Memoria Tecnica Con Cargas

ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL

FACULTAD DE INGENIERIA EN CIENCIAS DE LA TIERRA

CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

“MEMORIA TÉCNICA SOBRE ARMADURA METÁLICA – CERCHA PARA CUBIERTA””

INFORME TECNICO DE ESTRUCTURAS 1

PRESENTADO POR:

ROBERTO ANÍBAL ANTÓN SÁNCHEZJORGE ADRIAN ATIENCIA RAMIREZRAUL ALBERTO BAJANA CABELLO

CARLOS ALBERTO CELLERI GUERREROWILLIAM VINICIO PARRALES BERNABÉDIEGO ALEXANDER PESANTES ROBLES

GUAYAQUIL – ECUADOR

VIERNES 27 DE JUNIO DEL 2014

MEMORIA TÉCNICA SOBRE ARMADURA METÁLICA – CERCHA PARA CUBIERTA

INTRODUCCIÓN

La estructura elegida para realizar una memoria técnica referente a la misma fue una cercha para cubierta.

Los ingenieros han de proyectar cerchas para diversos tipos de construcciones, y para realizar este proyecto, deben determinar la disposición, forma y partes de que se compondrá la estructura. Luego deben adoptar según estimaciones o cálculos las cargas que habrá de soportar dicha estructura.

En la fase siguiente del proyecto hay que estudiar las dimensiones que han de darse a los elementos de acuerdo con las tensiones de trabajo admisibles para los materiales y con los demás requisitos necesarios para el funcionamiento correcto de la estructura.

El desarrollo del proyecto de una cercha para cubierta comprende por lo menos cuatro fases: En la primera fase se adopta un trazado de cercha. En la segunda fase se considera a estimaciones o cálculos, un sistema de cargas que debe tener en cuenta la carga permanente (peso del material de la cubierta y peso propio de la cercha), cargas debidas a la nieve, al viento, sísmicas, entre otras. En la tercera fase se hallan los esfuerzos longitudinales en las distintas barras o elementos de que se compone la cercha. En la cuarta fase se determinan las dimensiones de dichas barras o elementos de acuerdo con las especificaciones del proyecto.

Para cubrir un edificio en el que es necesario dejar una luz libre de más de 12 a 15 metros, se utilizan comúnmente formas reticulares planas, llamadas cuchillos o cerchas, que van separadas de 4,50 a 7,50 metros entre sí y soportan el material de cubrición. Estos cuchillos o cerchas pueden descansar sobre pilares o sobre los muros laterales de fábrica del edificio.

Si la luz del cuchillo o cercha es pequeña, es decir, menor de 12 a 15 metros, se le puede anclar al muro por los dos extremos, aunque los pasadores de anclaje de uno de los extremos deben disponerse dentro de orificios ranurados en la placa de apoyo a fin de prever la dilatación o contracción de la cercha por los cambios de temperatura.

Para luces grandes, las cerchas deben estar articuladas en un extremo y apoyados sobre rodillos o rótulas en el otro extremo.

La distancia entre dos cerchas consecutivas se llama módulo. Las correas son vigas longitudinales que van apoyadas sobre los pares de la cercha y con preferencia sobre los nudos de su entramado. Si las correas no apoyan directamente sobre los nudos del cordón superior o par de la cercha, el par estará sometido a esfuerzos longitudinales y momentos de flexión. El material de cubrición (con o sin enlatado) puede apoyarse sobre las correas o sobre cabrios que a su vez se apoyan sobre las correas.

Una cercha situada en el interior recibirá las cargas transmitidas por las correas de los dos lados; de manera que la carga de cubierta que ha de soportar es la correspondiente a un módulo completo. La luz de la cercha es la distancia horizontal entre apoyos; su altura es la distancia vertical entre caballete y alero, es decir, entre clave y arranque; su rebajamiento es la relación entre la altura y la luz.

Paralelo 1 – Grupo # 4 Página 2


Aunque los muros y correas contribuyen a mantener una estabilidad longitudinal, es necesario generalmente disponer un arriostramiento adicional. Las barras de arrioestramiento longitudinal o diagonal que van de cercha a cercha pueden estar en el plano definido por los pares, por los tirantes o por un par y un tirante; de aquí los nombres de riostras de par o riostras de tirante.

La elección del tipo de cercha que ha de emplearse depende en general, de la longitud del vano a cubrir, de la magnitud de las cargas y de la clase de material que se vaya a utilizar.

Las barras verticales de la forma tipo Howe y las barras diagonales de la forma tipo Pratt trabajan normalmente a tracción y resulta económico hacerlas con varilas de acero si el resto de la forma está construido con madera.

Los cordones superiores de las formas tipo How, Pratt y Warren pueden ser horizontales (o con una pequeña pendiente para facilitar la recogida de aguas), o bien pueden tener inclinaciones pronunciadas que se indican.

Las cerchas tipo Fink y Fan, con o sin quiebro del cordón inferior, se construyen generalmente de acero.

Las formas en diente de sierra son muy aptas para los edificios de fábricas donde se necesita luz por los ventanales que dan al norte. Las formas de tijera se emplean frecuentemente en las estructuras de las iglesias. Los arcos de tres articulaciones, con o sin tirantes, se usan a menudo para los edificios de grandes luces, tales como arsenales o gimnasios.

Con el sustento de lo afirmado, se decidió aplicar integralmente los procedimientos de análisis de la cercha para cubierta en BELLAVISTA.

Una cuestión importante para cualquier estructura triangulada es el isostatismo: Si la estructura es isostática entonces se puede determinar las solicitaciones a partir del esquema y realizar el dimensionamiento de las secciones de las barras estrictamente.

Existe una regla sencilla para poder determinar el isostatismo de la estructura: Contando como barras las condiciones de sustentación expresadas en bielas. De esta manera, el apoyo simple sería 1 biela, la articulación sería 2 bielas, mientras que el empotramiento sería 3 bielas. Aparte en toda estructura triangulada plana isostática, el número de barras es el doble del número de nudos.

La condición del isostatismo consiste en que cada nudo permite plantear dos ecuaciones de equilibrio de fuerzas equivalentes a que cierre el sumatorio.



OBJETIVO

Las cerchas para cubiertas han de soportar su peso propio, el peso de las riostras, del cielo raso y de otras cargas colgadas y el de las cargas que transmiten las correas. Uno de los requisitos para el funcionamiento correcto de la cercha es que las cargas vayan aplicadas únicamente sobre los nudos. A veces se colocan las correas apoyándolas sobre el cordón superior entre dos nudos.

En este caso, para analizar la cercha, se distribuye la carga transmitida por cada correa a los dos nudos adyacentes; pero al calcular el codón superior hay que tener en cuenta los esfuerzos longitudinales deducidos del análisis y los esfuerzos debidos al momento de flexión que se origina por las cargas de las correas que apoyan entre dos nudos del cuchillo. Hay que suponer que el peso propio de la cercha y el de las riostras se reparten sobre los nudos del cordón superior y el peso del cielo raso o cargas colgadas sobre los nudos del cordón inferior.

En general, las cargas que actúan sobre una cercha de cubierta son la carga permanente, la nieve y el viento. En la carga permanente se incluye (1) el peso del material de cubrición (con o sin entablado), de los cabrios si los hay y el de las correas; (2) el peso del sistema de riostras; (3) el peso propio de la cercha, y (4) el peso del cielo raso o de otras cargas colgadas. Si se quiere, las (1) y (4) pueden calcularse antes de analizar la cercha; las (2) y (3) hay que suponerlas para empezar el análisis, y ,después de hacer los cálculos del proyecto, determinar su verdadero valor.

Afortunadamente, las cargas (2) y (3) suelen ser una pequeña parte de la carga total; así que aun cuando el valor supuesto difiera mucho del verdadero, no se apreciará apenas en los resultados que se obtengan para los esfuerzos máximos.

El material de cubrición que comúnmente se utiliza es chapa ondulada, cartones asfálticos o fibrocemento, ripias, tejas, pizarras, losetas delgadas de hormigón y gravilla aglomerada con alquitrán. Los cabrios y tablazón se utilizan o no según el material de cubrición pueda o no sujetarse por sí mismo.

El peso varía entre 25 a 125 kg/m2 de superficie de tejado. El peso de un cielo raso puede oscilar entre 40 y 50kg/m2 de superficie horizontal. El peso de un sistema de arriostramiento puede variar entre 3 a 8 kg/m2 de la superficie de tejado.

Se ha considerado que el uso del edificio será para almacén de productos y oficinas.



CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL

Como anteriormente se mencionó, las configuraciones estructurales más conocidas para cerchas son Howe, Pratt, Warren, Fink y Fan. En honor a sus inventores o propagadores. Otras configuraciones son King Post, Abanico, en diente de sierra, tipo de tijera y arco de tres articulaciones con tensor. En el caso presentado en el presente informe, se ha utilizado una cercha de forma tipo Howe.

La cercha tipo Howe está formada por elementos horizontales superiores y/o inferiores entre los cuales se encuentran dispuestas las barras diagonales y verticales, donde los elementos verticales trabajan a tracción y los diagonales, a compresión. Esta configuración no solo es usada para cubiertas, sino también para otros tipos de construcciones, como elementos de puentes.



MATERIALES

La cercha está compuesta de elementos de acero estructural A-36 con fy=2400 kg/cm2. El peso unitario del acero está en 78.5 KN/m3. La armadura estructural, es considerada material homogéneo y de paredes delgadas (perfiles). Para la protección del acero estructural se usaron dos manos de pintura anticorrosiva y una mano de esmalte, realizando previamente una limpieza para sacar el óxido, la grasa y el polvo.

Para los miembros de la estructura se ha tomado como referencia la tabla de datos técnicos de los perfiles estructurales de las cargas de la empresa DIPAC.

Correas:

Perfil Estructural “G” 150 X 50 X 15 X 2

Peso/Longitud: 4.14 kg/m

Área de la Sección: 5.34 cm2

Inercia de la Sección Eje X-X: 179 cm4

Inercia de la Sección Eje Y-Y: 17.10 cm4

Canales:

Perfil Estructural “U” 150 X 50 X 3







Perfil Estructural “U” 150 X 50 X 2





Ángulos:

Perfil Estructural “L” 40 X 40 X 3



Inercia de la Sección Eje X-X y Eje Y-Y: 3.50 cm4



Perfil Estructural “L” 40 X 40 X 2



Inercia de la Sección Eje X-X y Eje Y-Y: 2.44 cm4



MODELO GEOMÉTRICO DE LA ESTRUCTURA

Se presenta el esquema gráfico de la estructura con sus medidas para poder realizar los cálculos.´



REGLAMENTOS DE DISEÑO APLICADOS

Las normas de diseño que se aplicaron en esta estructura son del ASCE, AISC, NEC-INEN y UBC.



CARGAS APLICADAS

Los tipos de cargas y magnitudes que se aplicaron en el análisis son: Cargas permanentes, cargas vivas, cargas de viento y cargas sísmicas. En la siguiente lista están todas las cargas consideradas en el análisis excepto cargas de viento, nieve y ciertos elementos estructurales cuyos datos no se pudieron ceder.

Cargas Permanentes: Cubierta 10 kg-f/m2 de superficie de tejado.

Cargas Vivas: 50 kg-f/m2 de superficie de tejado (por norma de construcción en ese tiempo, actualmente la NEC solicita que sea el doble).

Peso propio de la estructura: 10 kg-f/m2 de superficie horizontal.

Para determinar la combinación, tipo y ubicación de estas cargas en la estructura, se tomó en cuenta el proceso descrito por Wang y Eckel para el análisis de formas reticulares planas para cubiertas, aparte del proceso descrito por el ASCE/SEI 7 del 2010 para determinar la carga mayorada.

Datos:

Altura: 0.35 a 1.40 m.

Luz: 12 m.

Separación entre cerchas: 4.5 a 5 m.

Separación promedio: 4.75 m.

Peso del Material de Cubrición: 1.2D+1.6L = (1.2 x 10) + (1.6 x 50) = 92 kg-f/m2 de superficie de tejado.

Peso de la Cercha: 1.4D = 14 kg-f/m2 de superficie horizontal.

Área de la Superficie de Cubierta Tributaria, por panel = 1.73 x 4.75 = 8.2 m2

Área de la Superficie Horizontal Tributaria, por panel = 1.70 x 4.75 = 8.1 m2

Carga Total, por panel, sobre el cordón superior = (92 x 8.2) + (14 x 8.1) = 867.8 kg-f.

Carga en los extremos, sobre el cordón superior = 867.8 / 2 = 433.9 kg-f.



CÁLCULO DE REACCIONES Y FUERZAS INTERNAS

Cálculo de reacciones y fuerzas internas en base a las cargas aplicadas.

Debido a que la estructura es simétrica, se afirma que en ambas mitades de la estructura las fuerzas internas serán iguales en magnitud, así como tipo tensión o compresión.



Reacciones en los apoyos.

Cálculo de Fuerzas Internas

















CÁLCULO DE DESPLAZAMIENTO MÁXIMO

Cálculo del desplazamiento en el centro del vano para los tipos de cargas. Para el cálculo efectuado se tomó en cuenta el método de trabajo virtual. Mediante una hoja de cálculo de Excel se presenta una tabla donde constan las cargas reales, virtuales, longitudes, módulos de elasticidad, áreas de secciones transversales de todos los perfiles que intervienen en la estructura, para una carga virtual q=1 que es aplicada desde el centro del vano hacia abajo:



Por lo tanto, la deflexión en el centro del vano es 0.5746 cm = 0.005746 m



LIMITE DE DEFLEXIONES O DESPLAZAMIENTOS MÁXIMO

Comparación de las deflexiones o desplazamientos calculados con los máximos permisibles.

Las normas de construcción AISC/SEI y la ASCE establecen que la deflexión máxima de la estructura es la longitud del vano dividido para 360. La deflexión máxima de la cercha en el centro del vano será: 12m/360= 0.0333 metros.

Comparada con la deflexión máxima calculada de la estructura, 0.0057 m < 0.0333 m.

Por lo tanto, la deflexión en el centro del vano de la estructura está dentro del límite de deflexiones establecido.


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