colapso

3.3.1.- Descripción de modelo Numérico

Para los modelos propuestos las unidades de medida en las que se trabaja, son KN-m, se define

el tipo de material acero comercial ASTM-A500 Grado B, cuyo esfuerzo de fluencia (Fy=3,515

Figura 3.22 Espectro probabilista de Referencia Transparente (Prodisis, 2015)

Espectro Transparente modificado

por Amortiguamiento 4%.


Página 35

kg/cm2), y su resistencia a tracción (Fu=4,100 kg/cm2), se definen las secciones para columnas,

vigas y contraventeos que forman los marco; también se definen las restricciones.

Las secciones de los elementos de las columnas principales y vigas principales están

conformados por 2 perfiles CF tipo cajón como se muestra en la Figura 3.23, las secciones de

los elementos de las columnas secundarias denominadas soporte de muros y vigas secundarias

está conformado por perfil CF como se muestra en la Figura 3.24, y los contraventeos están

conformados por perfil OC como se muestra en la Figura 3.25.

C O L U M N AS

Figura 3.23 Elementos Columnas y Vigas Principales

SOPORTE

Figura 3.24 Elementos Soporte Muros y Vigas Secundarias


Página 36

Se consideran condiciones de frontera en la base de la estructura para columnas principales se

considera apoyo móvil y para soportes de muro se considera apoyo simple como se muestra en

la Figura 3.24 y los detalles del tipo de conexiones se presenta en la Figura 3.26 a la Figura 3.29.

C O N T R A V E N T E O

Figura 3.25 Elementos Contraventeos

Figura 3.26 Restricciones en Columnas Principales y Soportes de Muros


Página 37

Figura 3.27 Detalles de Conexiones


Página 38

Figura 3.28 Conexiones


Página 39

Figura 3.29 Conexiones

Se definieron las secciones tipo área (losas y muros) como elementos None lo cual se muestra

en la Figura 3.30; se indican los 62 tableros que conforman la losa de azotea y los 60 tableros

que conforman cada una de las losas de entrepiso. Cabe mencionar que los elementos None

son un objeto de área que está sujeto a condiciones de carga uniforme, lo cual indica que el

objeto área se eliminara aunque las cargas se comunican a los objetos estructurales como si

este elemento estuviera mostrando los resultados en los nudos de forma independiente.


Página 40

Nota: 62 tableros en Azotea Nota: 60 tableros en Entrepiso

3.3.2.- Descripción del Análisis Estructural

Se considera un análisis modal (Vector Ritz) espectral el cual evalúa los modos de respuesta de

la estructura ante una cierta acción en particular; de igual forma se estima un análisis estático

considerando la no linealidad geométrica (efectos P-Delta) y el comportamiento elástico e

inelástico de cada uno de los elementos que conforman la estructura; lo cual nos permitirá

conocer los desplazamientos horizontales y verticales que sufrirá la estructura al ser sometida a

acciones de diseño (acciones permanentes, acciones variables, acciones accidentales); los

periodos, amortiguamiento y modos de vibración de la estructura se estimaron aplicando el

método de análisis modal anteriormente mencionado utilizando un espectro de diseño

transparente previamente establecido con el cual se descompone el movimiento dinámico de la

estructura en formas modales donde cada forma modal tiene una masa la cual se asocia a una

aceleración del espectro de diseño, también fueron considerados un máximo de 6 número de

modos de cambios estructurales el cual asegure un mínimo del 90% de la participación de masas

en las direcciones X, Y.

Figura 3.30 Elementos None y Tableros en Azotea y Entrepiso


Página 41

3.4.- Criterios de Diseño por Servicio

Todas las estructuras deberán diseñarse y analizarse para cumplir con los requisitos básicos

como la seguridad adecuada contra el colapso y no rebasar los estados limite (falla y servicio),

de acuerdo al análisis modal vector-Ritz se obtienen las propiedades dinámicas o parámetros

modales que son los periodos, amortiguamiento y modos de vibración; también se considera la

revisión por cortante basal, revisión de los desplazamientos laterales, revisión por

desplazamientos permisibles, mediante los criterios de MDOC CFE 2015 y NTC-2017

correspondientes para sismo, viento y se revisa la amplificación de momento en columnas por

efecto de 2° orden.

Revisión por Cortante Basal: De acuerdo a (CFE-MDOC-Sismo 2015) donde indica que la

relación cortante entre el peso total de la estructura debe ser menor que el 70% de la aceleración

entre el factor del factor por ductilidad (Q´) por el factor de sobrerresistencia (R) por el factor de

redundancia (ρ) como se muestra en la siguiente expresión de la Ecuación 1.

𝑉

𝑊<

0.7 𝑎

𝑄´𝑅 𝜌 ……………..Ecuación 1

Revisión por Desplazamientos Laterales: De acuerdo a (CFE-MDOC-Sismo 2015) indica que

las distorsiones obtenidas con el espectro no debe exceder el valor de la distorsión límite (ϒmax);

por lo que se verificara que dichas distorsiones cumplan los requisitos de los siguientes estados

límite:

Estado Límite de Seguridad contra Colapso (Estado Límite Ultimo de Resistencia): indica

que el espectro modificado por los factores de comportamiento, resistencia y redundancia

y a su vez multiplicado por los factores de comportamiento y resistencia no exceda el

valor de la distorsión límite de 0.015 para marcos de acero.

Estado de Limitación de daños ante sismos frecuentes (Estado Límite de Servicio

Funcionalidad): indica que el espectro transparente debe dividirse por el factor de servicio

de 5.5 y dicho espectro no deberá exceder las distorsiones límite de 0.002 y de 0.004 el

primero si existen elementos capaces de soportar deformaciones y el segundo cuando

no existan elementos incapaces de soportar dichas deformaciones.


Página 42

Revisión Desplazamientos Permisibles: De acuerdo a (RCCDMX) donde indica que los

desplazamientos relativos entre los niveles no excedan los siguientes valores.

a) Cuando no existan elementos de relleno que puedan dañar las deformaciones angulares:

0.005.

b) Cuando existan elementos de relleno que puedan dañar las deformaciones angulares:

0.002.

Amplificación de Momentos por Efecto de Segundo Orden

Estos efectos se refieren a una carga lateral que produce desplazamiento horizontal Δ (Delta) en

los extremos de los elementos, dicho desplazamiento trabaja en conjunto con una carga vertical

P que se aplica a los elementos por lo que se genera un momento adicional (P-Δ) que incrementa

el desplazamiento lateral y un incremento de las solicitaciones de ahí se conoce como efecto (P-

Δ) o efectos de segundo orden, ver Figura 3.31.

Figura 3.31 Esquema efecto P-Delta

4-Evaluación Estructural del Edificio

Página 43

4- Evaluación Estructural del Edificio

En este capítulo se revisan los desplazamientos laterales del edificio ante varias propuestas de

estructuración lateral, asimismo las necesidades de la estructura para satisfacer los

requerimientos de los manuales y reglamentos aplicados.

4.1.- Propiedades Dinámicas

Se realiza la revisión de los criterios mencionados en la sección 3.4 para cada una de las tres

propuestas nombradas en la sección 3.2.1; es oportuno mencionar que cada propuesta tiene

diferente rigidez lateral. En base a los tres tipos de estructuración lateral del edificio, en la Figura

4.1 se exhiben los periodos fundamentales que tienen una masa modal acumulada mayor del

90%.

Figura 4-1 Comparación de Periodos para los tres casos propuestos

Nota: Dir-X,Dir-Y,Dir-Z = Dirección X, Dirección Y, Dirección Z

1.1

0

0.4

9

0.3

3

0.7

9

0.4

2

0.2

7

0.4

0

0.1

4

0.1

1

0.2

8

0.1

1

0.0

9

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

Dir

-Y

Dir

-X

Dir

-X

Dir

-X

Dir

-Y

Dir

-Y

Dir

-Z

Dir

-Z

Dir

-Z

Dir

-Z

Dir

-Y

Dir

-Y

Modo 1 Modo 2 Modo 3 Modo 4

Per

iod

o (

Seg)

C-1 C-2 C-3


Página 44

En la figura anterior se observa que debido a la rigidez lateral que proporcionan los contraventeos

la estructura exhibe una disminución de los periodos al pasar de C-1 a C-3 en cada una de sus

formas modales, el Modo 1 del C-2 presenta un decremento alrededor del 55% contra el C-1; el

C-3 presenta una disminución alrededor del 70% contra el C-1; para el Modo 2 del C-2 expone

una disminución alrededor del 47% contra el C-1, el C-3 expresa una disminución alrededor del

66% contra el C-1; para el Modo 3 el C-2 representa una disminución alrededor del 65% contra

el C-1, el C-3 presenta una disminución alrededor del 70% contra el C-1; y para el Modo 4 el C-

2 exhibe una disminución alrededor del 55% contra el C-1, el C-3 presenta una disminución

alrededor del 73% contra el C-1, por lo que las estructuras del C-2 y C-3 tienen mayor rigidez

lateral. Se exhibe que el periodo fundamental para el C-1 es superior a un segundo y tomando

en cuenta los criterios del manual CFE Viento 2015 donde la relación de la altura de la

construcción y la dimensión mínima de la base es menor a cinco y que la planta de la estructura

es rectangular no es necesario calcular su periodo fundamental ya que no se está diseñando

solo se analiza por medio de análisis estático.

En la Figura 4.2 y 4.3 se observa los modos de vibración que contribuyen

significativamente sobre la respuesta dinámica de la estructura el primer y segundo modo

de vibración tienen cerca del 80% de participación de las masas esto es congruente debido a

que la estructura es regular desde el punto de vista de la rigidez y de la distribución de cargas,

el modo de vibración cuatro cumple con los requerimientos del manual que indica que la suma

de la masa modal efectiva debe ser por lo menos del 90% de las masas participativas en las

direcciones X, Y.


Página 45

Figura 4-2 Porcentaje de participación de masas acumuladas en dirección X

Figura 4-3 Porcentaje de participación de masas acumulados en dirección Y

0%

77

% 82

% 87

%

77

% 82

% 87

% 96

%

98

%

92

%

96

%

98

%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

C-1 C-2 C-3 C-1 C-2 C-3 C-1 C-2 C-3 C-1 C-2 C-3


Ʃx (% Participación de Masas)

87

%

0%

0%

87

%

76

% 82

%

94

%

76

% 82

%

97

%

95

%

98

%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

C-1 C-2 C-3 C-1 C-2 C-3 C-1 C-2 C-3 C-1 C-2 C-3


Ʃy (% Participación de Masas)


Página 46

Figura 4-4 Forma de Deformadas de la Estructura


Página 47

De la Figura 4.4 se observa que los modos de vibración 1 y 2 respectivamente donde la primera

forma modal en todos los casos es traslacional no obstante en el caso C-1 la dirección de los

desplazamientos es en dirección longitudinal en contraste con los casos C-2 y C-3 es en dirección

transversal a C-1 sin ninguna rotación relevante, en los tres casos la segunda forma modal es

traslacional de igual manera que en la primera pero en la otra dirección ortogonal

respectivamente y para el tercer modo de vibración es rotacional en todos los casos.

4.2.- Amplificación por Efectos de Segundo Orden

Se lleva a cabo la revisión por cortante basal, revisión de los estados límite de servicio mediante

los criterios de MDOC sismo 2015, NTC-2017 correspondientes para sismo, viento y se revisa

la amplificación de momento en columnas por efecto de 2° orden en los casos de estudio.

Revisión por Cortante Basal: Se realizó la revisión del cortante basal (CFE 2015) con el objetivo

de verificar que el análisis dinámico obtuviera el 70% del cortante basal estático tal como

recomienda el manual, la Figura 4.5 muestra los parámetros para la evaluación donde se

revisaron los efectos de segundo orden con el objetivo de ver la susceptibilidad de la estructura

a desarrollar este tipo de efectos.

Figura 4-5 Ubicación de Modos de Vibración en Espectro

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.0

0

0.5

0

1.0

0

1.5

0

2.0

0

2.5

0

3.0

0

3.5

0

4.0

0

4.5

0

5.0

0

5.5

0

6.0

0

6.5

0

7.0

0

7.5

0

8.0

0

8.5

0

9.0

0

9.5

0

10

.00

Sa (

Te,β

) (c

m/s

^2)

Periodo Te (s)

Espectro de DiseñoModo 1 (C-1)Modo 2 (C-1)Modo 3 (C-1)Modo 1 (C-2)Modo 2 (C-2)Modo 3 (C-2)Modo 1 (C-3)Modo 2 (C-3)Modo 3 (C-3)70% Cortante Basal


Página 48

En los tres casos analizados se observa que los tres modos de C-2 y C-3 y el modo 3 del C-1

se encuentran en la meseta del espectro y para los modos del C-1 el modo 1 y el modo 2 caen

en la rama descendente del espectro sin estar por debajo del 70% del cortante basal por lo que

la estructura es regular y no es sensible a los efectos del sismo por lo que se cumple con la

condición del cortante mínimo especificada en el manual.

Revisión de Estado Limite para Sismo: Se evaluaron los desplazamientos máximos en cada

sentido para ello se comparan los resultados bajo las combinaciones consideradas para efectos

de sismo (Comb-1 y Comb-2) para Estado Limite Último y bajo las combinaciones (Comb-3 y

Comb-4) para Estado Limite de Servicio, para ello se comparan los resultados del nodo 76 y el

nodo 86 que exhiben los mayores desplazamientos en dirección X, Y, respectivamente que en

todos los casos está en la columnas ver Figura 4.6 para esta evaluación se toma como base el

C-1.

En la Figura 4.7 se exhiben las distorsiones ocasionadas por los efectos de sismo para el estado

límite último y en la Figura 4.8 se muestras las distorsiones por los efectos de sismo para el

estado límite de servicio.

Figura 4-6 Esquinas del modelo correspondiente al nodo 76 (línea roja) y el nodo 86 (línea amarilla)


Página 49

Figura 4-7 Distorsiones correspondientes para Estado Limite Último

0

1

2

3

4

5

0

0.0

02

0.0

04

0.0

06

0.0

08

Entr

ep

iso

Distorsión

Distorsión XDistorsión YDistorsión X (NL)Distorsión Y (NL)

0

1

2

3

4

5

0

0.0

00

4

0.0

00

8

0.0

01

2

0.0

01

6

0.0

02

Entr

ep

iso

Distorsión

Distorsión X

Distorsión Y

Distorsión X (NL)

Distorsión Y (NL)

0

1

2

3

4

5

0

0.0

00

2

0.0

00

4

0.0

00

6

0.0

00

8

0.0

01

Entr

ep

iso

Distorsión

Distorsión X

Distorsión Y

Distorsión X (NL)

Distorsión Y (NL)

C-1

C-2

C-3


Página 50

Figura 4-8 Distorsiones correspondientes para Estado Límite de Servicio

0

1

2

3

4

5

0

0.0

00

2

0.0

00

4

0.0

00

6

0.0

00

8

0.0

01

0.0

01

2

0.0

01

4

Entr

ep

iso

Distorsión


0

1

2

3

4

5

0.0

00

00

0.0

00

04

0.0

00

08

0.0

00

12

0.0

00

16

0.0

00

20

0.0

00

24

0.0

00

28

0.0

00

32

Entr

ep

iso

Distorsión


0

1

2

3

4

5

0.0

00

00

0.0

00

04

0.0

00

08

0.0

00

12

0.0

00

16

0.0

00

20

Entr

ep

iso

Distorsión


C-1

C-2

C-3


Página 51

En la Figura 4.7 se exhibe las distorsiones entre los entrepisos de la estructura provocadas por

los desplazamientos que se originan en las columnas, para C-1 la distorsión en dirección Y

presenta un incremento aproximadamente del 45% con respecto a la dirección X; C-2 la

distorsión en dirección Y presenta una disminución aproximadamente del 20% con respecto a la

dirección X; para C-3 la distorsión en dirección Y presenta un decremento aproximadamente del

30% con respecto a la dirección X.

En la Figura 4.8 se observan las distorsiones de entrepisos de la estructura para el C-1 la

distorsión en dirección Y presenta un incremento aproximadamente del 40% con respecto a la

dirección X; para C-2 la distorsión en dirección Y presenta un decremento aproximadamente del

24% con respecto a la dirección X; para C-3 la distorsión en dirección Y presenta un decremento

aproximadamente del 1.8% con respecto a la dirección X.

Comparando los resultados de las Figuras 4.17 y 4.18 de los casos lineales y no lineales con el

objetivo de evaluar los efectos de segundo orden en la estructura analizada se obtiene que C-2

y el C-3 se observa un decremento de 0.09% con respecto a C-1, en general existe un promedio

del 13% entre los tres casos, por lo que esta estructuración cumple con las condiciones indicadas

para las distorsiones máximas por lo que se considera que la estructura no es sensible a los

efectos de segundo orden y tampoco sufre afectaciones de desplazamientos laterales

importantes causados por eventos sísmicos.


Página 52

Revisión de Desplazamientos para Viento: Se evaluaron los desplazamientos máximos en cada

sentido para ello se comparan los resultados bajo las combinaciones consideradas para efectos

de sismo (Comb-5 y Comb-6) para desplazamientos para ello se comparan los resultados del

nodo 136 y el nodo 86 que exhiben los mayores desplazamientos en dirección X, Y,

respectivamente que en todos los casos está en la columnas ver Figura 4.9 para esta evaluación

se toma como base el C-1.

Figura 4-9 Esquinas del modelo correspondiente al nodo 136 (línea roja) y al nodo 86 (línea amarilla).

En la Figura 4.10 se observan las distorsiones entre los entrepisos de la estructura provocadas

por los desplazamientos, el comportamiento estructural es muy débil para el C-1 ya que se

encuentra aproximadamente un 23% por encima de los límites establecidos para las direcciones

X, Y; para C-2 a pesar de que se propone contraventeo lateral solo los desplazamientos en

dirección Y cumple cuando en la estructura exista o no existan elementos de relleno que puedan

dañar las deformaciones; en cambio las distorsiones en dirección X solo cumple cuando en la

estructura no existan los elementos de relleno, para C-3 las distorsiones para las direcciones

X,Y; cumplen ambos criterios.


Página 53

Figura 4-10 Distorsiones correspondientes para revisión de Desplazamientos

0

1

2

3

4

5

0

0.0

02

0.0

04

0.0

06

0.0

08

0.0

1

0.0

12

0.0

14

Entr

ep

iso

Distorsión

Distorsión XDistorsión YDistorsión X (NL)Distorsión Y (NL)ϒ-1maxϒ-2max

0

1

2

3

4

5

0

0.0

01

0.0

02

0.0

03

0.0

04

0.0

05

Entr

ep

iso

Distorsión


0

1

2

3

4

5

0

0.0

01

0.0

02

0.0

03

0.0

04

0.0

05

Entr

ep

iso

Distorsión


C-2

C-1

C-3


Página 54

Conforme a los resultados exhibidos en las Figuras 4.10 existe una disminución de 6% con

respecto al caso estático no lineal (P-Delta) referente a las distorsiones, también se observa que

la estructura de C-1 no cumple con las condiciones indicadas para las distorsiones máximas por

lo que se considera que la estructura es muy débil a las acciones de viento; es por ello que en el

C-2 y C-3 se crea la propuesta de contraventeo con diferente distribución para que la estructura

cuente con la rigidez necesaria, se exhibe que la estructura del C-2 no cumple con las

condiciones indicadas para las distorsiones máximas por lo que se considera que la estructura

es muy débil a las acciones de viento, en cambio para el caso tres debido a la configuración

propuesta de contraventeos la estructura cuenta con rigidez adecuada para garantizar estabilidad

frente a las cargas de viento a la estructura; para los efectos de viento la amplificación de

momento por efectos de segundo orden es menor al 1% por lo que estos efectos son

despreciables y la estructura no es apta a desarrollar estos efectos.

Se concluye que las distorsiones para los efectos de sismo y viento son iguales para el caso

lineal como el caso no lineal, las cuales no exceden las distorsiones máximas establecidas por

lo que se considera que los efectos de segundo orden son despreciables (CFE Sismo 2015;

RCCDMX), ya que es visible que para los efectos de sismo y viento tanto para el caso lineal

como el caso no lineal las distorsiones no exceden los siguientes valores (C-1; C-2; C-3 = 0.011

y C-1; C-2; C-3 = 0.05) respectivamente; dichos valores corresponden al 8% de la fuerza cortante

de la estructura entre el peso de la estructura incluyendo todas las cargas muertas y vivas que

contribuyen en ella; por lo que no es necesario considerar los efectos de segundo orden a lo que

da lugar que la estructura no es sensible estos efectos, esto se debe al pre-dimensionado de la

edificación pensado en la ubicación de la estructura propuesta en dicha zona, un pre-

dimensionado equilibrado capaz de soportar los eventos causados por las acciones sísmicas y

viento; pero cabe mencionar que esta estructura requiere de un sistema de rigidez lateral para

dominar los desplazamientos y garantizar la estabilidad de la estructura.


Página 55

4.3.- Acciones Dominantes

Para determinar las acciones dominantes de diseño para el estado limite ultimo (Sismo –Viento),

se analizan los elementos mecánicos críticos de cada combinación de acuerdo a la sección 3.3,

considerando los criterios establecidos en los manuales y normas antes mencionadas según las

solicitaciones del edificio planteado.

En las Figuras 4.11 a la 4.13 se muestra que los elementos mecánicos con mayor magnitud y

que por consecuencia dominan el diseño de la estructura para los estados limite ultimo los cuales

corresponden a las combinaciones relativas (Comb-5, Comb-6) para todos los casos, las

combinaciones que incluyen las acciones del viento son superiores al 70 % y 55% de las

combinaciones con acciones estáticas y acciones sísmicas.

0

50

100

150

200

250

300

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50

Ca

rga

Axia

l (P

) -

kN

Longitud del Elemento (L) - m

ELU(C-1) ELU(C-2) ELU(C-3)

0

5

10

15

20

25

30

35

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50

Co

rtan

te (

V)

-kN



-60

-40

-20

0

20

40

60

80

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50

Mo

men

to (

M)

-kN

-m



Figura 4-11 Comportamiento en Columnas Principales Nota: ELU (Estado Limite Ultimo)


Página 56

Figura 4-12 Comportamiento en Vigas Principales

Figura 4-13 Comportamiento en Vigas Secundarias

Lo anterior es consistente con los antecedentes del puerto de Veracruz que como se mencionó

anteriormente en la sección 1 está localizado en una zona con intensidad sísmica moderada, por

lo que será necesario tomar precauciones en las estructuras para evitar un comportamiento

catastrófico que pueda dañar la estructura debido a las cargas establecidas.

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00

Co

rtan

te (

V)

-kN



0

25

50

75

100

125

150

175

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00

Mo

men

to (

M)

-kN

-m



-250

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

250

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00

Co

rtan

te (

V)

-kN



0255075

100125150175200225

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00

Mo

men

to (

M)

-kN

-m



5-Conclusiones

Página 57

5- Conclusiones

En este estudio se determinó que la estructura ante fuerzas sísmicas obtuvo desplazamientos

laterales dentro de los límites permisibles establecidos por los códigos vigentes, ante la

estructura sin contraventeos. Sin embargo, al revisar la estructura ante fuerzas por viento, se

tuvo que proponer dos sistemas de contraventeo lateral para limitar sus desplazamientos

laterales dentro de los límites permisibles.

Se exhibe que la estructura analizada presenta mayores solicitaciones por viento que por sismo.

Esto se atribuye a que la estructura es de bajo peso, y en consecuencia de baja masa, por lo

cual las fuerzas sísmicas son también limitadas. También contribuye que la zona de ubicación

de la estructura, es más propensa a vientos de gran intensidad, por estar cerca de la costa, que

sismos severos, al estar ubicado en la zona de sismos moderados a bajos. Por el contrario, en

el caso de viento, la cual depende del área expuesta perpendicular a la dirección de ataque del

viento, se tienen solicitaciones mayores. Además, se determinó que las distorsiones permisibles

de entrepiso por viento son más estrictas que sus contrapartes por sismo. Esto puede deberse a

que el sismo tiene una duración muy corta, mientras que las ráfagas de viento que causen las

distorsiones máximas pueden tener una duración mayor. Se refleja que la estructura no es

susceptible a los efectos de segundo orden; sin embargo es fundamentalmente considerarlos

para su diseño.

Después de revisar los resultados determinados en este estudio, se puede concluir que la

estructura analizada es viable para su construcción en el puerto de Veracruz. Sin embargo, se

debe indicar que por la naturaleza de las fuerzas por viento estas requieren de un sistema

adicional de rigidez lateral para controlar los desplazamientos y asegurar la estabilidad lateral de

la estructura frente a las acciones de servicio de viento.

Se recomienda realizar este tipo de estudio en zonas con mayores intensidades sísmicas, así

como establecer un procedimiento de diseño racional basado en el código AISI pero que

considere las combinaciones de carga establecidas en los códigos de diseño de México.

Referencias

Página 60

Referencias

Abu-Hamd, M., Abdel-Ghaffar, M., & El-Samman, B. (2018). Computational Study of Cold-

Formed-Steel X-Braced Shear Walls. Advances in Civil Engineering, 2018, 1-11.

https://doi.org/10.1155/2018/9784360

American Iron and Steel Institute. (2016). North American Specification for Desing of Cold-

Formed Steel Structural Member.

https://cfsei.memberclicks.net/assets/docs/publications/aisi-standards/aisi%20s100-

16%20%20s100-16-c_e_s.pdf

Bamaga, S. O., Tahir, M. M., Ngian, S. P., Mohamad, S., Sulaiman, A., & Aghlara, R. (2019).

Structural Behaviour of Cold-Formed Steel of Double C-Lipped Channel Sections

Integrated with Concrete Slabs as Composite Beams. Latin American Journal of Solids

and Structures, 16(5), 1-18. https://doi.org/10.1590/1679-78255515

Bastos, C. D., & Batista, E. M. (2019). Experimental analysis of built-up cold-formed steel lipped

channel stub column. REM - International Engineering Journal, 72(4), 571-579.

https://doi.org/10.1590/0370-44672019720008

Computers and Structures, Inc. (2020). SAP2000 (Versión 21) [Sotware].

https://www.csiamerica.com/products/sap2000

Cházaro Rosario, C., & Guerra Vanegas, G. A. (2019). Diseño Básico de Estructuras de Acero.

Valeria Gisselle Uribe Pérez.

Chura Cruz, R. W. (2017). Brigadas de respuesta ante emergencia Toluca, México Octubre de

2017. slideplayer. http://slideplayer.es/slide/16111434

Dar, A. R. (2020). Nonlinear flexural behaviour of efficient profiled cold-formed steel cross-

sections. Materials Today: Proceedings, 27, 359-362.

https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.11.116

Doctolero, L., & Batikha, M. (2018). Using Cold-Formed Steel Section in Buildings-Comparative

Study. https://www.worldresearchlibrary.org/up_proc/pdf/1384-15218771961-6.pdf

https://doi.org/10.1155/2018/9784360

Referencias

Página 61

Don Allen, P. E. (2006). structuremag.org. structuremag.org. https://www.structuremag.org/wp-

content/uploads/2014/09/C-BB-History-AllenLowndes-Nov061.pdf

Durability of Ligth Steel Construction. (2014). steel-sci.com. https://steel-

sci.com/assets/downloads/LSF/ED022%20Download.pdf

Early, A. M. (2018). Behavior of Cold-Formed Steel Metal Industrial Buildings. Scholars’ Mine.

https://scholarsmine.mst.edu/isccss/24iccfss/session8/1/

Google Maps. (2019). Google Maps.

https://www.google.com.mx/maps/place/Calz+Juan+Pablo+II+%26+Casuarina,+Jardine

s+del+Virginia,+94294+Veracruz,+Ver./@19.1600671,96.1163553,20.5z/data=!4m5!3m

4!1s0x85c341222ecb68bd:0xe3896c8e070d2f32!8m2!3d19.1602717!4d-96.1159162

Hernández, U. M., & Rocha, L. E. P. (2015). Manual de diseño de obras civiles. Comisión Federal

de Electricidad, Instituto de Investigaciones Eléctricas.

Ignatowicz, R. L., & Gierczak, J. (2020). Increase in wind load during assembly causes collapse

of the hall structure. Engineering Failure Analysis, 113, 104538.

https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2020.104538

I.M.C.A. (2014). Manual De Construccion En Acero, 5a edicion (5.a ed.). Limusa.

Instituto Nacional de Electricidad y Energias Limpias. (2015). PRODISIS (4.1) [Software].

https://www2.ineel.mx/prodisis/es/prodisis.php

Kildashti, K., Samali, B., Mortazavi, M., Ronagh, H., & Sharafi, P. (2019). Seismic collapse

assessment of a hybrid cold-formed hot-rolled steel building. Journal of Constructional

Steel Research, 155, 504-516. https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2019.01.010

Laminación (Parte IV). (2010). http://oa.upm.es/2074/1/LAMINACION2_MONO_2010.pdf

Laminado en Frío. (2012). youtube. https://www.youtube.com/watch?v=LP92o-HOAos

López López, A., Muñoz Black, C. J., & Pérez Rocha, L. E. (2008). Manual de Diseño de Obras

Civiles Diseño por Viento (Vol. 4). Instituto de Investigaciones Eléctricas.

Referencias

Página 62

Manikandan, P., Balaji, S., Sukumar, S., & Sivakumar, M. (2017). Experimental and numerical

analysis of web stiffened cold-formed steel channel column with various types of edge

stiffener. International Journal of Advanced Structural Engineering, 9(2), 129-138.

https://doi.org/10.1007/s40091-017-0153-1

OMV-radio. (2017). Fachada de hospital en Veracruz, se cae por fuertes vientos. YouTube.

https://www.youtube.com/watch?v=Mu8xKrlmOEk

Patiño Barragán, M., Meyer-Willerer, A. O., Galicia Pérez, M. A., Lezama Cervantes, C., & Lara

Chávez, B. (2009, abril). Zonas y Trayectorias de los Ciclones que penetran al Territorio

Nacional [Imagen]. http://ve.scielo.org/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0376-

723X2009000100003

Segura Barrientos, S. (2018). Referentes sobre el diseño sismorresistente de estructuras ligeras

de Acero conformado en Frío. redalyc.

https://www.redalyc.org/jatsRepo/1813/181358509005/html/index.html

Simon, L. A. (2019). Nuevo reglamento de construcciones para el distrito federal (10.a ed.).

Trillas. https://www.smig.org.mx/archivos/NTC2017/normas-tecnicas complementarias-

reglamento-construcciones-cdmx-2017.pdf

Steel Cold-Formed Framing Kits for Sale | LTH Steel Structures. (1995). lthsteelstructures.com.

https://www.lthsteelstructures.com/building-types/cold-formed-steel-framing-kits

Yu, Y., Lan, L., Ding, F., & Wang, L. (2019). Mechanical properties of hot-rolled and cold-formed

steels after exposure to elevated temperature: A review. Construction and Building

Materials, 213, 360-376. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.04.062

Anexo A – Análisis de Cargas

Página 63


Es bien sabido que la parte más importante del proceso de análisis de una estructura es la

selección adecuada del sistema estructural, etapa que consiste en la selección conveniente de

los materiales que van a constituir la estructura, para soportar las cargas y/o momentos

aplicados.

La distribución geométrica de las losas está determinada en la Figura A.1 para losa de azotea

y la Figura A.2 para la losa de entrepiso; de igual manera se señalan los cálculos realizados para

la obtención de su peso propio en las Tabla A.1 y la Tabla A.2; así como las cargas vivas y cargas

muertas que sostendrán las losas.

Figura A -1 Distribución Geométrica para Azotea

Figura A.2 Distribución Geométrica para Entrepiso


Página 64

Tabla A.1

Carga Muerta y Peso propio para Azotea

# Elemento Peso

Específico (γ)

Espesor

(e) Peso

Kg/m3 m Kg/m2

1 Impermeabilizante 0.04 0.27

2 Escobillado (mortero cemento -arena)/ Entortado

relleno 2100 0.05 105

3 Falso plafond (Durock) Tabla- Cement 0.0127 11.59

Instalaciones 15.00


Total Carga Muerta Super-impuesta (CMS) en KN/m2 1.6854


Total Carga Peso Propio (Pp) en KN/m2 1.5789

Tabla A.2

Carga Muerta y Peso propio para Entrepiso

# Elemento Peso

Específico (γ)

Espesor

(e) Peso

Kg/m3 m Kg/m2

1 Loseta (Mosaico de pasta) 35.00

2 Pega-azulejo 1473 0.01 14.73

3 Firme de concreto (mortero cemento -arena) 2100 0.05 105

4 Falso plafond (Durock) 0.0127 11.59

Instalaciones 15.00


Total Carga Muerta Super-impuesta (CMS) en KN/m2 1.2437


Total Carga Peso Propio (Pp) en KN/m2 1.5789


Página 65

Se considera una carga Muerta adicional debido a que la losas consideradas serán coladas en

sitio por lo que se incrementa un 0.2 kN/m² (20 kg/m²); y si en esta se coloca una capa de mortero

como es este caso esta capa se incrementará asimismo un 0.2 kN/m² (20 kg/m²) adicional de

manera que el incremento total será de 0.4 kN/m² (40 kg/m²).

De acuerdo al reglamento de construcción y a las normas técnicas complementarias de la ciudad

de México se considera:

Las siguientes Cargas Vivas para Azotea:



Las siguientes Cargas Vivas para Entrepiso:




Página 66


Página 67


Página 68


Página 69

Anexo B – Análisis de Viento

Página 70


Diseño por Viento en Dirección X

Datos Generales Estructura

LARGO (b) 15.18 LUGAR VERACRUZ

ANCHO (D ó d) 10.25 Tr 50 AÑOS

ALTO(H) 17.5

DESTINO: Edificio de Apartamentos

1.- Clasificacion de la Estructura GRUPO B MDOCV 4.1.3

1.1. Relación de Esbeltez

λ = 1.71

2.- Tipo de la Estructura TIPO I MDOCV 4.1.4

3.- Tipo de Análisis ESTATICO

4.- Determinacion de la Velocidad

Ecuación 4.2.1

Factores para calcular la velocidad Apendice C 4C I.3

VR= 170 km/h

Factor de Topografía MDOCV 4.2.4

(1) PROTEGIDO (2) NORMAL (3) EXPUESTO

SITIO 2

Velocidad Básica de Diseño

Ecuación 4.2.1

FT 1

λ =

𝑟 𝑅


Página 71

Factor de Expocisión Frz MDOCV 4.2.3

Los factores α, δ, c ; dependerá de la categoria del terreno Tabla 4.2.1

CATEGORIA α δ

(m)

1 0.099 245 1.137

2 0.128 315 1.000

3 0.156 390 0.881

4 0.170 455 0.815

CATEGORIA DEL TERRENO 3

α= 0.156

δ= 390 mts

c= 0.881

Calculo de los factores de Expocisión dependiendo de Z

para Z1= 3.50 mts

Frz 0.881

para Z2= 7.00 mts

Frz 0.881

para Z3= 10.50 mts

Frz 0.888

Ecuación 4.2.3

Ecuación 4.2.4

Ecuación 4.2.5

c

𝑟 = 𝑐 si Z ≤ 10

𝑟 = 𝑐 (

0)

si 10 < Z < δ

𝑟 = 𝑐 (

0)

si Z ≥ δ


Página 72

para Z4= 14.00 mts

Frz 0.928

para Z5= 17.50 mts

Frz 0.961


para Z1= 3.50 mts

VD 149.77 Km/h

para Z2= 7.00 mts

VD 149.77 Km/h

para Z3= 10.50 mts

VD 150.91 Km/h

para Z4= 14.00 mts

VD 157.84 Km/h

para Z5= 17.50 mts

VD 163.43 Km/h

5.- Calculo de Presión Dinamica Base

Pa

Ecuación 4.2.9

kg/m2

0.0048 G ²

0.0048 G ²


Página 73

Factor Cpe

Calculo de factor Cpe de acuerdo a la Tabla 4.3.1 "Muros Sotavento, Muro Barlovento"

Barlovento Cualquiera 0.8

≤ 1 -0.5

= 2 -0.3

≥ 4 -0.2

10°≤ γ ≤ 15° -0.3

20° -0.4

≤ 0.1 -0.75

≥ 0.3 -0.5

≤ 1 -0.5

= 2 -0.3

≥ 4.0 -0.2

X Y

0.68 0.3 -0.5

1 -0.5

MURO Dirección del viento θ, en grados d/b

Inclinación del

techo γ, en

grados

Cpe

Normal (θ = 0º) o paralela

(θ = 90º) a las generatricesCualquiera

Calculo de factor Cpe - Coeficiente de presión exterior - de acuerdo a la Tabla 4.3.2 "Muros Sotavento, Muros Laterales"

Distancia horizontal a lo largo de un

muro lateral medida a partir de la arista

común con el muro de barlovento

Coeficiente de

presión exterior

Cpe

de 0 a 1h -0.65

de 1h a 2h -0.5

Sotavento


(θ = 90º) a las generatrices,

para techos a cuatro aguas

< 10°

Normal (θ = 0º) a las

generatrices, para techos a

una o dos aguas

Cualquiera

≥ 25°

Paralela (θ = 90º) a las


una o dos aguas

Cualquiera

de 2h a 3 h -0.3

> 3h -0.2

Relación d/b

Cpe -0.50


Página 74

Se definen los muros Cpe

Muro Barlovento MURO A 0.8

Muro Sotavento MURO C -0.5

Muro Lateral MURO B,D -0.65

Factor KA - Factor de reducción por tmaño de área-

Calculo de factor KA de acuerdo a la Tabla 4.3.4 "Techos y Muros Laterales"

≤ 10

= 25

≥ 100

LARGO 3.245 mts

ANCHO 3 mts

9.74

X Y

#N/A #N/A

#N/A #N/A

LARGO 15.18 mts

ANCHO 10.25 mts

155.63

Área tributaria en m2

A

Factor de reducción

KA

1.0

0.9

0.8

MUROS

Área Tributria (m2) Muros

Factor KA (muros) 1.000

TECHOS



Página 75

X Y

#N/A #N/A

#N/A #N/A

Factor KL - Factor de presión local- Tabla 4.3.5

Presión

externa

Referencia

de las áreash (m)

Área de

afectación

Af (m2)

Proximidad

al bordeKL

Empuje (+) MBA1 Cualquiera ≤ 0.25 a0² Cualquiera 1.25

CBA1 Cualquiera ≤ a0² < a0 1.50

CB2 Cualquiera ≤ 0.25 a0² < 0.5 a0 2.00

CSA3 Cualquiera ≤ a0² < a0 1.50

CSA4 Cualquiera ≤ 0.25 a0² < 0.5 a0 2.00

MLA1 ≤ a0² < a0 1.50

MLA2 ≤ 0.25 a0² < 0.5 a0 2.00

MLA3 ≤ 0.25 a0² > a0 1.50

MLA4 ≤ a0² < a0 2.00

MLA5 ≤ 0.25 a0² < 0.5 a0 3.00

Todas las

otras áreas,

empuje o

succión.

------- Cualquiera ------- ------- 1.00

El valor de KL se tomara 1.0 ya que la altura del edificio es de 17.5

Presión Exterior Pe en Muros

para Z1= 3.50 mts

MURO A Pe1 85.79 Kg/m2 840.07 Pa 0.840 KN/M2

MURO C Pe2 -53.62 Kg/m2 -525.04 Pa -0.525 KN/M2

Succión (-)≤ 25

> 25

Factor KL 1.00

Factor KA (Techos) 0.800


Página 76

MURO B,D Pe3 -69.71 Kg/m2 -682.56 Pa -0.683 KN/M2

para Z3= 10.50 mts




para Z4= 14.00 mts




para Z5= 17.50 mts




7 .- Calculo de Presiones Interiores en Muros (VIENTO ACTUA EN DIRECCION X);

Ecuación 4.3.3 = 𝐶


Página 77

Valores de Cpi de acuerdo a la Tabla 4.3.7(a)

Cpi1= -0.1

Cpi2= 0.2

Presión Interior Pi en Muros

para Z1= 3.50 mts

MURO A Pi1 -10.72 Kg/m2 -105.01 Pa -0.105 KN/M2

Pi2 21.45 Kg/m2 210.02 Pa 0.210 KN/M2

MURO C Pi1 -10.72 Kg/m2 -105.01 Pa -0.105 KN/M2

Pi2 21.45 Kg/m2 210.02 Pa 0.210 KN/M2

MURO B,D Pi1 -10.72 Kg/m2 -105.01 Pa -0.105 KN/M2

Pi2 21.45 Kg/m2 210.02 Pa 0.210 KN/M2

para Z2= 7.00 mts


Pi2 21.45 Kg/m2 210.02 Pa 0.210 KN/M2


Pi2 21.45 Kg/m2 210.02 Pa 0.210 KN/M2

Condiciones de Permeabilidad posibles

2. Dos o tres muros igualmente permeables, el

(los) otro(s) impermeable(s):

a) Muro de barlovento permeable

-0.1 o 0.2 según lo que produzca la

combinación de carga más

desfavorable.

b) Muro de barlovento impermeable

(Casos c y d de la Figura 4.3.5, respectivamente)- 0.3

3. Todos los muros igualmente permeables

(Caso e de la Figura 4.3.5)



desfavorable.

Cpi

1. Un muro permeable, los otros impermeables:

a) Muro de barlovento permeable 0.6


(Casos a y b de la Figura 4.3.5, respectivamente)- 0.3

4. Construcciones selladas eficientemente y que

tengan ventanas que no puedan abrirse.

(Caso f de la Figura 4.3.5)



desfavorable


Página 78


Pi2 21.45 Kg/m2 210.02 Pa 0.210 KN/M2

para Z3= 10.50 mts


Pi2 21.78 Kg/m2 213.24 Pa 0.213 KN/M2


Pi2 21.78 Kg/m2 213.24 Pa 0.213 KN/M2


Pi2 21.78 Kg/m2 213.24 Pa 0.213 KN/M2

para Z4= 14.00 mts


Pi2 23.82 Kg/m2 233.26 Pa 0.233 KN/M2


Pi2 23.82 Kg/m2 233.26 Pa 0.233 KN/M2


Pi2 23.82 Kg/m2 233.26 Pa 0.233 KN/M2

para Z5= 17.50 mts


Pi2 25.54 Kg/m2 250.08 Pa 0.250 KN/M2


Pi2 25.54 Kg/m2 250.08 Pa 0.250 KN/M2


Pi2 25.54 Kg/m2 250.08 Pa 0.250 KN/M2

8 .- Presión de diseño

X (+)

Ecuación 4.3.1 a X (-)

Y (+); Y(-)

=


Página 79

para Z1= 3.50 mts

MURO A Pz1 96.52 Kg/m2 945.08 Pa 0.945 KN/M2

Pz2 64.35 Kg/m2 630.05 Pa 0.630 KN/M2

MURO C Pz1 -42.90 Kg/m2 -420.03 Pa -0.420 KN/M2

Pz2 -75.07 Kg/m2 -735.06 Pa -0.735 KN/M2

MURO B,D Pz1 -58.98 Kg/m2 -577.55 Pa -0.5775 KN/M2

Pz2 -91.16 Kg/m2 -892.57 Pa -0.893 KN/M2

para Z2= 7.00 mts


Pz2 64.35 Kg/m2 630.05 Pa 0.630 KN/M2


Pz2 -75.07 Kg/m2 -735.06 Pa -0.735 KN/M2


Pz2 -91.16 Kg/m2 -892.57 Pa -0.893 KN/M2

para Z3= 10.50 mts


Pz2 65.33 Kg/m2 639.72 Pa 0.640 KN/M2


Pz2 -76.22 Kg/m2 -746.34 Pa -0.746 KN/M2


Pz2 -92.55 Kg/m2 -906.27 Pa -0.906 KN/M2

para Z4= 14.00 mts


Pz2 71.47 Kg/m2 699.79 Pa 0.700 KN/M2


Página 80


Pz2 -83.38 Kg/m2 -816.42 Pa -0.816 KN/M2


Pz2 -101.25 Kg/m2 -991.37 Pa -0.991 KN/M2

para Z5= 17.50 mts


Pz2 76.62 Kg/m2 750.25 Pa 0.750 KN/M2


Pz2 -89.39 Kg/m2 -875.29 Pa -0.875 KN/M2


Pz2 -108.55 Kg/m2 -1062.85 Pa -1.063 KN/M2

10 .- PRESIONES EN TECHO

10.1 Presión Exterior Pe en Techo

Calculo de factor Cpe de acuerdo a la Tabla 4.3.3(b) "Techos"

0 a 0.5h -0.9 -0.4

0.5h a 1h -0.9 -0.4

1h a 2h -0.5 0

2h a 3h -0.3 0.1

> 3h -0.2 0.2

0 a 0.5h -1.3 -0.6

0.5h a 1h -0.7, -0.3

1h a 2h (-0.7) (-0.3)^(1)

2h a 3h (-0.7) (-0.3)

> 3h (-0.7) (-0.3)

Cualquiera γ < 10°

≤ 0.5

≥ 1.0

Zona e inclinación del techo

Relación

h/d

Distancia horizontal

sobre el techo medida a

partir de la arista

superior del muro de

barlovento

CpeCubierta transversal (CT)

de techos a una o dos aguas

γ’

Cubierta de barlovento

(CB) y sotavento(CS)

γ Caso I Caso II

=


Página 81

De acuerdo a la relación h/d

h 17.5

d 10.25

para 𝛾<10° y ≥ 1.0 se obtuvieron los siguientes casos:

Caso I Caso II

0 a 0.5h 0.00 a 8.75 -1.3 -0.6

0.5h a 1h 8.75 a 17.50 -0.7 -0.3

La ecuación de presión exterior para Techo ( Kl se omite debido a que la inclinación del Techo es 𝛾 <10°)

Ecuación 4.2.10

Debido a la presión Dinamica Base

para Z5= 17.5 mts

qz 127.70 Kg/m2 1250.41 Pa

Caso I

0.00 a 8.75 Pe = -132.81 Kg/m2 -1300.43 Pa -1.300 KN/M2

Caso II

0.00 a 8.75 Pe = -61.30 Kg/m2 -600.20 Pa -0.600 KN/M2

Caso I

8.75 a 17.50 Pe = -71.51 Kg/m2 -700.23 Pa -0.700 KN/M2

Caso II

8.75 a 17.50 Pe = -30.65 Kg/m2 -300.10 Pa -0.300 KN/M2

9.2 Presión Interior Pi en Techo

De acuerdo a los valores de Cpi con la Tabla 4.3.7(a)

Ecuación 4.3.3

1.71

Distancia horizontal sobre el

techo medida a partir de la arista

superior del muro de barlovento

Cpe

= 𝐶

= 𝐶


Página 82

Pi1 -12.77 Kg/m2 -125.04 Pa -0.125 KN/M2

Pi2 25.54 Kg/m2 250.08 Pa 0.250 KN/M2

9.3 Presión de Diseño Pz en Techo

Ecuación 4.3.1 a

Caso I

0.00 a 8.75 Pz1 = -120.04 Kg/m2 -1175.39 Pa -1.175 KN/M2

Caso II

0.00 a 8.75 Pz2 = -48.53 Kg/m2 -475.16 Pa -0.475 KN/M2

Caso I

8.75 a 17.50 Pz1 = -58.74 Kg/m2 -575.19 Pa -0.575 KN/M2

Caso II

8.75 a 17.50 Pz2 = -17.88 Kg/m2 -175.06 Pa -0.1751 KN/M2

Caso I

0.00 a 8.75 Pz1 = -1325.97 Kg/m2 -1550.51 Pa -1.551 KN/M2

Caso II

0.00 a 8.75 Pz2 = -86.84 Kg/m2 -850.28 Pa -0.850 KN/M2

Caso I

8.75 a 17.50 Pz1 = -725.77 Kg/m2 -950.31 Pa -0.950 KN/M2

Caso II

8.75 a 17.50 Pz2 = -325.64 Kg/m2 -550.18 Pa -0.550 KN/M2

=


Página 83

A continuación estas Presiones de Diseño calculadas anteriormente se pueden apreciar en las

siguientes Figuras B.1 y B.2

Figura B.1 Presiones de Diseño en dirección X (Muro Barlovento, Muro Sotavento, Techo)

Figura B.2 Presiones de Diseño en dirección X (Muros Laterales)


Página 84

Diseño por Viento en Dirección Y

Datos Generales Estructura

ANCHO (D ó d) 15.18 LUGAR VERACRUZ

LARGO (b) 10.25 Tr 50 AÑOS

ALTO(H) 17.5

DESTINO: Edificio de Apartamentos

1.- Clasificacion de la Estructura GRUPO B MDOCV 4.1.3

1.1. Relación de Esbeltez

λ = 1.71

2.- Tipo de la Estructura TIPO I MDOCV 4.1.4

3.- Tipo de Análisis ESTATICO

4.- Determinacion de la Velocidad

Ecuación 4.2.1

Factores para calcular la velocidad Apendice C 4C I.3

VR= 170 km/h

Factor de Topografía MDOCV 4.2.4


SITIO 2


Ecuación 4.2.1

FT 1

λ =

𝑟 𝑅


Página 85


SITIO 2

Factor de Expocisión Frz MDOCV 4.2.3

Los factores α, δ, c ; dependerá de la categoria del terreno Tabla 4.2.1

CATEGORIA α δ

(m)

1 0.099 245 1.137

2 0.128 315 1.000

3 0.156 390 0.881

4 0.170 455 0.815

CATEGORIA DEL TERRENO 3

α= 0.156

δ= 390 mts

c= 0.881

Calculo de los factores de Expocisión dependiendo de Z

para Z1= 3.50 mts

Frz 0.881

para Z2= 7.00 mts

Frz 0.881

FT 1

Ecuación 4.2.3

Ecuación 4.2.4

Ecuación 4.2.5

c

𝑟 = 𝑐 si Z ≤ 10

𝑟 = 𝑐 (

0)

si 10 < Z < δ

𝑟 = 𝑐 (

0)

si Z ≥ δ


Página 86

para Z3= 10.50 mts

Frz 0.888

para Z4= 14.00 mts

Frz 0.928

para Z5= 17.50 mts

Frz 0.961


para Z1= 3.50 mts

VD 149.77 Km/h

para Z2= 7.00 mts

VD 149.77 Km/h

para Z3= 10.50 mts

VD 150.91 Km/h

para Z4= 14.00 mts

VD 157.84 Km/h

para Z5= 17.50 mts

VD 163.43 Km/h

5.- Calculo de Presión Dinamica Base

Pa

Ecuación 4.2.9

kg/m2

0.0048 G ²

0.0048 G ²


Página 87

Factor de corrección por temperatura y por altura con respecto alnivel del mar, adimensional.

Ecuación 4.2.10

La altitud de Boca del Rio, Veracruz es de 16 msnm, con este dato se hace una interpolación en la Tabla 4.2.5

Altitud, hm Presión barométrica, Ω

(msnm)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

LUGAR VERACRUZ

ALTITUD (msnm) 16

X Y

0 760

500 720

El factor de corrección por temperatura es :

G 0.996

760

720

675

635

600

565

FORMULA INTERPOLACIÓN

(mm de Hg)

530

495

TEMPERATURA

PROMEDIO ANUAL °C 25.6

Presión barométrica, Ω 758.72

G= 0 27

= 2 ( 2 )

2


Página 88

PRESIÓN DINAMICA BASE

para Z1= 3.50 mts

qz 107.24 Kg/m2 1050.09 Pa 1.050 KN/M2

para Z2= 7.00 mts

qz 107.24 Kg/m2 1050.09 Pa 1.050 KN/M2

para Z3= 10.50 mts

qz 108.89 Kg/m2 1066.19 Pa 1.066 KN/M2

para Z4= 14.00 mts

qz 119.11 Kg/m2 1166.32 Pa 1.166 KN/M2

para Z5= 17.50 mts

qz 127.70 Kg/m2 1250.41 Pa 1.250 KN/M2

6 .- Calculo de Presiones Exteriores en Muros (VIENTO ACTUA EN DIRECCION X);


Página 89

Ecuación 4.2.10

De acuerdo a la sección 4.3.2.1 se considera " Consrucción Cerrada"

Factor Cpe

Calculo de factor Cpe de acuerdo a la Tabla 4.3.1 "Muros Sotavento, Muro Barlovento"

Barlovento Cualquiera 0.8

≤ 1 -0.5

= 2 -0.3

≥ 4 -0.2

10°≤ γ ≤ 15° -0.3

20° -0.4

≤ 0.1 -0.75

≥ 0.3 -0.5

≤ 1 -0.5

= 2 -0.3

≥ 4.0 -0.2

X Y

1.48 1 -0.5

2 -0.3

de 2h a 3 h -0.3

> 3h -0.2

Relación d/b

Calculo de factor Cpe - Coeficiente de presión exterior - de acuerdo a la Tabla 4.3.2 "Muros Sotavento, Muros

Laterales"

Distancia horizontal a lo largo de un

muro lateral medida a partir de la arista

común con el muro de barlovento

Coeficiente de

presión exterior

Cpe

de 0 a 1h -0.65

de 1h a 2h -0.5

Sotavento


(θ = 90º) a las generatrices,

para techos a cuatro aguas

< 10°

Normal (θ = 0º) a las


una o dos aguas

Cualquiera

≥ 25°

Paralela (θ = 90º) a las


una o dos aguas

Cualquiera

MURO Dirección del viento θ, en grados d/b

Inclinación del

techo γ, en

grados

Cpe


(θ = 90º) a las generatricesCualquiera

= 𝐶


Página 90

Se definen los muros Cpe

Muro Barlovento MURO B 0.8

Muro Sotavento MURO D -0.40

Muro Lateral MURO A,C -0.65

Factor KA - Factor de reducción por tmaño de área-

Calculo de factor KA de acuerdo a la Tabla 4.3.4 "Techos y Muros Laterales"

≤ 10

= 25

≥ 100

LARGO 3.245 mts

ANCHO 3 mts

9.74

X Y

#N/A #N/A

#N/A #N/A

LARGO 15.18 mts

ANCHO 10.25 mts


Factor KA (muros) 1.000

TECHOS

Área tributaria en m2

A

Factor de reducción

KA

1.0

0.9

0.8

MUROS

Cpe -0.40


Página 91

155.63

X Y

#N/A #N/A

#N/A #N/A

Factor KL - Factor de presión local- Tabla 4.3.5

Presión

externa

Referencia

de las áreash (m)

Área de

afectación

Af (m2)

Proximidad

al bordeKL

Empuje (+) MBA1 Cualquiera ≤ 0.25 a0² Cualquiera 1.25

CBA1 Cualquiera ≤ a0² < a0 1.50

CB2 Cualquiera ≤ 0.25 a0² < 0.5 a0 2.00

CSA3 Cualquiera ≤ a0² < a0 1.50

CSA4 Cualquiera ≤ 0.25 a0² < 0.5 a0 2.00

MLA1 ≤ a0² < a0 1.50

MLA2 ≤ 0.25 a0² < 0.5 a0 2.00

MLA3 ≤ 0.25 a0² > a0 1.50

MLA4 ≤ a0² < a0 2.00

MLA5 ≤ 0.25 a0² < 0.5 a0 3.00

Todas las

otras áreas,

empuje o

succión.

------- Cualquiera ------- ------- 1.00

El valor de KL se tomara 1.0 ya que la altura del edificio es de 17.5

Presión Exterior Pe en Muros

para Z1= 3.50 mts

MURO B Pe1 85.79 Kg/m2 840.07 Pa 0.840 KN/M2

MURO D Pe2 -43.32 Kg/m2 -424.20 Pa -0.424 KN/M2

Succión (-)≤ 25

> 25

Factor KL 1.00


Factor KA (Techos) 0.800


Página 92

MURO A,C Pe3 -69.71 Kg/m2 -682.56 Pa -0.683 KN/M2

para Z2= 7.00 mts




para Z3= 10.50 mts




para Z4= 14.00 mts




para Z5= 17.50 mts




7 .- Calculo de Presiones Interiores en Muros (VIENTO ACTUA EN DIRECCION X);

Ecuación 4.3.3 = 𝐶


Página 93

Valores de Cpi de acuerdo a la Tabla 4.3.7(a)

Cpi1= -0.1

Cpi2= 0.2

Presión Interior Pi en Muros

para Z1= 3.50 mts

MURO B Pi1 -10.72 Kg/m2 -105.01 Pa -0.105 KN/M2

Pi2 21.45 Kg/m2 210.02 Pa 0.210 KN/M2

MURO D Pi1 -10.72 Kg/m2 -105.01 Pa -0.105 KN/M2

Pi2 21.45 Kg/m2 210.02 Pa 0.210 KN/M2

MURO A,C Pi1 -10.72 Kg/m2 -105.01 Pa -0.105 KN/M2

Pi2 21.45 Kg/m2 210.02 Pa 0.210 KN/M2

4. Construcciones selladas eficientemente y que

tengan ventanas que no puedan abrirse.

(Caso f de la Figura 4.3.5)



desfavorable

2. Dos o tres muros igualmente permeables, el

(los) otro(s) impermeable(s):

a) Muro de barlovento permeable



desfavorable.


(Casos c y d de la Figura 4.3.5, respectivamente)- 0.3

3. Todos los muros igualmente permeables

(Caso e de la Figura 4.3.5)



desfavorable.

Cpi

1. Un muro permeable, los otros impermeables:

a) Muro de barlovento permeable 0.6


(Casos a y b de la Figura 4.3.5, respectivamente)- 0.3

Condiciones de Permeabilidad posibles


Página 94

para Z2= 7.00 mts


Pi2 21.45 Kg/m2 210.02 Pa 0.210 KN/M2


Pi2 21.45 Kg/m2 210.02 Pa 0.210 KN/M2


Pi2 21.45 Kg/m2 210.02 Pa 0.210 KN/M2

para Z3= 10.50 mts


Pi2 21.78 Kg/m2 213.24 Pa 0.213 KN/M2


Pi2 21.78 Kg/m2 213.24 Pa 0.213 KN/M2


Pi2 21.78 Kg/m2 213.24 Pa 0.213 KN/M2

para Z4= 14.00 mts


Pi2 23.82 Kg/m2 233.26 Pa 0.233 KN/M2


Pi2 23.82 Kg/m2 233.26 Pa 0.233 KN/M2


Pi2 23.82 Kg/m2 233.26 Pa 0.233 KN/M2

para Z5= 17.50 mts


Pi2 25.54 Kg/m2 250.08 Pa 0.250 KN/M2


Pi2 25.54 Kg/m2 250.08 Pa 0.250 KN/M2


Página 95

8 .- Presión de diseño

Ecuación 4.3.1 a

para Z1= 3.50 mts

MURO B Pz1 96.52 Kg/m2 945.08 Pa 0.945 KN/M2

Pz2 64.35 Kg/m2 630.05 Pa 0.630 KN/M2

MURO D Pz1 -32.60 Kg/m2 -319.19 Pa -0.319 KN/M2

Pz2 -64.77 Kg/m2 -634.22 Pa -0.634 KN/M2

MURO A,C Pz1 -58.98 Kg/m2 -577.55 Pa -0.578 KN/M2

Pz2 -91.16 Kg/m2 -892.57 Pa -0.893 KN/M2

para Z2= 7.00 mts


Pz2 64.35 Kg/m2 630.05 Pa 0.630 KN/M2


Pz2 -64.77 Kg/m2 -634.22 Pa -0.634 KN/M2


Pz2 -91.16 Kg/m2 -892.57 Pa -0.893 KN/M2

para Z3= 10.50 mts


Pz2 65.33 Kg/m2 639.72 Pa 0.640 KN/M2


Pz2 -65.76 Kg/m2 -643.95 Pa -0.644 KN/M2


Pz2 -92.55 Kg/m2 -906.27 Pa -0.906 KN/M2

=


Página 96

para Z4= 14.00 mts


Pz2 71.47 Kg/m2 699.79 Pa 0.700 KN/M2


Pz2 -71.94 Kg/m2 -704.42 Pa -0.704 KN/M2


Pz2 -101.25 Kg/m2 -991.37 Pa -0.991 KN/M2

para Z5= 17.50 mts


Pz2 76.62 Kg/m2 750.25 Pa 0.750 KN/M2


Pz2 -77.13 Kg/m2 -755.21 Pa -0.755 KN/M2


Pz2 -108.55 Kg/m2 -1062.85 Pa -1.063 KN/M2

10 .- PRESIONES EN TECHO

10.1 Presión Exterior Pe en Techo

Calculo de factor Cpe de acuerdo a la Tabla 4.3.3(b) "Techos"

0 a 0.5h -0.9 -0.4

0.5h a 1h -0.9 -0.4

1h a 2h -0.5 0

2h a 3h -0.3 0.1

> 3h -0.2 0.2

0 a 0.5h -1.3 -0.6

0.5h a 1h -0.7, -0.3

1h a 2h (-0.7) (-0.3)^(1)

2h a 3h (-0.7) (-0.3)

> 3h (-0.7) (-0.3)

Cualquiera γ < 10°

≤ 0.5

≥ 1.0

Zona e inclinación del techo

Relación

h/d

Distancia

horizontal

sobre el

techo medida

a partir de la

CpeCubierta transversal (CT)

de techos a una o dos aguas

γ’

Cubierta de barlovento

(CB) y sotavento(CS)

γ Caso I Caso II

=


Página 97

De acuerdo a la relación h/d

h 17.5

d 15.18

para 𝛾<10° y ≥ 1.0 se obtuvieron los siguientes casos:

Caso I Caso II

0 a 0.5h 0.00 a 8.75 -1.3 -0.6

0.5h a 1h 8.75 a 17.50 -0.7 -0.3

La ecuación de presión exterior para Techo ( Kl se omite debido a que la inclinación del Techo es 𝛾 <10°)

Ecuación 4.2.10

Debido a la presión Dinamica Base

para Z5= 17.5 mts

qz 127.70 Kg/m2 1250.41 Pa

Caso I

0.00 a 8.75 Pe = -132.81 Kg/m2 -1300.43 Pa

Caso II

0.00 a 8.75 Pe = -61.30 Kg/m2 -600.20 Pa

Caso I

8.75 a 17.50 Pe = -71.51 Kg/m2 -700.23 Pa

Caso II

8.75 a 17.50 Pe = -30.65 Kg/m2 -300.10 Pa

9.2 Presión Interior Pi en Techo

De acuerdo a los valores de Cpi con la Tabla 4.3.7(a)

Ecuación 4.3.3

1.15

Distancia horizontal sobre el

techo medida a partir de la arista

superior del muro de barlovento

Cpe

= 𝐶

= 𝐶


Página 98

Pi1 -12.77 Kg/m2 -125.04 Pa -0.125 KN/M2

Pi2 25.54 Kg/m2 250.08 Pa 0.250 KN/M2

9.3 Presión de Diseño Pz en Techo

Ecuación 4.3.1 a

Caso I

0.00 a 8.75 Pz1 = -120.04 Kg/m2 -1175.39 Pa -1.175 KN/M2

Caso II

0.00 a 8.75 Pz2 = -48.53 Kg/m2 -475.16 Pa -0.475 KN/M2

Caso I

8.75 a 17.50 Pz1 = -58.74 Kg/m2 -575.19 Pa -0.575 KN/M2

Caso II

8.75 a 17.50 Pz2 = -17.88 Kg/m2 -175.06 Pa -0.175 KN/M2

Caso I

0.00 a 8.75 Pz1 = -1325.97 Kg/m2 -1550.51 Pa -1.551 KN/M2

Caso II

0.00 a 8.75 Pz2 = -86.84 Kg/m2 -850.28 Pa -0.850 KN/M2

Caso I

8.75 a 17.50 Pz1 = -725.77 Kg/m2 -950.31 Pa -0.950 KN/M2

Caso II

8.75 a 17.50 Pz2 = -325.64 Kg/m2 -550.18 Pa -0.550 KN/M2

=


Página 99

A continuación estas Presiones de Diseño calculadas anteriormente se pueden apreciar en las

siguientes Figuras B.3 y Figura B.4

Figura B.3 Presiones de Diseño en dirección Y (Muro Barlovento, Muro Sotavento)

Figura B.4 Presiones de Diseño en dirección Y (Muro Laterales y Techo)

Anexo C – Acciones de Sismo

Página 100


El análisis modal es un desarrollo por medio del cual se describe una estructura para analizar los

registros de vibración y determinar las propiedades dinámicas (formas modales y frecuencias)

del edificio los cuales dependen básicamente de la masa y de la rigidez de la estructura. Para

este estudio se consideró el análisis vector- Ritz el cual considera los modos de respuesta de la

estructura ante una cierta acción en particular; con un máximo de 6 formas modales de vibración

ara cada uno de los casos de estudio ver Tabla C.1 que asegure que la suma de la masa modal

efectiva, en la dirección del análisis de X, Y sea, al menos el 90% de la participación de la masa

total de la estructura; un amortiguamiento del 4% que corresponde al amortiguamiento critico

estructural.

Tabla C.1

Periodos; Frecuencias de Vibración y Participación de las Masas

Caso de

Carga

Numero

de Modos

Periodos

(seg)

Frecuencias

(Cys/seg)

Sum UX Sum Uy

Ritz 1 1.098 0.910 0.00003 0.870

Ritz 2 0.791 1.262 0.870 0.870

Ritz 3 0.403 2.476 0.870 0.940

Ritz 4 0.277 3.599 0.920 0.970

Ritz 5 0.205 4.859 0.990 0.970

Ritz 6 0.138 7.219 0.990 0.990

Nota. Fuente: Programa SAP 2000 V.20 Sum X= Participación de masa en dirección X

Sum Y = Participación de masa en dirección Y

Para la revisión del Estado Límite de Seguridad contra colapso se consideraron los siguientes

factores que se muestran en la Tabla C.2; de igual manera para la revisión del Estado de

Limitación de daños ante sismos frecuentes se consideraron los siguientes factores de servicio

de 5.5 para la modificación del espectro


Página 101

Tabla C.2

Factores que Modifican al Espectro

Variable Factor

Q 2

Ro 2

ρ 1

α 1

Nota: Valores para revisión de Estado

Limite de Seguridad contra Colapso

Debido a la sección del MDOC CFE sismo 2015 indica que el espectro modificado por los factores

de comportamiento, resistencia y redundancia y a su vez multiplicado por los factores de

comportamiento y resistencia si se realiza lo anterior sigue siendo el espectro transparente es

por ello que se toma dicho espectro para realizar el análisis a la estructura.

Figura C.0-1 Espectro probabilista de Referencia

Espectro Transparente modificado

por Amortiguamiento 4%.

universidad veracruzana facultad de ingenieria de …

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