TESIS DE COMPARACIÓN ESTRUCTURAL DE EDIFICOS

CAPÍTULO 2

1. ANÁLISIS ESTRUCTURAL.

En este capítulo se va a realizar el análisis de la Estructura así como el diseño de forma de la misma para lo que será necesario hacer el diagrama de momentos en la columna y en la viga. Se determinarán las fuerzas internas en cada uno de los elementos que van a ser diseñados, partiendo de las diferentes cargas de diseño que soportará la estructura como son las cargas muertas y las diferentes cargas vivas. Como la estructura es estáticamente indeterminada de primer grado se va a emplear el método del Trabajo Mínimo para poder realizar el análisis. Una vez halladas las fuerzas internas se determinarán las fuerzas internas críticas que van a ser utilizadas para poder diseñar.

1. Cargas de Diseño.

Las Cargas de Diseño son las cargas que recibirá una estructura durante su vida útil. La estimación precisa de estas cargas es una de las tareas más importantes en el proceso de diseño.

1. Cargas Muertas.

Las Cargas Muertas son cargas de magnitud constante que permanecen fijas en un mismo lugar. Estas cargas son el peso propio de la estructura y el techo que en este caso es la cubierta de Stilpanel.

Para diseñar es necesario estimar las cargas muertas debido a que los pesos y tamaños exactos no se conocen hasta realizar el análisis estructural y posteriormente el diseño del elemento. Los pesos determinados de acuerdo al diseño deben ser comparados con los pesos asumidos en un principio.

Los valores dados a las cargas muertas son los siguientes:

Peso Propio: 4 lb/pie2 de proyección horizontal

Peso de Cubierta: 0.8 lb/pie2  de proyección horizontal

Este valor es el del peso del Stilpanel que comparado con el peso del ETERNIT que es 4.33 lb/pie2 es mucho menor.

1. Cargas Vivas.

Las Cargas Vivas son aquellas que pueden cambiar de lugar y de magnitud. Los tipos de cargas vivas consideradas en este diseño y de acuerdo al clima y a la geografía en la que está ubicada la estructura son la carga viva propiamente dicha, carga de lluvia, carga de viento y carga de sismo.

Estas cargas tienen los siguientes valores:

Carga Viva: 10.25 lb/pie2 de proyección horizontal (1)

Carga de Lluvia: 3.84 lb/pie2 de proyección horizontal

El valor de la Carga de Lluvia fue proporcionado por el Departamento Técnico de la Fábrica de Tejas ECUATEJA en Riobamba, determinado este valor para la ciudad de Guayaquil.

Carga de Viento: 2.23 lb/pie2 de superficie vertical

Para poder determinar el valor de la carga de viento se necesita la velocidad máxima del viento para este caso en al ciudad de Guayaquil. El valor de esta velocidad dad por el Departamento de Meteorología del Aeropuerto Internacional “Simón Bolívar” es de 25 nudos o 28.78 mph.

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(1) McCormac Jack, Diseño de Estructuras de Acero, Alfaomega, 1991, Pág. 441

El valor de la carga de viento está en función de la velocidad del viento en mph y del ángulo máximo con respecto a la horizontal que tiene la armadura de la cubierta.

[pic 1]

[pic 2]

Para un α máx = 59º la carga del viento es de presión y está dada por:

[pic 3]

[pic 4]

Carga de Sismo: 0.48 lb/pie2 de superficie vertical

Se asume un 10% de la carga muerta para determinar la carga de sismo.

En las Estructuras la relación entre la carga viva y la carga muerta debe estar entre 0.25 – 4.

[pic 5]

Cuando esta relación es menor a 3 se tendrá un ahorro en el peso del acero al usar el método LRFD de aproximadamente 1/6 en columnas y miembros de tensión y 1/10 en vigas.

1. Combinaciones de Cargas.

Existen diversos tipos de combinaciones de cargas de diseño. El propósito de éstas combinaciones es el de incrementar las cargas para tomar en cuenta las incertidumbres al estimar las magnitudes de las cargas muertas y vivas.

Siendo las cargas:

U: Carga de Diseño

D: Carga Muerta

L: Carga Viva

E: Carga de Sismo

W: Carga de Viento

R: Carga de Lluvia

Las combinaciones son:

U = 1.4 D

U = 1.2 D +1.3 W + 0.5 L + 0.5 R

U = 1.2 D + 1.5 E + 0.5 L

U = 1.2 D + 1.6 R + 0.8 W

U = 1.2 D + 1.6 R + 0.5 L

U = 1.2 D + 1.6 L + 0.5 R

U = 0.9 D – 1.3 W

U = 0.9 D – 1.5 E

Como los valores de las cargas están dados como carga por unidad de área en lb/pie2, multiplicamos por la distancia que existe entre columnas para convertir las cargas en valores de carga por unidad de longitud en lb/pie.

Con éstos valores de cargas hacemos las diferentes combinaciones, luego escogemos la que tenga el mayor valor, determinando así la Carga Crítica de Diseño.

U = 1.4 D

[pic 11]

U = 1.2 D +1.3 W + 0.5 L + 0.5 R

[pic 12]

[pic 13]

U = 1.2 D + 1.5 E + 0.5 L

[pic 14]

U = 1.2 D + 1.6 R + 0.8 W

[pic 15]

U = 1.2 D + 1.6 R + 0.5 L

[pic 16]

U = 1.2 D + 1.6 L + 0.5 R

[pic 17]

U = 0.9 D – 1.3 W

[pic 18]

U = 0.9 D – 1.5 E

[pic 19]

1. Determinación de la Carga Crítica.

Haciendo todas las combinaciones de cargas, se determina que la Carga Crítica de Diseño es w = 375.65 lb/pie = 0.38 Klb/pie. La combinación que da la carga crítica es U = 1.2 D + 1.6 L + 0.5 R.

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