CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ NAVARRETE
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ NAVARRETE
Proyecto de Grado
Director
Ingeniero Luis Eduardo Yamín L.
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL
PREGRADO EN INGENIERÍA CIVIL
BOGOTÁ D.C.
2006
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. i
TABLA DE CONTENIDO
Página
ÍNDICE DE FIGURAS iv
ÍNDICE DE IMÁGENES viii
ÍNDICE DE TABLAS x
INTRODUCCIÓN 1
1. APROXIMACIÓN HISTÓRICA A LAS EDIFICACIONES PARA
ALMACENAMIENTO 3
2. MATERIALES UTILIZADOS EN LA CONSTRUCCIÓN DE EDIFICACIONES
PARA ALMACENAMIENTO 13
2.1 CONCRETO ESTRUCTURAL 13
2.1.1 Propiedades Mecánicas del Concreto 14
2.2 ACERO ESTRUCTURAL 16
2.2.1 Propiedades del Material 18
2.2.2 Fabricación de Perfiles Estructurales en Acero 23
2.3 CERRAMIENTOS, FACHADAS Y OTROS 26
2.3.1 Cerramientos – Tejados 29
2.3.2 Fachadas 37
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2.4 SOLDADURAS 38
2.4.1 Tipos de Soldadura 38
3. CARACTERIZACIÓN Y TIPOS DE EDIFICACIONES PARA
ALMACENAMIENTO 41
3.1 EDIFICACIÑON PARA ALMACENAMIENTO TIPO 1 44
3.1.1 Materiales 45
3.1.2 Cimentación 46
3.1.3 Estructura Principal 46
3.1.4 Conexiones 47
3.1.5 Cubierta 48
3.1.6 Fachadas 49
3.1.7 Otros 49
3.2 EDIFICACIÑON PARA ALMACENAMIENTO TIPO 2 51
3.2.1 Materiales 52
3.2.2 Cimentación 52
3.2.3 Estructura Principal 53
3.2.4 Conexiones 54
3.2.5 Cubierta 55
3.2.6 Fachadas 56
3.2.7 Otros 56
3.3 EDIFICACIÑON PARA ALMACENAMIENTO TIPO 3 57
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SANTIAGO MUÑOZ N. iii
3.3.1 Materiales 58
3.3.2 Cargas 59
3.3.3 Cimentación 59
3.3.4 Estructura Principal 60
3.3.4.1 Columnas 61
3.3.4.2 Vigas Perimetrales 61
3.3.5 Cubierta 63
3.3.5.1 Vigas Longitudinales 63
3.3.5.2 Vigas Transversales 65
3.3.5.3 Correas 66
3.3.5.4 Contravientos y Templetes 67
3.3.6 Conexiones 68
3.3.6.1 Conexiones en Columnas Perimetrales 68
3.3.6.2 Conexiones en Columnas Centrales 69
3.3.7 Fachada y Tejado 71
3.3.8 Otros 72
4. ANÁLISIS DE CASO 73
4.1 CARÁCTERÍSTICAS GENERALES DE LA EDIFICACIÓN 73
4.1.1 Estructura Principal 74
4.1.2 Cimentación 74
4.1.3 Columnas y Vigas 75
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4.1.4 Cubierta 76
4.1.5 Fachada y Tejado 79
4.1.6 Materiales 79
4.2 ANÁLISIS ESTRUCTURAL 79
4.2.1 Cargas 80
4.2.2 carga de Sismo 82
4.2.3 Combinaciones de Carga 83
4.2.4 Modelo Computacional 84
4.2.5 Índices de Sobreesfuerzo en Columnas 86
3.2.6 Desplazamientos 90
CONCLUSIONES 92
REFERENCIAS DE FIGURAS 94
BIBLIOGRAFÍA 96
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SANTIAGO MUÑOZ N. v
ÍNDICE DE FIGURAS
1. APROXIMACIÓN HISTÓRICA A LAS EDIFICACIONES PARA
ALMACENAMIENTO
1.1. Planta del ático en madera de una hilandería en Bolton,
Inglaterra, (alrededor de 1800). 4
1.2. Planta de ático con la estructura del techo en hiero,
(alrededor de 1835). 4
1.3. Mercado de pescado de Hungerford (Londres, 1835). 5
1.4. Construcciones de techos de madera o acero. Libro de
construcciones de edificios, 1885. 6
1.5. Construcciones de techos de madera o acero. Libro de
construcciones de edificios, 1885. 6
1.6. Construcciones de techos de madera o acero.
Libro de construcciones de edificios, 1885. 7
1.7. Construcciones de techos de madera o acero.
Libro de construcciones de edificios, 1885. 7
1.8. Conexiones del mercado de granos de Munich, 1853. 8
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1.9. Exposición Internacional de 1878, París. Sección general de las
galerías. 9
1.10. Exposición Internacional de 1878, París. Galería de las Máquinas.
10
1.11. Exposición de París (1878). Galería de las Máquinas. 10
1.12. Exposición de París (1878). Apoyo de la estructura de la Galería
de las Máquinas. 11
1.13. Exposición de París (1878). Detalle del apoyo de la estructura de
la Galería de las Máquinas. 11
1.14. Selección de Vigas en celosía de la época. 11
1.15. Detalle de conexión columna-viga de Fair Store, Chicago, 1891.12
1.16. Collieries Tariff Union, Essen, 1932. 12
2. MATERIALES UTILIZADOS EN LA CONSTRUCCIÓN DE EDIFICACIONES
PARA ALMACENAMIENTO
2.1 Curvas esfuerzo-deformación unitaria a la compresión típicas para
concretos con densidad normal (Wc = 2300 kg/m3) y livianos (Wc =
1600 kg/m3). 15
2.2 Secciones de hierro fundido y forjado, Freitag, 1906. 17
2.3 Conexión típica remachada, 1900. 18
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2.4 Diagrama Esfuerzo – Deformación para varios aceros 20
2.5 Rodillos para laminado de secciones H e I. 25
2.6 Cubierta Metálica A42-P100-G4, Industrias METCOL. 30
2.7 Panel Techmet para cubierta A42-P100-G4, Industrias METCOL. 31
2.8 Cubierta estructural Corpatecho DF, Industrias Corpacero 32
2.9 Cubierta estructural Corpatecho RF, Industrias Corpacero 32
2.10 Teja de Zinc ondulada, Industria Acesco 33
2.11 Cubierta Arquitectónica de Acero galvanizado, Industria Acesco 33
2.12 Cubiertas metálicas de Aluminio, Industria Toptec 34
2.13 Tejas en Fibrocemento, Industria Toptec 34
2.14 Tejas metálicas Ajover 35
2.15 Tejas en Fibrocemento Eternit 36
2.16 Tipos de Soldadura 39
2.17 Soldadura de Penetración Total 40
3. CARACTERIZACIÓN Y TIPOS DE EDIFICACIONES PARA ALMACENAMIENTO
3.1 Esquema de edificación para almacenamiento tipo 1 44
3.2 Sistema de cimentación típica 46
3.3 Sistema estructural típico 47
3.4 Corte transversal. Cercha metálica de cubierta típica 48
3.5 Esquema de edificación para almacenamiento tipo 2 51
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3.6 Esquema de Edificación para almacenamiento tipo 3 57
3.7 Cimentación de estructura principal, HCD 59
3.8 Axonometría general de la estructura principal, HCD 60
3.9 Corte transversal de la estructura principal, HCD 61
3.11 Planta vigas a nivel superior N+7.25, HCD 62
3.12 Sección predominante de viga longitudinal, HCD 63
3.13 Corte longitudinal típico, HCD 64
3.14 Detalle de apoyo de viga transversal de culata, HCD 65
3.15 Vigas transversales, HCD 66
3.16 Disposición de correas, HCD 66
3.17 Sistema de contravientos, HCD 67
3.18 Conexión columna perimetral costado sur-viga transversal, HCD68
3.19 Conexión columna perimetral costado oeste - viga longitudinal,
HCD 69
3.20 Conexión vigas de cubierta-columna central, vista longitudinal,
HCD 70
3.21 Conexión vigas de cubierta-columna central, vista transversal,
HCD 70
3.22 Soportes típicos para ductos de aire acondicionado, HCD 72
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4. ANÁLISIS DE CASO
4.1 Esquema de la estructura principal 74
4.2 Zapatas de cimentación y placa de contrapiso 74
4.3 Secciones de columnas y vigas 75
4.4 Esquema de toda la estructura 76
4.5 Planta general de cubierta 77
4.6 Cercha típica 77
4.7 Detalle de los apoyos de la cercha 77
4.8 Correas 78
4.9 Detalles tensores y contravientos 78
4.10 Distribución de cargas de tejado y cubierta 81
4.11 Distribución de cargas sobre columnas y de muros 82
4.12 Espectro de respuesta y diseño de la Zona 3 82
4.13 Numeración de elementos 84
4.14 Cargas Muertas 84
4.15 Cargas viva de cubierta 85
4.16 Cargas de Granizo 85
4.17 Cargas de Viento 86
4.18 Índices de sobre-esfuerzo de la columna 1 86
4.19 Índices de sobre-esfuerzo de la columna 2 87
4.20 Índices de sobre-esfuerzo de la columna 3 87
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4.21 Índices de sobre-esfuerzo de la columna 4 87
4.22 Índices de sobre-esfuerzo de la columna 5 88
4.23 Índices de sobre-esfuerzo de la columna 6 88
4.24 Índices de sobre-esfuerzo de la columna 7 88
4.25 Índices de sobre-esfuerzo de la columna 8 89
4.26 Índices de sobre-esfuerzo de la columna 9 89
4.27 Índices de sobre-esfuerzo de la columna 10 89
4.28 Índices de sobre-esfuerzo de la columna 11 90
4.29 Índices de sobre-esfuerzo de la columna 12 90
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ÍNDICE DE IMÁGENES
2. MATERIALES UTILIZADOS EN LA CONSTRUCCIÓN DE EDIFICACIONES
PARA ALMACENAMIENTO
2.1 Fachada en ladrillo 37
2.2 Fachada metálica 38
2.3 Detalle de Fachada metálica 38
3. CARACTERIZACIÓN Y TIPOS DE EDIFICACIONES PARA ALMACENAMIENTO
3.1 Edificación para almacenamiento con cubierta de pescado típica 45
3.2 Materiales de los componentes principales 45
3.3 Conexión cercha transversal – columna y Detalle de conexión 47
3.4 Conexión cercha transversal – columna y Detalle de conexión 47
3.5 Cubierta tipo espina de pescado 48
3.6 Puente grúa apoyado sobre columna propia 49
3.7 Puente grúa apoyado sobre pórtico principal 50
3.8 Edificación para almacenamiento con cubierta a dos aguas 52
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3.9 Columnas con muros en lugar de vigas perimetrales 53
3.10 Columna de sección variable 53
3.11 Conexión parcialmente restringida en solo un extremo 54
3.12 Conexión parcialmente restringida en ambos extremos 54
3.13 Cubiertas a dos aguas con modulo de iluminación central 55
3.14 Cubiertas a dos aguas con modulo de iluminación central 55
3.15 Cubierta a dos aguas iluminación lateral 55
3.16 Sistemas de iluminación típicos 56
3.17 Sistemas de iluminación típicos 56
3.3 Conexión cercha transversal – columna y Detalle de conexión 47
3.4 Conexión cercha transversal – columna y Detalle de conexión 47
3.18 Homecenter El dorado (HCD) 58
3.19 Ménsula de columna de 50x60 del costado norte, HCD 61
3.10 Ménsula de columna de 50x60 del costado norte, HCD 61
3.20 Detalle de ménsula metálica para viga transversal de culata,
HCD 65
3.21 Correas, HCD 67
3.22 Detalle de contraviento, HCD 67
3.23 Detalle de conexión viga transversal-columna, HCD 68
3.24 Detalle de conexión viga longitudinal-columna, HCD 69
3.25 Paral metálico de fachada, HCD 71
3.26 Fachadas, HCD 71
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3.27 Ducto de aire acondicionado, HCD 72
4. ANÁLISIS DE CASO
4.1 Vista sur oriental 73
4.2 Fachada 79
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ÍNDICE DE TABLAS
2. MATERIALES UTILIZADOS EN LA CONSTRUCCIÓN DE EDIFICACIONES
PARA ALMACENAMIENTO
2.1 Requerimientos Químicos para Acero A36
2.2 Resistencias de varios tipos de acero según el año. Propiedades
basadas en Resistencias de Aceros Estructurales según ASTM
y AISC 22
2.3 Componentes no Estructurales: Aplicabilidad de Requerimientos
para la Protección a la Vida y Ocupación Inmediata y Métodos de
Análisis 26
2.4 Riesgos de Componentes arquitectónicos no estructurales debido
a la Componente Sísmica 29
2.5 Características geométricas y mecánicas de Cubierta Metálica A42-
P100-G4, Industrias METCOL. 31
2.6 Características geométricas y mecánicas de Panel Metálico Techmet
A42-P100-G4, Industrias METCOL. 31
2.7 Características geométricas y mecánicas de Cubiertas Corpatecho,
Industrias Corpacero 32
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2.8 Características geométricas y mecánicas de Teja de Zinc ondulada,
Industria Acesco 32
2.9 Características geométricas y mecánicas de Cubierta Arquitectónica
de Acero galvanizado, Industria Acesco 34
2.10 Características geométricas y mecánicas de Tejas metálicas
Ajover 35
2.11 Características geométricas y mecánicas de Paneles monowall,
industria Metcol 38
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SANTIAGO MUÑOZ N. 1
INTRODUCCIÓN
Las edificaciones para almacenamiento son actualmente construcciones
indispensables en nuestro país y en general en todo el mundo debido a la
importancia que tienen para la economía de una región, una ciudad o un
país. A partir de las nuevas reglamentaciones para diseño y construcción
sismoresistente se han generado varias dudas acerca de la estabilidad de
las mismas frente a un posible evento sísmico y su potencial efecto
económico sí ocurre una catástrofe.
Dada la importancia de tales construcciones para el sector industrial y
económico del país, considerando que se encuentra en zonas de amenaza
sísmica intermedia y alta, y a la reciente tendencia de verificación de la
seguridad en las construcciones para preservar dichas propiedades y por
ende la vida humana, este documento se presenta como un acercamiento
al estado actual de las edificaciones para almacenamiento localizadas en
Bogotá, a través de las particulares características que presentan desde los
sistemas arquitectónicos y constructivos empleados, como el análisis de las
estructuras resistentes en cada caso; las cuales pueden dar una idea de las
mismas a nivel nacional debido a la importancia de esta ciudad como
capital.
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ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 2
Generalmente son construcciones de una sola planta constituida por una
cubierta en su parte superior, soportada sobre elementos horizontales en
su mayoría de acero, que a su vez finalizan en columnas regularmente
espaciadas lo máximo posible para permitir el funcionamiento adecuado de
la edificación. Estas grandes áreas están destinadas principalmente a usos
industriales, fabriles, comerciales, agrícolas o civiles propiamente dicho.
Según su uso, cada edificación de este tipo envuelve planteamientos
diferentes que cambian la perspectiva de análisis de acuerdo a las
circunstancias, requerimientos, personas, etc. involucrados en cada
proyecto. En algunos casos sobresalen aquellas obras que fueron
proyectadas a partir de un acercamiento ingenieril, en el que predominan
costos reducidos, ejecución sencilla, rápida y segura, utilización de
materiales tradicionales y un mantenimiento y durabilidad óptimos. En
otros casos se encuentran proyectos basados en razones arquitectónicas
que establecen el resultado final, a partir del manejo del espacio interior,
conceptos estéticos y novedosos, dimensiones que se ajustan a diferentes
aspectos y propuestas; más cercanos a intereses de mercadeo que a
razones técnicas.
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ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
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1. APROXIMACIÓN HISTÓRICA A LAS EDIFICACIONES PARA
ALMACENAMIENTO
La evolución histórica de este tipo de construcciones se dio principalmente
a partir de la Revolución Industrial, la cual sólo fue posible gracias al hierro
y al acero, quienes permitieron una situación tecnológicamente y
económicamente favorable para el desarrollo de un mercado en aumento;
paralelo a la instalación de industrias, fábricas y talleres para satisfacer esa
demanda. El desarrollo y perfeccionamiento de este material se inició a
mitades del siglo XVIII con la fundición del hierro y carbón coke en manos
del inglés Abraham Derby, quien llegó a transformar 500 Kg. de hierro
bruto en acero en sólo 36 horas; proceso que siglo y medio antes tomaba
10 días para ser realizado.
En un principio, se utilizó principalmente para la construcción de cubiertas
y tejados, ya que solucionaba el riesgo de los teatros y los grandes
almacenes a quemarse en su totalidad debido a sus techos en madera.
Además, permitía al constructor equilibrar de manera precisa la forma de
los elementos con sus dimensiones, lo cual revela un conocimiento casi
empírico del momento de inercia, el cual no había sido estudiado
técnicamente hasta la época. Hacia 1780 apareció la primera columna de
hierro fundido reemplazando los pilares fabricados de madera que
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ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 5
sostenían los techos de las tradicionales hilanderías de algodón inglesas, lo
que permitió incluir las nuevas máquinas en grandes salas con el mínimo
de obstrucción. En 1801 se empleó las primeras vigas con perfil en I en la
construcción de otra hilandería en Manchester, Inglaterra. Estas vigas se
extendían de muro a muro separadas por distancias regulares, lo cual
ejemplifica el uso de la forma más eficiente utilizada hasta nuestros días.
En el siglo XIX empiezan a parecer los primeros edificios que no tienen
nada que ver con los construidos anteriormente, como solución a las
nuevas necesidades de las grandes ciudades en progreso, las vías de
comunicación y las industrias en pleno desarrollo. Estas nuevas
construcciones fueron creadas con el fin de satisfacer la función principal
de organizar la producción de las industrias y la distribución de las
grandes mercancías.
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 6
Figura 1.1. Planta del ático en madera de una hilandería en Bolton, Inglaterra,
(alrededor de 1800).
Figura 1.2. Planta de ático con la estructura del techo en hiero, (alrededor de
1835).
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 7
Los grandes mercados se caracterizaron por ser los primeros que dieron
adecuadas soluciones a las necesidades ya mencionadas con nuevos
sistemas constructivos, basados en la economía del material y en la
ligereza de la construcción. El Mercado de pescado de Hungerford
(Londres) en 1835 representó un enorme adelanto para la época, ya que la
cubierta tenía un perfil rectilíneo que cubría una vasta luz de 9,60 m sin
soportes laterales.
Figura 1.3. Mercado de pescado de Hungerford (Londres, 1835).
La temprana utilización de una gran variedad de cerchas se dio en base a
métodos empíricos que determinaban sus formas, las cuales fueron
disminuyendo a medida que se desarrollaron teorías de análisis de las
mismas.
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
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SANTIAGO MUÑOZ N. 8
“Una cercha es un sistema de miembros lineales cuyos extremos están
conectados de manera articulada”
Otto Königer, 1890.
Figura 1.4. Construcciones de techos de madera o acero. Libro de construcciones de edificios, 1885.
Cubierta de la estación hacia a a
Detalle de las
Conexiones
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SANTIAGO MUÑOZ N. 9
Figura 1.5. Construcciones de techos de madera o acero. Libro de construcciones de edificios, 1885.
Cubierta. Reparación de taller en toures. Detalle de la unión de la viga principal. Figura 1.6. Construcciones de techos de madera o acero. Libro de construcciones
de edificios, 1885.
Cubierta de estación del tren en cercha tipo versalles.
ff
d
c c
Det c
Det a
Det f
Det e
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ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 10
Figura 1.7. Construcciones de techos de madera o acero. Libro de construcciones
de edificios, 1885
Los grandes almacenes se dieron a partir de 1860 en París como respuesta
a la industrialización de la época y a la necesidad de ofrecer una gran
cantidad de productos a mucho público mediante el máximo de
iluminación y una buena comunicación en su interior. El “Gran Depot” de
1876 en Filadelfia es un claro ejemplo de los almacenes de la época, el cual
consistía en un cobertizo gigante de más de una hectárea de superficie y
un mostrador circular de 27 metros, destinado a la venta de tejidos.
Construcción de la cubierta de la tercera institución de gas de
a
bc c
b
Detalle nodo
Detalle nodo
Detalle nodo b
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 11
Paralelo a los grandes almacenes y en especial en la segunda mitad del
siglo XIX aparecieron las Grandes exposiciones, las cuales constituyeron el
campo más grande de experimentación para este tipo de construcciones en
hierro debido a su importancia a nivel mundial y a sus breves intervalos, se
construían sólo para una temporada. Así mismo, estas exposiciones son las
aproximaciones más cercanas a las estructuras que se encuentran hoy día
con fines industriales.
En el pasado la gente pensaba que debía haber una relación visual
equilibrada entre carga y soporte, la cual empezó a cambiar a medida que
aparecieron estos nuevos sistemas que cubrían grandes superficies
utilizando formas estilizadas de hierro.
Figura 1.8. Conexiones del mercado de granos de Munich, 1853.
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La “Exposición Universal de los productos de la industria” de 1855 fue una
de las más audaces construcciones de la época, destacada por su cubierta
de 48 metros de luz con armaduras en forma circular y enormes láminas
de cristal, semejando una bóveda. A diferencia de lo convencional,
contrafuertes de plomo substituían los tirantes que contrarrestaban los
empujes laterales.
La Exposición Internacional de 1878 (París) es un ejemplo de varios
aspectos constructivos que se tomaron en cuenta a partir de esta. Se
utilizaron armaduras tipo De Dion para vencer las grandes luces, capaces
de soportar las fuerzas actuantes sin tirantes a la vista. “Gracias al trabajo
de De Dion ha llegado a ser posible derivar todas las fuerzas que actúan en
un edificio directamente hacia las fundaciones sin necesidad de tirante
alguno. Sin embargo, estas fundaciones estaban todavía rígidamente
conectadas con los pilares y el elemento estructural. Las columnas o pilares
quedan fijados a unos pies de hierro en forma de U, que están hundidos
dentro de los fundamentos. Pero una armazón de hierro se halla sujeta a
cambios de temperatura y no puede estar trabada totalmente en la forma
como lo estaría si se tratara de un palacio construido en piedra. De Dion
fue el precursor en el estudio de los problemas que se derivan de este
hecho. En cada sesenta metros a lo largo del caballete del sostén del
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 13
tejado, donde se encontraban los pares de los cuchillos, existía un
complicado sistema de rodillos puestos en hueco de forma ovalada, que
automáticamente compensaban la expansión o contracción de toda la
armazón. La rígida conexión con el suelo se mantiene todavía…”1
Figura 1.9. Exposición Internacional de 1878, París. Sección general de las
galerías.
Figura 1.10. Exposición Internacional de 1878, París. Galería de las Máquinas.
1 Tomado de: ESPACIO TIEMPO Y ARQUITECTURA. GIEDION, Sigfried. El Desarrollo de las Nuevas Posibilidades, p. 275. Ed. Dossat, Madrid, 1978.
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SANTIAGO MUÑOZ N. 14
El acero entra de lleno en este tipo de construcciones con la Exposición de
París de 1889, en donde sobresalía de manera imponente la Galería de las
Máquinas. Con una longitud de 420 metros, una altura de 43.5 metros y
una luz de 115 metros, resultado de la experiencia acumulada a través de
un siglo, superó lo conocido hasta la época. Su estructura estaba
compuesta por veinte armaduras, cada una compuesta por dos segmentos,
unidos por un pivote en la parte más alta en la línea central. Además, estos
arcos disminuían de sección a medida que descendían hacia el suelo,
terminando en apoyos articulados que soportaban los empujes laterales y a
su vez permitían movimientos en la cimentación. Con este tipo de
estructura, se había conseguido un equilibrio elástico entre sus partes
internas, externas, cimientos y las presiones externas, viento y nieve.
Figura 1.11. Exposición de París (1878). Galería de las Máquinas.
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
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Figura 1.12. Exposición de París (1878). Apoyo de la Figura 1.13. Exposición de París estructura de la Galería de las Máquinas. (1878). Detalle del Apoyo de la estructura de la Galería de las Máquinas.
Posteriormente, las cerchas fueron utilizadas principalmente en la
construcción de puentes, grandes cubiertas en las estaciones de trenes y
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edificios industriales, basadas en las mismas formas estructurales de las
grandes exposiciones. A medida que avanzó el siglo XX, las vigas en
celosía fueron parcialmente reemplazadas por las secciones continuas y
soldadas, que siguieron un progreso importante dentro de la construcción
de complejos industriales y comerciales.
Figura 1.14. Selección de Vigas en celosía de la época.
A medida del tiempo, el desarrollo de elementos individuales que
soportaban fuerzas compresivas sin ningún problema pero con limitantes
para miembros sometidos a flexión debido a su fragilidad y sus
conexiones, las cuales eran todas sujetadas con pernos proporcionando
una rigidez también limitada, siguió evolucionando constantemente hasta
ahora. El acero se volvió irremplazable en estructuras industriales y
construcciones especiales, tanto por sus características mecánicas como
por su capacidad de adaptabilidad y flexibilidad en todo tipo de
estructuras.
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Figura 1.15. Detalle de conexión columna-viga de Fair Store, Chicago, 1891.
Figura 1.16. Collieries Tariff Union, Essen, 1932.
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2. MATERIALES UTILIZADOS EN LA CONSTRUCCIÓN DE
EDIFICACIONES PARA ALMACENAMIENTO
Las estructuras y los elementos que conforman este tipo de edificaciones
están construidas principalmente con materiales comúnmente utilizados en
todo tipo de obras civiles, como lo son el concreto reforzado en
cimentación y columnas, el acero en todo tipo de conexiones y en perfiles
laminados tanto de alma llena como en celosías que conforman las vigas y
elementos estructurales horizontales en general. Además de estos, se
encuentran diferentes materiales en fachadas, tejados y servicios que en
este documento se mencionan a modo de información. A continuación se
presentan la descripción de cada uno, con sus características principales y
propiedades mecánicas importantes para el diseño y la revisión de los
mismos.
2.1 CONCRETO ESTRUCTURAL
El concreto estructural es un material artificial formado por una pasta de
cemento y agregados, junto a barras de acero que complementan sus
propiedades mecánicas.
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El cemento hidráulico es el material aglomerante que cumple las funciones
de adhesión y cohesión necesarias para unir los agregados y así conformar
una masa sólida durable y con resistencia apropiada. Comúnmente se
utiliza el cemento Portland∗, el cual es un material grisáceo compuesto por
silicatos de calcio y aluminio.
El agua cumple un papel indispensable en la elaboración del concreto, ya
que se mezcla con el cemento para producir la pasta y controla los
cambios de volumen por retracción y fraguado del conjunto en el proceso
de hidratación. Normalmente se utiliza una relación agua cemento de 25
por ciento para obtener buenos resultados.
En general, los agregados ocupan entre el 70 y el 75 por ciento de la
mezcla, la cual se ve directamente afectada en su comportamiento por la
densidad del agregado, el cual contribuye a la resistencia mecánica, a la
intemperie y a la economía del concreto. Los agregados se clasifican
principalmente en finos y gruesos. El agregado fino comúnmente llamado
arena es cualquier agregado natural que pase por el tamiz No. 4, mientras
que el tamaño del agregado grueso o grava se ve controlado por la
separación de las barras de acero de refuerzo o el tamaño de las
formaletas, lo cual está debidamente reglamentado por la NSR 98. La
gradación óptima se da mediante varios grupos de diferente tamaño para
∗ El cemento Portland fue patentado por Joseph Aspdin en 1824, Inglaterra.
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SANTIAGO MUÑOZ N. 20
las arenas y para las gravas, los cuales se combinan para obtener un
agregado denso en conjunto.
El concreto posee una buena resistencia a la compresión, pero frente a la
tensión reduce este valor casi a la décima parte. El acero tiene alta
resistencia tanto a la tensión como a la compresión, pero es mucho más
costoso que el concreto; por lo tanto el concreto se utiliza para resistir los
esfuerzos de compresión y el acero los esfuerzos de tensión.
El acero es una aleación de hierro (aprox. 98%) con carbono y otros
minerales en bajas cantidades como el silicio, manganeso, azufre, fósforo y
en ocasiones vanadio. El carbono funciona como elemento endurecedor y
los demás minerales mejoran su manejabilidad, soldabilidad y resistencia a
la intemperie. El tipo de refuerzo que se utiliza usualmente son las barras
corrugadas, comúnmente llamadas varillas, las cuales aumentan la
adherencia y la resistencia al deslizamiento debido a sus resaltes
superficiales. También se utilizan las mallas electrosoldadas de alambrón,
las cuales están formadas por un conjunto de alambrones formados en frío
y soldados en ángulos rectos.
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2.1.1 Propiedades Mecánicas del Concreto
El concreto es un material esencialmente frágil y elástico que tiende a
desarrollar fracturas perpendiculares a la dirección unitaria de elongación
al ser sometido a esfuerzos de tensión.
Por esta razón, el concreto se utiliza principalmente a compresión y su
análisis se realiza fundamentalmente a partir de la curva esfuerzo-
deformación unitaria en compresión.
Aunque el concreto está hecho de materiales frágiles, la curva esfuerzo-
deformación no es lineal y muestra cierta ductilidad, debido a un
fisuramiento inicial de las partículas y a la resultante redistribución interna
de los esfuerzos.
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Figura 2.1. Curvas esfuerzo-deformación unitaria a la compresión típicas para concretos con densidad normal (Wc = 2300 kg/m3) y livianos (Wc = 1600 kg/m3).
Para concretos de densidad normal (wc = 2300 kg/m3), la resistencia a la
compresión f ’c varía de 20 a 40 MPa. La resistencia de los concretos
livianos está generalmente por debajo de estos valores y los concretos de
alta resistencia pueden llegar hasta 82 Mpa. El esfuerzo crítico es
significativo ya que la estructura de concreto tiende a volverse inestable
bajo cargas mayores a la crítica y sus deformaciones aumentan
rápidamente. Luego alcanza el valor máximo de resistencia a la compresión
f ’c y comienza a sufrir deformaciones mayores acompañadas de una
reducción en su resistencia. El esfuerzo crítico es aproximadamente 0.75 f
’c.
De todas maneras, es importante tratar la resistencia a la tensión del
concreto. Cuando un elemento de concreto reforzado es sometido a
flexión, a cortante, a torsión o a otras acciones combinadas, se presentan
esfuerzos de tensión que llevan al agrietamiento y a la formación de fisuras
perpendiculares a los esfuerzos y deformaciones principales, lo cual
cambia de manera drástica el comportamiento de la sección que se va a
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analizar. Se puede decir que la resistencia a la tensión varía
aproximadamente entre 3 y 5 c ' f .2
2.2 ACERO ESTRUCTURAL
El hierro y el acero han sido utilizados en la construcción por siglos. El
hierro fundido tiene un relativo alto contenido de carbón (más del 1.5 %)
además de silicio y azufre, lo cual lo hace más fuerte y frágil a la vez, con
una resistencia a la tensión limitada. Gracias a esto, a su disponibilidad en
el mercado y a su buena resistencia a la compresión, fue muy usado para
columnas en construcciones del siglo XIX. Generalmente los ingenieros
preferían no usarlo en elementos que resistieran cargas laterales o que
sufrieran excesiva flexión o tensión, debido a la fragilidad experimentada
en puentes y otras estructuras de ese tipo. Más tarde aparecería el hierro
forjado, que se convertiría en el material dominante de finales del siglo XIX
y luego el acero a principios del siglo XX.
El hierro forjado se comenzó a elaborar manualmente desde 1613 con
características muy variables dependiendo de la habilidad del productor y
de las cantidades encontradas en el mercado. Sólo a partir de mediados
2 DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO. NILSON, Arthur H. Materiales, p. 44. 12ª Edición. Ed. Mc Graw Hill, Colombia, 2001.
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SANTIAGO MUÑOZ N. 24
de 1800 se empezaron a producir grandes cantidades de hierro forjado y a
ser utilizado en un gran número de construcciones, aprovechando su
ductilidad, mayor resistencia a la tensión y versatilidad a diferencia del
hierro fundido; aunque el hierro fundido seguía siendo más económico
para columnas. (Figura 2.2)
Figura 2.2. Secciones de hierro fundido y forjado, Freitag, 1906.
El acero apareció en forma con el desarrollo del proceso Bessemer
combinado con el horno de solera en 1856, aunque no se hizo común en la
construcción sino hasta 1880 debido a diferencias en las propiedades del
material. En 1895 fue publicada la primera especificación para acero
estructural, que establecía el control de calidad y los requerimientos
estándares para el material pero no incluía recomendaciones de diseño. En
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ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 25
1896 los productores de acero estandarizaron las características de los
perfiles y así el acero empezó a dominar el mercado estructural. A partir de
esto también aparecieron las primeras pruebas del acero y de elementos
estructurales, que demuestran que no eran muy diferentes al acero A36
usado desde 1950. El acero A9 tenía una resistencia a la fluencia menor
con un valor nominal de 30 ksi. Otro factor importante en el desarrollo del
acero, fueron las pruebas contra el fuego, las cuales ayudaron a mejorar
los elementos estructurales por medio de mampostería en 1890, y luego
con el concreto a comienzos de 1900. También fueron fundamentales las
conexiones remachadas como primera forma de conectar los elementos de
acero y de hierro formado entre sí. (Figura 2.3)
Figura 2.3. Conexión típica remachada, 1900.
En los años siguientes, la construcción en acero continuó siendo utilizada
de forma continua con pequeñas variaciones en el tipo de estructura y de
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SANTIAGO MUÑOZ N. 26
material dependiendo para que era utilizada. Las primeras técnicas de
soldadura aparecieron en 1915 pero no fueron muy usadas sino hasta
1930 debido a su baja calidad. En 1930 apareció la primera soldadura de
arco y en 1940 se mejoro con el arco eléctrico, el cual cambiaría la
soldadura por las conexiones con remaches. En este período también
apareció el acero A7 con una resistencia a la fluencia de 33 ksi
reemplazando al acero A9. Todo esto fue posible gracias a la creación del
American Institute of Steel Construction (AISC). En 1950 el acero A36 con
36 ksi de esfuerzo de fluencia se convirtió en al acero estándar para
construcción y luego aparecieron los de alta resistencia.
2.2.1 Propiedades del Material
El acero es una aleación de Hierro (Fe), Carbono (C) y otros elementos
pesados y de aleación que se extraen de una mina. Dentro de los
elementos pesados se encuentran el Fósforo (P), el Azufre (S) y el Nitrógeno
(N); y los elementos de aleación incluyen al Manganeso (Mn), el Silicio (Si),
el Cromo (Cr), el Níquel (Ni), el Molibdeno (Mo) y otros más. Posteriormente
la composición química y el tratamiento calórico son los que definen las
propiedades mecánicas del acero para luego convertirlo en un determinado
propósito, entre los cuales se destacan el acero estructural, acero de
refuerzo y de preesfuerzo, acero inoxidable y otros especiales como el
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SANTIAGO MUÑOZ N. 27
acero resistente a deformaciones a largo plazo bajo cargas constantes.
Cada tipo de acero contiene una composición diferente que determina su
calidad; a medida que el carbono aumenta se incrementa su dureza y
resistencia a la tensión pero decrece su ductilidad, y así mismo el
manganeso y el cromo se funden para incrementar la resistencia.
Tabla 2.1. Requerimientos Químicos para Acero A36
Producto SeccionesA Láminas Barras
Hasta De 19
a De 38
a De 64 a Más de Hasta
De 19 a
De 38 a Más de Espesor (mm) Todas
19 mm 38 mm 64 mm 102 mm 102 mm 19 mm 38 mm 102 mm 102 mm
Carbono, máx. %
0,26 0,25 0,25 0,26 0,27 0,29 0,26 0,27 0,28 0,29
Manganeso, % - - 0,80 - 0,80 - 0,85 - 0,85 - - 0,60 - 0,60 - 0,60 -
1,20 1,20 1,20 1,20 0,90 0,90 0,90 Fósforo, máx. %
0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04
Azufre, máx. % 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05
Silicio, % - - - 0,15 - 0,15 - 0,15 - - - - -
0,40 0,40 0,40
Cobre, mín. % B 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20
A Contenido de Manganeso de 0,85 a 1,35 % y contenido de Silicio de 0,15 - 0,40 % es requerido para
láminas sobre 426 lb/ft. B Cuando el acero tiene especificación de presencia de cobre.
Las propiedades mecánicas de los elementos y las conexiones metálicas
determinan el comportamiento estructural de las mimas bajo diferentes
cargas actuantes. Las propiedades mecánicas de mayor interés son la
resistencia a la fluencia (Fye) y a la tensión (Fte), la ductilidad, el módulo de
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SANTIAGO MUÑOZ N. 28
elasticidad, la tenacidad a la fractura, su soldabilidad, plasticidad,
resistencia a la corrosión y otras.
La resistencia del acero a tensión o a compresión es semejante y se
determina por medio de pruebas de ruptura que suministran detalles de la
elongación y reducción del área, que a la vez determinan la deformación
unitaria del mismo y su módulo de elasticidad. Aunque ya bien se sabe que
el acero se comporta bien bajo grandes esfuerzos, se puede ver que ante
altas temperaturas el acero reduce su resistencia última y aumenta su tasa
de deformación hasta llegar a la ruptura. Sin embargo, a temperaturas
normales la relación entre la tasa de carga o de deformación y la
resistencia es proporcional, es decir, si la velocidad de carga aumenta la
resistencia ultima crece y la elongación hacia la ruptura decae.
Figura 2.4. Diagrama Esfuerzo – Deformación para varios aceros
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SANTIAGO MUÑOZ N. 29
La tenacidad a la fractura es una medida de la capacidad del material para
evitar el crecimiento de grietas internas y se mide mediante una prueba de
impacto.
La soldabilidad es una propiedad que se analiza a partir de la capacidad del
tipo de acero para producir conexiones resistentes y soldadas
económicamente con elementos convencionales. La mayoría de aceros
poseen esta cualidad, aunque depende directamente de la composición
química del acero. De todas formas, los problemas en las conexiones se
deben comúnmente a la formación de grietas en la soldadura por cambio
en la composición del material o por perdida de resistencia debido a
temperaturas altas localizadas en la zona.
La plasticidad es la capacidad del material para ser moldeado y formado
comúnmente para un fin comercial. El acero se puede formar en caliente o
en frío, según el propósito. El formado en caliente es caracterizado
principalmente por el laminado y el forjado, los cuales dependen
esencialmente de la composición química. Aceros bajos en carbono con
aleación de níquel o manganeso aumentan la tenacidad a la fractura y la
posibilidad de reducir el área, que se resume en buena deformabilidad.
El formado en frío se hace bajo la temperatura de cristalización y altera en
forma directa las propiedades mecánicas del material dependiendo el
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ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 30
grado de deformación al que es sometido el material. Ese daño puede ser
recuperado después con un proceso de templado y endurecimiento.
La resistencia a la corrosión se obtiene a partir de la creación de aleaciones
con cromo, fósforo o cobre, los cuales crean capas de oxido que retrasan
el proceso de oxidación y así protegen al acero que se encuentra debajo.
Otros factores importantes a tener en cuenta como ventajas del acero, es la
habilidad para resistir cargas dinámicas durante un tiempo prolongado
hasta de 2 ∗ 106 ciclos, la ductilidad implícita en las propiedades ya
mencionadas y la dureza.
Por último, la determinación de estas propiedades en estructuras ya
construidas está relacionada con la disponibilidad de los documentos
originales de diseño y las memorias de obra, la descripción de la calidad
original lograda en la construcción, la accesibilidad y la condición de los
materiales. En el caso del acero, las resistencias difieren dependiendo de la
época en la cual haya sido construida la estructura y la norma bajo la cual
haya sido estandarizado el tipo de acero utilizado. (Ver Tabla 2).
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SANTIAGO MUÑOZ N. 31
Tabla 2.2. Resistencias de varios tipos de acero según el año A Propiedades basadas en Resistencias de Aceros Estructurales según ASTM y AISC
Fecha Especificación Observación Resistencia a
la Límite de
Tensión (ksi)
B
Fluencia (ksi) B
1900 ASTM, A9 Acero remachado 50 30 Edificios Acero intermedio 60 35 1901 - 1908 ASTM, A9 Acero remachado 50 25 Edificios Acero intermedio 60 30 1909 - 1923 ASTM, A9 Acero Estructural 55 28 Edificios Acero remachado 46 23 1924 - 1931 ASTM, A7 Acero Estructural 55 30 Acero remachado 46 25 ASTM, A9 Acero Estructural 55 30 Acero remachado 46 25
1932 ASTM, A140-32T Publicado Placas, perfiles, barras 60 33
como una revisión tentativa 67 36 de ASTM, A9 (Edificios)
1933 ASTM, A 140-32T descontinuada Acero Estructural 55 30
y ASTM, A9 revisada Oct. 30, 1933 (Edificios)
ASTM, A9 revisado tentativamente Acero Estructural 60 33
a ASTM, A9-33T (Edificios)
ASTM, A141-32T adoptado como Acero remachado 52 28
estándar
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1934 en ASTM, A9 Acero Estructural 60 33 adelante ASTM, A149 52 28 1961 - 1990 ASTM, A36/A36M-00 Acero Estructural Grupo 1 62 44 Grupo 2 59 41 Grupo 3 60 39 Grupo 4 62 37 Grupo 5 70 41
Fecha Especificación Observación Resistencia a
la Límite de
Tensión (ksi)
B
Fluencia (ksi) B
1961 en ASTM, A 572, Grado 50 Acero Estructural adelante Grupo 1 65 50 Grupo 2 66 50 Grupo 3 68 51 Grupo 4 72 50 Grupo 5 77 50 1990 en A36/A36M-00 y grado dual Acero Estructural adelante Grupo 1 66 49 Grupo 2 67 50 Grupo 3 70 52 Grupo 4 70 49
A Los valores inferiores de los materiales antes de 1960 están basados en valores mínimos específicos. Los valores inferiores de los materiales después de 1960 son el menor de la desviación estándar de datos específicos. B Los valores indicados son representativos del material extraído del alma de muchos
perfiles.
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2.2.2 Fabricación de Perfiles Estructurales en Acero
La fundición del acero empieza quitando las impurezas contaminantes de
los lingotes de hierro, generalmente es fósforo, manganeso y silicio, por
medio de un proceso de gasificación y combustión en el cual es
introducido el oxígeno. Al mismo tiempo, la composición química para el
tipo de acero que se quiere obtener es introducida como refinación del
material y el oxígeno es removido mediante desoxidación. Para evitar la
segregación se adicionan a la mezcla silicio, manganeso, calcio o aluminio;
aunque las cantidades de acero descartados en esta etapa no son
susceptibles a envejecer y también son apropiados para la soldadura.
Existen varios procesos para la producción de acero crudo que se
diferencian principalmente por la forma de introducir el oxígeno y por el
gradiente de temperatura utilizado. Sin embargo, todos los equipos de
fundición son similares en su gran área pero poca altura.
El acero fundido puede ser convertido a estado sólido mediante varias
formas de llenado, las cuales después son convertidas al producto final con
procesos de moldeado, laminado o forjado.
La primera forma se hace por gravedad con moldes de llenado verticales,
los cuales posteriormente son pasados a partir de rodillos u otros moldes
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SANTIAGO MUÑOZ N. 34
para obtener productos planos, barras, secciones huecas y secciones
estructurales.
Otra forma es introducir el acero fundido en grandes moldes horizontales,
que luego son formados usando patrones a escala real y adicionalmente
cortados posteriormente.
El método Shaw es popular por crear complicadas formas geométricas
usando en un principio duros moldes de cera, que luego son ensamblados
con el contorno final y luego son metidos dentro de otro molde de
cerámica. Más tarde, este mole de cerámica se calienta para que la cera se
derrita, y se rompe para sacar la forma final de acero con una superficie
muy buena y con bajas tolerancias de error.
El moldeado es la técnica más importante para la obtención de productos
de acero debido a su gran libertad de diseño en el proceso y amplio rango
de aplicaciones. El comportamiento del acero moldeado es mejor ante altas
temperaturas y es bien logrado con respecto a la tenacidad a la fractura.
De todas maneras, hay una gran probabilidad que en el proceso de llenado
queden vacíos que aparecen después en los tratamientos posteriores,
afectan la resistencia y ayudan a la fractura de las piezas. Esto le trae al
productor grandes costos en relación a las pruebas para evaluar la calidad.
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
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SANTIAGO MUÑOZ N. 35
A partir del moldeado, se llevan a cabo dos procesos secundarios en la
realización de piezas estructurales. Uno de estos es el laminado, en el cual
el producto semiterminado es calentado a aproximadamente 1250 ºC antes
de ser formado por la presión de los rodillos, que mejoran las propiedades
mecánicas del material ya que su microestructura se compacta. Con este
proceso es que se hacen la mayoría de perfiles y secciones estructurales
que se usan para la construcción, además de cables, barras de refuerzo,
secciones laminadas y productos planos.
Figura 2.5. Rodillos para laminado de secciones H e I.
El otro proceso secundario es el forjado, que al igual que el laminado se
hace calentando el producto semiterminado. Consiste en darle forma al
material con fuerzas compresivas por medio de herramientas de forjado
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SANTIAGO MUÑOZ N. 36
como martillos y prensas, que funcionan con presión de vapor, aire o agua
para trabajos livianos y tornillos o manivelas para trabajos pesados. Con
este proceso también se incrementa la resistencia del material debido a la
alteración de la microestructura.
Otros procesos como el endurecimiento y el templado del acero se llevan a
cabo para modificar las cualidades del material, más no para formarlo. El
endurecimiento se obtiene acelerando el proceso de enfriamiento del acero
después de ser moldeado y el templado manteniendo el acero largos
períodos de tiempo en una fase de transición de temperatura que forma
carburos y disminuye su densidad. Gracias a esto, disminuye la ductilidad
del acero pero se incrementa su resistencia y tenacidad a las fracturas.
2.3 CERRAMIENTOS, FACHADAS Y OTROS
Esta sección se refiere a todos los elementos no estructurales que hacen
parte o están adheridos permanentemente a la edificación, teniendo en
cuenta sobre todo los componentes arquitectónicos comunes en
construcciones industriales o destinadas al almacenamiento, que en caso
de un evento sísmico pueden afectar tanto a la misma edificación como
poner en riesgo la vida de sus ocupantes. Igualmente dichos componentes
arquitectónicos, al ser parte integral de la construcción, necesitan cumplir
los requerimientos técnicos para comportarse apropiadamente ante las
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SANTIAGO MUÑOZ N. 37
diferentes cargas a la cual puede ser sometida la edificación y así permitir
niveles de ocupación inmediata, protección de la vida y reducción de
daños. Los sistemas, componentes y elementos mecánicos o eléctricos se
mencionan de soslayo ya que difieren en gran medida según el uso de la
edificación, aclarando que en muchos casos representan parte
indispensable del funcionamiento y fin de la edificación, como también
pueden costar más que la misma construcción en conjunto.
A continuación se presenta una lista de los componentes no estructurales
típicos en una edificación, que según la zona sísmica requieren o no de
análisis y rehabilitación para asegurar el nivel de ocupación inmediata y de
protección a la vida.
Tabla 2.3 Componentes no Estructurales: Aplicabilidad de Requerimientos para la
Protección a la Vida y Ocupación Inmediata y Métodos de Análisis
Sismicidad
Alta Sismicidad Moderada
Sismicidad Baja
Método de
COMPONENTE PV OI PV OI PV OI Análisis
A. ARQUITECTÓNICO
1. Fachada
Enchapado Adherido SI SI SI SI NO SI F / D
Enchapado Anclado SI SI SI SI NO SI F / D
Aparejos de Vidrio SI SI SI SI NO SI F / D
Paneles Prefabricados SI SI SI SI SI SI F / D
Fachada de Vidrio SI SI SI SI SI SI F / D
Sismicidad
Alta Sismicidad Moderada
Sismicidad Baja
Método de
COMPONENTE PV OI PV OI PV OI Análisis
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SANTIAGO MUÑOZ N. 38
2. Particiones
Pesadas SI SI SI SI NO SI F / D
Livianas NO SI NO SI NO SI F / D
3. Enchapados Interiores
Piedra, incluído mármol SI SI SI SI NO SI F / D
Cerámicas SI SI NO SI NO SI F / D
4. Tejado
a. Directamente aplicado a la estructura NO 13 SI NO 13 SI NO SI F
b. Losas de Yeso NO SI NO SI NO SI F
c. Listones de Yeso suspendidos SI SI SI SI NO SI F
d. Tejado Integrado suspendido NO 11 SI NO 11 SI NO 11 SI PR
5. Parapetos y accesorios SI SI SI SI SI SI F 1
6. Marquesinas y Toldos SI SI SI SI SI SI F
7. Chimeneas SI SI SI SI NO SI F 2
8. Escaleras SI SI SI SI SI SI *
B. EQUIPOS MECÁNICOS
1. Equipos Mecánicos
Calderas y Hornos SI SI SI SI SI SI F
Maquinaria Multi-funcional NO 3 SI NO SI NO SI F
Equipos HVAC aislado de vibraciones NO 3 SI NO SI NO SI F
Equipos HVAC sin aislamiento NO 3 SI NO SI NO SI F
Equipos HVAC junto a los Ductos NO 3 SI NO SI NO SI PR
2. Tanques de almacenamiento y
Calentadores de Agua
Tanques soportados por Estructura (Cat. 1) NO 3 SI NO SI NO SI 4
Tanques sobre el piso (Cat. 2) NO 3 SI NO SI NO SI 5
3. Tubería a Presión SI SI NO SI NO SI 5
4. Tubería contra Incendios SI SI NO SI NO SI PR
5. Tubería de fluidos
Materiales peligrosos SI SI SI SI SI SI PR / F/D
Materiales no peligrosos NO SI NO SI NO SI PR / F/D
6. Ductos NO 6 SI NO SI NO SI PR
C. ELÉCTRICOS Y COMUNICACIONES
1. Equipos Eléctricos y de Comunicación NO 7 SI NO 7 SI NO SI F
2. Equipos de Distribución Eléctricos
y de Comunicación NO 8 SI NO 8 SI NO SI PR
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ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 39
Sismicidad
Alta Sismicidad Moderada
Sismicidad Baja
Método de
COMPONENTE PV OI PV OI PV OI Análisis
3. Instalaciones de Luz
Iluminación Empotrada NO NO NO NO NO NO
Montada sobre la Superficie NO NO NO NO NO NO
Integrada al Tejado SI SI SI SI SI SI PR
Colgante NO 9 SI NO 9 SI NO SI F
D. MOBILIARIO Y EQUIPAMENTO INTERIOR
1. Estanterías SI 10 SI SI 10 SI NO SI F 2. Libreros SI SI SI SI NO SI F
3. Almacenamiento de materiales peligrosos SI SI NO 12 SI NO 12
SI PR
4. Estantes de Computadores y Comunicaciones
NO SI NO SI NO SI PR / FD
5. Ascensores SI SI SI SI NO SI F / D
6. Cinta transportadoras NO SI NO SI NO SI F / D
NOTAS
1. Parapetos de mampostería no reforzada de menos de 4 pies de altura pueden ser rehabilitados según los conceptos de diseño.
2. Chimeneas residenciales de mampostería pueden ser rehabilitados según los conceptos de diseño.
3. Para el nivel de protección a la vida es requerida la rehabilitación para: Equipos tipo A o B, o tanques de 6 o mas pies de altura Equipos tipo C Equipos que hacen parte del sistema eléctrico de emergencia Equipos de gas en espacios ocupados o desocupados 4. Calentadores de agua residenciales con capacidad menor a 100 gal pueden ser rehabilitados con
un proceso prescrito. 5. Tanques o sistemas de tuberías pueden ser rehabilitados acorde a un proceso preescrito. 6. Se requiere rehabilitación cuando los ductos transportan materiales peligrosos, exceden 6 ft2 de
área transversal o están suspendidos más de 12 in. de la estructura que lo soporta. 7. Para el nivel de protección a la vida es requerida la rehabilitación para: Equipos de 6 o mas pies de altura Equipos de mas de 20 Lb. de peso Equipos que hacen parte del sistema de comunicaciones o eléctrico de emergencia 8. Para el nivel de protección a la vida es requerida la rehabilitación cuando los equipos hacen
parte de iluminación de emergencia, sistema eléctrico o de comunicaciones. 9. Para el nivel de protección a la vida es requerida la rehabilitación cuando la instalación excede
20 Lb. por soporte.
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ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 40
10. La rehabilitación no es requerida si las estanterías se encuentran en un espacio vacío. 11. Para el nivel de protección a la vida es requerida la rehabilitación cuando los paneles excedan 2
Lb/ft2 o se quiera mejorar la rehabilitación. 12. La rehabilitación es requerida cuando el material está cerca de un lugar habitado y represente
una amenaza a la vida. 13. La rehabilitación es requerida para mejorar el nivel de protección a la vida si grandes áreas (mas
de 10 ft2) están mal sujetas o tejas plásticas se encuentra sobre listones metálicos o de madera. Símbolos: PV Nivel de Protección a la Vida OI Nivel de Ocupación Inmediata PR Procedimiento preescrito aceptado F Procedimiento analítico: Análisis de Fuerzas F/D Procedimiento analítico: Análisis de Fuerzas y Desplazamiento relativo * La rehabilitación es requerida individualmente para el componente en específico
2.3.1 Cerramientos – Tejados
El tejado es la superficie superior exterior de las construcciones y puede
ser horizontal o inclinado, estar sujeto a la estructura de la cubierta o
suspendido de ella. Así mismo, todos los sistemas de cerramiento superior
son susceptibles a deformaciones y aceleraciones por sismo. Generalmente
están soportados por elementos metálicos por separado y pueden ser
clasificados en los siguientes tipos:
a. Superficies aplicadas o revestidas con materiales que están
apoyados directamente sobre las vigas de madera, placas de
concreto o el entramado metálico; y fueron colocados mediante
aparatos mecánicos o pegados con adhesivos.
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
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b. Secciones de yeso simplemente apoyados sobre miembros que se
repiten y crean un entramado continuo (cielorraso).
c. Listones metálicos suspendidos de la estructura y revocados con
yeso u otro material.
d. Láminas acústicas de madera suspendidas entre perfiles metálicos
junto con instalaciones de iluminación y elementos mecánicos
formando un sistema integrado de cerramiento.
Tabla 2.4 Riesgos de Componentes arquitectónicos no estructurales debido a la
Componente Sísmica
Componente Efectos principales Tejado suspendido
Caída de los paneles, daño del perímetro
Separación de rieles Tejado revocado
Colapso, desprendimiento del revocado
Revestimiento Caída, destrucción de los paneles y de las conexiones
Rompimiento de las ventanas
Decoración Caída
En el análisis del comportamiento del tejado bajo diferentes
configuraciones de carga se deben establecer las aceleraciones y
deformaciones de la estructura que los soporta para poder determinar
como se van a comportar dichos elementos. A partir de esto, el buen
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ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 42
desempeño se logra mejorando las conexiones y la adhesión a los
soportes.
Comúnmente el tejado es fabricado en plantas industriales con los
siguientes materiales:
- Acero galvanizado con o sin pintura (tejas de zinc)
- Aluminio, con o sin pintura
- Asbesto cemento
- Tejas traslucidas plásticas o de fibra de vidrio
Actualmente las tejas son fabricadas nacionalmente con diferentes
características geométricas y grandes alturas de onda (100 mm o mas) de
forma que presentan gran rigidez a la flexión, venciendo grandes luces
libres entre apoyos o vigas de cubierta (7 m o mas). En algunos tipos de
cubierta, el tejado también incluye ventanería vertical o sobre el plano de
las tejas para permitir la entrada de luz natural al recinto.
A continuación se presentan los diferentes tipos de cubierta en paneles o
láminas según el productor, con sus características geométricas y
mecánicas.
• CUBIERTAS METCOL
Paneles metálicos inyectados con poliuretano de alta densidad.
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SANTIAGO MUÑOZ N. 43
CUBIERTA METÁLICA A42-P1000-G4
Elemento metálico para cubierta en láminas de acero galvanizado o
aluminio prepintado.
Figura 2.6. Cubierta Metálica A42-P100-G4, Industrias METCOL.
Tabla 2.5 Características geométricas y mecánicas de Cubierta Metálica A42-
P100-G4, Industrias METCOL.
Espesor Peso Lámina Panel (mm) (Kg/m2)
L (m) 1 1,25 1,5 1,75 2 2,25 2,5 2,75 3 0,45 4,79 P (Kg/m2) 610 390 270 190 150 120 90 65 90 0,55 5,75 760 485 335 240 185 145 115 95 75 0,65 6,7 910 580 400 290 220 170 140 110 90 0,75 4,66 1055 675 465 340 255 200 160 130 105
PANEL TECHMET A42-P1000-G4
Panel metálico de láminas de acero galvanizado o aluminio prepintado para
cubierta con inyección de poliuretano expandido de alta densidad (38
Kg/m2). Proporciona un aislamiento acústico y térmico y permite tener
mayores luces ya que se incrementa su resistencia a la flexión.
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Figura 2.7. Panel Techmet para cubierta A42-P100-G4, Industrias METCOL.
Tabla 2.6 Características geométricas y mecánicas de Panel Metálico Techmet
A42-P100-G4, Industrias METCOL.
Espesor Peso Lámina Panel (mm) (Kg/m2)
P (Kg/m2) 80 80 100 120 150 200 250 25 9,2 L (m) 4,4 3,85 3,4 3,1 2,7 2,35 2,1 30 9,39 4,7 4,1 3,85 3,3 2,9 2,5 2,25 40 9,78 5 4,4 3,9 3,55 3,2 2,75 2,45 50 10,16 5,3 4,6 4,1 3,75 3,35 2,9 2,6 60 10,54 5,6 4,85 4,35 3,95 3,55 3,05 2,75 80 11,3 6,2 6,3 4,8 4,35 3,95 3,35 3,05
• CUBIERTAS CORPACERO
Corpacero fabrica cubiertas estructurales de formas trapezoidales en acero
galvanizado llamadas “corpatechos”, que se sujetan a la estructura
principal con tornillos autoperforantes o ganchos.
Figura 2.8. Cubierta estructural Corpatecho DF, Industrias Corpacero.
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Figura 2.9. Cubierta estructural Corpatecho RF, Industrias Corpacero.
Tabla 2.7 Características geométricas y mecánicas de Cubiertas Corpatecho,
Industrias Corpacero
Calibre Espesor Peso Propio 60 75 100 60 75 100 60 75 100No. (mm) (Kg/m2)26 0,40 4,82 2,5 2,3 2,0 2,7 2,3 2,3 3,0 2,7 2,524 0,65 6,50 3,0 2,7 2,3 3,5 3,2 2,7 3,9 3,6 3,222 0,70 8,69 3,0 2,7 2,3 3,5 3,2 2,7 3,9 3,6 3,2
Carga W (Kg/m2)
Luz Máxima entre correas (m)
Condiciones de ApoyoP
L
P P
L L L LL L
P P P P
• CUBIERTAS ACESCO
Acesco produce láminas galvanizadas, comúnmente llamadas tejas de zinc,
y otros tipos de cubierta metálica similares a las ya mencionadas
anteriormente.
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
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TEJA DE ZINC ONDULADA
Figura 2.10. Teja de Zinc ondulada, Industria Acesco.
Tabla 2.8 Características geométricas y mecánicas de Teja de Zinc ondulada,
Industria Acesco
ESPESOR
mmAncho Util
mm.Largo mm.
Metro lineal kg
Unidad kg
33 3x7 0.23 750 2140 1.60 3.4233 3x8 0.23 750 2440 1.60 3.9133 3x10 0.23 750 3050 1.60 4.8933 3x12 0.23 750 3660 1.60 5.8730 3x7 0.30 750 2140 2.17 4.6330 3x8 0.30 750 2440 2.17 5.2930 3x10 0.30 750 3050 2.17 6.62
REF.DIMENSIONES PESO
CUBIERTA ARQUITECTÓNICA
Figura 2.11. Cubierta Arquitectónica de Acero galvanizado, Industria Acesco.
6 7 cm1 8 cm
80 cm
7 ,6 6 ,8 2 ,1
2,6
86 ,478 /
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Tabla 2.9 Características geométricas y mecánicas de Cubierta Arquitectónica de
Acero galvanizado, Industria Acesco
• CUBIERTAS TOPTEC
Toptec fabrica cubiertas metálicas de aluminio y tejas en fibrocemento que
son usualmente utilizadas en la construcción de techos industriales,
bodegas y galpones. Las tejas de aluminio son resistentes a la corrosión y
las tejas de fibrocemento ofrecen mayor resistencia a los cambios de
temperatura.
Figura 2.12. Cubiertas metálicas de Aluminio, Industria Toptec.
Teja Corrugada Peso = 1.07 Kg/m2 Espesor = 0.36 mm
Teja Trapezoidal Peso = 1.17 Kg/m2 Espesor = 0.36 mm
1500 1700 1900 2100 2300 1500 1700 1900 2100 2300Galvanizado 3.22 73 78
Pintado 3.31 101 1060.36 mm Galvanizado 3.38 101 106 58 40 29 - - 98 68 48 36 27
0.46 mm Galvanizado y/o pintado 4.59 101 106 81 56 40 - - 135 95 68 50 38
0.60 mm Galvanizado y/o pintado 6.02 101 106 111 76 54 - - 203 139 100 74 56
0.70 mm Galvanizado 6.90 101 106 131 90 64 - - 246 175 125 93 71
39 29 22- - 79 550.30 mm 45 31 22
ANCHO TOTAL cm
CARGA ADMISIBLE (Kg/ m2)Luz simple (mm) Luz continua (mm)ESPESOR ACABADO
PESO Kg/ m2
ANCHO UTIL cm
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Figura 2.13. Tejas en Fibrocemento, Industria Toptec.
• CUBIERTAS AJOVER
Ajover produce tejas metálicas de acero con recubrimiento de aislantes
asfálticos y foil de aluminio. Se diferencian de las otras principalmente por
su aislamiento acústico y térmico debido fundamentalmente al
recubrimiento que le dan.
Tabla 2.10 Características geométricas y mecánicas de Tejas metálicas Ajover
Tipo Clásica Super Extra 45 Espesor (mm)
1,8 1,9 2,0
Peso (Kg/m2)
4,8 5,6 6,6
Carga Viva * 120 240 290 * Capacidad de Carga Viva para una o dos luces de 1.0 m
Figura 2.14. Tejas metálicas Ajover. 82 cm
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
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SANTIAGO MUÑOZ N. 49
Ajover también fabrica tejas translucidas de PVC y policarbonatos que se
utilizan principalmente en edificaciones industriales en donde se requiere
cierta cantidad de luz y la estructura de la cubierta no fue diseñada
eficientemente para la entrada de luz natural por medio de claraboyas,
ventanas en la cubierta, etc. Las características geométricas son muy
similares a las de tejas metálicas; el peso varía entre 1.8 y 2.6 Kg/m2.
• CUBIERTAS ETERNIT
Eternit produce cubiertas de fibrocemento, las cuales han sido las más
utilizadas en nuestro país para edificaciones industriales y de
almacenamiento en las décadas pasadas, gracias a su bajo costo frente a
cubiertas metálicas o translucidas. En la última década se encontró que el
asbesto-cemento es perjudicial para la salud humana, lo cual disminuyó
notablemente su utilización en la construcción además de convertirse en el
material más pesado y menos eficiente para las cubiertas. A continuación
se presentan los tipos más comunes de tejas de fibrocemento utilizadas en
esta clase de construcciones.
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 50
Figura 2.15. Tejas en Fibrocemento Eternit.
Peso promedio = 15
Peso promedio = 17.4 Kg/m2
Teja P7 Plus
Canaleta 90
Peso promedio = 24 8
Canaleta 43
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ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 51
2.3.2 Fachadas
Las fachadas de las construcciones industriales o para almacenamiento
están constituidas principalmente por muros de mampostería no
estructural y/o láminas o paneles metálicos, y aberturas con ventanas en
vidrio que permiten iluminar el espacio interior.
Las fachadas de sólo ladrillo o mampostería se encuentran principalmente
en edificaciones de media altura y construidas en las décadas pasadas,
cuando los procesos constructivos requerían de la utilización de dicho
material y gran cantidad de mano de obra para la instalación de dichos
acabados. Estos muros están soportados por elementos estructurales
horizontales (vigas en concreto o metálicas). En la mayoría de proyectos se
utilizo el comúnmente llamado ladrillo tolete a la vista con un peso
promedio de 3 Kg/un y el bloque en concreto.
Imagen 2.1. Fachada en ladrillo.
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 52
Las fachadas metálicas son comúnmente utilizadas en edificaciones de
mayor altura y más nuevas, en donde se aprovecha la ligereza de este
material y la facilidad constructiva a la hora de armar la fachada. Las
láminas de acero galvanizado son similares a las utilizadas para cubiertas.
Los paneles están constituidos de dos láminas de acero galvanizado con
poliuretano expandido de alta densidad en el medio, el cual sirve de
aislamiento térmico y acústico. Están soportados sobre las vigas o
adosados a ellas por medio de perfiles metálicos agarrados con pernos. A
continuación se presentan las características geométricas y mecánicas del
tipo más común de panel de fachada.
Tabla 2.11 Características geométricas y mecánicas de Paneles monowall,
industria Metcol
Espesor
Lámina (mm)
Peso Panel (Kg/m2)
P (Kg/m2) 60 80 100 120 150
0,4 + 0,4 0,5 + 0,5 Acero - Acero
30 7,90 9,60 L (m) 3,20 3,00 2,80 2,50 2,20 40 8,28 9,98 3,40 3,20 3,00 2,80 2,50 50 8,66 10,36 3,90 3,65 3,40 3,10 2,75 60 9,04 10,74 4,40 4,10 3,75 3,45 3,00
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
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Imagen 2.2 Fachada metálica Imagen 2.3 Detalle de Fachada metálica
2.4 SOLDADURAS
La soldadura es el proceso mediante el cual se unen dos piezas metálicas
por medio del calentamiento. En la fabricación de perfiles de acero, la
soldadura con arco eléctrico es la más utilizada ya que tiene la ventaja de
desarrollar un calor intenso en una zona muy localizada, evitando crear
esfuerzos residuales en el material y hacer el proceso más económico.
Existen varios tipos de soldadura de arco dependiendo el electrodo que se
utiliza: soldadura con arco de carbón, con arco de tungsteno y gas, con
arco metálico y sumergido.
En estructuras metálicas se utiliza comúnmente la soldadura con arco
metálico ya que reduce las tensiones internas y resulta de gran calidad.
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 54
Consiste básicamente en un electrodo metálico revestido que se funde con
el metal y a la vez sirve como material de aporte creando un gas inerte
alrededor del área evitando que se contamine.
2.4.1 Tipos de Soldadura
Los principales tipos de soldadura utilizados comúnmente en
construcciones con estructuras metálicas son las soldaduras de filete y las
soldaduras acanaladas.
La soldadura de filete se encuentra normalmente en uniones de elementos
que no se encuentran en un mismo plano o alineados (Figura 2.15).
Figura 2.16 Tipos de Soldadura
Junta Traslapada
Junta en TJunta de Esquina
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 55
La soldadura acanalada de penetración total o parcial se utiliza
principalmente cuando se desea tener una continuidad total o parcial en la
junta y es necesaria una mayor resistencia además de una transmisión de
esfuerzos continua a través de la conexión, tanto en uniones con
elementos en el mismo plano como en diferentes planos (Figura 2.16).
Generalmente la soldadura de filete es más económica y requiere de mano
de obra menos experimentada pero no es aconsejable para elementos
estructurales importantes dentro de una edificación.
Figura 2.17 Soldadura de Penetración Total
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 56
3. CARACTERIZACIÓN Y TIPOS DE EDIFICACIONES PARA
ALMACENAMIENTO
Las edificaciones para almacenamiento son construcciones que están
destinadas a guardar bajo sus grandes luces gran cantidad de mercancía,
equipos, maquinaria y personas que dependen directamente de la
funcionalidad de la edificación misma. Se pueden encontrar diversos usos
para este tipo de edificaciones pero en general sobresalen el industrial, el
comercial y el de depósito o comúnmente llamado bodega. Cualquiera de
estos usos, requiere de estructuras que presentan rasgos similares y
característicos que difieren dependiendo de su época de construcción, de
los materiales utilizados y por ende de la funcionalidad del edificio.
El análisis, la rehabilitación y el diseño de este tipo de construcciones
deben estar orientados a verificar diferentes aspectos que garanticen desde
la operación completa de dichas plantas hasta la protección de la vida
considerando los límites de servicio y de resistencia estructurales, sin
olvidar que este tipo de estructuras de grandes luces sufren problemas
asociados con las altas distorsiones geométricas.
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 57
Las estructuras utilizadas tienen dimensiones en planta y en altura mucho
mayores a las usadas generalmente en viviendas y edificios comunes,
además de estar compuestas por dos componentes básicos: la estructura
principal y la cubierta. La estructura principal tiene una configuración
estructural que está constituida principalmente de pórticos ortogonales y
perimetrales de concreto reforzado, acero laminado o formado en frío y
pocas veces en concreto preesforzado, que sostienen la cubierta por medio
de perfiles metálicos o de vigas metálicas en celosía (cerchas) venciendo
las grandes luces. La cubierta tiene a su vez varios elementos además del
tejado que aseguran su correcto funcionamiento, como correas metálicas
en perfiles laminados o armados con barras de acero, contravientos y
riostras que rigidizan su estructura ante cargas horizontales. Estas
edificaciones tienen perfiles que sostienen techos con un 10 % de material
translucido y una inclinación moderada que escurre el agua lluvia hacia los
extremos en donde hay aleros con canaletas que la conducen hacia abajo.
También existen edificaciones para el almacenamiento que cubren grandes
luces con sistemas estructurales basados en cables o tirantes similares a
los usados en la construcción de puentes.
La estructura consiste generalmente en la repetición de vigas y columnas
internas o perimetrales diseñadas con la misma sección y como miembros
continuos, para reducir el trabajo de elaboración de los elementos y
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 58
mejorar el funcionamiento en el caso de colapso aumentando la capacidad
de momento, en el cual una viga interna puede convertirse en una externa
y una externa puede quedar simplemente apoyada. Así en este tipo de
proyectos se busca disminuir el número de miembros estructurales
requeridos al mínimo y aumentar el grado de repetición al máximo.
En el caso de estructuras metálicas, la construcción se basa principalmente
en acondicionar los elementos que vienen de taller ya formados y cortados
a la medida y armarlos en la obra. Las bases de las columnas son soldadas
tradicionalmente a platinas de base que están casi siempre empotradas en
muretes de concreto. Las vigas son soldadas a las columnas o ligadas con
ángulos fijados por medio de pernos. La cubierta es conectada a los bordes
de las columnas para restringir los desplazamientos laterales y para que así
actúe como un diafragma de cortante bajo cargas horizontales,
transmitiendo los esfuerzos a los elementos verticales. El éxito de estas
edificaciones está relacionado directamente con el costo y la disponibilidad
de las secciones; en base a esto y a la simplicidad constructiva, es la forma
más económica y eficiente de cubrir grandes áreas en forma liviana.
Adicionalmente se deben tener en cuenta los requerimientos funcionales
de la edificación, como espacios para maquinaria y equipo, la flexibilidad
de los espacios en el tiempo de vida útil y la resistencia mínima ante
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 59
materiales peligrosos o corrosivos que puedan ser almacenados, así como
efectos por incendio.
La tipología o clase de edificación para almacenamiento responde a
diferentes aspectos, los cuales determinan a su vez las características de la
misma.
a. Finalidad o proceso industrial al cual se va destinar
- Dimensiones generales
- Dimensiones de vigas longitudinales y transversales
- Localización de aberturas (puertas, ventanas, etc)
- Necesidad o no de iluminación
- Necesidad de ventilación
b. Economía
- Materiales de elementos estructurales (en general concreto y acero)
- Perfiles disponibles en el mercado
- Tipo de estructura, es decir, vigas en celosía (cerchas) o almas llenas
c. Arquitectura de la edificación
- Disposición de la cubierta
- Disposición de la fachada
- Posición relativa e la envolvente con relación a elementos
estructurales
- Tipo de revestimiento
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 60
d. Fuerzas actuantes
- Magnitud de cargas permanentes
- Sobrecarga en la cubierta
- Cargas de viento
- Deformaciones y deslizamientos permitidos
- Magnitud y tipo de carga extra (estática o dinámica) de maquinaria,
equipos, etc.
A partir de esto, las edificaciones para almacenamiento se pueden clasificar
en tres grupos:
- Módulos y secciones simples
- Módulos y secciones múltiples pero repetitivas
- Tipo cobertizo
Debido a la diversidad de alternativas de configuraciones que se pueden
presentar, A continuación se presentan los tipos más comunes de
edificaciones para almacenamiento con sus características singulares,
teniendo en cuenta los puntos anteriores, las configuraciones tanto de la
estructura principal como de la cubierta, la época de construcción y su uso.
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 61
3.1 EDIFICACIÓN PARA ALMACENAMIENTO TIPO 1
Figura 3.1 Esquema de edificación para almacenamiento tipo 1
Este tipo de construcción, comúnmente llamada de cubierta en espina de
pescado, se utiliza generalmente como planta industrial ya que la cubierta
provee gran iluminación natural gracias a las aberturas que se encuentran
en la parte vertical de cada módulo de la cubierta, lo que economiza gastos
en energía por iluminación artificial. La cubierta consiste en módulos
triangulares repetidos longitudinalmente de 4 a 7 veces con separación de
TEJADO DECUBIERTA
ILUMINACIÓN Y VENTILACIÓNPRINCIPAL
ILUMINACIÓNLATERALMURO
ENMAMPOSTERÍA
VIGA LONGITUDINAL INCLINADA ENCONCRETO REFORZADO
CERCHA TRANSVERSALPRINCIPAL
CORREAS TRANSVERSALES ENACERO
CONTRAVIENTOS DECUBIERTA
CERCHA LONGITUDINALSECUNDARIA DE LACUBIERTA
COLUMNA EN CONCRETOREFORZADO
ESTRUCTURA DE CUBIERTA ENFORMA DE ESPINA DE PESCADO
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 62
7 metros cada una en promedio. La relación en planta entre el largo y el
ancho es de 2.5 en promedio. La altura en total no excede los 14 metros,
variando según la maquinaria que se utiliza en su interior y la existencia o
no de un puente grúa.
Imagen 3.1 Edificación para almacenamiento con cubierta de pescado típica
3.1.1 Materiales
Los materiales usados para la construcción de este tipo de edificación son
concreto reforzado para la cimentación y para la estructura principal
(columnas y vigas longitudinales) con propiedades mecánicas comunes. Las
vigas transversales (cerchas) que sostienen la cubierta son ángulos de
acero estructural laminado, al igual que las correas y los contravientos. El
tejado es de lámina metálica de acero galvanizado y las aberturas de
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 63
iluminación de vidrio común. La fachada es de ladrillo a la vista o revestido
en la cara exterior o en ambas caras.
Imagen 3.2 Materiales de los componentes principales
3.1.2 Cimentación
La cimentación se fundamenta en zapatas bajo cada columna, con vigas de
amarre de sección constante de 30*35 cm en la dirección longitudinal y
contrapesos en concreto ciclópeo unidos por vigas intermedias de 35*40
cm en la otra dirección. La placa de piso se encuentra reforzada con malla
electrosoldada en todos los casos.
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ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 64
Figura 3.2 Sistema de cimentación típica
3.1.3 Estructura Principal
La estructura principal está conformada por un pórtico de una sola planta
con una o dos vigas longitudinales dependiendo de la altura que se tiene.
Las columnas se encuentran separadas 7 m en promedio entre ejes y sus
dimensiones no varían con secciones en promedio de 40*70 cm. Las vigas
longitudinales horizontales tienen secciones de 30*40 cm y las inclinadas
secciones de 30*35 cm.
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ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 65
Figura 3.3 Sistema estructural típico
3.1.4 Conexiones
Las uniones entre las cerchas transversales y las columnas de concreto son
totalmente restringidas de modo que el perfil metálico vertical del extremo
de la cercha está embebido en la columna, manteniendo inalterado el
ángulo entre la columna y la cercha, generando continuidad en el pórtico.
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 66
Imágenes 3.3 y 3.4 Conexión cercha transversal – columna y Detalle de conexión
3.1.5 Cubierta
La cubierta, como se mencionó anteriormente, es de tipo de “espina de
pescado”, la cual aprovecha la elevación extra en cada módulo para
permitir la entrada de luz natural al recinto y así tener un espacio con
mayor funcionalidad. Está sostenida por cerchas transversales de 3 metros
de altura y cuenta además con cerchas longitudinales secundarias que
sostienen directamente el tejado en lámina de acero galvanizado (teja de
zinc). Las correas transversales y los contravientos las amarran y rigidizan
la estructura de la cubierta en conjunto.
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ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
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Figura 3.4 Corte transversal. Cercha metálica de cubierta típica
Imagen 3. 5 Cubierta tipo espina de pescado
3.1.6 Fachadas
La fachada principal y más grande está comúnmente construida con
mampostería no estructural de ladrillo tolete, algunas veces a la vista y
otras con revestimiento básico. Las fachadas finales es en donde
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 68
generalmente se encuentra localizada la salida o las zonas de cargue y
descargue de mercancía, por lo cual están normalmente constituidas de
una puerta de acceso de carga metálica de cortina enrollable. En algunos
casos se encuentran muros interiores divisorios en bloques de concreto o
ladrillo en arcilla estructural.
3.1.7 Otros
Estas edificaciones cuentan de manera regular con puentes grúa que se
mueven sobre vigas metálicas apoyadas en ménsulas que tienen las
columnas dispuestas especialmente para esto e incluidas desde el diseño.
La capacidad de carga de estos puentes grúa puede variar de 1 Ton hasta
36 Ton.
Imagen 3.6 Puente grúa apoyado sobre columna propia
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 69
Imagen 3.7 Puente grúa apoyado sobre pórtico principal
Cuando se tiene un puente grúa, se dispone del sistema estructural según
la capacidad del mismo.
- Si la capacidad es menor o igual a 1 Ton, se tiene que la columna del
pórtico que sostiene la cubierta es la misma que soporta a la viga
metálica longitudinal del puente grúa por medio de una ménsula.
- Si la capacidad del puente grúa varía de 1 a 6 Ton se dispone de
columnas de una sección mas grande en la parte inferior hasta la
ménsula donde está apoyada la viga metálica longitudinal. A partir de
ésta, se disminuye la sección de la columna que sostiene las vigas
transversales de la cubierta.
- Para una capacidad máxima mayor a 6 Ton, se diferencian las columnas
que sostienen la viga longitudinal metálica del puente grúa con las del
pórtico que sostienen la cubierta.
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 70
También se encuentran equipos o maquinaria pesada importantes para la
funcionalidad de la edificación pero que no afectan estructuralmente a la
construcción ya que casi siempre están ubicados sobre el piso.
Generalmente se prepara la placa de piso para que resista carga de esta
índole.
3.2 EDIFICACIÓN PARA ALMACENAMIENTO TIPO 2
ILUMINACIÓN
TEJADO DE CUBIERTA
ILUMINACIÓN
MURO EN MAMPOSTERÍA
VIGA EN CONCRETO REFORZADO
COLUMNA EN CONCRETO REFORZADO
CERCHA EN ACERO ESTRUCTURAL CORREAS EN ACERO
CONTRAVIENTOS DE CUBIERTA
TENSOR DE CUBIERTA Y CORREAS
ESTRUCTURA DE CERCHA A DOS AGUAS
Figura 3.5 Esquema de edificación para almacenamiento tipo 2
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 71
Este tipo de edificación es la más utilizada para el almacenamiento y en
general para bodegas en Bogotá, al igual que se utiliza para galpones,
polideportivos, espacios civiles, etc. Es la que requiere de menos trabajo de
taller, constructivo y tiene el mínimo de miembros estructurales que se
repiten al máximo. La mayoría fueron construidas entre 1960 y 1990,
presentando similitudes constructivas en la cubierta. La cubierta es a dos
aguas y está soportada por la estructura principal que se en pórticos
ortogonales en los 4 costados. Esta edificación es en general más grande
que la de tipo 1. Puede llegar a superar los 1000 metros cuadrados de
área, su relación en planta entre el largo y el ancho está entre 1 y 2
venciendo luces más grandes, gracias a la disminución de elementos en la
cubierta y por ende su peso. Su altura no excede los 12 metros. En muchos
casos, se encuentran oficinas de una o dos plantas adosadas en el fondo,
que fueron incluidas posteriormente a la construcción y que no
representan cargas adicionales, ya que se encuentran apoyadas sobre
columnas ajenas a los pórticos principales.
En complejos industriales, estas edificaciones se encuentran repetidas una
contra la otra en el sentido transversal hasta diez veces.
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 72
Imagen 3.8 Edificación para almacenamiento con cubierta a dos aguas
3.2.1 Materiales
La estructura principal se encuentra en todos los casos elaborada con
concreto estructural tanto en cimentación, columnas y vigas. La cubierta
está sostenida por vigas en celosía (cerchas) de perfiles metálicos en acero
laminado, mientras que las correas están fabricadas con barras de acero
unidas con ángulos metálicos de acero A36. El tejado en este caso es
ondulado de asbesto-cemento, comúnmente encontrado debido a que era
el mejor material en la época para la construcción de cubiertas. Las
edificaciones mas nuevas tienen techos de lámina metálica (tejas de zinc) o
de materiales translucidos como policarbonato. Las fachadas son en todos
los casos de mampostería con o sin revestimiento exterior.
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 73
3.2.2 Cimentación
La cimentación de estos pórticos se basa también en zapatas
independientes con vigas de amarre en ambos sentidos para las columnas
de esquina; las demás tienen vigas de contrapeso en el sentido transversal.
3.2.3 Estructura Principal
Los pórticos principales se basan en la repetición de columnas de sección
continua en ambas direcciones, que soportan las cerchas transversales
sobre ménsulas dispuestas exclusivamente para eso. Las vigas perimetrales
en concreto varían su sección dependiendo si es longitudinal o transversal.
En pocos casos se suprimen las vigas perimetrales y se reemplazan por
muros que reciben parte del peso del tejado, además de recibir cargas
horizontales de viento y sismo en ambas direcciones.
Imagen 3.9 Columnas con muros en lugar de vigas perimetrales
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 74
También se encuentran edificaciones de este tipo que tienen columnas de
sección variable en altura con ménsula debido a la existencia de un puente
grúa (Ver sección 3.7.1).
Imagen 3.10 Columna de sección variable
3.2.4 Conexiones
Las uniones entre las columnas de concreto reforzado y las cerchas son
más simples que las de la edificación tipo 1 y consisten básicamente en
apoyos parcialmente restringidos en ambos extremos o en uno solo,
dejando el otro simplemente apoyado. En el caso que los dos extremos se
encuentran restringidos, la conexión consiste de una platina y unos pernos
que restringen el desplazamiento de la cercha en la dirección transversal
con una holgura máxima de 5 cm en cada extremo.
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 75
Imagen 3.11 Conexión parcialmente restringida en solo un extremo
Imagen 3.12 Conexión parcialmente restringida en ambos extremos
3.2.5 Cubierta
La cubierta a dos aguas consiste de cerchas transversales triangulares que
llevan el peso del tejado a las columnas. Estas cerchas se encuentran
sujetadas en el sentido longitudinal por correas que trabajan a tensión
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 76
evitando que las cerchas se “abran” y a flexión recibiendo parte del peso
del tejado, que transmiten a las cerchas principales. Los contravientos que
además ayudan a mantener rígida la estructura de la cubierta bajo cargas
de viento.
El tejado tiene comúnmente un 10 % de tejas translucidas que permiten el
paso parcial de luz natural al recinto. Adicionalmente, en algunos casos la
cubierta tiene un modulo de iluminación central longitudinal, que sobresale
aproximadamente 1 metro por encima del tejado en forma de dos aguas,
dejando espacio para la entrada de luz y la ventilación. El resto de
iluminación se consigue con aberturas en los muros o con iluminación
artificial.
Imágenes 3.13 y 3.14 Cubiertas a dos aguas con modulo de iluminación central
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 77
Imagen 3.15 Cubierta a dos aguas iluminación lateral
3.2.6 Fachadas
En este caso, todas las fachadas se encuentran interrumpidas por puertas
de acceso o de cargue y descargue, al igual que hay aberturas en los muros
longitudinales para la iluminación interior.. En las construcciones viejas,
estos muros no se encuentran revestidos en ninguno de los dos lados
mientras que en la mayoría de las construcciones nuevas se encuentran
revestidos por lo menos en el lado exterior.
3.2.7 Otros
La iluminación interior es parte fundamental de estas edificaciones ya que
no cuenta con aberturas suficientes que provean gran cantidad de luz. Las
instalaciones de luz se encuentran en todos los casos colgadas de las
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 78
cerchas principales, sin generar cargas significativas pero si representando
un riesgo por la posible caída en caso de sismo.
Imágenes 3.16 y 3.17 Sistemas de iluminación típicos 3.3 EDIFICACIÓN PARA ALMACENAMIENTO TIPO 3
ESTRUCTURA DE ALMA LLENA A DOS AGUAS
CONTRAVIENTOS DE CUBIERTA
TENSORES
VIGAS PRINCIPALES
SECCIONES EN CONCRETO O ACERO
Figura 3.6 Esquema de Edificación para almacenamiento tipo 3
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 79
La edificación para almacenamiento tipo 3 se diferencia de las dos
anteriores especialmente en los miembros estructurales de la cubierta, los
cuales son vigas metálicas de alma llena, perfiles metálicos formados en
frío o laminados. También se localizan columnas interiores en los
principales puntos de la cubierta. Este tipo de edificación ha sido
construido en su mayoría en la última década bajo la norma
sismorresistente vigente de la época. Está destinada comúnmente al uso
comercial, como supermercados, grandes almacenes al por mayor y
depósitos de materiales para la construcción. El área que ocupan estas
construcciones se encuentra en el orden de 10000 metros cuadrados, lo
cual supera a los tipos de edificaciones anteriores.
Las características de estas edificaciones se tomaron en base al almacén
Homecenter “El Dorado” (HCD), el cual es un establecimiento comercial
ubicado en la avenida ciudad de Cali con avenida el dorado (Bogotá). Este
proyecto representa un caso típico para este tipo de edificación.
Imagen 3.18 Homecenter El dorado (HCD)
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3.3.1 Materiales
El concreto estructural se encuentra repartido entre la cimentación, las
columnas perimetrales e interiores, las vigas perimetrales y la placa de
piso. En el caso de las columnas y los muros perimetrales se encuentra
comúnmente un concreto de 4000 psi, las vigas y las placas alcanzan una
resistencia de 3000 psi. y el concreto ciclópeo 2000 psi. Los aceros
utilizados para el concreto estructural varían en su resistencia según el
diámetro de las barras, de modo que las barras de ¼” tienen un Fy de 240
Mpa, de 3/8” a 1” tienen un Fy de 420 Mpa y las mallas electrosoldadas un
Fy de 500 Mpa. Los miembros estructurales metálicos de la cubierta como
perfiles y láminas están elaborados con acero A36, pintado con
anticorrosivo y esmalte blanco. Las uniones como anclajes y tornillos
estructurales son de acero SAE grado 5, y los ángulos de conexión con
acero A572 grado 50. La fachada y el tejado están hechos de paneles
metálicos de acero galvanizado con poliuretano inyectado en el centro que
sirve como aislamiento acústico y térmico.
En este caso en especial, la zona de cargue y descargue tiene una
estructura metálica aparte del sistema estructural del almacén,
caracterizado por columnas en perfiles H y vigas en perfiles I.
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
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3.3.2 Cargas
Las cargas vivas de diseño de esta edificación fueron las siguientes:
Almacén – 3000 Kg/m2
Garajes automóviles – 250 Kg/m2
Garajes vehículos pesados – 500 Kg/m2
Mezanine – 180 Kg/m2
Escaleras – 300 Kg/m2
3.3.3 Cimentación
La cimentación consiste en pilotes de 15 y 25 metros en concreto de 3000
psi y refuerzo en espiral de 3/8” de diámetro, repartidos en toda la planta
de cimentación y agrupados en dados, que van desde 1 hasta 5 pilotes en
cada uno.
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
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Figura 3.7 Cimentación de estructura principal, HCD
3.3.4 Estructura Principal
La estructura principal consiste de pórticos perimetrales con luces de 8
metros y columnas repartidas uniformemente sobre el área de la planta,
que sirven de apoyos intermedios para la estructura de la cubierta. Cada
pórtico tiene columnas perimetrales de concreto con secciones diferentes
según el costado donde se encuentren. Las vigas perimetrales también
varían su sección según el costado y el nivel en que se encuentre. A
continuación se presentan las propiedades de cada miembro por separado.
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
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Figura 3.8 Axonometría general de la estructura principal, HCD
K J I H G F E D C B AL
Figura 3.9 Corte transversal de la estructura principal, HCD
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
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3.3.4.1 Columnas
Las columnas difieren en su sección según la localización. Las columnas
perimetrales que se encuentran sobre los costados norte y sur tienen una
sección común de 60x50 cm y una ménsula ubicada en el nivel superior
(6.75 m) en donde se apoyan las vigas transversales de la cubierta. Las que
se encuentran sobre los costados este y oeste tienen la misma sección de
50x60 pero no tienen ménsula ya que las vigas longitudinales se apoyan
sobre una viga transversal en cada extremo.
Imagen 3.19 y Figura 3.10 Ménsula de columna de 50x60 del costado norte, HCD
3.3.4.2 Vigas Perimetrales
Los pórticos perimetrales están constituidos por vigas que se encuentran
ubicadas en dos niveles superiores. Los pórticos de los costados este y
oeste tienen además vigas inclinadas que se encuentran a nivel de cubierta
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 85
y que ayudan a sostener la misma. En el primer nivel superior (3.95 m) se
encuentran vigas de sección constante de 50x40 cm, mientras que en el
segundo nivel superior (7.25 m) las vigas tienen unas sección constante de
50x50 cm. Las vigas inclinadas de los costados tiene una sección de
50x50, partiendo de 7.40 metros y alcanzando el punto máximo en la
mitad del costado a los 12 metros.
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
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Figura 3.11 Planta vigas a nivel superior N+7.25, HCD
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
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3.3.5 Cubierta
La cubierta a dos aguas atiene una inclinación del 4 % proporcionada por
las vigas transversales. Está provista por una serie de vigas metálicas de
perfil en I orientadas longitudinalmente y transversalmente, además de
correas y contravientos. Las correas se encuentran en dirección
longitudinal apoyadas en sus extremos sobre dos vigas transversales de
culata y en el resto sobre las vigas transversales comunes. Estas vigas
transversales se encuentran a su vez embebidas y sostenidas por las vigas
longitudinales de la cubierta, finalizando en sus extremos sobre las
ménsulas de las columnas de los costados norte y sur.
3.3.5.1 Vigas Longitudinales
Las vigas longitudinales fueron elaboradas con acero A36 en perfiles
metálicos laminados en forma de I venciendo luces de 24 metros. La
sección varía longitudinalmente en su altura y ancho en las uniones con las
vigas transversales (columnas internas) y en sus extremos, en donde se
encuentra soportada por las ménsulas de las columnas. Se caracterizan por
su esbeltez y tiene un espesor de 8 mm en el alma y de 16 mm en las alas.
La altura y el ancho predominante es de 90 y 40 cm respectivamente.
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
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Figura 3.12 Sección predominante de viga longitudinal, HCD
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
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Figura 3.13 Corte longitudinal típico, HCD
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
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3.3.5.2 Vigas Transversales
La cubierta tiene tres tipos de vigas transversales, todas de perfiles
metálicos en I fabricados con acero A36. La viga transversal de culata tiene
una sección constante IPE200 sobre ménsulas metálicas ancladas a las
columnas perimetrales (Ver Imagen 3.20 y Figura 3.14)
Imagen 3.20 Detalle de ménsula metálica para viga transversal de culata, HCD
Figura 3.14 Detalle de apoyo de viga transversal de culata, HCD
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 91
Las otras dos clases de vigas transversales se encuentran repartidas a lo
largo de la cubierta y sostenidas por las vigas longitudinales. Se diferencian
principalmente en que una pasa sobre las columnas centrales y la otra no,
lo cual cambia el tipo de conexión con la viga longitudinal pero se
mantiene la esbeltez de la sección igual. Sus dimensiones son 90x25 cm
con un espesor en el alma y en la aletas de 8 y 16 mm respectivamente.
Ambas se encuentran apoyadas en sus extremos sobre las ménsulas
características de las columnas perimetrales.
VIGA V1EVIGA V1D VIGA V1D
VIGA V1CVIGA V1B
VIGA V1A
VIGA V1EVIGA V1DVIGA V1D
VIGA V1CVIGA V1B
VIGA V1A
VIGA V1AVIGA V1AB
VIGA V1AC VIGA V1DA VIGA V1DBVIGA V1E VIGA V1E
VIGA V1DB VIGA V1DAVIGA V1C
VIGA V1BVIGA V1A
Figura 3.15 Vigas transversales, HCD
3.3.5.3 Correas
Las correas se encuentran separadas 1.75 m entre sí y son las primeras
que se encargan de recibir las cargas del tejado y transmitirlas al resto de
la estructura. Están apoyadas perpendicularmente sobre las vigas
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
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transversales y se encuentran amarradas por templetes transversalmente.
Las correas son básicamente perfiles en C de 30x6 cm de lado y 2.5 mm
de espesor.
Figura 3.16 Disposición de correas, HCD
Imagen 3.21 Correas, HCD
3.3.5.4 Contravientos Y Templetes
Los contravientos y los templetes son rigidizadores para cargas de viento.
Los contravientos son barras de 5/8” enroscadas en sus extremos a
ángulos que se encuentran soldados a las vigas transversales y los
templetes son barras de 3/8” enroscadas en las correas.
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 93
Figura 3.17 Sistema de contravientos, HCD
Imagen 3.22 Detalle de contraviento, HCD
3.3.6 Conexiones
Las conexiones entre miembros estructurales de la cubierta y de la
estructura principal son fundamentales para el buen comportamiento de la
edificación en general. Así mismo, las conexiones de estos con los
elementos arquitectónicos como tejado y fachadas son igualmente
importantes ya que definen el grado de funcionalidad de este tipo de
edificación.
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
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3.3.6.1 Conexiones en Columnas Perimetrales
Las vigas transversales y longitudinales están conectadas a las columnas de
concreto en forma totalmente restringida por medio de pernos de 7/8”
anclados a la ménsula de concreto sobre una platina base de 1” de espesor.
Figura 3.18 Conexión columna perimetral costado sur-viga transversal, HCD
Imagen 3.23 Detalle de conexión viga transversal-columna, HCD
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
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Figura 3.19 Conexión columna perimetral costado oeste - viga longitudinal, HCD
Imagen 3.24 Detalle de conexión viga longitudinal-columna, HCD
Las dos vigas de culata que se encuentran sobre los costados este y oeste
están apoyadas sobre las columnas por medio de una ménsula metálica
que va anclada a la columna de concreto con anclajes de diámetro ¾” y
largo 5 ½” (Ver figura 3.14).
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 96
3.3.6.2 Conexiones en Columnas Centrales
En este punto se presentan dos conexiones diferentes. La viga transversal
se conecta con la viga longitudinal y la viga longitudinal se conecta con la
columna de concreto. La conexión entre vigas metálicas se dispone de tal
manera que los módulos de la viga transversal se conectan a la viga
longitudinal por lado y lado por medio de un par de platinas soldadas de
¼” de espesor con pernos de ¾” de diámetro. Este tipo de conexión crea un
nudo totalmente rígido de tal manera que se restringe cualquier rotación.
La conexión entre la viga longitudinal y la columna central de concreto se
realiza por medio de un platina de ½” de espesor y cuatro pernos de
anclaje de 1” de diámetro y 45 cm de longitud.
Figura 3.20 Conexión vigas de cubierta-columna central, vista longitudinal, HCD
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 97
Figura 3.21 Conexión vigas de cubierta-columna central, vista transversal, HCD
3.3.7 Fachada y Tejado
La fachada está constituida por dos componentes que se dividen en altura.
Bloques de concreto se encuentran en forma de muro de fachada sin
revoque con la cara corrugada hacia el exterior hasta la primera viga
perimetral de concreto. A partir e ahí y hasta los 12.25 m se encuentra una
fachada en panel metálico tipo Monowall con aislamiento de poliuretano
expandido en el medio. Esta fachada metálica se encuentra adosada a la
estructura principal por medio de una estructura propia compuesta por
perfiles horizontales en C dispuestos en altura que van unidos a unos
parales metálicos que a su vez van anclados a las vigas perimetrales de
concreto.
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 98
Imagen 3.25 Paral metálico de fachada, HCD Imagen 3.26 Fachadas, HCD
El tejado está provisto con panales metálicos Techmet, los cuales también
tiene poliuretano en el medio. Está apoyado directamente sobre las correas
de la cubierta. Adicionalmente cuenta con módulos de tejas acrílicas que
permiten la entrada de luz natural al espacio interior.
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 99
3.3.8 Otros
La edificación cuenta además con instalaciones y equipos que le generan
cargas adicionales a la estructura.
Imagen 3.27 Ducto de aire acondicionado, HCD
Figura 3.22 Soportes típicos para ductos de aire acondicionado, HCD
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 100
4. ANÁLISIS DE CASO
El siguiente análisis de caso se presenta como un ejemplo de revisión
estructural a una edificación tipo 2, con excepción de la cubierta la cual en
este caso es de una sola agua, con el fin de determinar si es vulnerable o
no en caso de sismo, basándose en la Norma Colombiana de Diseño y
Construcción Sismorresistente de 1998 (NSR-98).
Imagen 4.1 Vista sur oriental
4.1 CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA EDIFICACIÓN
Este proyecto se encuentra ubicado en la zona industrial “El dorado” de
Bogotá, sobre la avenida El dorado con carrera 83. Esta zona (zona 3 –
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 101
Lacustre A) está conformada principalmente por depósitos de arcillas
blandas con profundidades mayores de 50 m. Pueden aparecer depósitos
ocasionales de turbas y/o arenas de espesor intermedio a bajo. Presentan
una capa superficial preconsolidada de espesor variable y no mayor a10m.
La edificación es propiedad de una empresa de correo expreso
internacional, por lo tanto tiene un uso comercial de almacenamiento de
mercancías para el recibo y despacho hacia diferentes locaciones. Tiene
dimensiones un área total en planta de 413 m2 y una altura de 10 m en
total.
4.1.1 Estructura Principal
La estructura principal está constituida por dos pórticos de concreto,
iguales y longitudinales, con una separación de 10.94 metros. Cada pórtico
tiene 6 columnas y dos vigas, consiguiendo 5 luces de longitud variable
(Ver figura 4.1).
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 102
6,8
7,5
7,15
7,15
7,15
10,94
4,56
3,75
DIMENSIONES EN METROS
Figura 4.1 Esquema de la estructura principal
4.1.2 Cimentación
La cimentación se basa en zapatas independientes de dimensiones
variables con vigas de amarre iguales de sección constante que las unen
ortogonalmente. Adicionalmente la placa de piso se encuentra sobre una
placa de contrapiso.
Figura 4.2 Zapatas de cimentación y placa de contrapiso
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 103
4.1.3 Columnas y Vigas
Todas las columnas tienen la misma sección constante de 50x35 cm con
una ménsula en su extremo superior, que sirve para sostener las vigas de
cubierta. Las vigas se encuentran a 4.56 m y 8.31 m de altura y todas
tienen igual sección.
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 104
Figura 4.3 Secciones de columnas y vigas
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 105
4.1.4 Cubierta
La cubierta a “un agua” tiene una pendiente del 12 % proporcionada por
vigas metálicas en celosía (cerchas) formadas con ángulos de secciones
diferentes (Ver figura 4.6). Estas cerchas sostienen correas con secciones
iguales pero de longitudes diferentes, correspondientes a las distancias
entre columnas (Ver figura 4.8). A su vez, estas correas están amarradas
por tensores que rigidizan la cubierta para cargas de viento (Ver figura
4.9). Adicionalmente, las cerchas también se encuentran rigidizadas por
contravientos en X que unen los extremos opuestos y arriostradas en el
lado vertical. Ambos son barras de ½” de diámetro.
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 106
6,8
7,5
7,15
7,15
7,15
10,94
4,56
3,75
DIMENSIONES EN METROS
Figura 4.4 Esquema de toda la estructura
Las cerchas se encuentran apoyadas en sus extremos sobre las ménsulas,
en las cuales se presentan dos tipos de conexión. En el lado más alto de la
cerchas está la conexión totalmente restringida, la cual consiste en una
platina anclada a la ménsula con 2 barras roscadas de 1¼”. En otro lado, la
conexión se basa en un apoyo móvil configurado de la misma manera
(platina y barras roscadas) pero con orificios que le permiten a la cercha
moverse en su mismo sentido con una holgura de 10 cm en total (Ver
figura 4.7).
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 107
Figura 4.5 Planta general de cubierta
Figura 4.6 Cercha típica
Figura 4.7 Detalle de los apoyos de la cercha
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 108
Figura 4.8 Correas
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 109
Figura 4.9 Detalles tensores y contravientos
4.1.5 Fachada y Tejado
La fachada está elaborada con ladrillo tolete en toda la altura, pero a la
vista exterior sólo hasta el primer tercio de altura. La parte restante está
revestida con paneles metálicos de lámina de acero y poliuretano en el
centro, vistos en el capítulo anterior.
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 110
Imagen 4.2 Fachada
4.1.6 Materiales
Concreto f’c = 210 Kg/cm2
Acero de refuerzo fy = 4200 Kg/cm2
Ángulos y platinas ASTM A36
Soldadura tipo E70-18 según las normas A.W.S.
4.2 ANÁLISIS ESTRUCTURAL
A continuación se presenta el análisis estructural de la edificación,
empezando por describir las cargas actuantes en ella y el modelo
estructural, basándose en la NSR-98 y la microzonificación sísmica de
Bogotá. Luego se realiza el cálculo de esfuerzos y deformaciones en los
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 111
miembros de la estructura principal por medio del programa estructural
SAP 2000, y así se calculan los índices de sobre-esfuerzo para determinar
si la estructura es vulnerable o no.
4.2.1 Cargas
Cargas muertas: (NSR-98 Capítulo B.3)
Peso propio cada columna = (0.5m x 0.35m x 8.31m) x 2400 Kg/m3 =
3490.2 Kg
Peso propio cada viga = (0.45m x 0.35m x 35.75m) x 2400 Kg/m3 =
13513.5 Kg
Teja zinc
………………………………………………………………………………………………
…………….… 5 Kg/m2
Fachada ladrillo tolete a la vista (300 Kg/m2, área alzada)
…………………….1175 Kg/m2
Correa
C1.…………...………………………………………………………………………………
…………….. 131.05 Kg
Correa C2
………………………………………………………………………………………………
………….. 144.19 Kg
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 112
Correa C3
………………………………………………………………………………………………
………….. 135.04 Kg
Cercha.........................................................................................................
............................ 164 Kg
Contraviento................................................................................................
....................... 11.71 Kg
Tensor.........................................................................................................
............................. 0.77 Kg
Cargas viva: (NSR-98 Capítulo B.4)
Cubierta inclinada de estructura metálica (pendiente < 20
%)......................... 50 Kg/m2
Carga de granizo:
5 cm de espesor
ρ = 0.95 g/cm3 (0 ºC)............................................................................47,5
Kg/m2 ≈ 50 Kg/m2
Carga de viento: (NSR-98 Capítulo B.6)
Análisis Simple
P = Cp q S4
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 113
Velocidad del viento (Bogotá) = 80 Km/h
Altura = 10 m
q = 35 Kg/m2
S4 (Bogotá 2600 msnm) = 0.722
Cp (según NSR-98 tabla B.6.7-3)
P (H) = -1.0 x 35 x 0.722 = - 25 Kg/m2
P (L) = -0.5 x 35 x 0.722 = - 12.7 Kg/m2
Entonces se toma carga de viento
como…………....................................................- 25 Kg/m2
Las cargas se distribuyen de la siguiente manera:
Las cargas del tejado, de granizo y viva de la cubierta se reparten en forma
puntual sobre las correas en base a las áreas aferentes que ocupan. Estas
cargas, sumadas a los pesos propios de las correas se colocan sobre los
H L Cp(H) = -1.0 Cp(L) 0 5
Lado H Lado L
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 114
nodos superiores de la cercha y por teoría de triángulos, sumándole el
peso propio de la cercha, se distribuyen a las columnas.
Las fuerzas de viento se distribuyen en los nodos del pórtico en base a las
áreas aferentes de muro que cada columna tiene.
7 8
8 8 7 5
9 1 9 1 9 1 9 1 9 1
1 6 5
1 9 61 5 9
1 9 21 9 21 9 21 9 21 9 2
Figura 4.10 Distribución de cargas de tejado y cubierta
1 3 8 2 .1 KG
6 8 0 .7 KG
1 3 6 1 .4 KG
1 3 9 4 .7 KG
1 3 6 1 .4 KG
1 3 6 1 .4 KG
7 1 4 KG
1 4 4 9 .7 KG
2 7 6 4 .1 KG
2 7 6 4 .1 KG
2 8 3 1 .8 KG
2 7 6 4 .1 KG
3 1 5 KG
6 0 2 KG
6 1 1 .5 KG
5 9 4 KG
5 9 4 KG
3 2 4 KG
5 6 3 .5 KG
1 0 1 7 KG
1 0 1 7 KG
1 0 4 6 .5 KG
1 0 4 0 KG
5 4 8 KG
G RA N IZO
M U ERTA
1175 KG/ M
1175 KG/ M
1175 KG/ M
1175 KG/ M
1175 KG/ M
Figura 4.11 Distribución de cargas sobre columnas y de muros
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 115
4.2.2 Carga de Sismo
Las cargas sísmicas se introdujeron al modelo a partir del espectro de
respuesta incluido en la Microzonificación sísmica de Bogotá.
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5
Período (s)
Ace
lera
ción
Esp
ectr
al (g
)
Figura 4.12 Espectro de respuesta y diseño de la Zona 3
Las fuerzas sísmicas obtenidas se dividieron con un coeficiente de
disipación de energía R’ igual a 4.5 según la NSR-98.
E = Fs / R
R’ = φa φp Ro (Capítulo A.10)
φp = 0.9 (Tabla A.3-6)
Ro = 5.0 (Tabla A.3-3)
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 116
4.2.3 Combinaciones de Carga
Las combinaciones de carga con las que se analizó la edificación se
tomaron en base a las combinaciones básicas de carga para el estado de
resistencia (NSR-98 Capítulo B.2.4). En las combinaciones que tienen carga
viva, se analizaron dos veces, una con carga viva de tajado y otra con
carga e granizo, suponiendo que las dos no se presentan al mismo tiempo.
Para las combinaciones con sismo, se aplicaron igualmente doble vez, una
con el 100 % en dirección longitudinal y 30 % en dirección transversal y
viceversa.
C 1. 1.4 D + 1.7 L
C 2. 1.4 D + 1.7 G
C 3. 1.05 D + 1.28 L + 1.28W
C 4. 1.05 D + 1.28 G + 1.28 W
C 5. 0.9 D + 1.3 W
C 6. 1.05 D + 1.28 L + E (sismo x + 0.3 sismo y)
C 7. 1.05 D + 1.28 L + E (sismo y + 0.3 sismo x)
C 8. 1.05 D + 1.28 G + E (sismo x + 0.3 sismo y)
C 9. 1.05 D + 1.28 G + E (sismo y + 0.3 sismo x)
C 10. 0.9 D + E (sismo x + 0.3 sismo y)
C 11. 0.9 D + E (sismo y + 0.3 sismo x)
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 117
4.2.4 Modelo Computacional (SAP 2000 v.8)
Figura 4.13 Numeración de elementos
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 118
Figura 4.14 Cargas Muertas
Figura 4.15 Cargas viva de cubierta
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 119
Figura 4.16 Cargas de Granizo
Figura 4.17 Cargas de Viento
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 120
4.2.5 Índices de Sobre-Esfuerzo en Columnas
Los índices de sobre-esfuerzo de cada columna se sacaron a partir de la
comparación de las curvas de interacción de diseño con las de esfuerzos
aplicados, para cada combinación de carga. Así se puede determinar en
que caso cada columna va presentar algún tipo de falla. A continuación se
presentan los índices de interacción de las columnas para cada
combinación.
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
COMBINACIONES
ÍND
ICE
DE
SOBR
E-ES
FUER
ZO
Figura 4.18 Índices de sobre-esfuerzo de la columna 1
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 121
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
COMBINACIONES
ÍND
ICES
DE
SOBR
E-ES
FUER
ZO
Figura 4.19 Índices de sobre-esfuerzo de la columna 2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
COMBINACIONES
ÍND
ICES
DE
SOBR
E-ES
FUER
ZO
Figura 4.20 Índices de sobre-esfuerzo de la columna 3
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 122
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
COMBINACIONES
ÍND
ICES
DE
SOBR
E-ES
FUER
ZO
Figura 4.21 Índices de sobre-esfuerzo de la columna 4
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
COMBINACIONES
ÍND
ICES
DE
SOBR
E-ES
FUER
ZO
Figura 4.22 Índices de sobre-esfuerzo de la columna 5
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 123
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
COMBINACIONES
ÍND
ICES
DE
SOBR
E-ES
FUER
ZO
Figura 4.23 Índices de sobre-esfuerzo de la columna 6
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
COMBINACIONES
ÍND
ICES
E S
OBR
E-ES
FUER
ZO
Figura 4.24 Índices de sobre-esfuerzo de la columna 7
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 124
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
COMBINACIONES
ÍND
ICES
DE
SOBR
E-ES
FUER
ZO
Figura 4.25 Índices de sobre-esfuerzo de la columna 8
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
COMBINACIONES
ÍND
ICES
DE
SOBR
E-ES
FUER
ZO
Figura 4.26 Índices de sobre-esfuerzo de la columna 9
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 125
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
COMBINACIONES
ÍND
ICES
DE
SOBR
E-ES
FUER
ZO
Figura 4.27 Índices de sobre-esfuerzo de la columna 10
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
COMBINACIONES
ÍND
ICES
DE
SOBR
E-ES
FUER
ZO
Figura 4.28 Índices de sobre-esfuerzo de la columna 11
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 126
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
COMBINACIONES
ÍND
ICES
DE
SOBR
E-ES
FUER
ZO
Figura 4.29 Índices de sobre-esfuerzo de la columna 12
A partir del análisis se determinó que ningún índice de sobre-esfuerzo
superó la unidad, por lo tanto se puede decir que ninguna de las columnas
es vulnerable ante un evento sísmico.
4.2.6 Desplazamientos
Los desplazamientos de la edificación que se calcularon fueron aquellos
que sufrían los puntos superiores del par de columnas que sostienen las
cerchas de cubierta ya que son los que determinan si la holgura diseñada
para el movimiento de cada cercha es suficiente o no, por lo tanto se
calculo la diferencia entre los desplazamientos de cada columna en un
mismo sentido (x, y o z) para las combinaciones de carga que incluyen
sismo, en el modo fundamental de vibración de la estructura.
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 127
A parir de esto, se encontró que las diferencias máximas de
desplazamientos en cada sentido son:
Eje x (sentido longitudinal) = 0.04 cm
Eje y (sentido transversal) = 1.7 cm
Eje y (vertical) = - 0.003 cm
Por lo tanto, se puede decir que los 10 cm de holgura que tiene la cercha
para moverse en el sentido transversal son más que suficientes para que la
cubierta no tenga posibilidad de colapso debido a sobre-esfuerzos en la
cercha o falla de los pernos o soldadura.
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 128
CONCLUSIONES
Se determinaron las características de las edificaciones para
almacenamiento existentes en la ciudad de Bogotá a partir de
parámetros como las configuraciones tanto de la estructura principal
como de la cubierta, la época de construcción y su uso.
La tipología o clase de edificación para almacenamiento responde a
diferentes aspectos como finalidad o proceso industrial al cual se va
destinar, economía, arquitectura de la edificación, fuerzas actuantes, los
cuales determinan a su vez las características de la misma.
El análisis, la rehabilitación y el diseño de este tipo de construcciones
deben estar orientados a verificar diferentes aspectos que garanticen
desde la operación completa de dichas plantas hasta la protección de la
vida considerando los límites de servicio y de resistencia estructurales,
sin olvidar que este tipo de estructuras de grandes luces sufren
problemas asociados con las altas distorsiones geométricas.
Se consignaron los elementos estructurales típicos de cubiertas
proyectadas en las edificaciones para almacenamiento, teniendo en
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 129
cuenta su geometría, disponibilidad en el mercado y efectos
estructurales.
Se propuso un proceso de caracterización estructural de edificaciones
para almacenamiento a partir de un análisis de caso para un proyecto en
específico. A partir de esto se desarrolló un modelo computacional para
determinar el efecto de cargas de servicio y sísmicas con el fin de
determinar el estado actual de resistencia de la estructura por medio de
un análisis elástico.
A partir del análisis estructural, arquitectónico y constructivo de las
edificaciones para almacenamiento vistas en Bogotá, se puede concluir
que se ha olvidado o no se tiene en cuenta la experiencia histórica en
los métodos constructivos y en los materiales empleados para este tipo
de proyectos. Es importante tener como ejemplo (Capítulo 2) los
proyectos realizados en el pasado para ampliar el estado del arte,
innovar y hacer más eficiente el diseño estructural.
Para el análisis de caso, se encontró que para las solicitaciones de
servicio y sísmicas establecidas la edificación cuenta con una resistencia
adecuada y no necesita ningún tipo de remodelación. Para este tipo de
edificación construida después de la vigencia de la NSR-98, se puede
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 130
decir que no son vulnerables sísmicamente. Sin embargo, se
recomienda realizar un análisis dinámico (Pushover) para tener una
confiabilidad mayor en el estudio.
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 131
REFERENCIAS DE FIGURAS
1. APROXIMACIÓN HISTÓRICA A LAS EDIFICACIONES PARA
ALMACENAMIENTO
1.1 ESPACIO TIEMPO Y ARQUITECTURA. GIEDION, Sigfried.
1.2 Ibid.
1.3 Ibid.
1.4 STEEL CONSTRUCTION MANUAL. SCHULITZ, SOBEK, HABERMANN. #
1.77
1.5 Ibid, # 1.77
1.6 Ibid, # 1.77
1.7 Ibid, # 1.77
1.8 Ibid, # 1.98
1.9 Tomado de revista de obras publicas, Fuente: 1878, 26, tomo I (6):
65-68
http://ropdigital.ciccp.es/pdf/publico/1878/1878_tomoI_6_03.pdf
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 132
1.10 ESPACIO TIEMPO Y ARQUITECTURA. GIEDION, Sigfried.
1.11 Universidad Politécnica de Valencia
http://alumnat.upv.es/pla/visfit/1668/AAAGNXAAXAAD6WACE/l1-
hist.pdf
1.12 Universidad Politécnica de Valencia
http://alumnat.upv.es/pla/visfit/1668/AAAGNXAAXAAD6WACE/l1-
hist.pdf
1.13 STEEL CONSTRUCTION MANUAL. SCHULITZ, SOBEK, HABERMANN.
# 1.109
1.14 STEEL CONSTRUCTION MANUAL. SCHULITZ, SOBEK, HABERMANN.
# 1.102
1.15 STEEL CONSTRUCTION MANUAL. SCHULITZ, SOBEK, HABERMANN.
# 1.133
1.16 STEEL CONSTRUCTION MANUAL. SCHULITZ, SOBEK, HABERMANN.
#1.146
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 133
2. MATERIALES UTILIZADOS EN LA CONSTRUCCIÓN DE EDIFICACIONES
PARA ALMACENAMIENTO
2.1 DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO. NILSON, Arthur. Edición
12ª, McGraw-Hill, 2001. Figuras 2.3 y 2.4, pp. 38.
2.2 FEMA 274. Figure c5-1.
2.3 FEMA 274. Fig c5-2
2.4 STEEL CONSTRUCTION MANUAL. SCHULITZ, SOBEK, HABERMANN. #
2.31
2.5 Adaptado de STEEL CONSTRUCTION MANUAL. SCHULITZ, SOBEK,
HABERMANN. # 1.14
2.6 Industrias Metcol. http://www.metcol.com/fichas/f_cmetalica.pdf
2.7 Industrias Metcol. http://www.metcol.com/fichas/f_techmet.pdf
2.8 Industrias Corpacero. http://corpacero.com/productos.php
2.9 Industria Acesco. http://www.acesco.com/corrugado1.htm#ficha
2.10 Industria Acesco. http://www.acesco.com/cubierta1.htm
2.11 Industria Toptec. http://www.toptec.com.co/Marcos/manilit.htm
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 134
2.12 Industria Toptec. http://www.toptec.com.co/Marcos/manilit.htm
2.13 Industria Ajover. Manual de cubiertas ajover
2.14 Industria Eternit.
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 135
BILIOGRAFÍA
AN ALTERNATIVE APPROACH TO INDUSTRIAL BUILDINGS. BRETT, Peter R.
The Structural Engineering, Vol. 60A, No 11, Noviembre 1982.
BUILDING SYSTEMS. ELLIFRITT, Duane. LABOUBE, Roger. Thin-Walled
Structures, Vol. 16, 1993.
ARCHITECTURE FOR INDUSTRY. BROTO, Carles. Instituto Monsa de
Ediciones, 1996.
ARQUITECTURA Y ACERO. BORGHERESI, Horacio. PFENNIGER, Francis.
Instituto Chileno del Acero – ICHA.
CEMENTO Y HORMIGÓN. VILLEGAS, Bernardo. Comité de la Industria del
Cemento–ANDI.
DESIGN OF LIGHT INDUSTRIAL BUILDINGS. NIXON, Don. ADAMS, Meter.
Canadian Journal of Civil Engineering, Vol. 6, 1979.
CARACTERIZACIÓN DE EDIFICACIONES PARA ICIV 200610 18
ALMACENAMIENTO: ANÁLISIS DE CASO
SANTIAGO MUÑOZ N. 136
DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO. NILSON, Arthur. Edición 12ª,
McGraw-Hill, 2001.
DISEÑO DE INSTALACIONES INDUSTRIALES. KONZ, Stephan. Ed. Limusa,
1991.
EDIFICACIONES INDUSTRIALES. HENN, Walter. Ed. Gustavo Pili, 1966.
EFECTO DE LAS DIFERENTES COMPONENTES SÍSMICAS DE MOVIMIENTO
SOBRE LAS NAVES INDUSTRIALES DE GRANDES LUCES. RUIZ, Daniel. SARRIA,
Alberto. Ed. Uniandes, 2002.
ENGINEERING FOR STEEL CONSTRUCTION: A source book on connections.
AMERICAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION. AISC, 1984.
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