DiseDiseo de Estructuras o de Estructuras MetMetlicas aplicando SAP licas aplicando SAP

20002000

Cargas de diseCargas de diseoo

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

Cargas MuertasCargas Muertas

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

Cargas VivasCargas Vivas

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

Los cLos cdigos de construccidigos de construccin acostumbran prescribir las n acostumbran prescribir las cargas vivas bascargas vivas basndose en quindose en quines ocupan los edificios nes ocupan los edificios y su situaciy su situacin, y entre las que incluyen las cargas de n, y entre las que incluyen las cargas de viento, nieve y sviento, nieve y ssmicas.smicas.

Los valores de las cargas vivas que dan los cLos valores de las cargas vivas que dan los cdigos de digos de construcciconstruccin, por lo general se basan en valores n, por lo general se basan en valores estadestadsticamente conservativos.sticamente conservativos.

Cargas VivasCargas Vivas

Cargas de vientoCargas de viento

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

ComComnmente no se tiene en cuenta el efecto de nmente no se tiene en cuenta el efecto de protecciproteccin de las estructuras adyacentes o del terreno.n de las estructuras adyacentes o del terreno.

Cargas de VientoCargas de Viento

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

1.503030.1 a 150100 a 499

1.252515 a 3050 a 99

1.0209.1 a 14.930 a 49

0.7515< 9< 30

SI,Kpalb/pie2mpies

Presin del vientoAltura

Fuente : Diseo de Acero Estructural - Joseph E. Bowles

Cargas de vientoCargas de viento

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

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

Cargas de vientoCargas de viento

Se considerarSe considerarn los efectos aerodinn los efectos aerodinmicos cuando el viento se micos cuando el viento se aplique contra edificios con techos en pendiente. Para pendienteaplique contra edificios con techos en pendiente. Para pendientes s de techo menores de 30de techo menores de 30 (que incluyen los techos planos) la (que incluyen los techos planos) la presipresin del viento sobre el techo que indica el NBC, es una n del viento sobre el techo que indica el NBC, es una succisuccin que actn que acta hacia afuera, normal a la superficie del techo, a hacia afuera, normal a la superficie del techo, con un valor de 1.25 x la presicon un valor de 1.25 x la presin previamente recomendada.n previamente recomendada.

La carga de viento sobre techos con pendientes mayores de 30La carga de viento sobre techos con pendientes mayores de 30se obtiene de la presise obtiene de la presin del viento que actn del viento que acta normalmente a la a normalmente a la superficie del techo, y donde el valor bsuperficie del techo, y donde el valor bsico previamente sico previamente indicado dependerindicado depender de la altura. La altura para determinar la de la altura. La altura para determinar la presipresin sobre el techo se mide como la diferencia entre las n sobre el techo se mide como la diferencia entre las elevaciones promedio del terreno y el techo.elevaciones promedio del terreno y el techo.

Se hace notar que debido a que el viento puede soplar desde Se hace notar que debido a que el viento puede soplar desde cualquiera de los lados de un edificio, la estructura es simcualquiera de los lados de un edificio, la estructura es simtrica, trica, aunque el anaunque el anlisis del viento se efectlisis del viento se efecta desde una sola direccia desde una sola direccin.n.

Cargas de vientoCargas de viento

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

Las estructuras, los elementos de cierre y los Las estructuras, los elementos de cierre y los componentes exteriores de todas las edificaciones componentes exteriores de todas las edificaciones expuestas a la acciexpuestas a la accin del viento sern del viento sern disen diseados para ados para resistir las cargas (presiones y/o succiones) exteriores e resistir las cargas (presiones y/o succiones) exteriores e interiores debidas al viento, suponiendo que interiores debidas al viento, suponiendo que ste actste acta a en dos direcciones horizontales perpendiculares entre en dos direcciones horizontales perpendiculares entre ss. En la estructura la ocurrencia de presiones y/o . En la estructura la ocurrencia de presiones y/o succiones exteriores sersucciones exteriores ser considerada simultconsiderada simultneamente.neamente.

Cargas de vientoCargas de viento

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

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

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

Tipo 3.Tipo 3.-- Edificaciones que presentan problemas aerodinEdificaciones que presentan problemas aerodinmicos especiales micos especiales tales como domos, arcos, antenas, chimeneas esbeltas y cubiertastales como domos, arcos, antenas, chimeneas esbeltas y cubiertas colgantes. colgantes. Para este tipo de edificaciones las presiones de disePara este tipo de edificaciones las presiones de diseo se determinaro se determinarn a partir n a partir de procedimientos de ande procedimientos de anlisis reconocidos en ingenierlisis reconocidos en ingeniera, pero no sera, pero no sern n menores que las especificadas para el tipo 1.menores que las especificadas para el tipo 1.

Tabla 3.2 Factores de Forma (C)

- 0.6+ 0.8Superficies inclinadas entre 60 y la vertical

- 0.6+ 0.7- 0.3

Superficies inclinadas entre 15 y 60

- 0.6+ 0.3- 0.7

Superficies inclinadas a 15 o menos

- 0.5+ 0.8Arcos y cubiertas cilndricas con un ngulo de inclinacin que no exceda 45

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

-+ 0.7Tanques de agua, chimeneas y otros de seccin circular o elptica

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

- 0.6+ 0.8Superficies verticales de edificios

SotaventoBarloventoConstruccin

El signo positivo indica presin y el negativo succin

Fuente : Reglamento Nacional de Construcciones

Cargas de vientoCargas de viento

Cargas de vientoCargas de viento

Velocidad de diseVelocidad de diseo del vientoo del viento La velocidad de diseLa velocidad de diseo hasta 10 m de altura sero hasta 10 m de altura ser la velocidad mla velocidad mxima adecuada a la xima adecuada a la

zona de ubicacizona de ubicacin de la edificacin de la edificacin pero no menos de 75 n pero no menos de 75 KmKm/h. La velocidad de /h. La velocidad de disediseo del viento en cada altura de la edificacio del viento en cada altura de la edificacin se obtendrn se obtendr de la siguiente expreside la siguiente expresin:n:

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

disediseo hasta 10 m de altura en o hasta 10 m de altura en KmKm/h y h es la altura sobre el terreno en metros./h y h es la altura sobre el terreno en metros. Carga Exterior de VientoCarga Exterior de Viento La carga exterior (presiLa carga exterior (presin o succin o succin) ejercida por el viento se supondrn) ejercida por el viento se supondr estesttica y tica y

perpendicular a la superficie sobre la cual actperpendicular a la superficie sobre la cual acta. Se calculara. Se calcular de la expreside la expresin:n: PhPh = 0.005 C Vh2= 0.005 C Vh2 donde: donde: PhPh es la presies la presin o succin o succin del viento a una altura h en n del viento a una altura h en KgKg/m2; C es un factor /m2; C es un factor

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

Cargas de nieveCargas de nieve

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

Cargas de sismoCargas de sismo

Los anLos anlisis slisis ssmicos siguen dos tendencias generales. smicos siguen dos tendencias generales. Una de ellas es tratar de modelar la estructura como un Una de ellas es tratar de modelar la estructura como un conjunto de masas y resortes y usar una computadora conjunto de masas y resortes y usar una computadora digital para desarrollar espectros de respuesta para digital para desarrollar espectros de respuesta para diversas aceleraciones sdiversas aceleraciones ssmicas supuestas. El otro smicas supuestas. El otro mmtodo consiste en obtener las aceleraciones stodo consiste en obtener las aceleraciones ssmicas smicas con base en la probabilidad scon base en la probabilidad ssmica, un periodo de smica, un periodo de excitaciexcitacin basado en la geometrn basado en la geometra del edificio, y aplicar a del edificio, y aplicar la ecuacila ecuacin de fuerza n de fuerza FF = = mama, para obtener una fuerza , para obtener una fuerza de aceleracide aceleracin que se prorratea de alguna manera en los n que se prorratea de alguna manera en los diferentes pisos, de modo que diferentes pisos, de modo que FFii = = FF..

RNCRNC--Norma de CargasNorma de Cargas

Escalas sEscalas ssmicassmicas ZonificaciZonificacin sn ssmicasmica ClasificaciClasificacin de los suelosn de los suelos Criterios de diseCriterios de diseo resistenteo resistente Consideraciones para el diseConsideraciones para el diseo so ssmicosmico MMtodo General para la determinacitodo General para la determinacin de las n de las

fuerzas sfuerzas ssmicas horizontalessmicas horizontales Fuerzas sFuerzas ssmicas verticalessmicas verticales