Diseño de armaduras para techo (página 4)

Diseño de Armaduras para Techo 115 Leonilo Santiago Hernández Miembro MN = 52.24 cm 52 . 24 cm 10 cm ?El miembro MN = 2369 kg = 5.224*453.51kg = 2369 kg Miembro PQ = 104.48 cm 104 . 48 cm 10 cm ?El miembro PQ = 4738 kg =10.448*453.51kg = 4738 kg Miembro RQ = 156.26 cm 156 . 26 cm 10 cm ?El miembro RQ = 7086.5 kg =15.626*453.51kg = 7086.5 kg Miembro PO = 52.24 cm 52 .24 cm 10 cm ?El miembro PO = 2369 kg = 5.224*453.51kg = 2369 kg Enseguida se muestra la tabla de esfuerzos (1 ton = 1000 kg)

Cuadro 10.1 Magnitud y tipo de Esfuerzos determinados

116 Leonilo Santiago Hernández 10.10 Diseño de Armaduras para Techo

Selección de miembros en compresión para la armadura tipo Fink.

a. Miembros a compresión (Cuerda superior) conformada por los miembros BL, CM, DO y ER, la cuerda superior será continua desde el apoyo hasta la cumbrera. El esfuerzo máximo se encuentra en el miembro BL = 19.149 ton, con una longitud de 2.63 m. 1) Entrando al anexo 1, con una longitud no soportada L = 2.4m (8 ft), se encuentra que 2LD 3 X 2 ½ X 3/8, con un rmin = 2.4 cm (0.93”) en el eje X – X, y con un Área = 24.77 cm2 (3.84 in2), soporta una fuerza de 20.4 ton (45 kips). 2) Relación de esbeltez L r =109.5 = 263cm 2.4 cm L r Como L r Pu =10939 kg Por lo tanto se acepta el Perfil

Leonilo Santiago Hernández IR 6 X 15

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? 2 ? 900 cm ?0.6*0.85*210 kg ? 10.14 Diseño de Armaduras para Techo

Diseño de la placa base para la columna Se va a diseñar una placa de base con Acero A – 36 para una columna IR 6 X 15, con los siguientes datos. Pu = 16473 kg, bf= 152 mm y d= 152 mm

Suponer un dado de concreto 30 cm x 30 cm.

A1 = (30 cm)(30 cm) = 900 cm2

A1 = Área del dado en cm2.

Se calculan las posibles áreas de la placa base con las siguientes formulas: 2 cm2 1 16473kg 2 ? ? = 26.28 cm ? ? ?

? A2 = Donde

A2 = Área del dado propuesto en cm2 Pu = Carga de trabajo en kg. F = 0.6 es el coeficiente por aplastamiento en el concreto f’c = 210 kg/cm2 resistencia del concreto a compresión cm2 16473 kg 0.6*1.7*210kg = 76.9 cm2 A3 = Donde

Pu = Carga de trabajo en kg. F = 0.6 es el coeficiente por aplastamiento en el concreto f’c = 210 kg/cm2resistencia del concreto a compresión A4 =15.2 cm x15.2 cm = 231.04 cm2

bf = Ancho del patín en cm. d = Peralte del patín en cm.

Cuando Pu es muy alto las áreas A2 y A3 son mucho mayores que el A4 y cuando Pu es muy pequeña las áreas A2 y A3 son menores que A4. En este caso se tomará A4=231.04 cm2 debido a que es el área de mayor magnitud, puesto que Pu es muy pequeña.

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126 Leonilo Santiago Hernández Diseño de Armaduras para Techo

Las dimensiones de la placa base se optimiza cuando m = n y con ella se obtiene el espesor mínimo de la placa, esto sucede cuando: A1 + ? N ˜ Siendo ? = 0.5(0.95*15.2 cm-0.8*15.2 cm)= 5.14 cm

Entonces

N = 231.04 cm2 +5.14 cm = 20 cm 231.04cm2 20cm B = =11.5cm ˜12cm Como es igual a bf pasamos tomaremos B = 20 cm Teniendo lo anterior se puede calcular m y n = 4 cm 20 cm-0. 8 * 15.2 cm 2 n = = 2.78 cm 20 cm-0. 95 * 15 . 2 cm 2 m = Para calcular el espesor de la placa, se toma el valor mayor de m o n. 2*16473 kg 0.9*2530kg *20 cm*20 cm cm2 t p = 4 cm* = 0.76 cm= 3 8 Donde

tp = Espesor de la placa en cm. Fy = 2530 kg/cm2 esfuerzo del acero

Por lo tanto las dimensiones de la placa son:

0.76 cm X 20 cm X 20 cm (3/8” X 8” X 8”)

X2 "X 1/4 " 2L D 21 2" 2L D 21 2" X 2" X1 /4 " 1LD 21 " X 2" X 1/4 " 2 2L D 21 2" X 2" X1 /4 D 2L 1 " 2 2 X X 2" 4" 1/ " D 2L X 1 " 3 2 X 1 " 2 2 4" 1/ D 2L 1 " 2 2 X X 2" 4" 1/ 1" ela En 1 " 2 2 3" 2L 1 " 2L 1 " gu 15 2LD 3 X 212" X 4 " 2LD 3 X 212" X 4 " 2LD 3 X 212" X 4 " Diseño de Armaduras para Techo 127 Leonilo Santiago Hernández D 3" X 2 2 X 3 8" D X X 3 8" 2L D 3" X 2 2 X 3 8" La r er o C 10 "X .3 du do Lámina 1 1 1 2LD 212" X 2" X 1/4 " Columna de acero IR 6 X 15 Viguetas Placa base 0.76 cm X 20 cm X 20 cm

Dado 30 cm X 30 cm

Figura 10.7 Esquema general de la Armadura de acero tipo Fink

Diseño de Armaduras para Techo

A continuación se presentan unas series de fotos, en donde se muestra una armadura tipo warren mostrando las partes que la conforman: Foto 6. Armadura tipo Warren (Utilizado para cria de borregos)

Como observamos esta armadura es utilizada para un techo para cría de borregos, la armadura soporta un techo de lamina, con largueros CF monten. Foto 6.1 Placa base y columna de la Armadura tipo Warren

En estas fotos observamos la placa base de la columna, atornillada al dado de concreto, además vemos a la armadura apoyada en la parte superior de la columna por una placa de asiento soldada a la columna.

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Diseño de Armaduras para Techo 129 Leonilo Santiago Hernández XI. CONCLUSIONES 1) De acuerdo con el presente trabajo una de las conclusiones consiste en que las cargas vivas y muertas, empleados para el análisis de la estructura son una buena medida, para estimar las cargas que pueden o no actuar sobre ella, ya que en la mayoría las cargas muertas son casi constantes en las armaduras para techo, resaltando así el de las cargas vivas, en donde estas pueden variar de una zona a otra, para ello dependerá ya del mismo constructor tomar las medidas necesarias para la determinación de las fuerzas actuantes en la estructura, escogiendo en todo caso la condición más crítica en su funcionamiento. 2) En cuanto a la metodología establecida, se puede decir que el método gráfico es una forma sencilla y rápida para la determinación del tipo y magnitud de las fuerzas, cabe mencionar que este método lo puede utilizar cualquier profesionista que tenga conocimientos básicos de la estática, y un tanto así de la física. Además con este método se puede hacer una revisión rápida de todo el proceso. 3) También es importante resaltar la facilidad que presenta este método gráfico, ya que en su proceso, la utilización de tablas hace más rápido y ágil el trabajo para el diseño de la armadura en cuanto a la determinación de los perfiles en los miembros, tanto de la cuerda superior e inferior como los miembros del alma. 4) Se tienen suficientes antecedentes que con este método gráfico, las estructuras tienen un rango de seguridad muy aceptable, ya que los parámetros aplicables tienen valores que rara vez se exceden, como es el caso de la velocidad del viento. 5) Con este método se puede obtener rápidamente y con suficiente aproximación, los valores de las cargas verticales y sus reacciones, para su aplicación en el diseño de los perfiles que constituyen las columnas en las que se apoyan las armaduras.

Diseño de Armaduras para Techo 130 Leonilo Santiago Hernández 6) Para el diseño de la cimentación de cada una de las columnas de apoyo en las armaduras, se deberá tomar en cuenta la capacidad de carga del terreno, a la profundidad de desplante, debiéndose efectuar las pruebas de campo y/o de laboratorio necesarias, para determinar el diseño de cimentaciones superficiales, que en todo caso podrán estar constituidas por zapatas aisladas ó continuas. 7) En este trabajo, se mostraron algunas fotografías de armaduras para techo ya construidas en diferentes obras que dan una idea de su gran aplicación para techos en talleres, Bodegas, Heniles, Invernaderos, etc. 8) El tipo de material para techo es decisión del diseñador, como se menciono anteriormente existen varios materiales para el techado, y que pueden ser utilizados en la construcción tales como: Teja, Lámina galvanizada, Lámina de asbesto – cemento etc. 9) La elección de los perfiles que constituyen los miembros de armaduras para techos, en este caso están formados por ángulos de lados desiguales, estos se eligieron ya que al quedar unidos espalda con espalda en lado mayor, presentan las ventajas de una mayor rigidez y para evitar excentricidad de cargas. Aunque el perfil a utilizar también queda a juicio del diseñador y en este presente trabajo se mencionaron varios perfiles que pueden utilizarse en miembros de las armaduras tales como: Perfil T, Perfil I o bien CF monten, secciones armadas, secciones en caja etc. 10)En cuanto a la inclinación de techos, es recomendable adoptar un valor de 6:12 ó una inclinación de ¼ con el objeto de hacer un techo más económico posible, puesto que inclinaciones muy altas presentan desventajas como mayor fuerza del viento, teniendo que usar perfiles más grandes con mayor costo. 11)En relación a la separación de Armaduras, conviene que estas tengan una distancia de 4.30 a 6.7 metros (14 a 22 pies) de Armadura a Armadura, que son las separaciones mas recomendables, debido a que una separación mayor o menor se traduce en un mayor costo de armaduras, ya sea por utilizar perfiles más pesados o bien mayor material al utilizar más armaduras a menor separación.

Diseño de Armaduras para Techo 131 Leonilo Santiago Hernández XII. BIBLIOGRAFÍA 1. AMERICAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION INC. 1989. Steel Construction Manual, (ASD). Ninth Edition. USA. 2. CASTRO SANCHEZ GILBERTO.1974. Construcciones Rurales. ENA. México. 3. C. HIBBELER RUSSELL. 1997. Análisis Estructural. 3ª Edición. Editorial Prentice – Hall. México. 4. COMENTARIOS AYUDAS DE DISEÑO PARA CIMENTACIONES. 1993. Instituto de Ingeniería UNAM. 5. CLIFFORD D. WILLIAMS, C. HARRIS ERNEST. 1981. Diseño de Estructuras Metálicas. Compañía editorial continental S. A. México. 6. E. BOWLES JOSEPH. 1994. Diseño de Acero Estructural. Limusa Noriega Editores. México. 7. E. LOTHERS JHON. 1973. Diseño de Estructuras Metálicas. Ed. Prentice – Hall Internacional. 8. F. RILEY WILLIAM, D. STURGES LEROY. 1995. Estática. Editorial Reverté, S.A. España. 9. FLAMAND RODRIGUEZ CARLOS L. 1995. Introducción a la Mecánica de Suelos. Segunda edición. UACh. México. 10.GONZALES CUEVAS OSCAR M., ROBLES FERNANDEZ F. 2004. Aspectos Fundamentales del Concreto Reforzado. 3ª Edición. Editorial Limusa. México. 11.H. GAYLORD Jr. EDWIN, N. GAYLORD CHARLES. 1985. Diseño de Estructuras de Acero. Cia. Editorial Continental, S.A de C.V., México. 12.IMCA MANUAL EN ACERO. 2002. Diseño por esfuerzos permisibles. 4 Edición. Editorial Limusa. México. 13.JUAREZ BADILLO E., RICO RODRIGUEZ A. 1995. Mecánica de Suelos. Tomo I. Editorial Limusa. México. 14.JUAREZ BADILLO E., RICO RODRIGUEZ A. 1974. Mecánica de Suelos. Tomo II. Editorial Limusa. México.

132 Leonilo Santiago Hernández Diseño de Armaduras para Techo

15.MANUAL: GRUPO COLLADO, CENTRO DE SERVICIO Y DISTRIBUCIÓN DEL ACERO.

16.MELI PIRALLA R. 1991. Diseño Estructural. Editorial Limusa. México.

17.M. FERGUSON PHIL. 1981. Teoría Elemental del Concreto Reforzado. Octava impresión. Ed. CECSA. México.

18.McCORMAC, J, C. 1983. Análisis Estructural. 3ª Edición. Haila, S. A. de C. V. México. 19.McCORMAC, J, C. 1983. Diseño de Estructuras Metálicas. Representaciones y Servicios de Ingeniería, S. A. México.

20.McCORMAC, J, C. 1991. Estructuras Análisis y Diseño Estructuras de Acero Método LRFD. Tomo II. Edición Alfaomega S. A de C. V. México.

21.NOYOLA GUTIÉRREZ PABLO. Apuntes de la Clase de Estructuras de Metal y Madera. UACh, México.

22.NOYOLA GUTIÉRREZ PABLO. Apuntes de la Clase de Construcciones Agrícolas y Agropecuarias. UACh, México

23.PARKER HARRY. 1972. Diseño Simplificado de Armaduras de Techo para Arquitectos y Constructores. Editorial Limusa – Wiley, S. A. México.

24.PARKER HARRY. 1975. Diseño Simplificado de Estructuras de Madera. Editorial Limusa. México.

25.ROBLES FERNANDEZ F. ECHENIQUE – MANRIQUE RAMON. 1983. Estructuras de Madera. Editorial Limusa. México.

26.RODRIGUEZ. PEÑA. 1994. Diseño Práctico de Estructuras de Acero. 2ª Edición. Editorial Limusa S. A. de C. V. México.

27.SOTO RODRIGUEZ H. 2000. Diseño de Estructuras Metálicas. Volumen II. Edición especial. México.

ANEXOS

133 Anexo 1. Cargas de Seguridad para puntales de dos Ángulos, cargas concéntricas permisibles Para puntales de dos ángulos desiguales, separados 3/8” entre sus espaldas mayores Las cargas a la derecha de las líneas verticales gruesas son para miembros secundarios únicamente. Para valores de l r no mayores que 120, f =17000 – 0.485 l 2 . Para valores de l mayores que 120, r 2 r 18000 l 2 18000r 2 1+ f = . X X Y Y

134 Anexo 2. Capacidades de carga Permisibles en Ángulos a tensión, deduciendo el área de un agujero para remaches (Carga por cada Angulo). Valores permisibles en unidades de 1000 lb.

Anexo 3. Factores de carga para miembros a compresión con Kl . Acero A – 36. r INSTITUTO MEXICANO DE LA CONSTRUCCION EN ACERO, A.C.

135

136 *Redondeando al milímetro INSTITUTO MEXICANO DE LA CONSTRUCCIÓN DEL ACERO, A.C. IR PERFIL I RECTANGULAR DIMENSIONES IR PERFIL I RECTANGULAR PROPIEDADES g bf tw kl tf d K T K Anexo 4. Dimensiones y propiedades perfil I rectangular (IR).

Y X X g bf tw kl tf d K T K Y X X

137 Anexo 5. Esfuerzos de trabajo permisibles para remaches

Esfuerzo cortante unitario = 15000 lb/plg2

Aplastamiento simple = 32000 lb/plg2 Esfuerzo unitario de aplastamiento Aplastamiento doble = 42000 lb/plg2

138 Anexo 6. Pesos de Placas GRUPO COLLADO S.A DE C.V.

139 T Grip x tw K K d X Anexo 7. Dimensiones de canales Estándar

Y

tf X Y bf CE PERFIL C ESTÁNDAR DIMENSIONES *Redondeado al milímetro INSTITUTO MEXICANO DE LA CONSTRUCCIÓN EN ACERO. A.C.

T Grip x

tw K K tf d X Anexo 7.1 Propiedades de canales Estándar

Y X Y bf CE PERFIL C ESTÁNDAR PROPIEDADES *Redondeado al milímetro INSTITUTO MEXICANO DE LA CONSTRUCCIÓN EN ACERO. A.C.

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