Diseño Estructural Básico para sistema constructivo (página 2)

-Elaborar los criterios básicos sobre el sistema a partir de los sistemas constructivos tradicionalmente usados en el país.

-Realizar un estudio preliminar para establecer los rangos de los perfiles metálicos a utilizar y el surtido de los mismos.

-Realizar los cálculos detallados para el diseño de los diferentes elementos a partir de las consideraciones específicas de cada uno y elaborar tablas con los resultados.

La tesis consta de introducción, dos capítulos, las conclusiones y recomendaciones.

Capitulo 1.

Sistemas constructivos utilizados en Cuba. Construcción compuesta

• Generalidades

El Sistema de Asentamientos poblacionales en Cuba es el resultado de un proceso histórico que se consolidó a principios del siglo pasado extendiéndose el conjunto de los asentamientos humanos con variables dimensiones y relaciones de todo tipo que se establecen entre ellos y su ambiente.

Hasta 1958 la situación de la vivienda en el país era muy crítica y se caracterizaba por su creciente déficit, la especulación con los terrenos y el cobro de elevados alquileres.

El 50% de las viviendas estaban constituidas por edificaciones inapropiadas siendo más crítica la situación en la zona rural donde el 76% de las viviendas eran de paredes y techos de hojas de palmera, el 63% tenía piso de tierra, solo un 9% tenía alumbrado eléctrico, y solo el 3% clasificaban como buenas.

Con el triunfo de la Revolución en el año 1959 se hace un análisis de esta situación habitacional caracterizada además por los procesos de descomposición de las estructuras urbanas por la existencia de cuarterías, barrios y focos insalubres, la insuficiencia de redes de infraestructuras y la irracionalidad del suelo.

Desde el mismo año 1959 se dieron los primeros pasos encaminados a iniciar un proceso de transformación en la vivienda y los asentamientos humanos.

En el campo del desarrollo urbano, se aceleraron los procesos de Urbanización en las últimas décadas, pasando la población urbana de un 60% en 1970 a un 76% en 1990. Este proceso de Urbanización, como consecuencia del proceso inversionista dirigido hacia las ciudades secundarias y las franjas de base del sistema de asentamientos, atenuó las desproporciones territoriales, evitando entre otros aspectos los crecimientos enormes de las ciudades, capitales presentes en muchos países de nuestra América.

En 1986, el país acometió un programa para el desarrollo de la vivienda hasta el año 2000 que preveía incrementos sostenidos en la construcción de viviendas y en su calidad para arribar al próximo siglo con un mayor grado de satisfacción de la demanda de viviendas.

Este programa, al igual que todo el desarrollo del país se vio seriamente afectado a partir de 1991 por la crisis económica provocada por los cambios ocurridos en la Europa del Este y la desaparición de la Unión Soviética, con cuyos países Cuba mantenía la mayor proporción de su comercio y colaboración, sobre la base de un intercambio justo, situación que agravó e intensificó los efectos del bloqueo económico, comercial y financiero que se mantiene contra Cuba.

Estos factores determinaron una caída brusca del Producto Interno Bruto, habiéndose perdido las fuentes de adquisición de combustibles y energéticos, con una sensible reducción de las producciones agrícolas, industriales y de materiales de construcción, así como drástica reducción del transporte y los abastecimientos, enfrentándose la nación a la peor crisis del siglo pasado, y una de las más profundas que haya tenido que soportar un país de nuestra región en tiempos de paz.

Como resultado de esa crisis, la base técnico material para las construcciones sufrió una severa descapitalización y se agudizó el deterioro del fondo habitacional.

Se inicia en el año 1992 un nuevo programa de viviendas de "Bajo Consumo material y energético" para rescatar los ritmos de construcción de viviendas y el desarrollo de una base material en correspondencia con las potencialidades de cada territorio, disminuir sustancialmente los consumos de cemento Portland, acero, madera y otros materiales que demandan divisas para su producción o importación.

El país ha comenzado a instrumentar una fase nueva de su desarrollo habitacional, que se basa en la experiencia de todo lo realizado anteriormente pero ajustándolo no solo a las nuevas situaciones económicas, sino al despliegue de todas sus potencialidades, particularmente las humanas, que se han creado durante más de tres décadas. Esto conlleva a una radical modificación de los esquemas de planificación y gestión de territorio que promueve la descentralización y que fortalece la participación institucional y ciudadana, la sustentabilidad y la equidad.

1.2 Sistemas constructivos utilizados en Cuba.

1.2.1 Sistemas constructivos para viviendas:

1.2.1.1 Sistema tradicional.

Los sistemas tradicionales de viviendas aisladas se caracterizan por ejecutarse sus muros a base de ladrillo citara (0.15 m) o de bloque de hormigón (0.20 m), apoyadas en cimentación corrida, constituida por zapata de hormigón armado sobre una de hormigón ciclópeo con un 30 % de rajón.

El sistema constructivo tradicional esta compuesto por los siguientes elementos estructurales:

• Cimentación Corrida de Hormigón Ciclópeo

• Cimentación Aislada de Plato y Pedestal

• Vigas Zapatas

• Columnas de Hormigón Armado

• Formado por Muros de cargas de Ladrillos o Bloques

• Vigas Cerramento

• Losas de Hormigón fundidas "in situ"

En este se consideran modulaciones medias tradicionalmente empleadas.

1.2.1.2 Sistema Constructivo Sandino.

• El sistema consiste en una solución constructiva de elementos ligeros basados en columnas de hormigón armado y paneles de hormigón simple.

• El modulo utilizado es de 1.04 m a ejes de columnas y las luces empleadas en cubierta en viviendas, son fundamentalmente de 3.12 y 4.16m espacio entre columna s es ocupado por 5 paneles de Hormigón, elementos cerámicos o carpintería.

• El sistema permite solucionar la cubierta con planchas acanaladas de asbesto cemento, canalón de asbesto, losas de hormigón ligero y losas fundidas " in situ " .

• Los principales elementos que componen el sistema son: columnas de 110 x110 mm de sección, altura de 2435mm y su peso oscila entre 63 – 71 kg. Paneles de hormigón simple de 945x486x62 mm de dimensiones y un peso de 65 kg. Marcos de puertas y ventanas, de hormigón ligeramente armado (4 tipos de ventanas y un tipo de puerta).

• El sistema tiene la gran ventaja de que el montaje de sus principales elementos se realiza de forma manual sin necesidad de equipos de izaje.

Principales uniones en el sistema:

• Junta columna –cimiento: se realiza mediante el empotramiento de la columna en vasos dejados al hormigonar la viga zapata. Posteriormente se rellena con mortero.

• Junta panel panel: se logra mediante rebarbas existentes en los panales que brindan una unión de aproximadamente 1.5 cm.

• Junta paneles – columnas: se logra introduciendo los paneles en cajuelas o ranuras existentes en las columnas.

• Junta columna – cerramiento: se logra empalmando la barra de acero saliente de la columna con el acero del cerramiento y el posterior hormigonado.

• Junta panel – cerramiento: se logra mediante la penetración del último panel en el cerramiento aproximadamente 5cm.

1.2.1.3 Sistemas para edificios multifamiliares semiprefabricados.

Surgen a partir de la construcción tradicional o monolítica con la introducción de algunos componentes prefabricados, fundamentalmente en lo que se refiere a entrepisos, cubierta y escalares. Es por ello que deben su nombre a que sus muros son construidos de forma tradicional (ladrillos, bloques, hormigón y se prefabrica una parte de la construcción.

Serie E:

• La solución básica de los edificios es el empleo de muros transversales de carga de ladrillos o bloques de hormigón, de 0,30 m o 0,20 m de espesor espaciados a 3,20 o 3,30 m, lo que constituye la modulación del sistema. Altura de edificios: hasta 5p.

• Solución de fachada (no portante): ladrillos de 0.15 m de espesor. Divisiones interiores: paneles ligeros o muros de ladrillos en alicatado.

• Solución de entrepisos y cubierta: losas prefabricadas; viguetas prefabricadas y pequeñas losas prefabricadas de H.A, apoyadas en las primeras, y losas de hormigón "in situ ".

Serie SP-72 (cinco plantas):

• La solución básica de los edificios es el empleo de muros transversales de carga de ladrillos o bloques de hormigón de 0,30 m o 0,20 m de espesor, espaciados cada 3,60m y 2,40m, lo que constituye la modulación del sistema. El modulo de 2,40 m es utilizado para conformar las cajas de escaleras, las cuales pueden ser libres en toda la altura de los edificios, o serlo solamente en la planta baja, brindando de esta forma un local más a determinados apartamentos a partir de la segunda planta.

• La solución de fachada y divisiones interiores se logra de igual forma que la Serie E, aunque suelen emplearse también bloques de hormigón en lugar de ladrillos.

• Solución de entrepisos y cubierta: losas prefabricadas de H.A de 0,15 m de espesor, o viguetas y pequeñas losas prefabricadas.

• Las escaleras son prefabricadas de una o dos ramas, y pueden estar formadas por dos vigas y pasos apoyados en ellas o por una viga central y pasos volados.

Serie S.P-72- 4 (12 plantas)

• Desde el punto de vista estructural. Los edificios están sustentados a base de pórticos y tímpanos de hormigón armado, los cuales se hormigonan "in situ "por medio de tableros modulares que se desplazan de piso a piso, garantizando el hormigonado de todos los muros estructurales de los edificios.

• Los módulos más utilizados han sido de 3,60 y 4,80m.

• Los entrepisos están constituidos por losas prefabricadas de H.A. aligeradas o macizas, de 0,15 m de espesor. Las fachacadas longitudinales se solucionan con el empleo de antepechos de HA. prefabricado.

• Las escaleras son prefabricadas de HA., por lo general de sola rama y 0,90 m de ancho.

Serie SP-79:

• La solución básica de los edificios consiste en muros transversales de carga de bloques de hormigón de 0,20 m de espesor espaciados a 6,00 m y el empleo de la losa doble "T "de tecnología Girón o la losa Spiroll como solución de entrepiso y cubierta.

• Los muros transversales de carga son reforzados con dos columnas de HA. fundidas "in situ "(columnas catalanas). Estas columnas mantienen su continuidad estructural desde la cimentación hasta el último nivel de la estructura.

• Las escalaras son exteriores, prefabricadas, de una sola rama, y dan acceso a tres apartamientos en cada planta. Altura de edificios: 5 plantas.

1.2.1.4 Sistemas para edificios multifamiliares con grandes paneles:

Sistema Gran Panel IV

• El sistema esta compuesto esencialmente por paneles transversales y longitudinales de carga HA. Los transversales están espaciados a 3.60m y 2.70m lo que constituye la modulación del sistema. El módulo de 2.70 m es utilizado principalmente en las zonas de cajas de escalares. El espesor de estos paneles de carga: 10 cm.

• Las losas de entrepiso y cubierta son prefabricadas, de 9 cm de espesor y apoyadas en sus cuartos bordes.

• Altura de edificios: 4 y 5 plantas. Prefabricación cerrada.

• Escaleras prefabricadas de dos ramas. Cuarto cajas de escalares como máximo en los edificios sin el empleo de juntas de expansión.

• Solución de la junta entre planes: barras salientes de los paneles que se sueldan entre sí.

• Las uniones entre panales y losas no son estructurales, ya que estas últimas se consideran simplemente apoyadas. El apoyo de las losas se realiza por medio de una capa de mortero de arena y cemento.

• Para garantizar el disco rígido en cada entre piso de sueldan barras de acero salientes en los extremos de las losas.

Sistema Gran Panel VI:

• La solución constructiva y estructural del sistema es el empleo de paneles transversales de carga de HA de 12cm de espesor espaciadas a 3,00m y el empelo de paneles rigidizadores, de igual espesor, ubicados en la parte central de las edificios.

• Las fachadas son libres, empleando paneles no estructurales de 10 cm. de espesor.

• Las losas son de HA prefabricadas, apoyadas en los paneles de carga con un espesor de 10 cm. El sistema pose igualmente, paneles divisorios y sanitarios de 6cm de espesor.

• Las escaleras son prefabricadas, de dos ramas sin descanso incluido.

• La junta entre los paneles de carga se resuelve por medio de ganchos salientes de los panales que se unen por medio de una barra de acero vertical, para posteriormente hormigonar la junta.

• La junta entre losas de pisos (junta horizontal) de logra igualmente por medio de ganchos salientes de las losas que se unen por medio de una barra de acero horizontal. Posteriormente de hormigona.

• La junta entre paneles y losas se logra asentando las últimas en los primeros sobre una capa de mortero.

Sistema Gran Panel 70

• La solución básica del sistema es el empleo de paneles transversales de carga de HA de 10 cm. de espesor, espaciadas a 2,40; 3,60 y 4,80m y de losas de HA de 18 cm. de espesor, que unidas a los primeros y a algunos paneles rigidizadores longitudinales, garantizan la rigidez requerida por los edificios.

• Los paneles rigidizadores, tanto longitudinales como transversales, llevan incorporados pernos para su reglaje y nivelación.

• Altura de edificios; 20 plantas. Fachada libre.

• En las culatas de los edificios se colocan paneles de carga de 25cm de espesor.. (Paneles piñones).

• Las juntas verticales entre los paneles se resuelven a través de ganchos salientes, acero vertical pasante y el posterior hormigonado de esta.

• En los casos de las juntas exteriores entre panales de fachada, estas son húmedas y reventiladas, para lograr la impermeabilización exterior por efecto de viento.

• Las juntas horizontales entre losas se realizan por medio de ganchos salientes que se unen por medio de una barra de acero longitudinal para posteriormente hormigonar la junta.

Sistema I.M.S:

• El fundamento del sistema es una estructura basada en una red modular simple con formada a partir de una, dos o tres losas casetonadas, de dimensiones igual al módulo con cuatro columnas ubicadas en las esquinas, que se unen por medio de una junta postensionada, formándose así una estructura de esqueleto carente de vigas.

• Red modular del sistema; 4.20m a ejes de columnas.

• Los entrepisos terminan su perímetro con vigas de borde de varios tipos o con losas de voladizo de 1.20m de ancho.

• Desde un punto de vista estructural, el sistema de columnas y losas soporta las cargas verticales. La rigidez de los edificios a las cargas horizontales de viento y sismo se logra mediante tímpanos de H.A prefabricadas de 15 cm de espesor que se colocan entre dos columnas con una holgura de 43 cm a cada lado, con acero salientes para generar posteriormente la junta.

• Para garantizar la rigidez requerida por los edificios se colocan barras de acero entre columnas y tímpanos que mantienen su continuidad desde la cimentación hasta el último nivel de la estructura.

• Principales elementos prefabricados: columnas, losas, tímpanos, vigas de borde, paneles exteriores, escaleras

Principales uniones en el sistema:

1. Unión columna -columna

– se vierte una emulsión de cemento en los huecos de la columna del nivel inferior.

-Se coloca en la cara superior de esa columna una capa de mortero de 1 cm de espesor.

-Se monta la columna del nivel superior introduciendo las barras de acero salientes en los huecos de la inferior.

– Se fija la columna mediante telescópicos.

2. Unión columna –Losas – Vigas de borde:

-Se realiza exclusivamente por el postensado y la fuerza de fricción que se genera entre las superficies en contacto.

-Entre la columna y la superficie en contacto de las losas se prevee una separación de 2cm. Después de montadas las losas, se funde esta separación con mortero.

-Cuando ha fraguado el mortero anterior se realiza la tracción de los cables de acero ALE, los cuales han sido colocados en la junta entre las losas y pasando por huecos de las columnas, en ambos sentidos, a todo lo largo y ancho del edificio.

– Después de anclados los cables en sus extremos (sobre las columnas o sobre las losas de voladizo, según el caso), se inyectan los huecos de las columnas con una emulsión de cemento. Finalmente, se hormigona toda la junta entre las losas por donde pasan los cables para proteger estos de la corrosión y darle continuidad a los entrepisos.

3. Unión Columna –tímpanos:

Se logra empalmando las barras de aceros salientes de los extremos de los tímpanos con el acero vertical proveniente de la cimentación y que pasa por la holgura entre tímpanos y columnas. Posteriormente se hormigonar la junta.

Sistema L.H

• El sistema se basa en la utilización de losas planas, ahuecadas y pretensazas producidas por extrusión (tecnología Spiroll) como elemento constructivo de paredes portantes, entrepisos, cubierta y elementos de fachada.

• La solución de cimentación es mediante un vaso corrido, solo en los ejes transversales (paredes portantes). En ellos se empotran 60 cm. las losas, unas al lado de las otras, formando las paredes portantes transversales, únicos muros portantes empleados en el sistema.

• Los muros transversal portantes están constituidos por 5 ó 6 losas de 30 cm. de espesor de dos, tres y hasta cuatro plantas de altura, y espaciados a 6,00; 7,80 y 9,00; m en los apartamentos y de 2,70m en las cajas de escaleras.

• Las losas de entrepisos y cubierta son de 20 cm. de espesor simplemente apoyadas sobre vigas de HA prefabricada que se fijan a las losas que constituyen las paredes portantes transversales. La fijación de estas vigas se produce mediante pernos roscados empotrados en las losas (dos pernos por cada losa).

• Los antepechos de ventanas o parapetos están constituidos por losas de 15 cm. de espesor, que van de pared a pared y se apoyan sobre las vigas de entrepisos.

1.2.1.5 Sistemas Constructivos para Obras Sociales.

Sistema Girón:

• -El sistema está compuesto esencialmente por una estructura de esqueleto de HA con paredes del mismo material, algunas de las cuales, denominadas tímpanos, contribuyen a la resistencia global de los edificios.

• El esqueleto está compuesto por columnas, vigas y losas doble "T " entrepiso y cubierta.

• –Red modular del sistema: 6,00m en el sentido de la luz de las losas y 6,00ó 7,50 m en el sentido de la luz de las vigas, con posibilidad de voladizo a uno o a ambos lados.

• -Altura de los edificios: hasta 5 plantas.

-Fraccionamiento del esqueleto:

(a)- plato de cimentación hormigonado en el lugar.

(b)- vaso prefabricado empotrado en el plato para recibir columnas o pedestales.

(c)- pedestales o columnas con su fracción inferior empotrada en el vaso.

(d)- vigas que van de columna a columna incluidos los voladizos correspondientes. Estas vigas tienen la particularidad de que se prefabrica solamente la zona inferior lográndose su resistencia final (sección de trabajo) después de hormigonada la de junta de las vigas con las losas doble " T " (sección i).

(e) columnas que se apoyan en la viga inferior y soportan la superior

• Elementos prefabricados componentes del sistema: vasos, pedestales losas, viga alero, columnas paneles (existen 7 tipos, espesor 10 cm.) y vigas de escalera.

Sistema de Losa Izada ( Lift- Slab ) :

• Este sistema de prefabricación a pie de obra, consiste en construir sobre el terreno, unas sobre otros, todas las estructuras de los diferentes pisos. Después de erigidas las columnas se coloca, apoyándose en el extremo superior de estas un conjunto de gatos hidráulicos, por lo general uno en cada columna, conectándose al piso que se va ha izar por medio de dos barras especiales de acero, y tirando de estas se hacen subir cada piso hasta su nivel definitivo.

• La estructura de los pisos esta formado por un reticulado de vigas de 0,25m de ancho por 0,80 m de altura, espaciadas a 1,10; 1,65 o 2,20 m según convenga a cada edificio. Sobre este reticulote apoya una losa con espesor de 6 – 7 cm, en dependencia de las cargas, que incluye integralmente el acabado de terrazo que se considera también como parte resistente de la losa. Las vigas adyacentes a las columnas junto con estas, forman pórticos rigidez que son los encargados de resistir las fuerzas laterales u horizontales.

• Red modular: 9,35m según el eje transversal y de 11,00m según el eje longitud.

Conexión piso-columna: en los niveles de apoyo de los pisos, las columnas uno o dos pases para permitir colocar atraves de ellos unos pasadores de acero de sección "I" cuando el retículo ha sido izado hasta su nivel definitivo, se colocan los pasadores y se hace descansar sobre estos, liberando los gatos. Los pasadores son a partir de este instante los encargados de transmitir las cargas verticales a las columnas.

Entre el reticulado y las columnas existe una holgura de 2,5 cm. donde se colocan cunas de acero que hacen que la junta se comporte rígidamente. El espacio libre entre el reticulado y las columnas, no ocupado por las cunas, se llena finalmente con mortero de arena y cemento que hacen esta la unión y protegen las cunas de la corrosión.

Sistema SPL:

• La solución del sistema es la de una estructura de esqueleto de H. A. con empleo de columnas con dobles mensuras, doble viga en entrepiso d viga a dos aguas como elemento portante principal de cubierta.

• El module básico es de 3,00 x 6,00 m lo cual permite despiezar el sistema en elementos pequeños, pero multiplica en exceso el numero de estos y de las juntas.

• Los elementos son pequeños, de poco peso y secciones sencillas, para ser prefabricados a pie de obra y montados con equipos ligeros.

• El sistema se ha desarrollado fundamentalmente para proyectos hoteleros de 72 habitaciones.

Sistema VICA:

• Es un sistema mixto, que combina los siguientes tipos de elementos: columnas, vigas y losas doble "T" de tecnología Girón, viga VICA a dos aguas de 12,00m de luz como elemento portante principal de cubierta y losas siporex de 6,00 x 0,50 m como solución de cubierta.

• La viga VICA se prefabrica en dos secciones, que al montarse en obra se unen en el vértice de las pendientes. Un tensor de acero que se coloca y tensiona en obra toma los empuyes de la viga.

• El desarrollo fundamental del sistema ha sido para proyectos hoteleros de 225 habitaciones.

Sistema Abierto de Esqueleto (SAE):

• La solución básica del sistema consiste en una estructura mixta pórtico-tímpanos con columnas y dobles vigas que se apoyan sobre las ménsulas a cada lada de aquellas los entrepisos y cubiertas se solucionan con losas Spiroll.

• Luces de losas: 6,00; 7,20; 8.40 y 9,60 m, en dependencia de las cargas de uso. Las mismas se consideran simplemente apoyada sobre las vigas y sus espesores pueden ser de 0,20 y 0,30 m.

• Luces de viga de 6,00 y 7,20 m. Las vigas son compuestas, de sección canal invertida formada por dos vigas prefabricada de 0,25 x 0,50 m cada una, y una banda superior hormigonada "in situ" y una altura igual al espesor de losa utilizado. Las vigas se consideran simplemente apoyadas sobre las mensuras de las columnas.

• Las vigas pueden presentar coladizos de 0,90; 2,10 m del eje de la columna al extremo del voladizo, a uno o a ambos lados.

• En el sentido de las losas se disponen de vigas de cierre cuyos extremos se apoyan en las vigas principales y rigidez de los entrepisos. Estas vigas de cierre pueden desplazarse a la largo de las vigas principales y fijar se en cualquier punto de ellas.

• Las columnas se prefabrican de uno, dos o tres tramos o niveles.

• Las cargas ecológicas (viento y sismo) son tomadas por tímpanos de H.A. de 15 cm. de espesor, los cuales pueden ser colocados en la dirección de las vigas o en la dirección de las losas.

• Altura de los edificios: hasta 15 plantas.

Principales uniones en el sistema:

• Junta en viga compuesta: se logra empalmando el acero saliente de las vigas principales con el acero colocado en obra (longitudinal y cereos) estos últimos con el mismo espaciamiento que las barras salientes de las vigas) y el posterior hormigonado de la junta.

• Unión columna: se produce mediante soldadura de les casquillos de acero de les extremos de las columna. Concluida la soldadura, se coloca una malla de gallinero en el deprimido de la junta y se llena con mortero.

• Unión columna-panel de tímpano: se procede de al sig. Forma:

• a) – Se sueldan mediante una barra puente cada par de barras salientes de las cajuelas enfrentadas (del tímpano y de la columna).

• b) – Se colocan en la holgura tímpano-columna barras de acero vertical, para mantener la continuidad estructural de los tímpanos.

• c) – Encofrado y hormigonado de la junta.

• Unión viga de cierre-viga principal: se logra mediante el embebimiento de las barras de acero salientes de los extremos de las vigas de cierro en la hormigón de la junta en viga compuesta.

1.2.1.6 Sistemas constructivos para obras industriales y agropecuarias:

Sistemas de Naves Industriales:

• El sistema ha sido diseñado para naves de una o mas luces, de 12; 18 y 24m de luz; ínter columnas de 6,00 m y puntales libres de 3,60 hasta 10,80 m con incrementos de 1,20 m.

• El sistema tiene dos soluciones básicas:

• a) – Cubierta pesada (solución LC): para naves con paneles de pared (losa cajón o spiroll) y cubierta pesada: cajón, spiroll, doble"T" ; siporex.

• b) – Cubierta ligera (solución AC): para naves con paredes y cubierta de tejas acanaladas de asbesto cemento.

• Elemento portante principal de cubierta:

• a) - Viga de sección variable: para luces de 12 y 18 m y cubierta pesada.

• b) - Cercha de sección prismática; para luces de 24 m y cubierta pesada.

• c) – Cercha triangulara: para luces de 12; 18 y 24 m y cubierta ligera.

• – El sistema de naves se caracteriza por el empleo de columnas con mensuras sobre las cuales se efectúa el montaje de las vigas soportes o carrileras de puente grúa.

• – Igualmente, las naves se caracterizan por empleo de monitor en la cubierta para logra ventilación o iluminación natural.

• – En la variante de cubierta ligera, sobre el elemento portante principal de cubierta (cerchas triangulares) se colocan las viguetas de cubierta (purlings) las cuales se cubren posteriormente con tejas acanaladas de asbesto cemento.

• – El sistema prevee la utilización de juntas de expansión cada 72,00 m y dos soluciones para el drenaje pluvial: caída libre para puntales menores de 6,00 m y bajantes pluviales para puntales mayores de 6,00 m*

Sistema de Naves Agropecuarias (versión tradicional):

• La solución básica del sistema es el empleo de columnas de H.A. y cerchas del mismo material, formadas estas últimas por la unión de dos vigas a dos aguas, y como so loción de cubierta el empleo de viguetas pretensazas sobre las cuales se apoyan planchas acanaladas de asbesto cemento. Dos tensores de acero arriostran a las cerchas.

• El sistema contenla luces de 6,00 y 9,00 m con un intercolunio de 6,00m. Esto permite conformar núcleos de 6,00 x 9,00 m, cuyo crecimiento puede ser únicamente longitudinal. Esta limitación se debe a que los elementos de cubierta (corchas) tienen aleros integrales de 1,50 m por ambos lados.

• Los principales elementos prefabricados componentes del sistema son: columnas, vigas, cerchas (formadas por dos vigas unidas arriba por un perno y por debajo por dos tensores de acero, Brindan una pendiente de un 25%), viguetas (se secc. Canal), tejas acanaladas de asbesto cemento, paneles de pared (existen diferentes tipos. So apoyan en los pisos y son soldados a las columnas por medio de insertos).

• Otros elementes: postes de cercas, cercas, comederos, bebederos, colleras, saleros. El sistema admite cierres mediante muros de ladrilles o bloques apoyados sobre zapatas de hormigón armado.

• Tanque elevado: esta formado por; columnas, vigas, depósitos y tapas., todos prefabricados de H.A. Los deositos tienen una secc. en forma de "V" y una capacidad de 2 500 galones. Los pisos son de horm. Simple fundido "in situ".

Sistema de Naves Agropecuarias (versión modificada):

• Técnicamente se conoce con el nombre de nave de hormigón pretensazo con cubierta pretensazo, y el empleo como solución de cubierta de canalón.

• La solución básica del sistema es el empleo de columnas y viguetas de hormigón de longitud.

• En la parte superior de las columnas se coloca un capitel prefabricado de 20 kg y sirve de apoyo y fijación de las viguetas.

• Red modular del sistema: 5,60m en el sentido transversal e intercolumnios de 6,00m.

• La solución de cimentación es la de un pequeño vaso prefabricado en el cual se empotran las columnas una profundidad de 300 mm por encima de este.

• Principales elementos que componen el sistema:

– columnas: de horm. pretensado y una secc. de 150 x 200 mm. Puntales de 2,1; 2,50; 2,60; 3,00 y 3,60 m. Es destacar que en algunos proyectos estas columnas se han sustituido por las viguetas de hormigón pretensado utilizadas en la cubierta, con resultados muy positives en cuanto a ahorro de materiales y a la productividad en la fabricación de las viguetas.

– Viguetas: pretensazas; secc. Canal de 20 x 250 mm; long. 6,00 m; peso 345 kg.

– Capitel: de horm. armado.

– Vaso: prefabricado. De H.A. y un peso de 144 kg.

– Canalón de asbesto de 7,00 metros de luz.

• – Los pisos de las naves son de hormigón "in situ"; terminados en una superficie rugosa que evita que resbalen los animales. Las pendientes de estos son de un 2% en el sentido transversal y de 1 – 2% en el longitudinal.

• – Las partes cerradas de las naves son ejecutadas por le general con muros de bloques o ladrilles terminados en repello fino.

• – La pendiente en la cubierta se logra mediante la utilización de columnas de diferentes puntales.

• Sistemas constructivos compuestos y herramientas para su diseño.

La construcción compuesta consiste en combinar dos materiales en una unidad estructural, aprovechando las características de cada uno de ellos, existiendo innumerables combinaciones: acero y hormigón, madera y hormigón, hormigón prefabricado y hormigón colocado en obra, madera y acero, entre otras.

En la actualidad se reporta el uso en el mundo de diversos sistemas constructivos que utilizan como elemento metálico principal vigas de alma llena o de celosías, conectadas con una losa de hormigón armado que puede apoyarse directamente en las vigas o unirse para trabajo conjunto a una lámina perfilada de acero mediante conectores que posee esta última, la cual sirve a su vez de encofrado permanente y como refuerzo de tracción total o parcial de la losa.

El sistema de losa y lámina puede unirse en los apoyos a la viga metálica mediante conectores para lograr también el trabajo conjunto a lo largo del eje de la viga. En este último caso se logra el trabajo conjunto hormigón-acero en los sistemas lámina-losa y viga-lámina-losa.

Debe diferenciarse lo anterior del caso de losa apoyada sobre vigas sin el empleo de elementos de unión, en el cual la losa distribuye transversalmente las cargas sobre las vigas, pero no contribuye en la transmisión longitudinal de esfuerzos, cuestión que se logra cuando la losa esta obligada a deformarse longitudinalmente por elementos de acero embebidos en el hormigón y soldados en la viga metálica.

Internacionalmente son reconocidas las ventajas que proporciona el empleo de este tipo de estructuras, tales como, mayor capacidad de carga y mayor rigidez, reducción del peralto de las vigas y ahorro de acero.

Cuando se utilizan láminas perfiladas los plazos de ejecución se reducen sensiblemente y la lámina sirve de plataforma de trabajo y como refuerzo de tracción total o parcial y de encofrado permanente para la losa de hormigón, evitándose los trabajosos encofrados de madera; su ligereza facilita la manipulación y transportación y el propio perfil de la lámina puede usarse para conductores eléctricos, de comunicaciones o de otros tipos.

El empleo de vigas de celosías incrementa el aligeramiento de las estructuras, reforzando las ventajas que en ese sentido aporta el trabajo conjunto y por otra parte el hecho de tener el alma abierta facilita la colocación de todo tipo de instalaciones.

A todo lo anterior debe añadirse que, para todas las tipologías descritas, el aligeramiento de las vigas y el menor peso total de la estructura permiten utilizar columnas de dimensiones menores y se disminuye el costo de la cimentación. Por otra parte, con vigas de menor peralto disminuyen la altura de cada piso y total del edificio, con el consecuente ahorro de recubrimientos exteriores y de instalaciones verticales.

Las estructuras compuestas que emplean hormigón y acero como materiales componentes surgieron alrededor de los años 1920. Por las ventajas de esta tipología estructural estas se fueron difundiendo y diversificando. Primeramente surgen los entrepisos compuestos de vigas de acero y losa sólida de hormigón; más tarde surge el sistema de piso compuesto de viga y losa en presencia de lámina de acero colaborante.

Los primeros usos de los sistemas de pisos compuestos fueron en la construcción de puentes y posteriormente se introdujo su uso en edificaciones. Son varias las ventajas de esta tipología estructural, que llevan implícito un sustancial ahorro económico. De sus ventajas podemos citar las siguientes: permiten aligerar considerablemente las estructuras; se logran secciones muy rígidas y resistentes, por lo que permiten salvar grandes luces entre apoyos; se logra un elevado ahorro de madera y encofrado y más aún cuando se utiliza la sección viga losa en presencia de lámina; se reduce además la fuerza de trabajo necesaria para el proceso constructivo; facilitan la construcción y montaje por lo que se logra un mayor avance físico en la ejecución de las obras con respecto a sistemas más tradicionales; se logran facilidades para en montaje de instalaciones eléctricas e hidráulicas, etc.

En la primera mitad de la década de los ochenta el Dr. Rafael Larrúa Quevedo comenzó a investigar en la Universidad de Camagüey en la temática relacionada con el comportamiento de secciones compuestas de viga y losa sólida de hormigón, posteriormente se extendieron estos estudios a losas de entrepisos compuestos con lámina colaborante de acero, así como al estudio de estructuras compuestas con vigas de celosías. Como resultado de estas investigaciones se elaboraron las Normas Cubanas para el cálculo de estas tipologías de secciones compuestas, las cuales fueron puestas en vigor en el año 2004 (NRMC 080, NRMC 081, NRMC 082).

Favorece el diseño de sistemas constructivos compuestos en el país la existencia del Sistema de Herramientas para el Cálculo de Estructuras Compuestas (SECOM), que resume e integra los resultados descritos y forma parte de los esfuerzos desarrollados en la Facultad de Construcciones de la Universidad de Camagüey en el establecimiento de las bases metodológicas y normativas para el cálculo de estructuras compuestas de hormigón y acero en el país.

SECOM facilita el diseño a partir de una sólida fundamentación teórica y experimental, en correspondencia con la práctica internacional y la normatividad vigente en Cuba, contribuyendo a la difusión y empleo de diferentes tipologías de construcción compuesta como alternativas ventajosas en el proyecto de obras estructurales.

Los programas de computación VigaCom, CelCom y LosaCom, han sido programados y compilados en Borland Delphi, Versión 6.0, compatibles con Sistema Operativo Windows 95 o superior, requieren de instalación, implementada en Install Shield Express. Cuentan con un alto nivel de implementación y resuelven con eficacia el problema técnico, presentando una relación usuario-máquina amigable, que facilita su empleo.

El conjunto de ayudas en línea, gráficas y de texto que brindan los tres programas de computación que integran SECOM, permite una adecuada articulación entre el Sistema y otras normativas vigentes en el país, a la vez que ofrecen una extraordinaria facilidad en el diseño.

El conjunto de tres programas de computación : VigaCom, CelCom Y LosaCom permite calcular entrepisos compuestos de hormigón y acero utilizando vigas de alma llena o celosías, considerando tres casos generales: – losa de hormigón directamente apoyada en las vigas.

– lamina colaborante con las nervaduras perpendiculares a la viga. – lamina colaborante con las nervaduras paralelas a la viga. Los programas se basan en los principios para el cálculo establecidos en las Normas Ramales : NRMC 080:2004, NRMC 081:2004 y NRMC 082:2004 . Se aplican a entrepisos con distribución uniforme o no de las vigas. La sección transversal básica de las vigas de celosías considerada en CelCom está conformada por cuatro angulares, dos en cada cordón de la viga de celosías. Para vigas de alma llena el programa VigaCom, contempla secciones laminadas, laminadas reforzadas, construidas o cajón. LosaCom permite calcular losas compuestas con láminas acanaladas o losas de hormigón armado. En todos los casos se utiliza el método general de cálculo de los estados límites. Los programas permiten la comprobación de los diferentes estados límites últimos y de utilización a partir de la captura de los diferentes datos de la estructura y los materiales componentes. Es posible seleccionar la sección transversal a partir de surtidos de perfiles predeterminados o introducir datos de otros surtidos disponiblesEn la corrida se realizan las comprobaciones establecidas en las normativas y se ofrece la información de los principales resultados del cálculo ordenados según los diferentes estados límites, incluyendo el diseño de la conexión, permitiendo realizar valoraciones y ajustes de una manera rápida y sencilla.Lo descrito anteriormente indica las amplias posibilidades de aplicación en el diseño de entrepisos en edificaciones sociales e industriales, permitiendo la valoración de múltiples alternativas de soluciones con rapidez y seguridad en los resultados.

En el presente trabajo se hace un amplio uso del programa VigaCOM en el diseño de las diferentes variantes consideradas.

Capitulo 2.

Diseño estructural básico para el sistema constructivo

2.1 Criterios Generales.

En el desarrollo del sistema se consideran los siguientes criterios generales:

1. Utilizar las modulaciones medias tradicionalmente empleadas en los sistemas constructivos para edificaciones de viviendas .De esta forma se consideran intercolumnios de 3.30 m; 3.60 m; 3.90 m; 4.20 m y distancias entre columnas en el sentido de los pórticos de 1.80 m; 2.40 m y 3.60 m; pudiéndose variar el orden de ubicación. Esta gama de valores en ambos sentidos ofrece mucha libertad en el diseño.

2. En cada eje de carga habrá un pórtico rígido con distancias entre columnas de 1.80m (la mitad de la modulación máxima) que es de 3.60m, capaz de absorber un gran por ciento de los esfuerzos provocados por la carga de viento e impedir los desplazamientos excesivos en la edificación.

3. No se ha considerado la rigidización a través de crucetas ya que las mismas impedirían la libertad en el diseño de puertas, ventanas etc. La solución dada permite el cierre en los marcos con papelería ligera, muros de cerámica aligerada o cualquier otro material sin dificultad.

4. Se busca facilidad de ejecución y montaje al considerar las vigas que no están ubicadas en el pórtico rígido, como articuladas a las columnas.

5. Se proponen modulaciones de intercolumnios hasta 4.20m buscando la posibilidad de no utilizar vigas secundarias, simplificando el diseño, montaje y ejecución final.

6. La distancia entre columnas hasta 3.60 m permite que las cargas que bajen por las mismas no sean excesivas y no se requiera un número elevado de conectores, lo cual esta limitado por el ancho del ala de la viga metálica, la cantidad de valles de la lámina perfilada en contacto con las vigas.

2.2 Descripción general del sistema.

El sistema es aporticado y la solución de cubierta y entrepisos se logra a través de un entramado de vigas metálicas, una losa de hormigón y una lámina de acero que tiene una configuración grecada que es utilizada como encofrado permanente y refuerzo a tracción de la losa, así como de plataforma de trabajo en la etapa de construcción. (Ver figura 2.1).

Se utilizan columnas de acero de 2.7 m de altura, que pueden estar separadas a 3.30 m ,3.60 m, 3.90 m y 4.20 m de intercolumnio. Los módulos de luces empleadas son de 1.8m, 2.4m y 3.60m. La altura total del edificio es de tres plantas.

Figura 2.1. Viga y losa compuesta con lámina colaborante.

2.3 Diseño de la losa compuesta.

2.3.1 Generalidades.

Algunos principios generales para el diseño de las losas compuestas son los siguientes:

• La losa es continua a todo lo largo de la viga y su espesor esta compuesto por la altura nominal de los nervios (hr), que no debe ser mayor que 80mm, por el espesor de la lámina de acero (dsd) y el espesor de la losa por encima de los nervios (ho), que debe ser de 50mm como mínimo.

• El ancho promedio de los canales (Wr) no debe ser menor que 50 mm y para el cálculo se tomará un valor no mayor que el ancho de la nervadura en la parte alta del encofrado.

• Se especifica una resistencia característica mínima del hormigón a la compresión de 20 MPa.

• Deben diferenciarse las comprobaciones a realizar en la etapa de construcción y explotación, donde la sección resistente es tanto la metálica como la compuesta.

• La lámina de acero puede apuntalarse en la etapa de construcción si no es capaz de soportar ella sola las cargas durante esta etapa o si la flecha es excesiva.

• En el diseño de este tipo de losa que trabaja a flexión, lo más general es que solo se use la combinación (1.4) carga permanente (1.7) carga temporal.

• Se dispondrá de un refuerzo mínimo por retracción y temperatura sobre la nervaduras de la lámina en el cual se debe utilizar barras de pequeño diámetro por la poca magnitud del mismo y generalmente se usan mallas electro soldadas.

El diseño se realizó con orientación de la lámina perpendicular a la viga metálica. (Ver Fig. 2.2).

Figura 2.2 Viga compuesta con lámina perpendicular al eje de la viga.

2.3.2 Cargas.

Para el cálculo de las cargas se utilizó la NC 283:2003: "Densidad de materiales naturales, artificiales y de elementos de construcción como carga de diseño" y la NC-284: 2003. "Edificaciones. Cargas de uso".

Fijamos la densidad del los materiales a utilizar y según el uso del sistema para viviendas se tomó una carga temporal de 2 kN/m2, para entrepiso y de 0.8 kN/m2 para la cubierta.

Los valores generales considerados son los siguientes:

Peso propio del hormigón =23 kN/m3 (refuerzo mínimo)

Peso propio de la lámina =78.5 kN/m3

Peso de relleno =17 kN/m3

Espesor de relleno =0.05 m

Peso del mortero =20 kN/m3

Espesor del mortero =0.025 m

Peso de la terminación de piso =23 kN/m3

Espesor de la terminación del piso =0.02 m

Seguidamente se presenta la determinación de las cargas para los diferentes intercolumnios:

Para un intercolumnio de 3.3 m

Fig. 2.3. Sección de la losa compuesta. Intercolumnio de 3,3 m.

Para un intercolumnio de 3.60 m

Fig. 2.4. Sección de la losa compuesta. Intercolumnio de 3,6 m.

Para un intercolumnio de 3.90 m

Fig. 2.5. Sección de la losa compuesta. Intercolumnio de 3,90 m.

Para un intercolumnio de 4.20 m

Fig. 2.6. Sección de la losa compuesta. Intercolumnio de 4.2 m.

2.3.3 Diseño

El diseño de la losa compuesta se realizó con el software LosaCOM del sistema SECOM, que permite calcular losas compuestas a flexión con láminas perfiladas de acero como encofrado permanente, lográndose el trabajo conjunto entre la losa de hormigón y la lámina mediante el uso de conectores mecánicos que trae esta última en su parte superior.El programa sigue el procedimiento expuesto en la NRMC 082: 2004. "Cálculo de losas compuestas con láminas de acero como encofrado colaborante, sometidas a cargas estáticas. Código de buenas prácticas".

Se consideraron los siguientes datos generales de la losa compuesta:

• resistencia característica del acero de la lámina.

• resistencia a tracción del acero en barra de la losa.

• resistencia característica del hormigón a compresión.

• coeficiente de minoración de la lámina colaborante.

• coeficiente de minoración del acero de la losa.

• coeficiente de minoración del hormigón, módulo de elasticidad del acero.

• denominador de la flecha permisible en la etapa de construcción.

• longitud de la losa

• espesor de la losa.

• peralto de los nervios de la lámina.

• espesor de la lámina sin el recubrimiento galvanizado.

• longitud de las alas de la lámina, ancho de la parte inferior de la lámina.

• ancho de cálculo de la losa en la parte superior.

• momento actuante en la etapa de construcción y explotación

• tipos de cargas.

• cargas permanentes en la etapa de construcción y explotación.

• cargas temporales y coeficiente de mayoración de cargas.

Para la selección de la losa compuesta más factible se realizaron los siguientes chequeos:

– Flecha de la etapa de construcción menor que la Flecha permisible en la etapa de construcción.

-Cortante máximo actuante de cálculo menor que el Cortante último de cálculo por adherencia entre el hormigón y la lámina y que el Cortante máximo de cálculo que resiste el hormigón.

-Momento máximo actuante de cálculo menor que el Momento último resistente de cálculo.

-Flecha de la etapa de explotación menor que la Flecha permisible en la etapa de explotación.

Estos chequeos se realizaron buscando los espesores de hormigón y lámina mas adecuados. Según el análisis expuesto se considera que la altura nominal de los nervios (hr) a utilizar, para todos los intercolumnios es de 7.6cm; para que las flechas en la etapa de construcción y explotación fueran menores que las admisibles en la mismas etapas. En la medida que se fueron incrementando los intercolumnios se requirieron espesores de lámina y hormigón mayores, siempre buscando el menor espesor posible de ambos. Los resultados del diseño de las losas se muestran en la Tabla 2.1.

Tabla 2.1 Resultados del diseño de la losa. Espesores.

Tabla 2.2 Resultados del diseño de la losa. Momentos, cortante y flecha.

2.4 Diseño de la viga compuesta.

2.4.1 Generalidades.

Algunos principios generales para el diseño de las vigas compuestas son los siguientes:

• Se especifica una resistencia característica mínima del hormigón a la compresión de 20 MPa.

• Deben diferenciarse las comprobaciones a realizar en la etapa de construcción y explotación, donde la sección resistente es tanto la metálica como la compuesta.

• La viga de acero puede apuntalarse en la etapa de construcción si no es capaz de soportar ella sola las cargas durante esta etapa o si la flecha es excesiva.

• En el diseño de este tipo de viga que trabaja a flexión, lo más general es que solo se use la combinación (1.2) carga permanente (1.4) carga temporal.

• Se prevé el fallo por agrietamiento a lo largo de la línea de colocación de los conectores, disponiendo un refuerzo transversal adicional en la parte inferior de la losa de trabajo conjunto, con un área no menor que 0.002 veces el área de hormigón en la dirección longitudinal de la viga y un espaciamiento uniforme a lo largo a lo largo de la luz de la viga compuesta.

• Se debe considerar un coeficiente de servicio (?u) con un valor de 0.9 para disminuir la capacidad resistente de la sección compuesta.

• La losa de trabajo es monolítica y esta unida a la viga metálica mediante conectores, con el objetivo de lograr el trabajo en conjunto a flexión.

• El ancho efectivo de la losa de trabajo conjunto, a considerar a cada lado del eje de la viga metálica, no excederá de: Un octavo de la luz de la viga, medida de eje a eje de los apoyos; la mitad de la distancia al eje de la viga adyacente; la distancia desde el eje de la viga hasta el extremo de la losa.

2.4.2 Cargas.

Después de haber calculado las cargas linealmente distribuidas sobre la losa y llevadas superficialmente sobre la misma, se pasó a realizar el cálculo de las cargas sobre la viga para cada intercolumnio, según la NC-080: 2004. "Cálculo de entrepisos compuestos de hormigón y acero con vigas de alma llena sometidos a cargas estáticas .Código de buenas prácticas." Son mayoradas las cargas permanentes por 1.4 y las cargas temporales por 1.7.

2.4.3 Diseño.

Para el diseño de las vigas, se partió del cálculo de las cargas tanto en la etapa de construcción como en la de explotación, para hallar los módulos de la sección a la flexión (W) requeridos en cada etapa. Son considerados diferentes surtidos de perfiles: americanos W y S, europeos IPN y IPE y METUNAS IS y IA.

Se diseño la etapa de explotación para los criterios de diseño metálico y compuesto. Se toma en cuenta la necesidad de cumplir requerimientos, tales como el espaciamiento mínimo entre conectores, que debe ser mayor que 4 veces el diámetro del perno y la distancia entre el extremo del perno y el borde del ala de la viga, que no debe ser menor de 20 mm. Resulta que cuando se necesite conectar mediante dos pernos, debe realizarse diagonalmente, lo que hace que el ancho mínimo de las alas sea de 12 cm. Cuando se utiliza un perno, el ancho mínimo de ala requerido es de 8 cm. Igualmente debe considerarse que al usarse lámina con nervadura perpendicular al eje de las vigas se dispondrá de un numero limitado de valles en contacto con la viga, que deciden el numero máximo de conectores que pueden ser dispuestos. Teniendo en cuenta esas especificaciones y que la altura mínima del conector debe ser 38 mm por encima de la cresta de la lámina, se procedió a definir en qué casos es posible la conexión.

2.4.3.1 Diseño de viga metálica.

Se determinaron los módulos requeridos en cada etapa, según los criterios de resistencia y flecha, para las diferentes luces e intercolumnios considerados.

Tabla 2. 3 Resumen de cargas y módulos requeridos.

Tabla 2.4 Selección de perfiles metálicos sin conexión. Luz 1,80 m

Tabla 2.5 Selección de perfiles metálicos sin conexión. Luz 2.40 m

Tabla 2.6 Selección de perfiles metálicos sin conexión. Luz 3.60 m

2.4.3.2 Diseño de las vigas compuestas.

El diseño de las vigas compuestas se realizó mediante el software VigaCOM, que es un programa de computación que forma parte del "Sistema de herramientas para el cálculo de estructuras compuestas. SECOM" y permite diseñar entrepisos compuestos de hormigón y acero utilizando vigas de alma llena. El programa sigue el procedimiento expuesto en la NRMC 080: 2004. "Cálculo de entrepisos compuestos de hormigón y acero con vigas de alma llena sometidos a cargas estáticas. Código de buenas prácticas" y en el Anteproyecto de Norma NRMC XX: 2005. "Cálculo de entrepisos compuestos de hormigón y acero con vigas ahogadas sometidos a cargas estáticas. Código de buenas prácticas".

Inicialmente se fijan las resistencias características a compresión y a tracción de los distintos materiales empleados en la sección compuesta, así como los coeficientes de minoración de los mismos, los módulos de elasticidad de los aceros en barras y laminado, valor del denominador de la flecha permisible, las dimensiones de los elementos componentes, la ubicación, separación, luz y tipo de sección transversal de la viga. Luego se suministran los datos referentes a los conectores y tipo de interacción, así como se analizan 12 combinaciones posibles de esquemas de análisis y de cargas. De seleccionarse alguno de ellos se introducen los datos de las cargas que actúan e internamente se determinan las solicitaciones necesarias para los cálculos. De no seleccionarse alguno de estos deben darse los datos referentes a las solicitaciones que actúan. Los resultados del diseño se encuentran en las tablas siguientes.

Datos generales:

Rapk1=260MPa R´apk1=260MPa ?ap1=1.1

Rak=300MPa ?a=1.15 R´bk=20 MPa ?b=1.6 Ea=210000 MPa Eap=210000 MPa No=480 ?u=0.9

Rapk=250MPa R´apk=250MPa ?cb=1.35 ?a=1.25

Ø =1.9 cm Ct=1.4 Cp=1.2 Hs=11.4cm

Momento actuante: momento positivo

Tipo de carga: distribuida uniforme

Nomenclatura:

Los resultados obtenidos para las diferentes luces e intercolumnios se presentan en las Tablas .2.7, 2.8, 2.9, 2.10 y 2.11.

En el análisis en la luz de 1.80 m, para todos los intercolumnios no fue necesaria la conexión. Para los perfiles IPN sus anchos de alas no cumplían con el mínimo especificado para uno o dos conectores y sus módulos de la secciones eran mayores que el módulo requerido en la etapa de explotación. Para los restantes surtidos: americanos, europeos y de METUNAS, el más pequeño de los perfiles cuenta con un módulo de la sección mayor que el módulo requerido.

En el análisis en la luz de 2.40 m sólo se pudo conectar sin apuntalamiento intermedio los perfiles IS de METUNAS para los intercolumnios de 3.60m y 3.90m. Para los demás surtidos de perfiles no fue necesario conectar por las siguientes razones: no se cumplió la especificación del ancho del ala; o el menor perfil de cada surtido tuvo módulo de sección mayor que el requerido en la etapa de explotación; o porque el número de conectores requerido fue mayor que la cantidad de valles disponibles. En todos esos casos el perfil necesario por esos criterios resultó superior al seleccionado por el diseño metálico.

En el análisis en la luz de 3.60 m, hay más surtidos que permiten el uso de la conexión sin apuntalamiento intermedio, tales como los surtidos europeos IPE y HE, el americano W y el IS de METUNAS, para los intercolumnios de 3.30 m y 3.60 m; para intercolumnios de 3.90 m sólo se pueden conectar sin apuntalamiento intermedio los perfiles IS del surtido METUNAS. Para los surtidos europeos IPE y HE y el americano W, para intercolumnios de 3.90 m y 4.20 m, pudieran ser conectados, pero requerirían ser apuntalados en la etapa de construcción. Para los restantes casos el perfil necesario resultó superior al seleccionado por el diseño metálico.

Todas las conexiones tanto sin apuntalamiento, como con apuntalamiento, fueron posibles utilizando interacción parcial con grado de interacción p = 0,5. Es conocido que la interacción parcial se produce cuando se dispone un número menor de conectores que el necesario para que se desarrolle la capacidad resistente máxima a flexión de la sección compuesta, limitando la capacidad resistente de los elementos de unión (conectores) la resistencia a flexión de la viga compuesta.

2.5 Solicitaciones en pórticos.

Después de haber diseñado las vigas compuestas tanto centrales como extremas, se tomaron los pesos propios de cada perfil para los diferentes surtidos.

Tabla 2.12 Resumen de pesos

Para el cálculo de las cargas de viento se hizo uso de la NC-285:203. "Cargas de viento." Debido a que el sistema constructivo se puede ejecutar en cualquier zona del país se tomo una presión básica característica del viento más desfavorable. El coeficiente de recurrencia se tomó para 50 años, según la Norma. Se consideró un sitio expuesto y tipo de terreno A. Para determinar el coeficiente de altura, debido que el sistema sólo consta de tres niveles de 2.7 m de puntal, se tomó para una altura menor de 10 m. Con estas consideraciones expuestas anteriormente obtuvimos el coeficiente de ráfaga. Los resultados se muestran en las figuras 2.6, 2.7, 2.8 y 2.9.

Para un intercolumnio de 3.3 m

Fig. 2.7. Carga de viento. Intercolumnio de 3.3 m.

Para un intercolumnio de 3.6 m

Fig. 2.8. Carga de viento. Intercolumnio de 3.6 m.

Para un intercolumnio de 3.9 m

Fig. 2.9. Carga de viento. Intercolumnio de 3.9 m.

Para un intercolumnio de 4.20 m

Fig. 2.10. Carga de viento. Intercolumnio de 4.2 m.

2.5.1 Diseño de columnas

El diseño de las columnas se realizó, mediante el software Staad.Pro 2004. Primeramente se analizaron los pórticos en los cuales las solicitaciones serían más desfavorables, para un mínimo de columnas. Se tomaron dos variantes: una asimétrica con luces de 3.6 m, 1.8 m y 2.4 m (ver figura 2.10) y otra simétrica con luces de 3.6 m, 1.8 m y 3.6 m (ver figura 2.11). En este análisis se consideró la necesidad de un pórtico rígido que tomara las cargas laterales sin necesidad de arrostramiento del tipo cruceta, ya que esto limita la función del sistema. Este pórtico es el formado por la luz de 1.80 m en cada variante. Las restantes vigas serán articuladas. Las cargas de viento en el pórtico asimétrico fueron consideradas en sentidos opuestos. En el simétrico se consideró en una sola dirección. Las combinaciones empleadas fueron las siguientes CP+CT, CP*+CT*, CP+CT+CV, CP*+CT*+CV*, CP+CV, CP*+CV*. Los coeficientes utilizados fueron 1.2 para las cargas permanentes, 1.6 para las cargas temporales y 1.3 para las de viento y 0.9 para minorar las permanentes al combinarlas con el viento. Se diseñó mediante AICS; teniendo en cuenta que las columnas resistieran las cargas actuantes y a la vez los desplazamientos no superaran el admisible de H/500 donde H, es la altura de la edificación, siendo el desplazamiento admisible de 1.62 cm. Lo anteriormente expresado se puede ver en los anexos. Los resultados obtenidos se presentan en las siguientes Tablas.2.13, 2.14, 2.15, 2.16.

Pórtico asimétrico y simétrico

2.6 Solicitaciones en la base del pórtico

Las solicitaciones en la base del pórtico se determinaron para cada variante de entrepiso ya fuera simétrica o asimétrica y para intercolumnios de 3.60 m y 4.20 m. Para cada pórtico se tomaron las solicitaciones más desfavorables tanto para Fx, Fy y Mz para todas las combinaciones de cargas. Lo antes expuesto se puede ver en los anexos. Los resultados obtenidos se muestran en las siguientes tablas

Diseño de columnas del pórtico asimétrico

Para 3.60 de intercolumnio

Vigas compuestas H-120B

Columnas del pórtico articulado HE-140A

Columnas del pórtico rígido HE-240A

Vigas del pórtico rígido HE-240A

Tabla 2.17.Reacciones de apoyos en la base.

Vigas compuestas W130x28

Columnas del pórtico articulado W130x28

Columnas del pórtico rígido W200x59

Vigas del pórtico rígido W200x59

Tabla 2.18.Reacciones de apoyos en la base.

Vigas compuestas IPE-180

Columnas del pórtico articulado HE-140A

Columnas del pórtico rígido HE-240A

Vigas del pórtico rígido HE-240A

Tabla 2.19.Reacciones de apoyos en la base.

Vigas compuestas IS150x6/150×8

Columnas del pórtico articulado IS150x6/150×8

Columnas del pórtico rígido IS200x8/200×16

Vigas del pórtico rígido IS200x8/200×16

Tabla 2.20.Reacciones de apoyos en la base.

Para 4.2 de intercolumnio

Vigas compuestas HE-120B

Columnas del pórtico articulado DIL-140

Columnas del pórtico rígido HE-260A

Vigas del pórtico rígido HE-260A

Tabla 2.21.Reacciones de apoyos en la base.

Vigas compuestas W130x24

Columnas del pórtico articulado W150x30

Columnas del pórtico rígido W200x271

Vigas del pórtico rígido W200x71

Tabla 2.22.Reacciones de apoyos en la base.

Vigas compuestas IPE-R160

Columnas del pórtico articuladote DIL-140

Columnas del pórtico rígido HE260A

Vigas del pórtico rígido HE260A