Analisis y Diseño de Galpones_ASCE 7-10 (Revisión 1).pdf

Análisis y Diseño de Galpones aplicando la Norma ASCE/SEI 7-10

Ing. Laura Villamizar / Ing. Eliud Hernández. www.inesa-adiestramiento.com Teléfono: 58-412-2390553 Twitter: @iadiestramiento Email: [email protected] Facebook: INESA Adiestramiento

Son estructuras techadas, con la concepción de ser amplias para albergar un gran número de usos, lográndolo con grandes separaciones entre columnas, aprovechando mejor así las áreas útiles. Para lograr grandes luces el material que se utiliza es el acero, aunque pudiese tener elementos en concreto armado.

Depósitos

Talleres

Supermercados

Centros Comerciales

Fábricas

Estacionamientos

Chanchas deportivas

Auditorios

Avícolas

Porcinas

Su planificación y proyecto de construcción

dependen

de

muchos factores importantes a tener en cuenta, como son el terreno donde estará apoyado y condiciones de sitio, localización y dimensiones de espacios y equipos, iluminación y ventilación natural,

ampliaciones

y

modificaciones futuras, y refuerzo si se modifica el uso o cargas actuantes.

→ Pórticos principales equidistantes sobre los cuales se apoyan las correas que soportan el material de la cubierta de techo.

Pórticos principales

Fuente: Proyecto y construcción de galpones. Arnal, Gutierrez

→ Las correas que soportan el material de fachada (extremos) se denominan largueros, y van apoyadas directamente sobre las columnas


→ Cuando las distancias entre pórticos son muy grandes se utilizan miembros verticales adicionales llamados parales.


→ Como el galpón es una estructura construida con elementos delgados y livianos, necesita otros que le aporten rigidez lateral: los arriostramientos. Son perfiles dispuestos de tal manera que “tranquen” el movimiento cuando la estructura sufre acciones horizontales, como son fuerzas de viento, sismo o puente grúas, si existiese.




Se definen a partir del uso al que se destina la estructura, a los requisitos particulares del cliente y a los equipos que operarán constantemente. Los materiales comúnmente utilizados son: •

•

Perfiles y demás suministros de acero estructural que conformarán la estructura principal y secundaria, incluyendo conexiones, arriostramientos de techo y fachadas, correas, largueros y parales. Materiales de cerramiento de techos y fachadas.

Cuando se incluyen mezzaninas; • Losa de tabelones: bloques de arcilla, acero para los efectos de retracción y temperatura, concreto. • Losa mixta acero-concreto: sofitos metálicos, conectores de corte, acero de retracción y temperatura, concreto. • Canalones y bajantes del sistema de drenaje del techo. • Equipos adicionales: para movilización de cargas, ventiladores y extractores de aire y humos, aire acondicionado, etc.

Los perfiles de acero se utilizan tanto para la fabricación de la estructura principal como para la estructura secundaria utilizada para apoyar y fijar las láminas de cubierta, en los techos y fachadas. También para fabricar escaleras requeridas en las mezzaninas. Las correas son vigas simplemente apoyadas. Cuando la separación en los pórticos resulta en perfiles muy altos o pesados, pueden sustituirse por vigas de celosia, los llamados joist. Dichas vigas de alma abierta están estandarizadas, prediseñadas y prefabricadas en taller, la cual asegura la precisión, disminuye el número de piezas a manejar y agiliza el montaje.

Típico Steel Joist

La separación máxima en correas y por ende, la ubicación de los nodos en vigas de celosía sobre las cuales se apoyan, o las longitudes de arriostramiento lateral de los prefiles usados como vigas maestras está determinada por las características de las láminas de cerramiento de techo. La luz de las correas es equivalente a la separación entre los pórticos de la estructura. Para aprovechar al máximo la longitud comercial de los perfiles, que es de 12m, las separaciones más usuales entre pórticos son de 4, 6 y 9 metros.


Los largueros son las correas que deben soportar los cerramientos de las fachadas. La separación entre largueros está condicionada por el tipo de cerramiento, y varía entre 1.20m y 2.40m. La luz de los largueros corresponde a la separación de los pórticos, y cuando esta excede los 6m, resulta más económico apoyar los largueros en columnas auxiliares intermedias denominadas parales.


Los diferentes elementos que componen una estructura de acero deben ensamblarse o unirse de alguna manera la cual garantice el comportamiento de la estructura según fue diseñada. La selección del tipo de conexiones debe tomar en consideración el comportamiento de la conexión (rígida, flexible, por contacto, por fricción, etc.), las limitaciones constructivas, la facilidad de fabricación (accesibilidad de soldadura, uso de equipos automáticos, repetición de elementos posibles de estandarizar, etc.) y aspectos de montaje (accesibilidad para apernar o soldar en terreno, equipos de levante, soportes provisionales y hasta aspectos relacionados con clima en el lugar de montaje, tiempo disponible, etc.).

Se pueden clasificar los tipos de conexiones más utilizadas en galpones según la siguiente tabla: Tipo de conexión

Subclasificación Conexiones a tracción

Simple

Conexiones a compresión

Conexiones a corte

Totalmente restringidas (TR) A momento Parcialmente restringidas (PR)

Ejemplos Tracción directa Elementos colgados Arriostramientos Empalmes de columnas Planchas base de columnas y vigas En almas de vigas Plancha extrema con perfil T Conexiones de asiento Planchas soldadas o empernadas a las alas Perfiles T Plancha extrema Conexión al alma de la viga mediante ángulos, plancha de corte, etc.

Son los elementos que cumplen una función de separar los ambientes externos e internos del galpón, de protección contra la lluvia y el viento, y a la vez de mantener la temperatura y la humedad en niveles adecuados. Para la selección de los mismos, se debe tomar en cuenta las siguientes características: •

Livianos.

•

Resistentes a la intemperie: lluvia, viento, sol, impactos.

•

Elevada resistencia mecánica.

•

Baja conductividad térmica.

•

Buena apariencia estética.

•

Bajos costos iniciales y de mantenimiento.

•

Facilidades de manejo, instalación y mantenimiento.

•

Libres de cualquier variedad de amianto o asbesto (material cancerígeno).

TIPOS DE CERRAMIENTO •

Metálicos.

•

PVC (cloruro de polivinilo).

•

Fibrocemento.

•

Mampostería.

•

Vidrio.

Techos Fachadas

TIPOS DE CERRAMIENTO Las láminas metálicas son láminas acanaladas de forma ondulada o trapezoidal de aluminio o de acero galvanizado. Las láminas de aluminio poseen muy bajo peso y alto poder reflejante, y debe evitarse el contacto directo con cobre, plomo, estaño y acero para evitar corrosión electroquímica (no es peligroso el contacto con zinc y acero galvanizado). Las láminas de acero consisten en laminación en frío del acero que ha permitido evolución tanto en geometría como en acabados

de protección (revestimientos

galvanizados, pinturas, esmaltes plásticos, etc. Las láminas de plásticos y vidrios son utilizadas para aprovechar al máximo la luz natural, en techos, fachadas, lucernarios o claraboyas. La mampostería es utilizada para los cerramientos de fachadas como bloques de arcilla o de concreto, incluyendo bloques para ventilación y ornamentales.

Su función básica es la del trasmitir cargas al suelo de apoyo del galpón. Deben diseñarse para que: No ocurra falla en el suelo. Asentamientos

diferenciales

deben

mantenerse

debajo

aceptables. No deben fallar los componentes del sistema de fundación.

de

los

límites

• Tipo de proyecto: tamaño y complejidad, niveles de control, posibles modificaciones y cambios. • Selección de materiales, normas y alcance del proyecto. • Exigencias presupuestarias. • Especialistas de proyecto y contratistas. • Capacidades del propietario. • Relación contractual y fiduciaria. • Tiempos de entrega versus incremento del riesgo. • Entorno político, económico y social.

ACCION PERMANENTE Representa el peso de la estructura y sus componentes, y se expresa usualmente en unidades de fuerza por unidad de área. Generalmente en galpones están presentes permanentemente equipos, que dependen y forman parte del uso y proceso de la misma. Dicho equipo puede representarse mediante una carga uniforme, pero los puntos de contacto con el soporte directo están sujetos a cargas concentradas que requieren un análisis separado para tomar en cuenta los efectos localizados.

ACCIÓN VARIABLE Representa la fuerza impuesta en la estructura por su ocupación y uso. Los códigos de diseño dictan las mínimas cargas variables en fuerza por unidad de área, la cual varía con la clasificación y uso de la estructura. Mientras estas cargas son expresadas uniformemente distribuidas como una manera práctica, esta en la realidad es inevitablemente no uniforme.

El grado de no uniformidad de la acción variable que es aceptable es materia del juicio ingenieril. Algunos códigos de diseño manejan esto especificando cargas específicas concentradas adicionales a la carga uniforme para algunas ocupaciones. Frecuentemente en galpones se requiere una carga variable mayor de la mínima que exige el código. Este valor es frecuentemente calculado por el dueño de la obra o el ingeniero responsable. Además, la carga puede presentarse en forma de cargas concentradas

de importante valor en el caso de estantes de

almacenamiento o maquinarias.

ACCIONES DE VIENTO Son acciones que producen presión o succión sobre las superficies expuestas en las estructuras. Son de gran importancia en el diseño de estructuras altas o muy flexibles, como los puentes colgantes, o de gran superficie lateral, como las bodegas o grandes cubiertas. Los factores que influyen en su magnitud son: velocidad del viento y su variación con la altura, magnitud de las ráfagas, condiciones locales de la superficie del terreno circunvecino, forma de la superficie expuesta al viento, zona o región; es especialmente crítico el efecto en aquellas zonas del mar Caribe sometidas a huracanes o ciclones, que producen velocidades del viento superiores a los 200 KMH.

ACCIONES DE VIENTO

BARLOVENTO:

SOTAVENTO:

desde donde

hacia donde

sopla el viento.

se dirige.

COMBINACIONES DE CARGA ASCE 7-10 (LRFD) Las estructuras, componentes y fundaciones se diseñarán para que su resistencia sea igual o exceda los efectos de las cargas factorizadas en las siguientes combinaciones:

1) 2) 3) 4) 5) 6) 7)

1.4D 1.2D + 1.6L + 0.5(Lr o S o R) 1.2D + 1.6(Lr o S o R) + (L o 0.5W) 1.2D + 1.0W + L + 0.5(Lr o S o R) 1.2D + 1.0E + L + 0.2S 0.9D + 1.0W 0.9D + 1.0E

donde: • D: Carga permanente • L: Carga variable • Lr: Carga variable de techo • S: Carga de nieve • R: Carga de lluvia • W: Carga de viento • E: Acción sísmica

COMBINACIONES DE CARGA ASCE 7-10 (LRFD) EXCEPCIONES 1) El factor de carga L en las cominaciones 3, 4 y 5 se permite tomarse como 0.5 para las ocupaciones en las cuales la acción variable mínima sea menor o igual a 500 kgf/m2, con la excepción de garajes o áreas de ocupación pública. 2) En las combinaciones 2, 4 y 5, la carga complementaria S se tomará como la carga de nieve para techos planos (pf) o la carga de nieve para techos inclinados (ps). Cuando las cargas de fluidos F estén presentes, se incluirán con el mismo factor de la carga permanente en las combinaciones de la 1 a la 5 y la 7. Cuando la carga H (debida a presión lateral de tierra, presión de agua subterránea o presión de materiales a granel) este presente, se incluirá como sigue: a) cuando el efecto de H se sume al efecto de la variable principal, utilizar un factor de 1.6. b) cuando el efecto de H resista el efecto de la variable principal, incluirlo con un factor de 0.9 cuando la carga es permanente, o un factor de 0 para otras condiciones. Cada estado límite de carga relevante deberá ser evaluado.

DEFINICIÓN Aplica en la determinación de las cargas de viento en los sistemas resistentes de construcciones de cualquier altura, cerradas, parcialmente cerradas y abiertas. Las cargas de viento se aplican separadamente en las

paredes

a

barlovento,

sotavento

y

laterales

para

evaluar

apropiadamente las fuerzas internas en el sistema resistente a viento.

CONDICIONES

- La

estructura

debe

ser

regular,

sin

presentar

irregularidades

geométricas inusuales en su forma espacial. - La estructura no tiene características de respuestas que involucren vórtices, oscilaciones ante la acción del viento, o ubicación en zonas donde los efectos de canalización o sacudidas en el sentido de obstrucciones a barlovento puedan requerir de consideraciones especiales.

LIMITACIONES - Las provisiones en esta norma toman en consideración los efectos de magnificación de cargas causadas por ráfagas en resonancia con vibraciones propias del viento en estructuras flexibles. Las estructuras que no cumplan con los requisitos de las condiciones anteriores, o presenten formas o características de respuesta inusuales deben ser diseñadas usando literatura reconocida que documente dichos efectos del viento, o bien utilizando el procedimiento de túnel de viento presentado en el capítulo 31 de la norma ASCE 7-10.

APLICACIÓN 1) Determinar la velocidad básica del viento, según la ubicación de la construcción. 2) Determinar los parámetros de cargas de viento: 2.1) Factor de direccionalidad del viento Kd 2.2) Categoría de exposición 2.3) Factor topográfico Kzt 2.4) Factor de efecto de ráfagas 2.5) Clasificación de cerramiento 2.6) Coeficiente de presión interna GCpi 3) Determinar el coeficiente de exposición de presión de velocidad Kz o Kh 4) Determinar la presión dinámica qz o qh 5) Determinar el coeficiente de presión externa Cp o CN 6) Calcular la presión del viento p, sobre cada superficie de la construcción.

1) Velocidad básica del viento (Venezuela):

2) Parámetros de cargas de viento: 2.1) Factor de direccionalidad del viento Kd: Edificios Sistema principal resistente a fuerzas de viento Componentes y cerramientos Techos con arcos Chimeneas, tanques y similares Cuadradas Hexagonales Redondas Paredes y señalizaciones sólidas sin soporte Señalizaciones abiertas y estructuras enrejadas Torres con cerchas Triangulares, cuadradas y rectangulares Todas las demás secciones transversales

*Este factor ha sido calibrado con las combinaciones de cargas establecidas anteriormente, por lo tanto, solo debe ser aplicado con las mismas.

2) Parámetros de cargas de viento: 2.1) Factor de direccionalidad del viento Kd: Este factor toma en cuenta dos efectos: 1) La probabilidad reducida de ocurrencia de vientos máximos procedentes de cualquier dirección dada. 2) La reducción de la probabilidad de que el coeficiente de presión máximo ocurra para cualquier dirección de viento dada.

2.2) Categorías de exposición: Exposición B: Para edificaciones con altura media menor o igual a 9.1m, aplicará donde la rugosidad de superficie del suelo clase B prevalezca desde donde sopla el viento una distancia mayor que 457m. Para edificios con una altura mayor a 9.1m, la exposición B aplicará donde la rugosidad de superficie B prevalezca desde donde sopla el viento para una distancia mayor que 792m o 20 veces la altura del edificio, la que sea mayor. Exposición C: Aplica para todos los casos donde no apliquen las exposiciones B y C. Exposición D: Aplica donde la rugosidad superficial del suelo tipo D prevalezca desde donde sopla el viento una distancia mayor que 1524m o 20 veces la altura del edificio, la que sea mayor. La exposición D también aplica donde la rugosidad superficial del suelo inmediata contra el viento sea B o C y el sitio está a una distancia de 183m o 20 veces la altura de la estructura (la mayor) de la condición de exposición D como se definió previamente. Para un sitio ubicado en una zona de transición entre categorías de exposición, se usará la categoría que produzca mayores solicitaciones. EXCEPCIÓN: Una exposición intermedia entre las categorías anteriores es aceptada en una zona de transición que sea determinada por un método de análisis racional definido en la literatura reconocida.

2.2) Categorías de exposición: rugosidad de superficie Rugosidad de superficie B Áreas urbanas y suburbanas, boscosas, u otras con obstrucciones numerosas muy poco espaciadas teniendo el tamaño de una vivienda unifamiliar o mayor. Rugosidad de superficie C Terrenos abiertos con construcciones dispersas teniendo alturas generalmente menores a 9.1m. Esta categoría incluye campos planos abiertos y pastizales. Rugosidad de superficie D Áreas planas no obstruidas y superficies de agua. Esta categoría incluye pantanos planos, hielo congelado y salinas.

2.2) Categorías de exposición: representación esquemática

Viento

Para h ≤ 9.1 m, d1 ≥ 457 m Para h > 9.1 m, d1 ≥ mayor entre 792 m o 20h

Rugosidad cualquiera

Rugosidad B

Edificio u otra Estructura Rugosidad cualquiera

Condiciones de rugosidad de superficie desde donde sopla el viento requeridas para la Exposición B

2.2) Categorías de exposición: representación esquemática Viento

d1 ≥ mayor entre 1524 m o 20h


Rugosidad D

Edificio u otra Estructura Rugosidad cualquiera

Condiciones de rugosidad de superficie desde donde sopla el viento requeridas para la Exposición D para casos con (a) Rugosidad de Superficie D inmediata a la construcción desde

Viento Rugosidad cualquiera

d1 ≥ mayor entre 1524 m o 20h, y d2 ≤ mayor entre 183 m o 20h Rugosidad D

Rugosidad B y/o C

Edificio u otra Estructura

donde sopla el viento y (b) Rugosidad de


superficie B y/o C inmediata a la construcción desde donde sopla el viento.

2.3) Factor topográfico Kzt Los efectos de aceleraciones del viento en colinas, crestas y acantilados aislados constituyendo cambios abruptos en la topografía en general, ubicada en cualquier categoría de exposición, deberán ser incluidos en el diseño cuando las estructuras y características de sitio y ubicación cumplen ciertas condiciones. El efecto de aceleración del viento deberá ser incluido en el cálculo de las cargas de diseño por viento utilizando el factor Kzt: Kzt= (1+K1K2K3)2 Donde K1, K2 y K3 están dados en la tabla a continuación. Si las condiciones de sitio y su ubicación no cumplen todas las condiciones especificadas, entonces Kzt se tomará como 1.

2.3) Factor topográfico Kzt Condiciones a cumplir (todas) para tomar en cuenta los efectos topográficos: 1. La colina, cresta o acantilado está aislado y sin obstrucciones en la dirección contra al viento por otras características topográficas similares de altura comparable, para 100 veces su altura (100H), o 3.22km, la que sea menor. Esta distancia se mide horizontalmente desde el punto del cual la altura H de la colina, cresta o acantilado fue determinada. 2. La colina, cresta o acantilado sobresale por encima de las características del terreno en dirección contra el viento, en un radio de 3.22km, en cualquier cuadrante por un factor de 2 o más. 3. La estructura se encuentra en la mitad superior de una colina, cresta o cerca de un acantilado, como se muestra en la figura de la tabla siguiente (26.8-1). 4. La relación H/Lh debe ser mayor o igual a 0.2. 5. El valor de H debe ser mayor que o igual a 4.5m para exposición C y D y mayor o igual a 18m para exposición B.

2.3) Factor topográfico Kzt

2.3) Factor topográfico Kzt Notas: 1. 2. 3. 4.

Para otros valores de H/Lh y z/Lh que los mostrados, se permite interpolación lineal. Para H/Lh>0.5, asumir H/Lh=0.5 para evaluar K1 y sustituir 2H por Lh para evaluar K2 y K3. Los factores se basan en la suposición de que en viento se acerca a la colina o talud a lo largo de la dirección de máxima pendiente. Notación: H: Altura relativa de la colina o talud hasta el terreno a barlovento en pies o metros. Lh: Distancia horizontal en dirección contra el viento, desde la colina hasta donde la diferencia de cota del terreno es la mitad de la altura de la misma, en pies o metros. K1: factor que toma en cuenta la forma o características topográficas y efectos máximos de ráfagas. K2: factor que toma en cuenta la reducción de ráfagas con la distancia a barlovento o sotavento de la cresta. K3: factor que toma en cuenta la reducción de ráfagas con la altura sobre el terreno local. x: distancia (contra o en dirección al viento) desde la cresta hasta la ubicación de la estructura, en pies o metros. z: altura de la estructura sobre la superficie del terreno, en pies o metros. µ: factor de atenuación horizontal. γ: factor de atenuación por la altura.

2.3) Factor topográfico Kzt: Constantes de exposición del terreno *zmin= mínima altura usada para asegurar que la altura equivalente ̅ es mayor que 0.6h o zmin. Para estructuras con h ≤ zmin, ̅ deberá ser tomada como zmin. h= altura media de la estructura (m). z= altura sobre la superficie del terreno (m). ̅= altura equivalente de la estructura (m). zg= altura nominal de la capa límite de la atmosfera. α= exponente de la ley de poder de 3 segundos de ráfaga.

2.4) Factor de efecto de ráfagas G Para estructuras rígidas, el factor ante ráfagas se tomará como 0.85 o se calculará mediante la siguiente fórmula: 1 + 1.7 ̅ = 0.925 1 + 1.7 ̅ ̅ =

⁄ ̅

(S.I.)

̅ : intesidad de turbulencia a la altura ̅ ̅: altura equivalente de la estructura definida como 0.6h, pero no menor a zmin. c: valor dado en tabla descrita anteriormente de constantes de exposición del terreno 26.9-1.

y se tomarán como 3.4

2.4) Factor de efecto de ráfagas G Q= respuesta de fondo.

=

1 +ℎ 1 + 0.63 ̅

.

B= dimensión horizontal de la estructura medida normal a la dirección del viento (m) h= altura media de la estructura (m) ̅ = Escala de longitud integral de turbulencia a la altura equivalente. ̅ = ℓ

" ̅ ∈

(SI)

" son constantes de la tabla anterior 26.9-1 Donde ℓ # ∈

2.4) Factor de efecto de ráfagas G Para estructuras flexibles, el factor de ráfagas se calculará con la siguiente ecuación:

# se tomarán como 3.4. 0.577

$ = 2 ln 3600' + 2 ln(3600' ) R: factor de respuesta de resonancia. Rℓ: se tomará como h, B y L

2.4) Factor de efecto de ráfagas G ' = frecuencia natural fundamental *ℓ = *+ , tomando , = 4.6' ℎ//0̅ *ℓ = *1 , tomando , = 4.6' //0̅ *ℓ = *2 , tomando , = 15.4' //0̅ β= tasa de amortiguamiento, en porcentaje del crítico (ej. 0.05=5%) /0̅ = velocidad media del viento por hora, a una altura ̅

Donde 30 está tabulado en la tabla anterior de constantes del terreno 26.9-1, y V es la velocidad básica del viento. Nota: cuando se determinen los coeficientes GCp, GCpi y GCpf mediante tablas, no se debe determinar el valor de G separadamente.

2.4) Factor de efecto de ráfagas G Para determinar si una estructura es rígida o flexible, la frecuencia natural fundamental n1 se deberá calcular para las propiedades estructurales y características de deformación de los elementos resistentes en un análisis apropiado. Los edificios bajos (definidos para una altura media h menor o igual a 18m, y que no exceda su menor dimensión horizontal), pueden ser considerados como rígidos. •

Construcciones rígidas: Estructuras cuya frecuencia natural fundamental es mayor o igual a 1 Hz.

•

Construcciones flexibles: Estructuras esbeltas y otras cuya frecuencia natural fundamental es menor a 1 Hz.

2.4) Factor de efecto de ráfagas G: Cálculo aproximado de la frencuencia natural Como alternativa a realizar un análisis para calcular n1, se podrá calcular la frecuencia natural aproximada na para estructuras de acero, concreto o mampostería, si se cumple lo siguiente: 1. La altura de la estructura es menor o igual a 90m. 2. La altura de la estructura es menor que 4 veces su longitud efectiva Leff. hi es la altura sobre el terreno del nivel i, Li es la longitud de la estructura en el nivel i paralela a la dirección del viento.

Frecuencia aproximada na para estructuras de concreto y acero con un sistema resistente distinto a pórticos resistentes a momento.

2.5) Clasificación de cerramiento •

Abiertas (open buildings): cuando las paredes tienen al menos el 80% de su área abierta.

•

Parcialmente cerradas (partially enclosed buildings): cumple con las dos condiciones siguientes: 1) el área total de abertura en una pared que recibe presión externa positiva excede la suma de las áreas de abertura en el edificio (paredes y techos) por más del 10%. 2) El área total de abertura en una pared que recibe presión externa positiva excede 0.37m2 o el 1% del área de la pared (la menor), y el porcentaje de aberturas en el balance de la envolvente de la estructura no excede el 20%.

•

Cerradas (enclosed buildings): estructuras que no cumplen con las condiciones de abiertas o parcialmente cerradas.

2.5) Clasificación de cerramiento ABIERTAS

PARCIALMENTE CERRADAS

CERRADAS

Ao>1.10Aoi Ao ≥ 0.8Ag

Menor entre:

y:

Ao>(0.37m2) Ao>0.01Ag Aoi/Agi ≤0.20

Ao= área total de abertura en una pared que recibe presión externa positiva (m2).

Aoi: suma de las áreas de abertura en la envolvente de la estructura (paredes y techos) no incluyendo a Ao, (m2).

Ag= área gruesa de esa pared en donde se identifica Ao, (m2).

Agi: suma de las áreas gruesas de superficie de la envolvente de la estructura (paredes y techo) sin incluir Ag, (m2).

Construcciones que no cumplen con las condiciones abiertas o parcialmente cerradas.

2.6) Coeficiente de presión interna GCpi Notas: 1. Los signos más y menos significan presiones actuando hacia adentro y hacia afuera de las superficies internas, respectivamente. 2. Los valores de GCpi se usarán con qz o qh, como se especifique. 3. Se deben considerar dos casos para determinar los requerimientos de la carga crítica para las condiciones apropiadas: (i)

Un valor positivo de (GCpi) aplicado a todas las superficies internas. (ii) Un valor negativo de (GCpi) aplicado a todas las superficies internas.

3) Coeficiente de exposición de presión de velocidad Kh y Kz z= altura sobre el nivel del suelo. Notas: 1. El coeficiente Kz puede ser determinado mediante la siguiente ecuación: Para 15 pies ≤ z ≤ zg, Kz= 2.01(z/zg)2/α Para z < 15 pies, Kz= 2.01(15/zg)2/α 15 pies= 4.57metros 2. α y zg están tabulados en la tabla 26.9.1: constantes de exposición del terreno. 3. Es aceptada la interpolación lineal para valores intermedios de altura z. 4. Las categorías de exposición están definidas a continuación.

4) Presión dinámica qh o qz

4+ , 4 = 0.6136 67 68 / 9 [N/m2] 4+ , 4 = 0.06256 67 68

/9

[kgf/m2]

Kd= Factor de direccionalidad del viento Kz= Coeficiente de exposición de presión de velocidad Kzt=Factor topográfico V= Velocidad básica del viento (m/s) qz= Presión dinámica calculada a una altura z qh= Presión dinámica calculada a una altura promedio h

[SI]

5) Coeficiente de presión externa Cp: 5.1) Paredes y Techos

Techos monopendientes Techos a dos y cuatro aguas

Techos tipo buhardilla

5.1) Coeficiente de presión externa Cp: Paredes y Techos

Coeficientes de presión en PAREDES Paredes a barlovento Paredes a sotavento Paredes laterales

Coeficientes de presión en TECHOS

Normal a la cumbrera Para θ ≥ 10°

Normal a la cumbrera Para θ < 10° y Paralelo a la cumbrera para todos los θ

5.1) Coeficiente de presión externa Cp: Paredes y Techos Notas (Figura 27.4-1): 1. Signos de mas y menos se refieren a presiones actuando en dirección hacia y fuera de las superficies, respectivamente. 2. Interpolación lineal está permitida para otros valores no mostrados de L/B, h/L y θ. La interpolación sólo debe hacerse entre valores del mismo signo. Cuando no son valores del mismo signo, se debe asumir un valor de 0.0. 3. Donde se muestran dos valores de Cp, esto indica que el techo inclinado con viento a barlovento está sujeto a cualesquiera presiones positivas o negativas y la estructura de techo debe ser diseñada bajo estas dos condiciones. La interpolación para relaciones intermedias de h/L en este caso deben solo hacerse entre valores de Cp del mismo signo. 4. Para techos mono-pendientes, la superficie total del techo es una superficie sometida totalmente a viento a barlovento o a viento a sotavento. 5. Para estructuras flexibles, se debe usar el valor Gf apropiado.

5.1) Coeficiente de presión externa Cp: Paredes y Techos 6. Notación: B: dimensión horizontal de la estructura (metros), medida normal a la dirección del viento. L: dimensión horizontal de la estructura (metros) medida paralela a la dirección del viento. h: altura media del techo (metros) excepto si θ ≤10°, se tomará la altura hasta el alero (inicio del techo). z: altura sobre el terreno (metros). G: factor de efecto de ráfagas. qz, qh: presión dinámica, en N/m2 o kgf/m2, evaluada a la altura respectiva. θ: ángulo del plano del techo con respecto a la horizontal, en grados. 7. Para techos tipo buhardilla, la superficie horizontal superior y la superficie inclinada a sotavento deberán ser tomadas como superficies a sotavento en la tabla. 8. El corte horizontal total no será menor que el determinado despreciando las fuerzas de viento en las superficies de techo, excepto que el sistema resistente a viento consista en pórticos resistentes a momento. # Para techos inclinados con una pendiente mayor a 80°, usar Cp= 0.8

5.2) Coeficiente de presión externa Cp: Techos abovedados o cúpulas Notas: 1. Se deben considerar dos casos de carga: Caso A: los valores de Cp entre A y B, y entre B y C, deben ser interpolados linealmente entre arcos en el domo paralelos a la dirección del viento. Caso B: Cp debe ser el valor constante de A para θ ≤ 25 grados, y debe ser determinado por interpolación lineal desde 25 grados hasta B, y desde B a C. 2.

Los valores corresponden a Cp para ser usado con q(hD+f) donde hD+f es la altura en el tope del domo.

3. Signos de mas y menos se refieren a presiones actuando en dirección hacia y fuera de las superficies, respectivamente. 4. Cp es constante en la superficie del domo para arcos de círculos perpendiculares a la dirección del viento. Por ejemplo, el arco que pasa por B-B-B y todos los arcos paralelos a este. 5. Se permite interpolación lineal para valores de hD/D ubicados entre las curvas. 6. θ = 0 grados en el perímetro inferior del domo, θ = 90 grados en el centro superior del domo. f se mide desde dicho perímetro inferior hasta el tope. 7. El corte horizontal total no debe ser menor que el determinado despreciando las fuerzas de viento en las superficies del techo. 8. Para valores de hD/D menores a 0.05, debe usarse la figura anterior 27.4.1.

5.3) Coeficiente de presión externa Cp: Techos arqueados Notas: 1. Los valores listados son para la determinación de cargas promedio sobre el sistema principal resistente a sismos.

Cuarto a barlovento

Mitad central

Cuarto a sotavento

2. Signos de mas y menos se refieren a presiones actuando en dirección hacia y fuera de las superficies, respectivamente. 3. Para vientos en dirección paralela al eje del arco, se debe usar coeficientes de presión externa de la tabla para paredes y techos 27.4-1 con el viento paralelo al la cresta.

*Cuando la relación elevación entre luz sea 0.2 ≤ r ≤ 0.3, deberán ser usados coeficientes alternativos para el cuarto a barlovento, dados por (6r - 2.1).

4. Para componentes y cerramientos: (1) en el perímetro de techo, usar los coeficientes de presión externa en la figura 30.4-2A, B y C con θ basado en la pendiente del techo y (2) para las demás áreas de techo, usar los coeficientes de presión externa dados en esta tabla multiplicados por 0.87.

5.4) Coeficiente de presión neta CN: Techos libres mono-pendientes Ángulo del techo

Notas:

Flujo de viento libre

Flujo de viento obstruido

Caso de carga

1. CNW y CNL se refieren a presiones netas (contribuciones de superficies superiores e inferiores) para la mitad de la superficie de techo a barlovento y a sotavento, respectivamente. 2. Flujo de viento libre se refiere a un flujo de viento relativamente sin obstrucciones, con bloqueo menor o igual al 50%. Flujo de viento obstruido se refiere a objetos debajo del techo impidiendo el flujo del viento (bloqueo > 50%). 3. Se permite interpolación lineal para valores de θ entre 7.5° y 45°. Para valores de θ menores a 7.5°, usar coeficientes de presión externa para 0°. 4. Signos de mas y menos se refieren a presiones actuando en dirección hacia y fuera de las superficies, respectivamente. 5. Todos los casos de carga mostrados para cada ángulo de techo deben ser evaluados. 6. Notación: L= dimensión horizontal del techo, medido en la dirección del viento (m). h= altura media del techo (m). γ= dirección del viento (grados). θ= ángulo del plano del techo con respecto a la horizontal (grados).

5.5) Coeficiente de presión neta CN: Techos libres a dos aguas Notas:

Ángulo del techo

Flujo de viento libre Caso de carga


1. CNW y CNL se refieren a presiones netas (contribuciones de superficies superiores e inferiores) para la mitad de las superficies de techo a barlovento y sotavento, respectivamente. 2. Flujo de viento libre se refiere a un flujo de viento relativamente sin obstrucciones, con bloqueo menor o igual al 50%. Flujo de viento obstruido se refiere a objetos debajo del techo impidiendo el flujo del viento (bloqueo > 50%). 3. Se permite interpolación lineal para valores de θ entre 7.5° y 45°. Para valores de θ menores a 7.5°, usar coeficientes de presión externa para 0°. 4. Signos de mas y menos se refieren a presiones actuando en dirección hacia y fuera de las superficies, respectivamente. 5. Todos los casos de carga mostrados para cada ángulo de techo deben ser evaluados. 6. Notación: L= dimensión horizontal del techo, medido en la dirección del viento (m). h= altura media del techo (m). γ= dirección del viento (grados). θ= ángulo del plano del techo con respecto a la horizontal (grados).

5.6) Coeficiente de presión neta CN: Techos batea Notas:

Caso de carga

Ángulo del techo



1. CNW y CNL se refieren a presiones netas (contribuciones de superficies superiores e inferiores) para la mitad de las superficies de techo a barlovento y sotavento, respectivamente. 2. Flujo de viento libre se refiere a un flujo de viento relativamente sin obstrucciones, con bloqueo menor o igual al 50%. Flujo de viento obstruido se refiere a objetos debajo del techo impidiendo el flujo del viento (bloqueo > 50%). 3. Se permite interpolación lineal para valores de θ entre 7.5° y 45°. Para valores de θ menores a 7.5°, usar coeficientes de presión externa para 0°. 4. Signos de mas y menos se refieren a presiones actuando en dirección hacia y fuera de las superficies, respectivamente. 5. Todos los casos de carga mostrados para cada ángulo de techo deben ser evaluados. 6. Notación: L= dimensión horizontal del techo, medido en la dirección del viento (m). h= altura media del techo (m). γ= dirección del viento (grados). θ= ángulo del plano del techo con respecto a la horizontal (grados).

5.7) Coeficiente de presión neta CN: Techos libres en edificios abiertos Notas: 1.

CN denota presiones netas (contribuciones de superficies superiores e inferiores).

2.

Flujo de viento libre se refiere a un flujo de viento relativamente sin obstrucciones, con bloqueo menor o igual al 50%. Flujo de viento obstruido se refiere a objetos debajo del techo impidiendo el flujo del viento (bloqueo > 50%).

3.

Signos de mas y menos se refieren a presiones actuando en dirección hacia y fuera de las superficies de techo, respectivamente.

4.

Todos los casos de carga mostrados para cada ángulo de techo deben ser evaluados.

5.

Para techos mono-pendientes con θ < 5°, los valores de CN mostrados aplican también cuando γ= 0° y 0.05 ≤ h/L ≤0.25. Para otros valores de h/L, se referirá a la figura 27.4-4.

ESTRUCTURAS ABIERTAS

Mono-pendiente

Distancia horizontal desde el borde a barlovento

Inclinado

Ángulo del techo

Caso de carga

Tipo batea



6. Notación: L= dimensión horizontal del techo, medido en la dirección del viento (m). h= altura media del techo (m). Ver figuras 27.4-5 o 27.4-6 para una descripción gráfica. γ= dirección del viento (grados). θ= ángulo del plano del techo con respecto a la horizontal (grados).

6) Presión de Viento, p 6.1) Edificios rígidos cerrados y parcialmente cerrados

; = 4<= − 4? <=? [N/m2] [kgf/m2] q= qz para paredes a barlovento evaluados a una altura z sobre el suelo. q= qh para paredes a sotavento, a los lados, y techos, evaluados a una altura h. qi= qh para paredes a barlovento, de lados, sotavento, y techos de estructuras cerradas y para la evaluación de presión interna negativa en estructuras parcialmente cerradas. qi=qz para evaluación de la presión interna positiva en estructuras parcialmente cerradas donde la altura z esta definida como el nivel de la abertura más alta en la estructura que pueda afectar la presión interna positiva. Para esta evaluación, qi puede ser evaluado conservadoramente a una altura h (qi=qh). G= Efecto ante ráfagas. Cp= Coeficiente de presión externa. GCpi= Coeficiente de presión interna.

6) Presión de Viento, p 6.2) Edificios flexibles cerrados y parcialmente cerrados ; = 4@ <= − 4? (<=? ) [N/m2] [kgf/m2] q= qz para paredes a barlovento evaluados a una altura z sobre el suelo. q= qh para paredes a sotavento, a los lados, y techos, evaluados a una altura h. qi= qh para paredes a barlovento, de lados, sotavento, y techos de estructuras cerradas y para la evaluación de presión interna negativa en estructuras parcialmente cerradas. qi=qz para evaluación de la presión interna positiva en estructuras parcialmente cerradas donde la altura z esta definida como el nivel de la abertura más alta en la estructura que pueda afectar la presión interna positiva. Para esta evaluación, qi puede ser evaluado conservadoramente a una altura h (qi=qh). Cp= Coeficiente de presión externa. GCpi= Coeficiente de presión interna. Gf= Factor de efecto de ráfagas definido para estructuras flexibles o dinámicamente sensitivas.

6) Presión de Viento, p 6.1 y 6.2) Edificios cerrados y parcialmente cerrados q y qi se evaluarán correspondientes a cada exposición definidas anteriormente, y la presión se aplicará simultáneamente en paredes a barlovento y a sotavento y en techos, como se indica en la siguiente figura.

6) Presión de Viento, p 6.1 y 6.2) Edificios cerrados y parcialmente cerrados

6) Presión de Viento, p 6.3) Edificios abiertos libres mono-pendientes, de techo inclinado o tipo batea ; = 4+
[N/m2] [kgf/m2]

qh = presión dinámica evaluada a la altura media h usando el tipo de exposición que corresponda, que resulte en las cargas de viento mayores para cada dirección del viento en el sitio. G= factor de efecto de ráfagas. CN= coeficiente de presión neta. Este coeficiente CN, incluye las contribuciones de las superficies superior e inferior. Para techos libres con un ángulo del plano del techo con respecto a la horizontal de θ ≤ 5° y conteniendo paneles frontales, estos deben considerarse como unos parapetos (antepechos) invertidos. La contribución de cargas que producen dichos parapetos al sistema resistente al viento se determinarán de acuerdo a la sección siguiente (6.5) que evalúa cargas de viento sobre los mismos, con qp igual a qh.

6) Presión de Viento, p 6.4) Volados en techos Las presiones externas positivas en la superficie inferior de volados de techos a barlovento se determinarán utilizando el coeficiente Cp igual a 0.8, combinado con las presiones de la superficie superior determinadas utilizando la figura 27.4-1. Presión sobre superficie superior del techo calculada según figura 27.4-1

Dirección del viento

Presión adicional sobre superficie inferior del volado utilizando Cp= 0.80

6) Presión de Viento, p 6.5) Parapetos o antepechos La presión de viento de diseño para el efecto de parapetos en el sistema resistente a viento de construcciones rígidas o flexibles, teniendo un techo plano, a dos aguas o a cuatro, se determinan con la siguiente ecuación: ;= = 4= <;' [lb/ft2] [kgf/m2] pp= presión neta combinada sobre el parapeto de las presiones de la superficies frontal y posterior. Signos de mas y menos se refieren a presiones presiones netas actuando hacia y en contra del frente o posterior del parapeto. qp= presión dinámica evualuada a la altura del tope del parapeto. GCpn= coeficiente combinado de presión neta: = +1.5 para parapetos a barlovento = -1.0 para parapetos a sotavento

6) Presión de Viento, p 6.5) Parapetos o antepechos

Presión de viento sobre el parapeto

Altura hasta el tope del parapeto

Altura media h

PRESIONES MÍNIMAS DE DISEÑO La carga de viento a ser usada en el diseño de las estructuras resistentes a viento para construcciones cerradas o parcialmente cerradas, no será menor a 0.77 kN/m2 (≈ 80 kgf/m2) multiplicada por el área de paredes de la construcción, y 0.38 kN/m2 (≈ 40 kgf/m2) multiplicada por el área del techo de la construcción proyectada en un plano vertical normal a la dirección del viento asumida. Cargas de paredes y techos deben ser aplicadas simultáneamente. La fuerza de diseño de viento para construcciones abiertas no debe ser menor a 0.77 kN/m2 (≈ 80 kgf/m2) multiplicada por el área Af. Construcciones cerradas o parcialmente cerradas Paredes

80 kgf/m2

Techos

40 kgf/m2

Construcciones abiertas Paredes y Techos

80 kgf/m2

Analisis y Diseño de Galpones_ASCE 7-10 (Revisión 1).pdf

Recommend Documents