Tesis - Diseño estructural para viviendas unifamiliares usando perfiles de acero galvanizado

U N I V E R S I D A D D E P I U R A FACULTAD DE INGENIERÍA

DISEÑO ESTRUCTURAL PARA VIVIENDAS UNIFAMILIARES USANDO PERFILES DE ACERO GALVANIZADO

Tesis para optar el Título de Ingeniero Civil

RICARDO AUGUSTO BAUTISTA CEPEDA

Piura, Enero 2003

Dedicado a mis queridos padres Ricardo, Lucy, a mis abuelos y mi agradecimiento especial a Jorge por su apoyo incondicional.

PROLOGO La mayoría de construcciones destinadas al uso de viviendas unifamiliares de hasta tres pisos, son construidas por el sector autoconstrucción con un pobre control técnico y profesional que logre ofrecer seguridad al usuario, resultando estas por lo general sobredimensionadas respecto a las solicitaciones de carga y originando gastos innecesarios que repercuten en el presupuesto final de la construcción, cuyo valor representa en no contadas ocasiones todo el patrimonio familiar con la esperanza de acceder a un lugar digno de vida acorde con las necesidades sociales. Actualmente, el sector construcción va recobrando impulso y se enfrenta a un nuevo reto por fortalecer programas de financiamiento para viviendas construidas bajo supervisión técnica y calificada, siendo éstas de interés social y por índole mejorando la recuperación y renovación urbana. Al respecto hemos sido testigos de la vivienda económica ofertando diferentes técnicas alternativas a la construcción tradicional, pero que ofrecían pocas comodidades, lenta ejecución y con precios elevados. Desde 1940, el ritmo de crecimiento poblacional en la costa norte ha aumentado once veces más del total de las viviendas particulares. Esto en gran parte, se debió al proceso masivo de migración campo-ciudad acontecido a finales de la Segunda Guerra Mundial, tanto en el Perú como en países de América Latina, originando como consecuencia el aumento explosivo de la población urbana, la cual llegó a quintuplicarse en su totalidad. De ahí, el alto déficit de vivienda, ya que, de acuerdo a estudios realizados por el entonces Ministerio de Vivienda y Construcción, en el decenio de los setenta, el 85% de la Población Económicamente Activa (PEA) urbana, solo podía acceder a la vivienda integrando un pueblo joven o constituyendo una urbanización popular. Por otro lado, solo el 13% de la PEA podía acceder a los proyectos habitacionales del Estado, y únicamente el 2% estaba en capacidad de adquirir viviendas construidas por los inversionistas privados. Dada la necesidad de viviendas en nuestra población, el Fondo Hipotecario de Promoción de la Vivienda (Mi Vivienda), el Estado y el sector privado son partícipes de una alternativa frente a este gran déficit habitacional de los peruanos. Es allí entonces donde los contratistas entran a concursar por la buena pro de los conjuntos habitacionales, los cuales se ofertarán en función del volumen y más no por margen de construcción, es decir quien construye más viviendas en el menor tiempo posible y con el menor costo final es quien ejecutará la obra. Esto conlleva a la búsqueda de nuevas alternativas para la construcción con menor tiempo de ejecución posible y con medidas estándar que faciliten tener un ahorro en tiempos muertos, logrando una construcción racionalizada e industrializada a través de la construcción de viviendas con perfiles de acero galvanizado, las cuales ofrecen la misma calidad que un sistema tradicional, logrando una construcción confortable, segura y de rápida ejecución. Mi agradecimiento especial a mi asesor de tesis, el Ing. Arturo Martínez, por su colaboración en el diseño de la estructura analizada, al Ing. Antonio Ramírez por las observaciones realizadas a la presente investigación y a la empresa “Depósitos Santa Beatriz S.R.L.” por su apoyo en la recopilación de información y permitirme el desarrollo paralelo de la tesis y el trabajo.

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RESUMEN En los últimos años se ha tenido una ampliación de los métodos y sistemas constructivos de edificaciones, incorporándose nuevas técnicas y tecnologías con la finalidad de aminorar costos y mejorar performances. Esto se ve reforzado por el empuje que en los últimos meses ha tenido el sector construcción en la oferta de viviendas a través del Programa Mi Vivienda. El empleo de sistemas constructivos como el tratado en la tesis es reciente en nuestro medio y no se conoce de experiencia local tanto de diseño como de análisis de edificaciones. Por este motivo, esta tesis busca recoger el estado del arte en cuanto a análisis y diseño estructural con perfiles de acero galvanizado, y desarrolla un análisis de costos de una vivienda construida con acero liviano de dos niveles. Asimismo, la tesis recoge la experiencia constructiva de otros países y la presenta a través de detalles constructivos de bastante utilidad en obra. Como resultado de esta tesis se espera contar con un documento de referencia para todo ingeniero interesado en desarrollar edificaciones en base a perfiles de acero galvanizado. Cabe recalcar que la tablas y especificaciones vertidas en la tesis están basadas por el AISI (American Iron Steel Institute) Instituto que dicta las normas de diseño para determinar cualquier elemento estructural de acero considerando sus propiedades mecánicas, capacidad de trabajo, requerimientos dimensionales y geometría. Además indica el método adecuado para determinar los diseños estructurales de cualquier edificio.

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INDICE GENERAL Introducción

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CAPITULO I. INFORMACIÓN GENERAL 1.1 Descripción del sistema constructivo 1 1.2 Historia del diseño con acero laminado en frío 1 1.3 Proceso de fabricación de perfiles 2 1.4 Acero para perfiles laminados en frío 3 1.5 Principios de diseño en acero laminado en frío 3 1.5.1 Comportamiento estructural de elementos planos a compresión 1.5.2 Parantes sujetos a alabeo local 5 1.5.3 Relaciones máximas de esbeltez para elementos laminado en frío 1.5.4 Esfuerzos unitarios para acero laminado en frío 7 1.5.5 Vigas formadas en frío no soportadas lateralmente 8 1.5.6 Esfuerzos en el alma de elementos formados en frío 8 1.5.7 Columnas de acero formados en frío 8 1.5.8 Atornillado de elementos formados en frío 10 1.5.9 Techumbres de acero 11 1.6 Características del material 11 1.7 Componentes básicos del sistema de construcción 12 1.7.1 Nomenclatura 12 1.7.2 Tipos de perfiles 13 1.7.2.1 Canales o rieles 13 1.7.2.2 Postes-viga (parantes) 14 1.7.2.3 Canal omega 15 1.7.2.4 Sujeciones laterales 15 1.7.2.5 Ángulos de unión 17 1.8 Placas de revestimiento 17 1.8.1 Placa de yeso 17 1.8.1.1 Generalidades 17 1.8.1.2 Propiedades 18 1.8.1.3 Tipos de placa de yeso 19 1.8.2 Placa de fibrocemento 20 1.8.2.1 Generalidades 20 1.8.2.2 Propiedades 20 1.8.2.3 Espesor de placa de fibrocemento 20 1.9 Tornillería 20 1.9.1 Tipos de tornillos 21 1.9.2 Tipos de puntas 22 1.10 Corrosión en perfiles 22 1.10.1 Protección de barrera física 23 1.10.2 Protección catódica 23 1.10.3 Recubrimientos protectores de corrosión 25 1.10.3.1 Galvanizado 25 1.10.3.2 Galvalume (aluzinc) 26 1.10.3.3 Peso y espesor del recubrimiento 27 1.10.4 Durabilidad 28 1.10.5 El galvanizado y la soldadura 28 iv

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1.10.6 Corrosión en los tornillos 28 1.10.6.1 Fosfatado 29 1.10.6.2 Enchapado mecánico de zinc 28 1.10.6.3 Electrozincado 29 1.10.6.4 Revestimientos especiales 29 1.10.6.5 Ensayo de tornillos 29 1.11 Perforación y corte en perfiles estructurales 30 1.12 Conexiones de refuerzo 31 1.13 Herramientas básicas 31 1.13.1 Herramientas de corte 32 1.13.2 Herramientas de nivelación 34 1.13.3 Herramientas para atornillado 35 CAPITULO II. MUROS ESTRUCTURALES Y NO ESTRUCTURALES 2.1 Muros estructurales 37 2.1.1 Requerimiento según norma ASTM 2.1.2 Criterio de repartición de cargas 2.1.3 Cargas horizontales 37 2.1.3.1 Cruces de San Andrés 37 2.1.3.2 Diafragma de rigidización 2.1.4 Cargas verticales 46 2.1.5 Refuerzos en parantes 49 2.1.6 Longitud de paredes 50 2.1.7 Secciones compuestas 51 2.1.8 Intersección de tabiques 52 2.1.9 Anclaje en losa 53 2.1.9.1 Criterio de diseño 53 2.1.9.2 Cargas 56 2.1.9.3 Resistencia a la carga 2.1.9.4 Espesor del material base 2.1.9.5 Carga de ajuste del anclaje 2.1.9.6 Relajamiento de la carga inicial 2.1.9.7 Perno de expansión (Wedge All) 2.2 Muros no estructurales 60 2.2.1 Tipos de paredes 60 2.2.2 Elementos de terminación 62 2.2.3 Instalaciones 64 2.2.4 Soporte de cargas 65 2.2.5 Reparación de placas de yeso 66 2.2.6 Anclajes en piso y techo 67

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CAPITULO III. ENTREPISOS

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3.1 Conceptos generales 69 3.2 Elementos de un entrepiso 72 3.2.1 Elementos básicos 72 3.2.2 Vigas compuestas 73 3.2.3 Encuentros y apoyos paras vigas 3.2.4 Fijaciones 76

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3.3 Vanos 76 3.3.1 Escaleras 78 3.4 Rigidización 81 3.4.1 Entrepiso húmedo o “contrapiso flotante” 81 3.4.2 Entrepiso seco 83 3.4.2.1 Entrepiso usando plancha de fibrocemento 85 3.4.3 Blocking y strapping 89 3.5 Otras consideraciones 90 3.5.1 Entrepiso sobre muro tradicional existente 90 3.5.2 Balcón 92 3.5.3 Fijación superior de panel no portante paralelo a las vigas CAPITULO IV. TECHOS Y TIMPANOS 4.1 4.2 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.3 4.3.1 4.3.2 4.4 4.4.1 4.4.2 4.5 4.5.1 4.5.2 4.5.3 4.6 4.7

Conceptos generales 96 Cabriadas 99 Elementos básicos de la cabriada 99 Encuentros y apoyos para cabriadas 100 Fijaciones 101 Tímpanos y aleros 101 Tímpanos 101 Aleros 102 Rigidización 107 Diafragma de rigidización 110 Cruces de San Andrés y riostras longitudinales Otras consideraciones 112 Cabriada tijera 112 Cubierta con “Cola de Pato” 113 Cabriadas sobre muro tradicional existente 115 Estados de carga para los tijerales de techo 116 Superposición de acciones 117

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CAPITULO V. AISLACIONES Y APLICACIONES ESPECIALES 5.1 5.2 5.2.1 5.2.2 5.2.3 5.3 5.3.1 5.3.2 5.3.3 5.4 5.4.1 5.4.2 5.4.3 5.5 5.5.1 5.5.2

Conceptos generales 118 Barrera de agua y viento 119 Conceptos básicos 119 Materiales y características Ubicación habitual 121 Aislación térmica 123 Conceptos básicos 123 Materiales y características Ubicación habitual 127 Barrera de vapor 130 Conceptos básicos 130 Materiales y características Ubicación habitual 132 Acondicionamiento acústico 133 Conceptos básicos 137 Materiales y características

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5.5.3 Ubicación habitual 138 5.6 Áticos ventilados 140 5.6.1 Conceptos básicos 140 5.6.2 Ubicación habitual 143 5.7 Selladores 145 5.7.1 Conceptos básicos 145 5.7.2 Materiales y características 146 5.7.3 Ubicación habitual 147 5.8 Acabado exterior tipo EIFS 150 5.8.1 Sistemas tipo P.M. (Polymer Modified) 151 5.8.2 Sistema tipo P.B. (Polymer Based) 151 5.8.2.1 Usos habituales del Sistema EIFS (P.B) 5.8.2.2 Componentes del sistema EIFS (PB) 5.8.3 Ventajas constructivas del E.I.F.S. 154 5.8.4 Reglas básicas para una correcta instalación

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CAPITULO VI. DISEÑO Y MONTAJE DE LA ESTRUCTURA 6.1 Diseño por viento 158 6.1.1 Clasificación de la estructura según su importancia 158 6.1.2 Clasificación de la estructura según su respuesta al viento 158 6.1.3 Categoría del terreno según su rugosidad y la clase de estructura 6.1.4 Velocidad VR para el periodo de retorno requerido de 50 años 160 6.1.5 Factor de exposición 161 6.1.6 Velocidad de diseño 161 162 6.1.7 Factor de topografía FT 6.1.8 Corrección de densidad g, y obtención de la presión dinámica 6.1.9 Fuerzas sobre construcciones cerradas 163 6.1.10 Determinación de presión lateral por fuerza de viento 172 6.2 Diseño por sismo 173 6.2.1 Introducción 173 6.2.2 Análisis estructural 173 6.2.3 Metrado de cargas 175 6.2.4 Análisis estático equivalente 175 6.2.5 Análisis de muros contraventeados 179 6.2.6 Diseño de la diagonal 184 6.2.7 Sistema de anclaje y fijación 185 6.2.8 Selección de componentes actuando como vigas de entrepiso 6.2.9 Selección de componentes actuando como columnas 190 6.2.10 Diseño de encofrado perdido de entrepiso 197 6.2.11 Diseño de tijeral 197 6.2.12 Diseño de uniones 199 6.2.13 Diseño de correas 199 6.2.14 Diseño de cimentación 200 6.3 Montaje de estructura 204 6.3.1 Preparación del terreno 204 6.3.2 Fundación 204 6.3.3 Montaje de paneles en planta baja 206 6.3.4 Emplacado exterior en paneles en planta baja 210 6.3.5 Montaje del entrepiso 210

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6.3.6 Emplacado sobre vigas de entrepiso 212 6.3.7 Montaje en paneles de planta alta 214 6.3.8 Emplacado exterior en paneles en planta alta 215 6.3.9 Montaje de la estructura de techos 216 6.3.10 Emplacado exterior de techos 220 6.4 Programación de obra 222 6.5 Presupuesto 225 6.5.1 Presupuesto de mano de obra 225 6.5.2 Presupuesto de materiales 227 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

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BIBLIOGRAFIA

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APENDICE A. CONVERSIONES METRICAS

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APENDICE B. FOTOS

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APENDICE C. DETALLES CONSTRUCTIVOS

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APENDICE D. TABLAS DE DISEÑO

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APENDICE E. MANUAL DEL AISIWIN V 5.0

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APENDICE F. COMPORTAMIENTO SÍSMICO DE LOS PANELES DRYWALL 339 APENDICE G. PLANOS

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LISTADO DE FIGURAS CAPITULO I. INFORMACION GENERAL Figura 1.1. Construcción con el sistema de acero laminado en frío. 1 Figura 1.2. Máquina con rodillos formadores con sus dados. 2 Figura 1.3. Bovinas de acero laminado en frío. 3 Figura 1.4. Elementos de compresión. 4 Figura 1.5. Ancho efectivo de parantes. 5 Figura 1.6. Ancho efectivo para determinar la carga de seguridad cuando puede ocurrir alabeo. 6 Figura 1.7. Curvas de diseño para columnas de secciones formadas en frío. 9 Figura 1.8. Ensamblado de entrepiso con placa colaborante. 11 Figura 1.9 Tipos de perfiles estructurales. 12 Figura 1.10. Perfiles PGU y PGC en muros y entrepisos. 13 Figura 1.11. Riel o canal y su sección. 14 Figura 1.12. Elemento poste-viga de acero laminado en frío y sección. 14 Figura 1.13. Perfil omega y sección. 15 Figura 1.14. Rotación de elementos al no contar con sujeción lateral continua. 15 Figura 1.15a. Bastidor con sujeción lateral continua a ½ de altura de entrepiso. 16 Figura 1.15b. Bastidor sin sujeción lateral continua. 16 Figura 1.16. Sujeciones laterales continuas en bastidores. 16 Figura 1.17. Sujeciones laterales con y sin contraviento. 17 Figura 1.18. Ángulo L en sus diferentes usos y aplicaciones. 17 Figura 1.19. Rebaje del borde longitudinal de la placa. 18 Figura 1.20. Tipos de cabeza de tornillos más usados en Steel Framing. 21 Figura 1.21. Tipos de tornillos más comunes en Steel Framing. 22 Figura 1.22. Tipos de puntas para ensamble de estructura y emplacado final. 23 Figura 1.23. Flujo de corriente durante una protección catódica. 24 Figura 1.24. Pérdida de recubrimiento entre aluzinc y galvanizado. 27 Figura 1.25. Perforación típica en viga. 30 Figura 1.26. Perforación típica en columna. 31 Figura 1.27. Conectores de refuerzo en vigas. 31 Figura 1.28. Herramientas esenciales para corte, nivelación y atornillado. 32 Figura 1.29. Cortadora de perfiles con disco de corte de acero. 32 Figura 1.30. Disco de corte de concreto. 33 Figura 1.31. Cortadora de placa de fibrocemento. 33 Figura 1.32. (a) Tijeras para corte recto y curvo. 34 Figura 1.32. (b) Tijera para nivelar la sección cortada del perfil galvanizado. 34 Figura 1.33. (a) Nivel magnético. 35 Figura 1.33. (b) Nivel láser. 35 Figura 1.33. (c) Aplicación del nivel láser. 35 Figura 1.34. Atornillador de velocidad variable. 36 CAPITULO II. MUROS ESTRUCUTRALES Y NO ESTRUCTURALES Figura 2.1. Acción de cargas laterales. 37 Figura 2.2. Acción de cargas de volcamiento y succión. 38 Figura 2.3. Cruces de San Andrés o X Bracing. 38 Figura 2.4. Unión del X Bracing con los montantes mediante tornillos.

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Figura 2.5. Triángulo de fuerzas para diferentes ángulos del fleje. 39 Figura 2.6. Forma correcta e incorrecta de colocación del arriostre lateral. 40 Figura 2.7. Placa para colocación de flejes tensionados. 40 Figura 2.8. Excentricidad provocada por colocación de una sola Cruz de San Andrés. 41 Figura 2.9. Cruz de San Andrés en pared exterior. 42 Figura 2.10. Panel de fibrocemento bajo ensayo de cargas laterales. 43 Figura 2.11.Concentración de esfuerzos en vanos por fuerzas de sismo. 44 Figura 2.12. Forma de emplacado tipo C para resistir cargas laterales. 44 Figura 2.13. Colocación de tornillos desfasados en encuentro de placas. 45 Figura 2.14. Detalle de unión de paneles con placas. 45 Figura 2.15. Unión solapada entre perfiles y placas. 45 Figura 2.16. Detalle de colocación de tornillos placa-metal. 46 Figura 2.17. Axialidad y continuidad de las cargas verticales hacia cimentación. 47 Figura 2.18. (a) Distribución de cargas verticales en vanos. 47 Figura 2.18. (b) y (c) Imágenes sobre refuerzos en dinteles. 48 Figura 2.19. Distribución de cargas verticales de tímpanos a muros. 49 Figura 2.20. Refuerzo lateral previendo la rotación de los parantes y deflexiones en el eje vertical. 49 Figura 2.21. Usando el “blocking” para proveer un refuerzo lateral. 50 Figura 2.22. Ensamble de estructura en obra. 50 Figura 2.23. Erección de estructura exterior portante. 51 Figura 2.24. Empalme de canal solera en panel portante. 51 Figura 2.25. Sección Cajón e I usados en vanos de paredes portantes. 52 Figura 2.26. Intersecciones de paredes con un mínimo de 4 parantes. 53 Figura 2.27 (a). Separación crítica de anclajes con 100% de eficiencia con cono normal de corte. 54 Figura 2.27 (b). Separación mínima de los anclajes con eficiencia reducida y conos de corte que se interceptan. 54 Figura 2.28. Distancia “E” del perno expansivo al borde de la losa. 54 Figura 2.29. Anclaje tipo cuña (Wedge All). 57 Figura 2.30. Secuencia de instalación de anclajes Wedge All. 58 Figura 2.31. Anclaje mecánico en bloque de concreto relleno de mortero. 58 Figura 2.32.a, b y c. Diferentes vistas de anclajes mecánicos en muros estructurales. 59 Figura 2.33 (a). Encuentrote tabique en L 60 Figura 2.33 (b). Encuentro en T y terminación de ángulos con cinta y masilla. 60 Figura 2.33 (c). Terminación de cantos vivos con esquineros y masilla. 60 Figura 2.34 (a). Emplacado vertical y emplacado horizontal en dos capas 61 Figura 2.34 (b). Corte vertical de una pared doble. 61 Figura 2.35 (a). Armado de estructura para pared curva. 62 Figura 2.35 (b). Vista en planta de pared curva. 62 Figura 2.35 (c). Molde de madera para curvar las placas de yeso. 62 Figura 2.36. Detalle de sellado de junta y masillado. 63 Figura 2.37. Cinta de papel. 63 Figura 2.38. Cinta de malla autoadhesiva. 64 Figura 2.39. Cinta de con fleje metálico. 64 Figura 2.40. Esquinero metálico. 64 Figura 2.41. Pasaje y fijación de instalaciones. 65 Figura 2.42. Soportes para cargas pequeñas. 65 Figura 2.43. Tarugos de expansión para cargas de hasta 18 kgs. 66 Figura 2.44. Soporte para cargas pesadas. 66

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Figura 2.45. Anclaje de muro no estructural a losa a través de clavos con fulminantes. Figura 2.46. Anclaje de muro no estructural a viguetas de entrepiso. 68

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CAPITULO III. ENTREPISOS Figura 3.1. Viguetas alineadas de entrepiso con la montante del panel. 69 Figura 3.2. Detalle de alineación de vigas de entrepiso con las montantes del panel. 70 Figura 3.3. Viga tubo para distribuir las cargas en las montantes no alineadas. 70 Figura 3.4. Isométrico y detalle de distribución de cargas no alineadas a la montante. 71 Figura 3.5. Refuerzo en el alma de viga por corte. 71 Figura 3.6. Planta de un entrepiso. 72 Figura 3.7. Detalle de las piezas que conforman un entrepiso. 73 Figura 3.8. Diferentes tipos de vigas compuestas para entrepiso. 73 Figura 3.9. Vigas de entrepiso simplemente apoyadas. 74 Figura 3.10. Vigas de entrepiso continuas. 75 Figura 3.11. Empalme de vigas para grandes luces. 75 Figura 3.12. Empalmes entre viga principal y secundaria para grandes luces. 76 Figura 3.13. Vano interrumpido por vigas de entrepiso. 77 Figura 3.14. Vigas compuestas por vano en entrepiso. 77 Figura 3.15. Viga tubo para llegada de escalera. 78 Figura 3.16. Escalera con viga tubo inclinada. 79 Figura 3.17. Escalera construida con panel con pendiente. 79 Figura 3.18. Escalera con paneles horizontales y verticales. 80 Figura 3.19. Secuencia para construcción de escalonamiento. 81 Figura 3.20. Diferentes tipos de aislación acústica en entrepisos. 82 Figura 3.21. Entrepiso húmedo usando lana de vidrio como aislante acústico. 83 Figura 3.22. Secuencia de emplacado en vigas de entrepiso. 84 Figura 3.23. Entrepiso seco con sus componentes. 85 Figura 3.24. Disposición de planchas de fibrocemento en hiladas trabadas. 86 Figura 3.25. Capa de mortero con malla de refuerzo sobre placas de fibrocemento. 87 Figura 3.26. Disposición de vigas de entrepiso cada 40 cm. listas para recibir el encofrado perdido. 89 Figura 3.27. Esqueleto de vivienda de dos niveles mostrando estructuras de entrepiso, paredes y tijerales o cabriadas. 89 Figura 3.28. Blocking y strapping en vigas de entrepisos. 90 Figura 3.29. Entrepiso sobre muro tradicional existente. 91 Figura 3.30. Vigas de entrepiso embebidas en tabique de mampostería. 91 Figura 3.31. Apoyo de vigas de entrepiso sobre viga continua de hormigón. 92 Figura 3.32. Diferentes direcciones de vigas de entrepiso que definen la dirección del balcón. 92 Figura 3.33. Vigas de balcón paralelas a vigas de entrepiso. 93 Figura 3.34. Vigas de balcón perpendiculares a vigas de entrepiso. 94 Figura 3.35. Disminución del peralte de vigas de balcón para lograr desnivel requerido. 95 Figura 3.36. Fijación de panel no portante paralelo a vigas. 95 CAPITULO IV. TECHOS Y TIMPANOS Figura 4.1. Transmisión de carga axial alineada entre cabriada y panel portante. Figura 4.2. Forma incorrecta y correcta de transmisión de cargas usando un dintel. Figura 4.3. Detalle de cubierta plana. 97

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Figura 4.4. Sección de cubierta plana. 98 Figura 4.5. Vista a detalle de cabios en techos. 99 Figura 4.6. Detalle de tijeral o cabriada. 100 Figura 4.7. Detalle de cortes de ala y labio para permitir el encastre. 100 Figura 4.8. Detalle de encuentro entre tijeral y panel portante. 101 Figura 4.9. Estructura de tímpano y componentes. 102 Figura 4.10. Direcciones del alero respecto al plano del tijeral. 102 Figura 4.11. Detalle del alero en la dirección del plano del tijeral o cabriada. 103 Figura 4.12. Unión del cordón superior al montante del panel. 103 Figura 4.13. Panel de alero sobre tímpano. 104 Figura 4.14. Refuerzo del cordón superior de la cabriada. 105 Figura 4.15. Modulación del panel en función al ángulo de inclinación del alero. 105 Figura 4.16. Despiece del alero y elementos de fijación. 106 Figura 4.17. Elevación de alero en voladizo. 106 Figura 4.18. Isométrico y despiece del panel de alero en voladizo. 107 Figura 4.19. Disposición de cargas dinámicas en tijerales. 108 Figura 4.20. Rotación por cargas perpendiculares a las cabriadas. 108 Figura 4.21. Cordones superior e inferior de la cabriada en tensión y compresión. 109 Figura 4.22. Secuencia de emplacado sobre estructura de techos. 110 Figura 4.23. Cruces de San Andrés en cabriadas. 111 Figura 4.24. Correas longitudinales usadas como rigidizadores. 112 Figura 4.25. Cabriada tijera. 112 Figura 4.26. Cubierta cola de pato. 113 Figura 4.27. Detalle del encuentro de la limatesa. 114 Figura 4.28. Cabriada trunca y detalles. 115 Figura 4.29. Tijeral sobre muro tradicional existente. 116 Figura 4.30. Techo terminado tipo cola de pato. 117 CAPITULO V. AISLACIONES Y APLICACIONES ESPECIALES Figura 5.1. Flujo de aire e infiltración de humedad. 119 Figura 5.2. Sección de panel exterior con barrera de viento. 120 Figura 5.3. Barrera de agua y viento sobre el sustrato. 121 Figura 5.4. Barrera de agua y viento sobre perfiles. 122 Figura 5.5. Colocación de barrera de viento con terminaciones de ladrillo. 122 Figura 5.6. Transmisión de calor desde el ambiente más caliente hacia el ambiente más frío. 123 Figura 5.7. Fases de transferencia de calor. 124 Figura 5.8. Ubicación de lana de vidrio en interior de paneles y EPS en exterior. 128 Figura 5.9. Aislante térmico en entrepisos. 129 Figura 5.10. Aislante térmico en cielo raso horizontal. 130 Figura 5.11. Aislante térmico en cielo raso con pendiente. 130 Figura 5.12. Condensación por diferencia de temperaturas. 131 Figura 5.13. Búsqueda de equilibrio entre presiones de vapor. 132 Figura 5.14. Ubicación de barrera de vapor en panel. 133 Figura 5.15. Comparación de efecto resorte masa entre el panel convencional y el de steel framing. 136 Figura 5.16. Acción amortiguadora del sonido frente a ruidos de choque. 137 Figura 5.17. Aislación acústica en paredes interiores. 138

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Figura 5.18. Cajas de electricidad alternadas para evitar puentes térmicos. 139 Figura 5.19. Aislación acústica en entrepisos secos. 140 Figura 5.20. Áticos ventilados y no ventilados en diferentes condiciones climáticas. 141 Figura 5.21. Presión generada por el efecto de las fuerzas de viento. 142 Figura 5.22. Ventilación de techo combinada con ventilación en los aleros. 144 Figura 5.23. Ventilación en tímpanos. 145 Figura 5.24. Sellador en losa de concreto. 148 Figura 5.25. Sellado de junta con pared de mampostería. 148 Figura 5.26. Sellado de juntas en juntas de dilatación. 150 Figura 5.27. Sistema EIFS tipo Polymer Modified. 151 Figura 5.28. Sistema EIFS tipo Polymer Based. 152 Figura 5.29. Componentes separados del sistema EIFS tipo Polymer Based. 154 Figura 5.30. Plancha de EPS tipo “F”. 155 Figura 5.31. Colocación de planchas de EPS trabadas. 156 Figura 5.32. Superposición de los bordes de la malla de refuerzo. 156 Figura 5.33. Refuerzos de malla en vértices de vanos. 156 Figura 5.34. Backwraping sobre los bordes de las placas de EPS. 157 Figura 5.35. Proporción en peso de la mezcla de Base Coat y Cemento Pórtland. 157 CAPITULO VI. DISEÑO Y MONTAJE DE LA ESTRUCTURA Figura 6.1. Mapa de isotacas para VR de 50 años. 160 Figura 6.2. Definición de parámetros de construcciones con planta cerrada. 169 Figura 6.3. Definición de zonas en muros laterales para aplicar los coeficientes de presión exterior. 170 Figura 6.4. Factores de presión local KL, para recubrimientos y sus soportes. 171 Figura 6.5. Equilibrio dinámico. Sistema de un grado de libertad sujeto a una fuerza horizontal. 174 Figura 6.6. Distribución de fuerzas de sismo en entrepiso y techo final. 176 Figura 6.7. Diagrama de cortante. 177 Figura 6.8. Muros contraventeados propuestos. 178 Figura 6.9. Distribución de cortante para muros en “x” e “y” 179 Figura 6.10. Modelo estructural de un muro contraventeado en x.. 180 Figura 6.11. Diseño de poste para muros de contraventeo en “y”. 182 Figura 6.12. Diseño de poste para muros de contraventeo en “x”. 183 Figura 6.13. Acciones de componentes de contraventeo. 183 Figura 6.14. Muro de corte con diagonal (eje y). 184 Figura 6.15. Muro de corte con diagonal (eje x). 185 Figura 6.16. Detalle de anclaje para muro crítico. 186 Figura 6.17. Conexiones en nodo de contraventeo. 187 Figura 6.18. Holdowns para fuerzas verticales. 188 Figura 6.19. Condiciones de apoyos para cargas concentradas. 190 Figura 6.20. Cálculo de la fuerza de viento en tijeral. 191 Figura 6.21. Metrado de cargas para cálculo de cimentación. 200 Figura 6.22. Diseño de la cuantía de fierro en cimentación. 201 Figura 6.23. Planta de cimentación. 203 Figura 6.24. Trazo y replanteo de terreno. 204 Figura 6.25. Sección de cimentación con losa radiante. 205 Figura 6.26. Montaje de paneles en planta baja. 206 Figura 6.27. Fijación de perfiles para aplome y escuadra en encuentros. 207 xiii

Figura 6.28. Estructuración de paneles en primer nivel. 208 Figura 6.29. Estructuración de paneles interiores en primer nivel. 209 Figura 6.30. Detalle de perfil de uso para escuadra en encuentros de paneles. Figura 6.31. Emplacado exterior de paneles en planta baja. 210 Figura 6.32. Colocación de viguetas de entrepiso. 211 Figura 6.33. Refuerzo de vigas en apoyos (stiffener). 212 Figura 6.34. Emplacado de entrepiso con placa de fibrocemento. 213 Figura 6.35. Vista terminada del emplacado de entrepiso. 213 Figura 6.36. Estructuración de paneles en segunda planta. 214 Figura 6.37. Emplacado exterior en paneles planta alta. 215 Figura 6.38. Colocación de plancha de fibrocemento en encuentro de niveles. Figura 6.39. Montaje de tijerales o cabriadas. 217 Figura 6.40. Vista terminada de estructura de techo. 218 Figura 6.41. Colocación de tímpanos. 219 Figura 6.42. Emplacado exterior en techo. 220 Figura 6.43. Vista de vivienda terminada. 221 Figura 6.44. Estadísticas de proyecto. 222 Figura 6.45. Porcentaje de incidencia de materiales por partida 231 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Figura A. Planta de arreglo geométrico de contravientos. Figura B. Relación de aspecto de muros de contraviento.

xiv

209

216

LISTADO DE TABLAS CAPITULO I. INFORMACIÓN GENERAL Tabla 1.1. Espesores de perfiles para diferentes calibres. Tabla 1.2. Espesor de placa de fibrocemento. 20 Tabla 1.3. R.P.M. en función del diámetro de tornillo. Tabla 1.4. Diámetros de tornillos. 22 Tabla 1.5. Serie galvánica para metales y aleaciones. Tabla 1.6. Peso y espesor del recubrimiento. 28 Tabla 1.7. Recubrimientos mínimos por norma ASTM.

13 21 24 28

CAPITULO II. MUROS ESTRUCTURALES Y NO ESTRUCTURALES Tabla 2.1. Valores de fuerza de tensión en función del ángulo de inclinación. Tabla 2.2. Diámetros de brocas con punta de carburo para taladros giratorios.

39 55

CAPITULO III. ENTREPISOS Tabla 3.1. Clasificación según la resistencia a la flexión para placas de Superboard. Tabla 3.2. Tolerancias en las placas de Superboard. 88

88

CAPITULO V. AISLACIONES Y APLICACIONES ESPECIALES Tabla 5.1. Valores de densidad y λ para materiales de aislación térmica. 125 Tabla 5.2. Tabla comparativa de valores de reducción acústica entre el sistema tradicional y el sistema con acero liviano. 135 CAPITULO VI. DISEÑO Y MONTAJE DE LA ESTRUCTURA Tabla 6.1. Categoría del terreno según su rugosidad. 159 Tabla 6.2. Clase de estructura según su tamaño. 159 161 Tabla 6.3. Factor de tamaño FC. Tabla 6.4. Valores de δ y α. 161 Tabla 6.5. Factor de topografía local, FT. 162 Tabla 6.6. Relación entre altitud y la presión barométrica. 163 Tabla 6.7. Coeficiente de presión exterior, Cpe, para muros en barlovento y sotavento de construcciones con planta rectangular cerrada. 164 Tabla 6.8. Coeficiente de presión exterior, Cpe, para zonas de muros laterales de construcciones con planta rectangular cerrada. 164 Tabla 6.9. Coeficiente de presión exterior, Cpe, para zonas de techos de construcciones con planta rectangular cerrada. 165 165 Tabla 6.10. Factor de reducción, KA, para techos y muros laterales. Tabla 6.11. Factor de presión local, KL, para recubrimientos y sus soportes. 166 Tabla 6.12 (a). Coeficiente de presión interna, Cpi, para construcciones con planta rectangular cerrada y muros permeables. 168 Tabla 6.12 (b). Coeficiente de presión interior, Cpi, para construcciones de plantas rectangular cerrada y superficies con aberturas. 168 Tabla 6.13. Metrado de cargas para vivienda analizada de dos niveles. 175 xv

Tabla 6.14. Tabla resumen para fuerza lateral por sismo. 176 Tabla 6.15. Cargas resistentes según el diámetro de anclaje usando espárragos. 185 Tabla 6.16. Tensión Tie y Holdowns. 188

xvi

INTRODUCCIÓN Por más de cien años, los grandes edificios en el mundo han sido construidos de acero, material que provee durabilidad, consistencia y ductilidad a las estructuras. Actualmente el mercado de la construcción ha progresado mucho, realizando construcciones completamente de acero laminado en frío, usando placas colaborantes o de fibrocemento como entrepisos y revestimiento de placas de yeso que ocultan la estructura galvanizada. En el mundo, el sistema llamado Steel Framing, es comúnmente usado por su bajo costo efectivo, ser dimensionalmente estable, no es combustible, brinda mayor productividad, es versátil, flexible y cien por ciento reciclable, con probada eficiencia y aceptación en casi todo el mundo ante diferentes condiciones climáticas y sociales. Por estas características, se ha convertido en el sistema constructivo más utilizado durante los últimos cien años en los Estados Unidos, Canadá, Europa y desde hace treinta años se emplea en países de América Latina como Argentina, Brasil, Chile y Colombia. Este sistema constructivo en acero laminado en frío recién ha sido aplicado en nuestro país, la mayoría de veces por empresas extranjeras que importaban materiales y mano de obra, lo que encarecía el precio final de la construcción. Hoy en nuestro medio, ya se cuenta con los materiales necesarios y la mano de obra para realizar diferentes construcciones ya sea de uno o dos pisos para construcción de viviendas, aplicaciones en centros comerciales, entre otros. Sin embargo no existe un planteamiento racional de ejecución y diseño con este sistema por ser relativamente nuevo. Como respuesta a este problema se realiza la presente investigación, a fin de lograr un mayor rendimiento y eficiencia de los materiales, herramientas y mano de obra local. La presente tesis se divide en siete capítulos que se describen a continuación: ‰

El primer capítulo busca dar una visión general del sistema, desde la materia prima de la estructura en bobinas, hasta la fabricación de los perfiles estructurales doblados en frío. También describe los diferentes componentes que se involucran en la construcción de estas viviendas tales como: parantes, rieles, tornillería, placas de yeso y fibrocemento de diferentes calibres y tamaños. Al final del capítulo se mencionan las diferentes herramientas a considerar para la ejecución de un trabajo en acero liviano.

‰

En el segundo capítulo se explica los detalles a considerar para la elaboración de muros estructurales y no estructurales, consideraciones sísmicas y de viento, sujeciones laterales y un apartado de anclajes para asegurar un empotramiento perfecto en el cálculo de la estructura.

‰

El tercer capítulo detalla el sistema de entrepisos usando viguetas de acero galvanizado, elementos básicos para la conformación de un entrepiso, sistemas de vanos y rigidizaciones usando un entrepiso húmedo o entrepiso seco.

xvii

‰

El cuarto capítulo se refiere a los detalles a tener en cuenta para el diseño y construcción de techos y tímpanos, tijerales y sus diferentes formas, rigidizaciones mediante diafragmas o cruces de San Andrés y consideraciones de cargas.

‰

El quinto capítulo es de suma importancia sobre todo para las aislaciones acústicas, de viento, vapor y sobre todo térmicas que deben usarse en un clima tan caluroso como el de Piura. Finalmente el capítulo hace referencia al acabado exterior llamado E.I.F.S.

‰

El sexto capítulo es la aplicación de los conceptos teóricos al diseño estructural de una vivienda unifamiliar convencional de dos niveles. Se realiza la programación de obra para determinar el ahorro en costos indirectos, es decir el tiempo estimado para la ejecución de la obra y finalmente el presupuesto detallado para cada partida con el fin de poder tomar la decisión de ejecución con este tipo de construcción.

‰

Finalmente se describe las conclusiones del trabajo realizado, y unas recomendaciones para posteriores investigaciones referidas a los sistemas no convencionales de construcción.

Así mismo se incluye 7 apéndices y se detallan: Apéndice A. Un anexo de conversiones métricas para facilitar el uso de las fórmulas vertidas en la investigación. Apéndice B. Fotos de obras algunas realizadas por la empresa Santa Beatriz S.R.L. y otras extraídas de Internet. Apéndice C. Un importante anexo de detalles constructivos donde se muestra gráficamente empalmes de viga con losa, secciones de entrepiso y sus componentes, de gran utilidad para el contratista. Apéndice D. Las tablas de diseño tanto para vigas y postes con diferentes solicitaciones de cargas ya sean verticales o laterales, tablas de esfuerzos de corte para pernos de expansión, propiedades de la lámina colaborantes entre otras más. Apéndice E. Se adjunta el manual en inglés del AISIWIN, programa muy útil para extraer las propiedades de los perfiles laminados en frío y obtener al igual que las tablas, las cargas resistentes para cada sección de perfil estructural. Apéndice F. Ensayo de laboratorio analizando el comportamiento sísmico en los tabiques drywall, realizado por la Pontificia Universidad Católica del Perú. Apéndice G. Se incluyen los planos de arquitectura y estructuras para una vivienda de dos niveles analizada.

xviii

1

CAPITULO I INFORMACIÓN GENERAL 1.1. DESCRIPCION DEL SISTEMA CONSTRUCTIVO La base del sistema es una estructura de perfiles de acero galvanizado o aluzinc G90 o G-33 rolados en frío, revestidos en los interiores con placas de yeso y sus exteriores con placas de fibrocemento. Con estos elementos se construyen componentes con los que se forman muros de carga, exteriores e interiores, entrepisos, techumbres, muros de fachada, muros divisorios, y prácticamente cualquier forma arquitectónica. En la parte exterior de la estructura revestida con la placa de fibrocemento se pueden utilizar una amplia gama de materiales de construcción tradicionales como tarrajeos con mortero o ladrillos de acuerdo con el gusto del cliente o diseñador. Además el sistema comprende perfiles metálicos tipo canal, rolados en frío con varios peraltes y calibres, planchas de yeso en sus diferentes espesores, pasta y cinta para juntas del emplacado, tornillería auto-insertante y auto-roscante para fijar los componentes metálicos entre sí y una línea de accesorios metálicos que permiten una mayor facilidad de construcción con el sistema constructivo con acero laminado en frío. Una construcción en acero en frío se muestra en la figura 1.1.

Figura 1.1 Construcción con el sistema de acero laminado en frío. 1.2. HISTORIA DEL DISEÑO CON ACERO LAMINADO EN FRIO En Inglaterra, la introducción en 1784 de molinos de rolado de lámina, realizada por Henry Cort, condujo a la primera aplicación estructural del acero formado en frío: láminas corrugadas de acero de calibre ligero para techar o cubrir construcciones. Los molinos de laminación continua en caliente, desarrollados en Estados Unidos en 1923 por John Tytus, condujo a la actual industria de fabricación basada en tiras o perfiles

2

laminados y enrollados de acero. Estos pueden obtenerse en la actualidad en anchos de hasta 90” y en rollos que pesan 40 toneladas, rolados en caliente o en frío. Pueden obtenerse planchas o láminas de acero moldeable soldable en una variedad de resistencias y en lámina negra, galvanizada o cubierta de aluminio (aluzinc). En consecuencia, los fabricantes pueden escoger entre un amplio surtido de materiales básicos para fabricar productos de acero formado en frío. Las cantidades grandes de secciones o perfiles formados en frío se producen de forma más económica en máquinas roladoras múltiples, cortando los rollos o láminas de acero. También pueden producirse pequeñas cantidades para trabajarse en prensas y en máquinas dobladoras a partir de matrices cortadas de las tiras o láminas de acero. Muchos productos de acero trabajado en frío se producen en la actualidad para edificios, drenajes, caminos y construcción de casas de hasta tres pisos. 1.3. PROCESO DE FABRICACIÓN DE PERFILES Los perfiles laminados en frío son de sección relativamente delgada que se hacen doblando la tira o lámina de acero en máquinas con rodillos formadores y dados para sujetar y doblar. Debido a la relativa facilidad y simplicidad de la operación de doblado y el costo relativamente bajo de los dados y rodillos formadores, el proceso de formación en frío se presta para la manufactura de formas especiales para objetos específicos de arquitectura y para obtener la rigidez máxima de la sección. Ver figura 1.2.

Figura 1.2. Máquina con rodillos formadores con sus dados. Las armazones de puertas, ventanas, particiones, divisiones de pared, uniones de pisos, algunas molduras y formas laminadas se hacen con el proceso de formación en frío. No existen series normalizadas de secciones estructurales trabajadas en frío de la misma forma que existen para laminación en caliente.

3

1.4. ACERO PARA PERFILES LAMINADOS EN FRÍO Los perfiles laminados en frío se hacen a partir de láminas o bobinas de acero, usualmente desde 0.45mm a 3.125 mm de espesor (ver figura 1.3.). Los perfiles trabajados en frío se encuentran en lámina galvanizada o aluzinc, garantizando mayor defensa contra la corrosión.

Figura 1.3. Bovinas de acero laminado en frío. La selección de tipo o grado de material depende en general de la severidad de la operación de formado para darle la configuración deseada. El acero de bajo carbono se utiliza mucho. La mayoría de las formas y perfiles que se usan con fines estructurales en la construcción se producen de material con un punto de fluencia Fy =2812kg/cm2 Grado 33 (Fábrica Precor Perú) bajo la norma ASTM A653. Para dar forma al acero se usa generalmente una aleación pobre de alta resistencia en lámina o tira de acero laminado en frío con resistencia a la corrosión. 1.5.

PRINCIPIOS DE DISEÑO EN ACERO LAMINADO EN FRIO

El comportamiento estructural de los perfiles laminados en frío satisfacen los principios clásicos de la mecánica estructural. Pero la distorsión de la sección proveniente de la deformación por alabeo y otros efectos similares debe tenerse en cuenta. El espesor uniforme de la mayoría de las secciones roladas en frío y las relaciones de esbeltez de diversos elementos comprendidos en tales secciones hacen posible suponer que las propiedades estructurales, como el momento de inercia y el módulo de sección, varían directamente con la primera potencia del espesor. (Las propiedades de los elementos rectos están dados en la información suplementaria de la edición de 1968 de la AISI Specification for the Design of Cold Formed Steel Structural Members) Cuando elementos anchos y delgados están sujetos a compresión axial (por ejemplo en elementos de columnas), tienden a deformarse localmente con esfuerzos por debajo del límite elástico (no confundir con el pandeo de columnas largas o de vigas que no están reforzadas lateralmente). Otros factores, tal como la fuerza del cortante, que produce una distribución no uniforme del esfuerzo e inestabilidad torsional, pueden ser considerablemente más pronunciados en secciones delgadas y abiertas que en las gruesas y cerradas. 1.5.1.

Comportamiento estructural de elementos planos a compresión

En la deformación por alabeo de elementos sujetos a compresión simple en vigas y columnas, la relación de esbeltez w/t es un factor importante. Es la relación de ancho w de

4

un elemento plano simple, que excluye los filetes de los bordes, al espesor t del elemento. Ver figura 1.4.

Figura 1.4. Elementos de compresión. Los elementos planos simples que trabajan a compresión de los miembros estructurales de acero formados en frío se clasifican como elementos atiesados (parantes o perfil C) y elementos sin atiesar (riel o perfil U). Los elementos de compresión atiesados o postes-vigas, tienen ambos bordes paralelos a la dirección del esfuerzo restringidos por medio de un alma, patín o labio atiesador. Los elementos de compresión sin atiesar tienen solamente un borde paralelo a la dirección del esfuerzo restringido y se les llama comúnmente riel o perfil U. Para que un elemento de compresión pueda calificarse como elemento de compresión atiesado, el momento de inercia mínimo de cada atiesador de borde alrededor de su propio eje centroidal paralelo al elemento atiesado debe satisfacer. 2

I min = 1.83t

4

4000  w ≥ 9.2t 4   − t Fy  

Ec. 1.1

Donde: Imin = Momento de inercia mínimo en pulg4. w/t = relación de esbeltez del elemento atiesado. t = espesor en pulg. Fy = esfuerzo de fluencia del acero en ksi. 1ksi = 70.31 kg./cm2. Donde el atiesador consiste en un borde simple doblado en ángulo recto respecto del elemento atiesado, la altura mínima dmin de tal elemento, en pulg., debe determinarse a partir de:  w  4000 d min = 2.8t   − ≥ 4.8t Fy t 

Ec. 1.2

Donde: dmin = Altura mínima del elemento atiesador en pulg. No debe usarse un reborde o labio simple como atiesador de borde en cualquier elemento con una relación de esbeltez mayor que 60 (w/t < 60).

5

Para elementos sin atiesar, el alabeo elástico no debe considerarse, a no ser que la relación de esbeltez exceda 11 para Fy ≤ 33 ksi u 8 para 33
Parantes sujetos a alabeo local

Para atiesar tales elementos se calculan las propiedades de la sección basados en el ancho efectivo del parante. Ver figura. 1.5.

Figura 1.5. Ancho efectivo de parantes. Para determinar las cargas de seguridad, los anchos de los elementos de compresión atiesados pueden considerarse totalmente efectivos (b = w) cuando la relación de esbeltez no excede a: 171  w   = f  t  lim

Ec. 1.3.

Donde: f = Esfuerzo a la compresión calculado para el ancho total, en ksi Si w/t excede (w/t)lim, el ancho efectivo b puede calcularse a partir de:

 b 253  55.3 = 1− t f   w  t f   

     

Ec. 1.4.

Donde: f = Esfuerzo real en el elemento de compresión calculado para el ancho efectivo de diseño, en ksi. Para calcular el momento de inercia que ha de usarse en los cálculos de deflexión o en otros que incluyen la rigidez, los anchos pueden considerarse totalmente efectivos cuando w/t no exceda a:

6

221  w   = f  t  lim

Ec.1.5

Donde: f = Esfuerzo calculado a la compresión para el ancho total, en ksi. Cuando w/t exceda (w/t)lim, b puede calcularse a partir de:

b 326  71.3  = 1 −  t f  ( w / t ) f 

Ec. 1.6.

Donde: f = Esfuerzo real en el elemento de compresión calculado para el ancho efectivo de diseño, en ksi. Las curvas de la figura 1.6. están graficadas a partir de la fórmula  b 253  55.3 = 1− t f   w  t  f   

     

Ec. 1.7.

Figura 1.6. Ancho efectivo para determinar la carga de seguridad cuando puede ocurrir alabeo. Estas curvas pueden usarse para determinar b/t para diferentes valores de w/t y esfuerzos unitarios f. El ancho efectivo b en las ecuaciones anteriores, dependen del esfuerzo real, que a su vez se determina por las propiedades de sección reducida que son una función del

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espesor efectivo. El uso de aproximaciones sucesivas puede ser necesario para resolver las mismas ecuaciones. Esto puede evitarse y los valores correctos de b/t pueden obtenerse en forma directa de las fórmulas, cuando se conoce f o se mantiene en un valor máximo permisible (usualmente 20 ksi para miembros de acero grado C). Esto es cierto cuando el eje neutro de la sección esta más cerca del patín de tensión que del patín de compresión, de modo que domine la compresión. La última condición se sostiene para canales simétricos y secciones I usadas como miembros sujetos a flexión, respecto de sus ejes principales o para canales asimétricos y secciones I también asimétricos. Si w/t de los patines de compresión no exceden de 60 y se usa acero grado C, con un esfuerzo de trabajo permisible de 20 ksi en vigas, el error de basar el ancho efectivo del patín de compresión en f = 20 ksi generalmente es despreciable. Esto es así, aunque el eje neutro este por encima del eje geométrico. Para secciones o formas anchas e invertidas, como secciones de cubiertas y paneles, generalmente es deseable hacer una determinación mas precisa. Para calcular el momento de inercia en los cálculos de deflexión y rigidez, pueden usarse las propiedades de la sección no reducida sin error significativo, cuando w/t de los elementos de compresión no exceda a 60. Para mayor precisión, se usa la ecuación: b 326  71.3  = 1 −  t f  ( w / t ) f  1.5.3.

Ec. 1.8.

Relaciones máximas de esbeltez para elementos laminados en frío

Cuando la relación de esbeltez excede de 30 para un elemento sin atiesar y de 250 para un elemento atiesado, puede alabearse el elemento con esfuerzo escaso. La práctica actual es permitir que se desarrolle cierta deformación en la lámina y tomar ventaja de ello, como resistencia a la post deformación de la sección. Las fórmulas de espesor efectivo se basan en esta práctica de permitir cierta deformación incipiente. Para evitar deformaciones intolerables, sin embargo las relaciones de esbeltez en general, independientemente de los elementos atiesadores intermedios y basados en el espesor real del elemento, no deben exceder de lo siguiente: ‰ Elemento de compresión atiesado que tenga un borde longitudinal conectado a un alma o patín y otro a un simple reborde en ángulo recto = 60 ‰ Elemento de compresión atiesado que tenga ambos bordes rigidizados por medios atiesadores que no sean un simple reborde en ángulo recto = 90 ‰ Elemento de compresión atiesado con ambos bordes longitudinales conectados a un elemento de alma o patín, como en una sección de sombrero, en U, o de tipo caja = 500 ‰ Elemento de compresión sin atiesar = 60 1.5.4.

Esfuerzos unitarios para acero laminado en frío

Para láminas y tiras de acero grado C con un punto de fluencia especificado mínimo Fy = 33 ksi, se usa un esfuerzo básico permisible de Fb = 20 ksi a la tensión y a la flexión. Para acero de alta resistencia Fy = 50 ksi, puede utilizarse un esfuerzo básico del 60% del punto de fluencia (correspondiente a un factor de seguridad de 1.67 del punto de fluencia). El esfuerzo básico debe reducirse para elementos de compresión anchos y sin atiesar. Un incremento de 33.3% en el esfuerzo permisible es habitual para fuerzas combinadas de viento y sismo así como para cargas por gravedad.

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1.5.5.

Vigas formadas en frío no soportadas lateralmente

Debido a la flexión lateral y la torsión de secciones en canal de calibre ligero, no es recomendable utilizarlas como vigas sin soporte lateral. Cuando un patín esta conectado a un techo o material de recubrimiento, que abrace el otro patín, puede no ser necesario evitar la torsión del miembro y el claro y si el apoyo o patín sin amarre trabaja a la compresión. 1.5.6.

Esfuerzos en el alma de elementos formados en frío

El esfuerzo cortante Fv, en ksi, sobre la sección del alma en elementos formados en frío y que trabajan a la flexión no debe exceder de 0.40 del punto de fluencia Fy o de las ecuaciones siguientes: Para h/t no mayor que 547/(Fy)1/2:

Fv =

152 Fy h/t

Para h/t mayor que 547/(Fy)1/2 83200 Fv = (h / t ) 2

Ec. 1.9.

Ec. 1.10.

Donde: t h

= Espesor del alma, en pulg. = Distancia libre entre patines medida a lo largo del plano del alma, en pulg.

En estas ecuaciones h/t es la relación de altura entre patines al espesor del alma, en donde el alma consiste en dos láminas o placas, como en el caso de dos postes vigas unidos espalda con espalda para formar una sección I, cada placa debe considerarse como un alma separada que lleva su parte del esfuerzo de corte. Para el acero de grado C, el máximo esfuerzo cortante permisible en la sección del alma se especifica como 935 kg/cm2, excepto para los incrementos que pueden permitirse para cargas combinadas de gravedad y viento. No es recomendable utilizar almas sin atiesar en que h/t excede de 150. 1.5.7.

Columnas de acero formado en frío

Cuando se usan secciones de acero formado en frío como columnas, usualmente no es necesario modificar el procedimiento convencional, si la sección no contiene ningún elemento que exceda los limites w/t =63.3 (Fy)1/2 para elementos sin atiesar y w/t =171(f)1/2 para elementos atiesados, donde Fy es el esfuerzo de fluencia elástico del acero, en ksi y f es el esfuerzo básico de diseño, en ksi. Donde excedan los límites w/t, se debe tomar alguna medida contra la falla por alabeo local. Las fórmulas para diseñar columnas, recomendadas por el American Iron and Steel Institute en sus especificaciones para secciones formadas en frío, consisten en una familia de parábolas Jonson, tangentes todas a una curva simple de Euler, generalizada para el punto de fluencia, como sigue:

9

Para KL/r menor que Cc/(Q)1/2:  QF y KL / r  P  ≤ Fa1 = 0.522QF y −   A 1494  

2

Ec. 1.11.

Para KL/r igual o mayor que Cc/(Q)1/2: P 151900 ≤ Fa1 = A ( KL / r ) 2

Ec. 1.12.

Donde: 2π 2 E / F y

Cc

=

P A E Fa1 K L r Q

= Carga total, en kips. = Área total de la sección transversal no reducida del miembro, en pulg2. = Módulo de elasticidad del acero = 29500 ksi. = Esfuerzo de compresión promedio permisible bajo carga concentrada, en ksi. = Factor de longitud efectiva, como para columnas de acero estructural. = Longitud sin amarre del miembro, en pulg. = Radio de giro de la sección transversal total, no reducida en pulg. = Un factor de forma y de alabeo determinado a partir de la ecuación 1.13.

Los esfuerzos de compresión permisibles determinados por estas ecuaciones se grafican en la figura 1.7.

Figura 1.7. Curvas de diseño para columnas de secciones formadas en frío. El factor de forma y el factor de alabeo Q, en general puede evaluarse a partir de:

10

Q = Qa Q s =

Aeff A

x

Fc Fa1

Ec. 1.13.

8000 Ec. 1.14. (w / t ) 2 Donde: Qa = Relación efectiva de diseño Aeff y A. A = Área total de la sección transversal. Aeff = Área efectiva de diseño Fc = Esfuerzo de compresión permisible Fc =

El área efectiva de diseño para determinar Qa debe basarse en el esfuerzo básico de diseño permitido a la tensión y a la flexión 20 ksi para acero grado C. Si una sección no contiene algún elemento con relación de esbeltez que exceda de la de plena efectividad (w/t = 171/(f)1/2 para elementos atiesados), Q = 1 y puede dejar de considerarse. Para miembros de amarre y secundarios cargados axialmente, el esfuerzo permisible, cuando L/r>120, para cargas concentradas, puede calcularse con la fórmula: Fa1 P ≤ Fas = A 1.3 − L / 400r

Ec. 1.15.

La relación de esbeltez L/r no debe exceder de 200, pero durante la construcción puede permitirse un valor de 300. 1.5.8.

Atornillado de elementos formados en frío

El atornillado es conveniente para conexiones en campo, en construcciones de acero formado en frío. La distancia, en pulgadas, entre centro de tornillos y de centro de tornillo a la orilla de la lámina, en la línea de esfuerzos no debe ser menor que 1.5 veces el diámetro del tornillo d, en pulgadas, o menor que: S=

P 0 .6 F y t

Ec. 1.16.

Donde: P t Fy

= Fuerza transmitida por el tornillo, en kips. = Espesor de la lámina más delgada que se conecte, en pulg. = Esfuerzo de fluencia del acero que se conecta, en ksi. El diseñador debe establecer un límite de 2.1 Fy para el esfuerzo de soporte. El esfuerzo de tensión máximo permisible en la sección neta de una lámina no debe exceder de:

rd   Ft = 1 − 0.9r + 3 0.6 F y Ec. 1.17. s   Donde: r = Fuerza transmitida por los tornillos en la sección considerada, dividida por la fuerza de tensión en el miembro de esa sección. Si r es menor que 0.2, puede tomarse igual que cero.

11

s = Espaciamiento de los tornillos en dirección perpendicular a la línea de esfuerzo en pulg. Para un simple tornillo, s = ancho de la hoja. d = Diámetro del tornillo, en pulgadas. 1.5.9.

Techumbres de acero

Las techumbres de acero consisten en láminas corrugadas o acanaladas con traslapes o encajaduras con uniones laterales hacia arriba, diseñadas para soportar cargas propias de techos entre los largueros o las estructuras. Un ensamblado típico de techumbre se muestra en figura 1.8.

Figura 1.8. Ensamblado de entrepiso con placa colaborante. Para el diseño de estos elementos, el Steel Deck Institute Basic Design Specification contiene los siguientes elementos: a) Deflexiones máximas. La deflexión bajo carga viva no debe exceder de 1/240 del claro libre, de centro a centro entre soportes. Los plafones suspendidos, las lámparas de alumbrado, los ductos otras instalaciones no deben estar suspendidos de la techumbre. Anclaje. Las techumbres de acero deben anclarse a las estructuras de soporte para resistir los siguientes impulsos de levantamiento: 45 lb/pie2 para aleros suspendidos. 30 lb/pie2 para todas las áreas de techo. b)

Acción de diafragma.

Cuando el techo de acero se sujeta adecuadamente a una armadura estructural se convierte en un diafragma capaz de resistir las fuerzas cortantes en el plano. Aparte del uso de encajaduras o traslapes, la mayoría de las secciones para techo se diseña de modo que los extremos puedan traslaparse a manera de tejas. Una forma de sujetar la techumbre a los miembros estructurales (por lo menos 1.5mm de grueso) de soporte es a través de tornillos. 1.6. CARACTERÍSTICAS DEL MATERIAL

Según fuentes fábrica PRECOR ACERO: ‰ Materia prima: Lámina galvanizada en bobinas, corte con slitter. Cumple norma ASTM (American Society for Testing Material) ‰ A 792 grado 33 en aluzinc. ‰ A 653 grado 90 en galvanizado. ‰ Punto de fluencia mínimo Fy = 2812 kg/cm2

12

Punto de fluencia mínimo al esfuerzo de tensión Fyt = 3866 kg/cm2 Ductibilidad: elongación en 50 mm. 12% rango 1.375

‰ ‰

De acuerdo a pruebas realizadas según el método ASTM B117-73, y dado que la estructura nunca estará expuesta sin recubrimientos, el galvanizado con grado G-90 garantiza prácticamente la perpetuidad en la construcción. 1.7. COMPONENTES BÁSICOS DEL SISTEMA DE CONSTRUCCIÓN

Cada elemento del sistema de acero laminado en frío es importante, ya que cumple con una tarea en forma eficiente y específica. Estos componentes están constituidos por canales o perfiles U, postes-vigas o perfiles C, sujeciones laterales, ángulos de unión, y tornillería. 1.7.1.

Nomenclatura

Cada uno de los componentes presenta anchos, espesores y calibres diferentes. Para facilitar su identificación, se utiliza una codificación que describe, leyendo de izquierda a derecha, el ancho, el tipo o estilo, y el calibre del elemento. Esto nos permite reconocer el tipo de perfil en las tablas de diseño. Por ejemplo un perfil 1524PV18 ‰ Significa que el componente tiene un ancho de 15.24 cm. ‰ PV son las iniciales que describen el tipo de componente que en este caso se trata de un poste-viga. ‰ 18 indica el calibre del elemento. Las claves en letra tienen los siguientes significados: CC Canal en C. También denominado perfil PGU CO Canal omega. PV Poste-Viga. También denominado perfil PGC SL Sujeción lateral. AL Angulo en “L”. TXP Tornillo extraplano. THX Tornillo hexagonal. TFR Tornillo para placas. En el momento de utilizarlos en obra, los perfiles son fácilmente reconocibles por su tamaño y estilo. Ver figura 1.9

Figura 1.9 Tipos de perfiles estructurales

13

Una aplicación directa y común de los perfiles se aprecia en la figura 1.10.

Figura 1.10. Perfiles PGU y PGC en muros y entrepisos. Para el calibre de los perfiles, se manejan los siguientes espesores en cm. Ver tabla 1.1 Tabla 1.1. Espesores de perfiles para diferentes calibres.

1.7.2.

Tipos de perfiles

Algunos perfiles laminados en frío usados con fines estructurales son semejantes en configuración general a los perfiles laminados en caliente. Canales y ángulos pueden laminarse en una sola operación a partir de una pieza del material. El hecho que los canales tipo C tengan esquinas redondeadas tanto por el lado externo como por el interno del doblez tienen solo un efecto ligero en las propiedades de la sección y, en consecuencia, los cálculos pueden hacerse como si las esquinas fueran aguzadas sin cometer un error grave. 1.7.2.1.

Canales o rieles (PGU)

Componentes perimetrales que unen a los postes-vigas en sus extremos para formar bastidores para muros, entrepisos y techumbres. La sección de estos componentes consiste en una U con flancos abiertos anclados a los postes que proporcionan al conjunto una sujeción continua, de forma que el bastidor puede trabajar en conjunto. Ver figura 1.11.

14

Figura 1.11. Riel o canal y su sección. 1.7.2.2.

Postes-viga (PGC)

Son de gran importancia, pues reciben directamente la carga de techumbre o entrepiso, transmitiéndola al terreno cuando se utiliza en muros. Este es un elemento en forma de C, pero se distinguen de los canales porque presentan un pequeño labio, o "atiesador de flanco" (ver figura 1.12) en el extremo de cada patín o flanco. El radio interno de los dobleces no debe ser menor que las ¾ partes del espesor y, de preferencia no menor que el espesor. El objeto de este requisito es evitar cuarteaduras o fracturas durante el formado, especialmente cuando el doblez es paralelo a la sección del laminado.

Figura 1.12. Elemento poste-viga de acero laminado en frío y sección. Tal y como su nombre lo indica, este mismo perfil puede utilizarse como viga, soportando cargas a lo largo de un claro, como en el caso de entrepisos y techumbres. Debido a que en este caso, el trabajo del elemento es fundamentalmente a flexión, el alma del poste-viga utilizado como viga, es más grande en comparación al tamaño del alma de los componentes que son usados como postes o columnas. 1.7.2.3.

Canal Omega

Perfil de sección trapezoidal construido en acero galvanizado de 60x22 mm. Se provee en largos standard de 3.00 mts. Se utiliza como correas en las coberturas ligeras y cielos rasos de entrepiso. Ver figura 1.13.

15

Figura 1.13. Perfil omega y sección. 1.7.2.4.

Sujeciones laterales

Láminas o cerchas totalmente planas que responden a un trabajo de tensión o estiramiento. Evitan la deformación de los bastidores de carga verticales (muros) y de carga horizontales (entrepisos y techumbres) bajo la acción de las cargas, ayudándolos a realizar un trabajo más unido. Las sujeciones laterales tienen dos tipos de trabajo: como sujeciones laterales continuas y como sujeciones laterales diagonales o contravientos. Las sujeciones laterales continuas, en bastidores verticales u horizontales impiden que los componentes PGC giren sobre su propio eje, auxiliando a los canales estructurales perimetrales tal como se aprecia en la figura 1.14.

Figura 1.14. Rotación de elementos al no contar con sujeción lateral continua En los bastidores verticales (muros), las sujeciones laterales continuas realizan un trabajo de división a la altura total del elemento poste-viga, disminuyendo la deflexión provocada por la carga y por lo tanto, aumentando su capacidad. Ver figura 1.15a y 1.15b

16

Figura 1.15a. Bastidor con sujeción lateral continua a ½ de altura de entrepiso.

Figura 1.15b. Bastidor sin sujeción lateral continua.

Cuando trabajen en bastidores horizontales para entrepiso o muros, reciben el nombre de arriostramientos. Ver figura 1.16.

Figura 1.16. Sujeciones laterales continuas en bastidores Cuando trabajan como sujeciones laterales diagonales, impiden que el bastidor se deforme o descuadre al recibir el impacto de la carga lateral provocada por el viento y en algunos casos, por sismo. Esto se logra al colocar la sujeción conectando los canales inferior y superior por el elemento diagonal. Ver figura 1.17.

17

Figura 1.17. Sujeciones laterales con y sin contraviento. Para mayor detalle de sujeciones en paredes portantes ver el Capítulo II. 1.7.2.5.

Ángulos de unión

Sirve primordialmente para anclar o unir a dos componentes perpendiculares entre sí, y consiste en una lámina doblada en L, haciendo una perfecta escuadra entre sus flancos. Ver figura 1.18.

Figura 1.18. Ángulo L en sus diferentes usos y aplicaciones. 1.8. PLACAS DE REVESTIMIENTO 1.8.1. 1.8.1.1.

Placa de yeso Generalidades

La construcción con placa de roca de yeso resuelve hoy los requerimientos especiales para el diseño de edificios modernos y recibe amplia aceptación en arquitectura comercial, industrial, hospitalaria, educacional, de vivienda unifamiliar y multifamiliar.

18

El desarrollo y la investigación permanente han llevado a la utilización de nuevos productos y sistemas de construcción totalmente en seco. Dentro de este concepto, la placa de yeso o gypsum en inglés responde ampliamente a todos sus requerimientos. La placa está formada por un núcleo de roca de yeso bihidratado (Ca S04 + 2H2O), cuyas caras están revestidas con papel de celulosa especial. Al núcleo de yeso se le adhieren láminas de papel de fibra resistente. La unión de yeso y celulosa se produce como «amalgama» de moléculas de sulfato de calcio que fraguan, penetrando en el papel especial durante el proceso de fragüe en el tren formador. De la combinación de estos dos materiales, surgen las propiedades esenciales de la placa. Las placas se producen en fábrica en línea continua de producción, proceso que comprende desde la molienda y calcinación del yeso hasta el corte de las placas y embalaje. Todas las placas tienen un rebaje longitudinal con el fin de evitar desplomes en la superficie terminada de la pared debido a la posterior aplicación de masilla. Ver figura 1.19.

Figura 1.19. Rebaje del borde longitudinal de la placa. Estas placas se atornillan sobre perfiles metálicos, conformando paredes, cielorasos o revestimientos. 1.8.1.2. ‰

‰

‰

‰

Propiedades

Resistencia a los esfuerzos.- La natural dureza de la roca de yeso, unida a la resistencia de la celulosa de las láminas de recubrimiento (que actúa como una verdadera armadura de tracción), confiere a las placas una particular solidez. Aislación Térmica.- Presenta un coeficiente de conductibilidad térmica = 0.38 kcal/m hْC. Con la incorporación de aislantes térmicos como lana de vidrio o poliestireno expandido u otros, en paredes divisorias, cielo rasos y revestimientos de paramentos, se cumplen las más variables exigencias desde el punto de vista térmico. Aislación acústica.- El control del ruido es el primer medio para lograr un ambiente acústico satisfactorio. Este puede ser controlado por absorción del sonido y por aislación del mismo. La aislación propiamente dicha, es función de los elementos separatorios. Es aquí, donde las paredes muestran un excelente comportamiento acústico comparado con otros materiales tradicionales, teniendo en cuenta su reducido peso. La incorporación de aislantes como lana de vidrio o láminas de plomo, permite obtener las variantes de reducción acústica que se desean. Resistencia a la combustión.- Las placas de yeso son incombustibles porque su núcleo de yeso bihidratado retarda la acción del fuego a causa de las dos moléculas de agua de su composición cristalográfica. Al estar expuesta a la llama, el agua comienza a desprenderse lentamente. Durante el proceso de evaporación, que se verifica del lado opuesto a la llama, se mantiene una baja temperatura. De acuerdo a

19

normas técnicas ASTM en las variantes de paredes divisorias, cielorrasos y revestimientos de paramentos se obtienen resistencias de una hora y media, dos horas y aún mayores con respecto al fuego. 1.8.1.3.

Tipos de placas de yeso

Se fabrican placas standard y placas especiales. ‰

‰

Placas standard: Para tabiques y revestimientos: 1.22 m x 2.44 m x 1/2" (12.7 mm.) 1.22 m x 2.44 m x 5/8" (15.9 mm.) Para cielorasos junta sellada: 1.22 m x 2.44 m x 3/8" (9.5 mm.) 1.22 m x 2.44 m x 1/2" (12.7 mm.) 1.22 m x 2.44 m x 5/8" (15.9 mm.) Placas especiales: Placa resistente a la humedad: (para tabiques y revestimientos en locales húmedos): 1.22 m x 2.44 m x 1/2" (12.7 mm.) 1.22 m x 2.44 m x 5/8" (15.9 mm.) Placa resistente al fuego: (para tabiques, revestimientos y cielorasos): 1.22 m x 2.44 m x 1/2" (12.7 mm.) 1.22 m x 2.44 m x 5/8" (15.9 mm.)

a)

Placa de yeso resistente a la humedad.- Posee mayor resistencia a la humedad que las tradicionales, tratando químicamente el papel multicapa de ambas caras y agregando a la mezcla de yeso, componentes siliconados. Su utilización está indicada en ambientes con grado higrométrico alto. La placa es fácilmente reconocible porque el color del papel es verde. Ofrece una excelente base para la aplicación de cerámica, azulejos y revestimientos plásticos. La placa debe colocarse sobre un bastidor metálico o sobre otra placa con las mismas características. No se recomienda usarla en cielorasos a menos que se reduzca la distancia entre montantes a 30 cm., ni como barrera de vapor. De acuerdo a los ensayos realizados la absorción de la placa es de 3.38% del peso de la misma y la absorción superficial es de 1.37 g. cumpliendo así ampliamente con la norma ASTM C 630-91.

b)

Placa de yeso resistente al fuego.- Combina todas las ventajas de la placa standard con la resistencia al fuego adicional, ya que contiene en la mezcla de yeso, mayor cantidad de fibra de vidrio que cuidan la integridad de la placa bajo la acción del fuego. Cumple con las normas NBN, ASTM C36 Y ASTM E119. Su uso está indicado para sectores especificados como de alta resistencia al fuego, tales como revestimientos de escaleras, pasadizos de distribución de edificios, divisorios de unidades funcionales, cielorasos, etc.

20

1.8.2.

Placa de fibrocemento

1.8.2.1.

Generalidades

La placa de fibrocemento esta compuesta por fibra mineral con adición de cemento Pórtland. Debido a su alta resistencia a la humedad es usada en exteriores y aplicaciones de gran exposición a lluvias. Al igual que la plancha de yeso esta plancha está disponible con bordes rectos o biselados según se requiera una junta visible o bruñada. 1.8.2.2.

Propiedades

Propiedad

Valor

Unidad

Ensayo

30 - 35

%

ASTM D1037

1.25

kg/dm³

ASTM D1037

10 -12

%

ASTM D1037

De seco a ambiente saturado

1.2

m/m

De seco al horno a saturado

2.7

mm/m

6.7 E-6

m/m °C

ASTM D696

57.512 5.642

kg/cm² - MPa

ASTM C120

0.263

W/ m °K

ASTM C518

En húmedo

32.0

kg

ASTM D1037

En seco

64.7

kg

ASTM D1037

Resistencia al impacto (Charpy)

2.1

KJ/m²

ASTM D256

Absorción Densidad (en seco) Contenido de humedad Variación lineal con cambio de humedad

Coeficiente de expansión térmica Módulo de elasticidad (seco al horno) Conductividad térmica

ASTM D1037

Resistencia a la tracción del clavo

1.8.2.3.

Espesor de placa de fibrocemento

Se tienen diferentes espesores según el uso que sea requerido. Ver tabla 1.2. Largo x ancho (mtsxmts) 1.22x2.44 1.22x2.44

1.22x2.44 1.22x2.44

Tabla 1.2. Espesor de placa de fibrocemento. Espesor Bisel Usos (mm) 4 No Voladizos 6 Si Tabique interior Tabique exterior, con 8 Si enchape cerámico Cerramiento exterior y en 12 Si altura

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1.9. TORNILLERÍA

La línea de tornillos es el elemento de fijación del sistema. Con los tornillos se unen los componentes entre sí y se anclan los recubrimientos necesarios para vestir la obra. Cuando hablamos de tornillos en “Steel Framing”, siempre hablamos de tornillos con punta fina o punta broca (ver figura 1.22), ambos recubiertos con una protección de zinc-electrolítica, o epoxicida. El material con el que se fabrica cada tipo de tornillo es acero micro aleado al boro, con un tratamiento térmico de cementado, templado y revenido. La protección de zincelectrolítico evita la corrosión, manteniendo similares características a la estructura galvanizada. El largo de la punta y el diámetro del tornillo, están directamente relacionados al espesor total de acero que el tornillo puede perforar. El diámetro del tornillo se mide tomando la distancia desde el extremo de la punta hasta la parte final de los hilos de la rosca. A mayor diámetro, mayor número del mismo, y mayor resistencia al corte que ofrece el tornillo. El largo del tornillo es la medida que hay entre la superficie de contacto de la cabeza del tornillo y su punta, expresándose habitualmente en pulgadas. El paso o separación de los hilos de la rosca, depende del espesor de acero a perforar. A mayor espesor de acero, se debe utilizar un tornillo con un paso menor, o sea una separación de hilos más cercana. El tipo de cabeza del tornillo y las ranuras que tienen en la misma, determinan el tipo de punta y/o boquilla que se deberá utilizar en la atornilladota para su colocación. Entre las muchas que existen, en el diseño de viviendas con acero laminado en frío se usan básicamente dos. Ver figura 1.20.

Figura 1.20. Tipos de cabeza de tornillos más usados en Steel Framing. Para una correcta colocación del tornillo, se debe utilizar una atornilladota de velocidad variable y marcha reversible. En la siguiente tabla 1.3 se puede apreciar como para un espesor de acero mayor, se recomienda una menor cantidad de revoluciones. Tabla 1.3. R.P.M. en función del diámetro de tornillo.

Esto se debe a que las puntas autoperforantes de los tornillos, tienden a quemarse si se les aplica un exceso de revoluciones. La velocidad variable de la atornilladora y un poco

22

de práctica, permiten adecuar las R.P.M. al tipo de tornillo que se utiliza, muy fácilmente. Las atornilladotas vienen con un sistema de embrague de manera que cuando se logró la fijación del tornillo, esta desembraga. Es por estos motivos que no se debe utilizar taladros para atornillar, dado que es difícil graduar la velocidad y el torque que se le quiere imprimir al atornillado. 1.9.1.

Tipos de tornillos

Entre los tipos de tornillos más comunes usados en la estructuración y emplacado tenemos los siguientes: TXP-12 .- Tornillo extraplano #10 de ½”, sirve para unir metal con metal donde hay concentraciones de más de tres tornillos y donde la estructura llevará un emplacado de yeso o fibrocemento. THX-34 .- Tornillo Hexagonal #10 de ¾”, se emplea para unir metal con metal en donde la estructura no llevara emplacado de ningún tipo, o recibirá una mezcla de concreto. TFR-118 .- Tornillo para placas de yeso y fibrocemento #6 de 11/8” de longitud, sirve para fijar dichas placas pero con espesores no mayores a ¾ de pulgada de espesor. TFR-158.- Tornillo #6 de 15/8” de longitud. Se emplea para fijar placas de espesor de más de ¾” o capas dobles de yeso o fibrocemento a estructuras metálicas. A continuación se muestra la figura 1.21 que resume los tornillos antes mencionados:

TXP-12

THX-34

TFR-118

TFR-158

Figura 1.21. Tipos de tornillos más comunes en Steel Framing. Tabla 1.4. Diámetros de tornillos. Dimensión nominal Diámetro nominal en pulgadas No. 6 0.1380 No. 8 0.1640 No. 10 0.1900 No. 12 0.2160 ¼” 0.2500

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1.9.2.

Tipos de puntas

Dos puntas específicas son las más comúnmente usadas tal como se muestra en la figura 1.22. ‰ Punta broca: Usado especialmente para los miembros estructurales, ya que estos superan a 0.9mm de espesor. Permite una fácil penetración de la lámina, sin realizar excesiva fuerza al atornillador. ‰ Punta fina: Para miembros no estructurales, con espesores menores a 0.9mm. Son más económicos que los de punta broca y se usa para tabiquerías no portantes.

Figura 1.22. Tipos de puntas para ensamble de estructura y emplacado final. 1.10. CORROSION EN PERFILES

Es bien sabido que el acero sin protección se oxida al estar expuesto prácticamente a cualquier medio ambiente. La aplicación de una fina capa de zinc es una efectiva y económica manera de protegerlo de la corrosión. Los recubrimientos de zinc protegen al acero proveyéndole simultáneamente una Barrera física y una Protección Catódica contra la corrosión. La construcción con Perfiles de Acero Liviano galvanizado genera preguntas tales como: ¿Qué sucede con los perfiles metálicos de una obra construida en zonas cercanas al mar? O que pasa con los perfiles durante el tiempo de exposición a la intemperie mientras dura el montaje de la obra? O que pasa con los tornillos que perforan el galvanizado? O que pasa con los cortes que se efectúan en obra? Además, el Steel Framing tiene ciertas características particulares propias de un sistema que utiliza una pared hueca expuesta al exterior, ya que las distintas barreras de vapor, agua y viento, aislaciones, diafragmas, placas, revestimientos exteriores que la componen, incorrectamente utilizados, pueden llegar a producir condensación de humedad en la cavidad de la misma. Los metales rara vez se encuentran en estado de pureza total. Normalmente están químicamente combinados con uno o más elementos no metálicos. La corrosión metálica se define generalmente como el deterioro no deseado de un metal o aleación, debido a la interacción entre este y el medio ambiente, que afecta adversamente a las características del metal. La corrosión de los metales es un proceso electroquímico que involucra una reacción química y un pasaje de electrones. La protección a la corrosión de un metal se puede lograr por medio de una Barrera física, y/o de una Protección Catódica. 1.10.1.

Protección de barrera física

Una protección del tipo Barrera actúa aislando al metal del medio ambiente. El revestimiento galvánico es una barrera impermeable a la humedad (electrolito), no permitiendo el contacto entre esta y el acero. Si no hay electrolito no hay corrosión. Las características que definen a este tipo de protección incluyen: la adhesión al metal base, la resistencia a la abrasión, y el espesor del recubrimiento, variables sencillas de fijar en el proceso de galvanizado. La pintura es también un ejemplo de una protección del tipo Barrera, aunque tiene el inconveniente que se degrada a lo largo del tiempo. El

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galvanizado en cambio, no se degrada con el paso del tiempo, sino que el zinc por ser un material reactivo, se corroe lentamente con el transcurso del mismo, por lo que la protección que ofrece al acero, esta mayormente relacionada al espesor del recubrimiento. 1.10.2.

Protección catódica

La Protección Catódica actúa agregando un elemento de ¨sacrificio¨ al circuito de la corrosión. En una celda galvánica, internamente se genera una corriente debido a reacciones físicas y químicas. Ver figura 1.23.

Figura 1.23. Flujo de corriente durante una protección catódica. La celda, al igual que una simple batería, consiste de un ánodo, un cátodo, un electrolito y un paso para la corriente de retorno. El ánodo genera los electrones (corroe), mientras que el cátodo recibe electrones. El electrolítico es el conductor por medio del cual la corriente es llevada, siendo habitualmente una solución de ácidos, bases y sales. El camino de retorno es una conexión metálica desde el ánodo hacia el cátodo, siendo este generalmente el metal a proteger. Introduciendo un elemento al circuito de la corrosión que sea más anódico (electronegativo) que el metal base, tal como el zinc lo es respecto del acero, será el zinc el que entregue electrones, y por lo tanto se corroa. De esta forma, el zinc es sacrificado mientras que el acero es protegido. Cualquiera de los metales detallados en la tabla 1.4 se corroerá mientras ofrezca protección a cualquier otro que este por debajo de él en la serie galvánica de metales y aleaciones, siempre y cuando estén eléctricamente conectados. Esto explica por que los montantes galvanizados cortados en obra o perforados por los tornillos, no tienen corrosión en el acero expuesto, ya que el zinc adyacente (milímetros) continúa ofreciendo la Protección Catódica, aunque no la del tipo Barrera. Tabla 1.5. Serie galvánica para metales y aleaciones. Ánodo-Extremo corroído (electronegativo) Magnesio Zinc Aluminio Cadmio Hierro o Acero Acero inoxidable Cátodo-Extremo protegido (electropositivo)

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La capacidad de protección del zinc depende del grado de corrosión del mismo, pudiendo ser este: bajo, medio o alto. El grado de corrosión depende fundamentalmente de dos factores: tiempo de exposición a la humedad, y concentración de polución de aire. La corrosión por contacto con la humedad depende del tipo de humedad que sea. Por ejemplo, la humedad que se origina luego de una lluvia puede llegar a lavar los productos de la corrosión del zinc, en cambio la humedad por condensación, generalmente se evapora y dejara estos productos en su lugar. La corrosión ocurre solamente cuando la superficie esta húmeda, por lo tanto, dado que la estructura de acero se encuentra en el interior de una pared que impide la entrada y/o el paso del agua, y/o formación de humedad en su interior, el grado de corrosión del zinc para este uso es muy bajo. El pH de la atmósfera, la lluvia, u otros líquidos en contacto con el zinc tienen un efecto significativo sobre el grado de corrosión del zinc. Condiciones moderadamente ácidas o relativamente fuertes básicas, pueden incrementar el grado de corrosión. La mayoría de las atmósferas industriales contienen sulfuros en forma de dióxido de sulfuro o ácido sulfúrico, los cuales corroen al zinc. Los cloruros en cambio, tienen un efecto mucho menor sobre el grado de corrosión del zinc, siendo este el medio ambiente típico en zonas marinas. Es posible encontrar acero galvanizado con manchas blancas, conocido como óxido de estibado. El acero galvanizado se estiba con algo de humedad proveniente del proceso de fabricación, o de lluvia cuando se acopia a la intemperie, y en caso de no tener paso de aire entre perfiles que la ventilen se puede formar hidróxido de zinc. Este es un producto de la corrosión del zinc muy voluminoso, de color blanco, y que no ofrece ningún tipo de protección al acero, aunque no afecta al grado de corrosión del zinc una vez que se seca la superficie. Si la presencia de humedad continúa, el grado de oxidación del zinc aumentará rápidamente. La mayoría de los metales galvanizados reciben algún tipo de tratamiento superficial que previene la formación de estas manchas de estibado. La vivienda familiar es uno de los pocos bienes que el usuario espera que duren toda una vida o aun más. Por lo tanto es condición “sine qua non” que la estructura metálica dure por lo menos lo mismo que la estructura de techo, el revestimiento exterior, los revestimientos de pisos y paredes, etc. Para que el acero que constituye la estructura portante de esa vivienda dure por más de 100 años, deberá estar protegido contra la corrosión. El galvanizado es un proceso donde el acero es sumergido en un baño de zinc que se encuentra a 450 grados centígrados de temperatura, formando una película de protección metalúrgicamente adherida al mismo. Este mismo proceso de inmersión en caliente (hot dip) se utiliza también para otros recubrimientos de aleaciones de zinc/aluminio. Las bobinas de acero se desenrollan a la entrada del baño de zinc a una velocidad de 200 metros lineales por minuto, pasan sumergidas por el “pote” de zinc, y a la salida son barridas por “cuchillas” de aire que retiran el material excedente, de manera de obtener el espesor de zinc deseado. La chapa ya revestida es luego pasivada, aceitada y vuelta a enrollar en forma de bobina. Este proceso continuo de galvanizado se puede aplicar una cantidad de recubrimientos diferentes que varían en espesor, apariencia, y composición de la aleación. 1.10.3.

Recubrimientos protectores de corrosión

Entre los principales tipos de material protector de corrosión producido y comercializado en Perú tenemos los siguientes:

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1.10.3.1.

Galvanizado

Su nombre se refiere al recubrimiento “Standard” que consiste básicamente de zinc con solo 0.2% de aluminio, formando una capa muy fina de acero-aluminio, que asegura un recubrimiento de zinc puro. Este recubrimiento tiene una muy buena protección del tipo Barrera contra la corrosión, y además, el zinc se sacrifica en la protección galvánica del acero. 1.10.3.2.

Galvalume (aluzinc)

Es un revestimiento conformado por una aleación de 55% aluminio, 1.5% sílice, y 43.5 % zinc. Este revestimiento ofrece una mejor protección del tipo Barrera que el galvanizado. Es mas utilizado en cubiertas de techo o cerramientos laterales, dado que esta permanentemente expuesto a la intemperie. Se comprobó que para el mismo espesor, la protección del aluzinc (Galvalume) es de 7 veces mayor que la del galvanizado. Esto posibilitó la utilización de acero con revestimiento metálico en ambientes en los que se consideraba imposible tales como ambientes marinos. Los revestimientos de zinc o de aleaciones de zinc pueden diferir en apariencia debido al tamaño de la flor galvánica o al tipo de acabado superficial. La flor galvánica es el “estampado en forma de flor” que se forma en la textura del galvanizado, cuando el grano de zinc derretido crece para “congelarse” cuando el recubrimiento se solidifica. El tamaño de la flor galvánica puede controlarse o directamente eliminarse por medio de distintas técnicas, no teniendo influencia alguna su presencia o no sobre la protección contra la corrosión. a)

Resistencia a la corrosión

Tanto el aluminio como el zinc protegen al acero formando una barrera que separa su superficie de la atmósfera. La barrera es particularmente estable ya que el óxido de aluminio superficial es insoluble y por lo tanto le da una buena resistencia a la corrosión a largo plazo. El zinc protege el acero oxidándose con preferencia antes que este, fenómeno llamado acción de sacrificio, de esta manera protege el acero en caso de arañazos, bordes de corte y otras áreas expuestas. b)

Mecanismos de protección

Comparación de los mecanismos de corrosión en la chapa de acero galvanizada por inmersión (zinc) y en la chapa con recubrimiento de 55% AlZn con bordes sin protección en aplicaciones a la intemperie. c)

Zinc

El Zinc protege por sacrificio el borde expuesto de acero del revestimiento, el espesor del revestimiento disminuye progresivamente hasta que se agota el resultado consiguiente es una corrosión progresiva de la superficie del acero.

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d)

Experiencia práctica: Pruebas de exposición a la intemperie

Ha sido continuamente probado desde 1966 en ambientes industriales, marinos y rurales. Estas pruebas han demostrado la excelente resistencia a la corrosión de este producto. Las investigaciones han incluido pruebas con salitre, humedad cargada de Dióxido de Azufre e inmersión en agua. e)

Durabilidad

La vida útil del aluzinc varía con las condiciones ambientales con las que se utiliza. Al igual que en otros productos, su vida útil es adecuada en una atmósfera muy industrial o en condiciones marinas extremas. Para aplicaciones interiores la esperanza de vida del producto será generalmente mucho más larga que para utilizaciones para el exterior. Se debe evitar el contacto con hormigón húmedo, cobre y plomo. Cuadro comparativo entre las Pérdidas de Recubrimiento del Galvanizado Convencional y el ALUZINC en Distintas Condiciones Ambientales

100 90 80 70 Pérdida del Recubrimiento

(%)

60 50 40 30 20 10 0 Marinas Severas

Marinas

Marino Industriales

Industriales

Rurales

Condiciones Ambientales

GAVANIZADO

ALUZINC

Figura 1.24. Pérdida de recubrimiento entre aluzinc y galvanizado. 1.10.3.3.

Peso y espesor del recubrimiento

Durante el galvanizado se controla el espesor y la cantidad de material que se aplica. Ver tabla 1.6.

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Tabla 1.6. Peso y espesor del recubrimiento. Peso min. Tipo Nombre ambos lados gr./m2 Zinc G90/ZS75 275 Galvalume (aluzinc) AZ250/AZ150 150 En la siguiente tabla 1.7 se pueden ver los recubrimientos las normas ASTM A653/A792/C645/955

Espesor por lado micrones 19.4 20 mínimos detallados en

Tabla 1.7. Recubrimientos mínimos por norma ASTM.

1.10.4.

Tipo Pared

A 653/M

A792/M

Portante

G60/Z180

AZ50/AZ150

No portante

G40/Z120

AZ50/AZ150

Durabilidad

Generalmente, el grado de corrosión del zinc en una vivienda es muy bajo. De acuerdo a un estudio realizado durante mas de 3 años por la British Steel en los Laboratorios Welsh, sobre un universo de mas de 15 viviendas localizadas en distintas zonas de Inglaterra (urbana, rural, marina e industrial), la corrosión del zinc es menor que 0.1 µm para un periodo de 3 años. Esto indica que en condiciones similares un recubrimiento de 19,4 µm de zinc (G90, que es el que se usa en Perú) debería durar más de 600 años. Otro estudio realizado en Ontario, Canadá en el año 1995 sobre una vivienda construida con Steel Framing 20 años atrás, reveló que no había signos visibles de corrosión del revestimiento de zinc, así como las mediciones que es efectuaron al espesor del recubrimiento resultaron en idénticas medidas que cuando salió de fábrica. El acero sin recubrir ingresa a la línea de galvanizado en forma de bobina, se lo desenrolla y galvaniza, siendo nuevamente enrollado al finalizar este proceso. Luego de esto, es transportado para ser cortado en flejes (slittering), transportándose una vez mas para el proceso de conformado. En cada una de estos pasos además del transporte, hubo un proceso de enrollado y desenrollado de la bobina o rollo de acero, pero aún así, el recubrimiento de zinc permanece adherido al acero debido al proceso metalúrgico al que se lo sometió. 1.10.5.

El galvanizado y la soldadura

El acero galvanizado puede unirse con soldadura de punto o soldadura continua. Soldar perfiles galvanizados puede ser un método de unión económico, sobre todo si se realiza en un taller o fábrica de paneles. Aunque ambos tipos de soldadura volatilizan el recubrimiento de zinc sobre el acero, la soldadura de punto es un método mucho más localizado que la continua, ya que esta quita el zinc de una zona relativamente amplia. Esta zona desprotegida por el proceso de soldadura deberá ser recubierta nuevamente con pinturas ricas en zinc, necesitándose para esta tarea mucha supervisión y mano de obra.

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1.10.6.

Corrosión en los tornillos

Los tornillos también son afectados por la humedad sufriendo el proceso de corrosión, si estos no se encuentran recubiertos con algún tipo de protección. Este recubrimiento no solo sirve para la protección contra la corrosión, sino que además facilita la formación de la rosca y lubrica el desplazamiento del tornillo en la chapa, necesitándose menos torque en la atornilladota para su colocación. Los distintos tipos de protección contra la corrosión utilizados en tornillos son: 1.10.6.1.

Fosfatado

Este acabado de color negro o gris es utilizado comúnmente para los tornillos de fijación de placa de roca de yeso. El fosfatado es un recubrimiento poroso, aplicado generalmente en combinación con aceite. Este revestimiento es el de menor costo, ofreciendo mínima protección del tipo Barrera contra la corrosión. Este tipo de tornillo solo debe usarse en el interior de una construcción, donde las probabilidades que este en contacto con la humedad son mínimas. 1.10.6.2.

Enchapado mecánico de zinc

En este proceso se adhiere zinc en polvo a la superficie del tornillo por medio de bolitas de vidrio que se baten con agua y algún químico catalizador. El espesor del zinc que se puede alcanzar varia desde los 5,08 µm a los 76,2 µm, siendo más resistente a medida que aumenta el espesor de zinc. El zinc aplicado de esta forma queda relativamente poroso, resultando en un revestimiento con buena protección galvánica, pero con poca protección del tipo Barrera. Un sellador de cromato puede ser aplicado por sobre el zinc para aumentar la protección tipo Barrera. Este método de aplicación no puede lograr una capa uniforme en el vástago del tornillo donde se encuentran los hilos de la rosca, por lo que solo protege adecuadamente las partes lisas. 1.10.6.3.

Electro zincado

Es el método más usual para proteger los tornillos contra la corrosión, obteniéndose una buena protección galvánica y del tipo Barrera. Los tornillos son limpiados primero con ácido para asegurar una adherencia satisfactoria del zinc, y luego son sumergidos en una solución de zinc donde pasa una corriente eléctrica. Los tornillos actúan como cátodo atrayendo zinc de la solución en la que están protegidos, formándose una capa uniforme en toda la superficie de los mismos. El tiempo que los tornillos están sumergidos en dicha solución determina el espesor del recubrimiento que puede variar de 3µm a 25µm. El espesor de zinc más común de uso comercial es de 3.5µm a 5µm, aplicándose luego un sellador de cromato transparente o de color amarillo. 1.10.6.4.

Revestimientos especiales

Estos revestimientos son fórmulas propias de algunos fabricantes consistiendo en mezclas de fosfato, zinc, cromato y/o aluminio combinados con un material ligante. Este tipo de protección es la más duradera, y además la más cara, ya que ofrece una excelente protección del tipo Barrera combinada con la protección catódica que le brinda el zinc presente en la mezcla.

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1.10.6.5.

Ensayo de tornillos

Si bien no hay un ensayo que mida la vida útil del tornillo ya instalado, el ensayo de niebla salina da una buena idea de la calidad y performance de un recubrimiento respecto de otros (ASTM B-117). 1.11. PERFORACION Y CORTE EN PERFILES ESTRUCTURALES

Inicialmente, se debe evitar la perforación o corte en los perfiles estructurales. Sin embargo en casos, es necesario para lograr el pase de instalaciones de luz, sanitarias y gas. En esos casos se debe realizar un agujero en el alma del parante y colocar una placa a modo de parche tal como se aprecia en la figura 1.25 y 1.26, con un espesor igual o mayor a la sección perforada y de mínima extensión igual a 25mm a lo largo de todo el perímetro del agujero. La placa se debe atornillar a la viga o columna mediante 8 tornillos TXP-12 punta broca con un espaciamiento no mayor a 2” centro a centro a lo largo del borde de la placa con una distancia mínima de ½”. Los miembros estructurales deben ser diseñados o reemplazados si el agujero excede los siguientes límites: 1. El diámetro del agujero excede en 6” 2. La cantidad de agujeros excede al 75% del total de parantes colocados en el mismo sentido.

Figura 1.25. Perforación típica en viga.

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Figura 1.26. Perforación típica en columna. 1.12. CONEXIONES DE REFUERZO

Las conexiones de refuerzo deben ser fabricadas como mínimo con un espesor de 0.9 mm de parantes estructurales. Cada conector debe estar anclado a la viga por lo menos de 4 tornillos TXP-12 punta broca igualmente espaciados tal como se muestra en la figura 1.27.

Figura 1.27. Conectores de refuerzo en vigas 1.13. HERRAMIENTAS BASICAS

La construcción en acero laminado en frío requiere las siguientes herramientas para la ejecución de viviendas que son básicamente para corte, atornillado y nivelación. Ver figura 1.28.

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Figura 1.28. Herramientas esenciales para corte, nivelación y atornillado (cortadora de perfiles, pistola para fulminantes, cortadora de placas, tijera hojalatera, tijera tipo aviador, pinzas y atornillador). 1.13.1.

Herramientas de corte

Una de las herramientas más importantes para el corte de perfiles galvanizados con espesor mayor a 0.9 mm. es la cortadora de perfiles y se muestra en la figura 1.29.

Figura 1.29. Cortadora de perfiles con disco de corte de acero. Así mismo para cortar las placas de fibrocemento, requerimos una cortadora manual con disco de concreto tal como se aprecia en la figura 1.30. y 1.31.

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Figura 1.30. Disco de corte de concreto.

Figura 1.31. Cortadora de placa de fibrocemento. Se muestran también tres tipos diferentes de tijeras de corte. Las dos primeras sirven para realizar cortes rectos y curvos respectivamente, y la última es para eliminar retazos de perfil y lograr una sección recta sin puntas. Ver figura 1.32 A y B

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Figura 1.32. (a) Tijeras para corte recto y curvo; (b) Tijera para nivelar la sección cortada del perfil galvanizado. 1.13.2.

Herramientas de nivelación.

Se usa un nivel magnético o un nivel láser tal como se aprecia en la figura 1.33. con el fin de aplomar los perfiles PGC verticalmente para una correcta distribución de esfuerzos desde el techo o entrepiso hasta la cimentación. Ver figura 1.33 a, b y c

a

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b

c

Figura 1.33. (a) Nivel magnético; (b) Nivel láser y (c) Aplicación del nivel láser. 1.13.3.

Herramienta para atornillado.

Ya sea para la estructuración entre parante con riel usando tornillos TXP-12 como para el emplacado con tornillos TFR-118 o TFR-158 es de suma importancia un atornillador con velocidad regulable y posibilidad de giro horario y antihorario. Ver figura 1.34.

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Figura 1.34. Atornillador de velocidad variable.

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CAPITULO II MUROS ESTRUCTURALES Y NO ESTRUCTURALES 2.1. MUROS ESTRUCTURALES 2.1.1.

REQUERIMIENTO SEGÚN NORMA ASTM

Los perfiles que requieran soportar cargas axiales y laterales, deberán cumplir uno de los requerimientos siguientes: ASTM A653: Grado 33, 37, 40 y 50 o ASTM A792: Grado 33, 37, 40 y 50 o ASTM A875: Grado 33, 37, 40, y 50 Los Perfiles fabricados por Precor Acero S.A. están clasificados bajo la norma ASTM A653 y ASTM A792 en grado 33, por lo tanto cumplen los requisitos para ser miembros estructurales portantes. 2.1.2.

CRITERIO DE REPARTICION DE CARGAS

A una carga determinada, en lugar de soportarla dos piezas que necesariamente serían muy grandes y voluminosas, con el acero laminado en frío la soportan un mayor numero de componentes mucho mas fáciles de manejar y colocar. En otras palabras, en lugar de emplear un componente en forma masiva y voluminosa para soportar todos los esfuerzos de una construcción, este sistema distribuye cada esfuerzo de manera sencilla y lógica entre sus componentes, denominados postes. La repartición de cargas, físicamente establece que los componentes soportantes de la construcción se encuentran próximos entre sí. A la distancia de sus componentes la llamamos espaciamiento que puede ser de 30.5, 40.6 y 61 cm. entre ellos y se selecciona según sea la solicitación de carga. 2.1.3.

CARGAS HORIZONTALES

Para absorber las cargas horizontales debidas principalmente a la acción del viento y los sismos, es necesario colocar algún elemento estructural capaz de absorber dichos esfuerzos. Estos deberán ser transmitidos desde los distintos puntos de aplicación sobre la estructura de cubierta y paredes, hasta las fundaciones, que son el destino final de todas las cargas por medio de los anclajes. Ver figura 2.1.

Figura 2.1. Acción de cargas laterales.

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Los anclajes que fijan la estructura a las fundaciones no solo absorben los esfuerzos laterales, sino que también resisten los efectos de volcamiento y de arrancamiento, producidos por todas las cargas que actúan sobre la construcción. Ver figura 2.2.

Figura 2.2. Acción de cargas de volcamiento y succión. Existen 2 métodos para otorgar resistencia a las cargas laterales para estructuras ejecutadas con Steel Framing: ‰ ‰

Cruces de San Andrés Placas o diafragmas de rigidización

Cualquiera sea la alternativa a elegir, no debe subestimarse la importancia fundamental de este componente de la estructura, que debe estar presente en todos los casos, al igual que lo están las cargas laterales. La elección de cualquiera de estos dos métodos a utilizar, está basada en consideraciones tanto técnicas como económicas. 2.1.3.1

Cruces de San Andrés

Las cargas laterales que actúan sobre las estructuras deben ser resistidas con algún tipo de arriostramiento lateral en el plano de la pared de corte. Este arriostramiento lateral puede lograrse por medio de: Cruces de San Andrés. Ver figura 2.3.

Figura 2.3. Cruces de San Andrés o X Bracing. La acción de las cargas laterales sobre una pared determinada, tienen efecto sobre las paredes ortogonales a ella (paredes de corte). En la figura anterior se observa como la

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carga "W" (arriba a la izquierda), que proviene de una acción sobre la pared ortogonal a esta, tiende a desplazar el panel en forma horizontal, y a volcarlo alrededor del punto "B". La colocación de un fleje en diagonal al panel, conjuntamente con su anclaje en el punto A", evitan ambos efectos. Dado que esta carga "W" podría provenir de la otra dirección a la ya ilustrada, se debe colocar otra diagonal en el otro sentido, generándose otra Cruz de San Andrés. Una muestra de la unión del arriostre lateral con los parantes se muestra en la figura 2.4.

Figura 2.4. Unión del X Bracing con los montantes mediante tornillos. Cuando el ángulo del fleje es pequeño se produce una disminución de la tensión en el fleje (TF = tracción), y de la reacción del anclaje en" A" (RA), tendiendo a ser nulas a medida que el ángulo "α " se acerca a 0° (Ver figura 2.5).

Figura 2.5. Triángulo de fuerzas para diferentes ángulos del fleje. Con ángulos menores a 30° se pierde la capacidad de evitar las deformaciones laterales y el volcamiento, que cumplen el conjunto de Fleje y Anclaje. Esto se resume en la tabla 2.1. Tabla 2.1. Valores de fuerza de tensión en función del ángulo de inclinación. α 30ْ 45ْ 60ْ

W W W W

RA 0.58W 1W 1.73W

TF 1.15W 1.41W 2W

Cuando el ángulo del fleje es grande, se produce un aumento de la tensión en el fleje (TF = tracción), y de la Reacción del Anclaje en “A” (RA), que tienden a infinito a

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medida que el ángulo ”α ” se acerca a los 90ْ. Para ángulos mayores a los 60° se necesitan flejes y anclajes de secciones desproporcionadas, por lo que se recomienda colocar las diagonales con un ángulo ”α” que este entre los 30° y 60°. Una muestra de la correcta inclinación de los flejes metálicos se muestra en la figura 2.6.

Figura 2.6. Forma correcta e incorrecta de colocación del arriostre lateral. Los flejes de acero galvanizado que actúan como diagonales en la Cruz de San Andrés o X Bracing, deben colocarse tensados (en tensión) para poder resistir inmediatamente las cargas actuantes "W", impidiendo que el panel se deforme previamente. En caso de no estar las diagonales en tensión, el panel se deformará hasta que las diagonales se tensen y comiencen a actuar, pudiéndose producir durante esa deformación de la estructura la aparición de fisuras en los revestimientos exteriores y/o interiores, o eventualmente el colapso de la misma. Una manera sencilla de lograr colocar las diagonales con los flejes tensionados es por medio de un refuerzo tal como se aprecia en la figura 2.7.

Figura 2.7. Placa para colocación de flejes tensionados. Este refuerzo además, permite la colocación de los tornillos necesarios para absorber el corte que produce la tensión en el fleje. La sección del fleje debe dimensionarse para transmitir el esfuerzo de tracción resultante de la descomposición de la

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carga actuante horizontal en la dirección del tensor TF = W/cosα, correspondientemente a los montantes dobles donde se fija la cartela, se coloca un anclaje que absorbe la fuerza de arrancamiento que se genera en el apoyo " A", resultante de la descomposición de la carga actuante horizontal "W" en la dirección vertical RA = W tang α. El anclaje se materializa habitualmente por medio de un perno de expansión que no solo resiste la tracción en el punto " A", sino que también debe verificarse que resista el corte que se produce por acción de la Carga Horizontal ("W"). Los anclajes se pueden colocar antes o después de colar la platea de concreto armado., uniéndose a la estructura de perfiles galvanizados por medio de "conectores" especialmente fabricados para ese fin, que se fijan a la montante doble por medio de tornillos autoperforantes cabeza hexagonal y al perno de expansión empotrado en la cimentación por medio de una arandela y tuerca que la ajustan. La cantidad y el tipo de tornillos, como el diámetro y largo de la varilla roscada a ser utilizados, se dimensionan en función de las cargas laterales actuantes sobre la estructura, y al ángulo de las diagonales de la Cruz de San Andrés o X Bracing. Al dimensionarse los flejes, debe considerarse la excentricidad que se genera en caso de colocarlos en una sola cara del panel generalmente la exterior, ya que se podrían alcanzar valores limites tanto en la montante doble como en la solera superior, debido a la acción conjunta de la tensión axial y la lateral. Ver figura 2.8.

Figura 2.8. Excentricidad provocada por colocación de una sola Cruz de San Andrés. Una manera de evitar esta excentricidad, es colocar diagonales en ambas caras del panel, exterior e interior, aunque esto podría traer problemas con el emplacado de la placa de yeso, ya que se crea una deformación en el plano de la pared. A continuación se muestra una vista de una cruz de San Andrés ya instalada en la estructura. Ver figura 2.9.

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Figura 2.9. Cruz de San Andrés en pared exterior. 2.1.3.2.

Diafragma de rigidización

Una placa que actúa como diafragma de rigidización, le debe otorgar a la estructura de acero galvanizado la resistencia estructural necesaria para resistir la acción de las cargas laterales que actúan sobre ella. Conjuntamente con la resistencia que brinda el diafragma, también interactúan otros elementos que componen el sistema de la pared, logrando el valor de resistencia final total, y la transferencia de las cargas a las cimentaciones. Estos otros elementos son: Tipo, medida, y separación de los tornillos de fijación del diafragma a la estructura, relación entre altura y largo de la pared, resistencia de los perfiles de acero, tipo, ubicación y cantidad de anclajes. Para determinar los valores de resistencia de los distintos tipos de sistemas de pared se han ejecutado en la Universidad de Santa Clara, USA una serie de ensayos tanto estáticos como dinámicos. El motivo de estos últimos se basa fundamentalmente en reproducir la acción de los sismos, capaces de ejercer acciones cíclicas severas sobre una estructura (RG -9804 AISI). Ver figura 2.10.

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Figura 2.10. Panel de fibrocemento bajo ensayo de cargas laterales. No debe confundirse a la placa de yeso para el acabado final interior con el diafragma de rigidización tal como la plancha de fibrocemento, ya que ambas no cumplen las mismas funciones. Los diafragmas de rigidización generalmente pueden actuar como pared interior o exterior, no ocurriendo lo mismo con la plancha de yeso que no puede actuar como diafragma de rigidización, ya que algunas de ellas no poseen la resistencia estructural necesaria para resistir la acción de las cargas laterales. En caso de optarse por utilizar una placa de yeso RH (resistente a la humedad) para cerrar exteriormente una estructura de acero liviano galvanizado sometida a la acción de las cargas laterales, deben colocarse las Cruces de San Andrés ("X Bracing") en todos los casos. Las características principales que debe tener una placa que actúe como diafragma de rigidización son: ‰ ‰ ‰

Capacidad para absorber tensiones en su plano sin que los tornillos que la vinculan a la estructura metálica la desgarren. Capacidad de efectuar cortes internos (vanos), sin que las tensiones concentradas en los ángulos la desgarren. Ver figura 2.11. Capacidad de resistir la acción del clima exterior durante el proceso de fabricación y montaje, sin que se alteren sus propiedades estructurales.

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Figura 2.11.Concentración de esfuerzos en vanos por fuerzas de sismo. El acopio y el manipuleo de estas placas debe ser sencillo y sin riesgos que se produzcan fisuras al moverlas. Los cortes necesarios por modulación o por apertura de vanos deben ser de sencilla ejecución. Debido a que aun no conocemos ensayos ejecutados en nuestro país, nos referiremos a tres tipos de placas que se pueden utilizar como diafragmas de rigidización, ensayadas en USA por la A.P.A. (American Plywood Association). Estas placas son: multilaminado fenólico de 10 mm., el OSB Exterior Structural grade (Oriented Strand Board) de 12,5 mm. de espesor mínimo y la placa de fibrocemento de 8mm de espesor. Para que un panel emplacado con un Diafragma de Rigidización pueda considerarse que resiste la acción de las cargas laterales que actúan en su plano, deberá tener como mínimo un ancho de 1,20 mts. por toda la altura del panel, sin vanos ubicados en este ancho mínimo. Las placas se deben colocar con la dimensión mayor en forma vertical, paralela a la dirección de las montantes (placas paradas), y no debe haber uniones en coincidencia con los vértices de los vanos, sino que se deben cortar en forma de " C" tal como se aprecia en la figura 2.12.

Figura 2.12. Forma de emplacado tipo C para resistir cargas laterales. La unión entre una placa y otra que sean adyacentes debe efectuarse sobre el ala de un montante, compartiendo mitad de la misma entre cada una de las placas. Los tornillos se desfasan entre una placa y otra de manera de no perforar al alma del perfil en dos lugares para una misma altura. Ver figura 2.13.

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Figura 2.13. Colocación de tornillos desfasados en encuentro de placas. En lo posible, la unión de paneles no debe coincidir con la unión de placas, debiéndose solapar las juntas, aumentando así la rigidez. A continuación se muestran dos tipos de solapado de uniones entre perfiles y placas. Ver figura 2.14.

Figura 2.14. Detalle de unión de paneles con placas. Los encuentros de paneles en las esquinas salientes de una estructura deben emplacarse, solapando las uniones entre perfiles y placas. Ver figura 2.15.

Figura 2.15. Unión solapada entre perfiles y placas.

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La vinculación entre la placa que actúa como diafragma de rigidización y la estructura de perfiles galvanizados está dada generalmente por tornillos, aunque también existen clavos estriados especialmente para resistir la tracción. Para que los perfiles y la placa puedan desarrollar toda su capacidad de resistencia debe colocarse la cantidad y el tipo de tornillos adecuados para lograr la resistencia total necesaria. En los ensayos realizados en USA se determinó que la mayor incidencia que tiene la separación entre montantes a los esfuerzos de corte en el plano de la pared, es que a menor separación de éstos, existe mayor cantidad de tornillos por unidad de superficie. Por lo tanto, en lo que a esfuerzo lateral se refiere, se debe prestar especial atención a colocar los tornillos a una distancia máxima entre sí de 10 cm. en todo el perímetro de las placas, y de 20 cm. en los montantes intermedios, sin importar si estos estaban separados a 40 cm. o 60 cm. entre centros. El tornillo mas utilizado para la fijación de las placas que actúan como diafragma es el TFR 118. Ver figura 2.16.

Figura 2.16. Detalle de colocación de tornillos placa-metal. Se han presentado dos opciones para lograr una seguridad ante las cargas laterales. La decisión final de una u otra opción será en función del costo de los materiales y la mano de obra de uno y otro sistema. A este respecto, parecería a priori que las Cruces de San Andrés son más económicas que el Diafragma de rigidización, sobre todo en el costo de los materiales. Se debe poner especial cuidado al calcular la mano de obra, ya que la colocación de las Cruces de San Andrés requiere una mano de obra mas especializada, debido a las condiciones que se deben cumplir para que estas trabajen correctamente. 2.1.4.

CARGAS VERTICALES

Las cargas se transmiten por contacto directo entre un perfil y el otro, viajando por el alma de los mismos. El Steel Framing utiliza montantes (perfiles galvanizados estructurales “C”), que se mantienen en su posición durante el armado por medio de soleras (perfiles galvanizados “U”) atornillados entre sí. Ver figura 2.17.

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Figura 2.17. Axialidad y continuidad de las cargas verticales hacia cimentación. Ante la necesidad de abrir un vano en la estructura (puertas y ventanas), se debe colocar un dintel que “desvíe” las cargas superiores a las montantes inferiores adyacentes al vano. Los dinteles no son otra cosa que dos perfiles “C” enfrentados entre sí, colocados en forma ortogonal a los montantes de la estructura, que apoyan sobre dos montantes de menor altura denominados “Jack”. Habitualmente, los perfiles que actúan como dinteles tienen una sección y un espesor de chapa mayor que los montantes. Ver figura 2.18. a, b y c.

a

48

b

c Figura 2.18. (a) Distribución de cargas verticales en vanos; (b) y (c) Imágenes sobre refuerzos en dinteles.

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Los perfiles que componen la estructura de techo (tijerales o tímpanos), y la del entrepiso, también deben transmitir sus cargas a las montantes en forma axial, o en caso de no poder ser así, lo tendrán que hacer por medio de un dintel de apoyo. Ver figura 2.19.

Figura 2.19. Distribución de cargas verticales de tímpanos a muros. Las paredes exteriores de la casa son casi siempre las paredes portantes que llevan el peso de la propia estructura y resisten las cargas sísmicas, y cargas de viento. Las tablas en el apéndice D basadas en el AISC nos permiten elegir el tipo de perfil para diferentes cargas tanto axiales como laterales al parante. 2.1.5.

Refuerzos en parantes

Los refuerzos en las paredes portantes están formados por cerchas longitudinales que se colocan perpendiculares a los parantes portantes de la pared. Tal como se comentó en el capitulo I estas sujeciones tiene por fin evitar excesivas deflexiones cuando se aplica una carga vertical proveniente del peso muerto del entrepiso y cargas vivas sobre el muro. Así mismo sirve también para evitar la rotación de los parantes cuando existe un a fuerza lateral aplicada. Esta misma función puede ser desarrollada por las planchas de fibrocemento logrando un refuerzo horizontal y un diafragma rígido. Ver figura 2.20.

Figura 2.20. Refuerzo lateral previendo la rotación de los parantes y deflexiones en el eje vertical.

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Otra forma de lograr un refuerzo es a través del “blocking” que consiste en un recorte de riel en forma transversal a las vigas. Ver figura 2.21.

Figura 2.21. Usando el “blocking” para proveer un refuerzo lateral. 2.1.6.

Longitud de paredes

Una ventaja de la construcción en acero laminado en frío es lograr estructurar en la losa de trabajo una pared de hasta 12 metros de longitud. Esto normalmente cubre la mayoría de las casas unifamiliares que se construyen actualmente. Si usted construye una pared larga de una sola pieza es absolutamente fácil al momento de la erección de la estructura. Sin embargo, se necesita más de una cuadrilla de cinco hombres para alzar una pared de 12 metros de largo. Se debe considerar la mano de obra disponible al sitio del trabajo cuando se estructuran paredes de longitudes mayores a 3 metros. Si no se tiene una cuadrilla suficiente de hombres para levantar al mismo tiempo la estructura, podría torcerse los perfiles cuando de izan debilitando la sección de los parantes. Ver figura 2.22. y 2.23.

Figura 2.22. Ensamble de estructura en obra.

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Figura 2.23. Erección de estructura exterior portante. Es absolutamente aceptable construir secciones más cortas de paredes y luego empalmarlos tal como se muestra en la figura 2.24.

Figura 2.24. Empalme de canal solera en panel portante. Se puede ahorrar el material si se empalma el encuentro de dos canales con un parante portante en la estructura. 2.1.7.

Secciones compuestas

En muchos casos, la inercia y rigidez de un parante, no satisface las condiciones de carga solicitadas para una pared portante. Es por ello que se requieren secciones especiales que resultan del ensambles entre perfiles tipo C hasta lograr las formas deseadas, las cuales pueden ser sección cajón (box)o sección tipo I (back to back). Este tipo de secciones se suelen usar en las esquinas de paredes y en aberturas como ventanas o puertas para lograr una mayor rigidez en ambos casos. Es conveniente anotar que los canales que forman la sección deben estar adecuadamente atornillados para lograr la unidad de la sección compuesta. Para un mayor detalle ver figura 2.25.

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Figura 2.25. Sección Cajón e I usados en vanos de paredes portantes. 2.1.8.

Intersección de tabiques

En toda intersección de muros, usualmente se necesitan un mínimo de 4 parantes con el fin de tener un área de empalme con las planchas de emplacado posterior. Otro fin es dar una mayor rigidez en las esquinas frente a la posibilidad de fuerzas laterales. Ver figura 2.26.

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Figura 2.26. Intersecciones de paredes con un mínimo de 4 parantes. 2.1.9.

Anclaje en losa

Actualmente en el mercado existen diferentes tipos de anclajes, siendo los más comunes los anclajes químicos y mecánicos. En el presente trabajo nos referiremos a los anclajes mecánicos destacando entre ellos, los pernos de expansión debido a que estos tienen un costo mucho menor a los anclajes químicos ofreciendo beneficios adecuados para el uso requerido. Estos anclajes nos permiten tener fijada la estructura a la losa de cimentación, siendo de vital importancia al momento de esfuerzos laterales producidos por fuerzas de viento o sismo, asegurando un empotramiento para objeto de análisis estructural. 2.1.9.1.

Criterio de diseño

Muchos son los factores que influyen en la capacidad de carga de los anclajes mecánicos instalados en concreto o en unidades de albañilería. Estos incluyen los siguientes: ‰

Separación de los Anclajes: La distancia entre los anclajes medida entre sus líneas de eje.

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‰ ‰ ‰ ‰ ‰

Distancia del Borde: La distancia desde la línea del eje de un anclaje hasta el borde más cercano del concreto o material de albañilería. Resistencia a la Compresión del Material de la base: f'c, f'm. Dimensión del Orificio: La relación entre el diámetro del orificio y el tamaño del anclaje. Diámetro del Anclaje. Profundidad de Empotramiento: La distancia desde la superficie del material base hasta el extremo empotrado del anclaje.

Separaciones y Distancias: La separación y las distancias a los bordes son determinadas mediante pruebas bajo condiciones controladas. Para seleccionar la separación correcta y/o las distancias a los bordes, se podrá consultar con las tablas de diseño del apéndice D. Donde se empleen varios anclajes para soportar una carga, la capacidad del grupo de anclajes se calcula como el producto del número de anclajes en el grupo multiplicado por el valor más bajo (mínimo) de la tolerancia a la tensión (o corte) para un sólo anclaje en el grupo. En la separación crítica de los anclajes, la eficiencia de cada anclaje es el 100%. Conforme la separación entre los anclajes disminuye acortándose de la separación crítica, su eficiencia se reduce y sus capacidades disminuyen linealmente. La separación no debe ser menor a la separación mínima. Modalidades de Falla de los Anclajes: Existen básicamente cinco tipos diferentes de fallas que se pueden observar: cono de concreto, fisura del concreto, deslizamiento del anclaje, falla de la adhesión y falla del acero. Cono de Falla del Concreto: Este tipo de falla usualmente ocurre en anclajes instalados con poco empotramiento y se refiere principalmente a anclajes mecánicos y anclajes confeccionados en el lugar. Los conos se formarán en empotramientos más profundos cuando se hace el confeccionado en el lugar y cuando los mecanismos de anclaje están hechos de acero de gran resistencia. Las fallas tipo cono son comunes en los grupos de anclajes con poca separación entre sí, o en anclajes individuales cerca del borde. La falla en cono generalmente comienza en la base de la cabeza del anclaje o mecanismo de expansión y avanza hacia la superficie de concreto en un ángulo entre 30 y 45 grados de la horizontal. La desportilladura en cono tenderá a tener un ángulo de inclinación más pronunciado según aumente el empotramiento. Ver figura 2.27. a y b.

Figura 2.27 (a). Separación crítica de anclajes con 100% de eficiencia con cono normal de corte.

Figura 2.27 (b). Separación mínima de los anclajes con eficiencia reducida y conos de corte que se interceptan.

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Fisura en el Concreto: Cuando el miembro de concreto se dobla bajo la carga aplicada se producirán fallas como fisuras o fracturas del concreto. Este tipo de fallas es común a los anclajes empotrados profundamente, losas y vigas delgadas, o cuando los anclajes se instalan cerca a un extremo o borde. Deslizamiento del Anclaje: En los anclajes mecánicos se producen fallas de deslizamiento del anclaje como resultado de una acción de acuñamiento. La falla de deslizamiento de un anclaje adhesivo indica una adhesión inadecuada del adhesivo a la superficie o al borde del material base. Falla de Adhesión: Esta modalidad de falla es común en los anclajes adhesivos y de mortero de cemento. Podría formarse un cono de poca profundidad en la superficie del material base y tanto el adhesivo como el material base fallarán en la línea de adhesión o cerca de ésta. Falla del Acero: Se producirán fallas en el anclaje cuando la profundidad de empotramiento sea suficiente para desarrollar toda la capacidad del material del anclaje. Distancia del Borde: Similar a los requisitos de separación de los anclajes entre sí. La tolerancia de carga del anclaje disminuye linealmente conforme la distancia del borde (E) disminuye de la distancia crítica acercándose a la distancia mínima del borde. Ver figura 2.28.

Figura 2.28. Distancia “E” del perno expansivo al borde de la losa. Dimensiones del Orificio: El tamaño adecuado del orificio es importante para obtener las capacidades más efectivas de los anclajes mecánicos. La tabla a continuación indica las especificaciones de las dimensiones de las brocas con punta de carburo que cumplen la norma ANSI B212.15-1994. Se recomienda usar taladros giratorios o martillos perforadores de impacto con gran frecuencia en concreto con agregados blandos o de dureza media para orificios de hasta de ½”. Se recomienda usar martillos perforadores para el concreto con agregados duros para orificios de más de ½”. Cuando se taladre en bases de materiales blandos, el taladro debe usarse sólo en la modalidad de rotación. Ver tabla 2.2. Tabla 2.2. Diámetros para brocas con punta de carburo para taladros giratorios. Diámetro Nominal Rango Mínimo de Rango Máximo de de Broca (pulg) Tolerancias (pulg.) Tolerancias (pulg.) ¼ 6.60 6.81 3/8 9.91 10.11 ½ 13.21 13.46 5/8 16.51 16.76

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2.1.9.2.

Cargas

Existen tres clases distintas de cargas que pueden aplicarse a un anclaje: tensión, corte y cargas combinadas. Cargas de Tensión: Son las cargas que se aplican en forma paralela a la longitud del anclaje. Estas cargas crean tensión en el anclaje y en el material base. Cargas de Corte: Son las cargas que se aplican perpendicularmente a la longitud del anclaje. En bases con materiales de alta tolerancia a la compresión, generalmente el factor limitante es la resistencia del anclaje, excepto a distancias limitadas de los bordes. Cargas Combinadas: Cargas que actúan tanto en tensión como en corte. A estas condiciones se les conoce como cargas oblicuas. Cuando se encuentran cargas combinadas, se pueden hacer cálculos para determinar el tamaño necesario del anclaje que proveerá la resistencia requerida para la carga. Adicionalmente, estas tres cargas pueden clasificarse aún más como estáticas o dinámicas. Las cargas estáticas son aquellas que se mantienen constantes, cargas sin movimiento. Las cargas dinámicas se crean por el movimiento o vibración de motores eléctricos, equipos, viento o de actividad sísmica. Las condiciones de carga dinámica podrían hacer que los anclajes mecánicos se suelten. El movimiento de los anclajes podría pulverizar el material de la base alrededor del mecanismo de expansión perdiendo su resistencia a la carga. 2.1.9.3.

Resistencia a la carga

La resistencia a la carga de un anclaje está influenciada tanto por la fuerza de expansión del anclaje como por el tipo de material base. En algunos casos, aún el anclaje más pequeño puede exceder la capacidad del material base. Generalmente, cuando se instala un anclaje en una base de material sólido, la fuerza de sujeción del anclaje aumenta con la profundidad del empotramiento del mismo, hasta el punto donde se alcanza ya sea la fuerza máxima del material base o del anclaje. Las cargas se transfieren del anclaje al material base. El material base debe de tener la fuerza necesaria para resistir la carga. Esto hace que la distancia a los bordes y a las esquinas y la separación entre los anclajes sean importantes. Cuanto más juntos se encuentren los anclajes y/o más cercanos se encuentren del borde de la base, menor será la resistencia a la carga debido a que la tensión se aplica al material base. Para la mayoría de anclajes, la separación crítica del borde y las separaciones entre los anclajes, puede reducirse siempre y cuando los valores de carga se reduzcan apropiadamente. 2.1.9.4.

Espesor del material base

Cuando se usan anclajes específicamente diseñados para bases de material sólido, generalmente se recomienda que el espesor del concreto o material de albañilería sea equivalente al 125% de la profundidad de empotramiento del anclaje.

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2.1.9.5.

Carga de ajuste del anclaje

Algunos anclajes mecánicos tienen indicados algunos valores de torque. Donde no sea práctico medir los valores de torque, se recomienda ajustar los anclajes de 3 a 5 vueltas más de lo que se ajusta con los dedos. Se ha encontrado que esta cantidad de ajuste se aproxima muy de cerca a los valores de torque sugeridos. 2.1.9.6.

Relajamiento de la carga inicial

Los anclajes que han sido ajustados hasta su torque de fijación en el concreto experimentarán una reducción de tensión (debida al torque) después de unas cuantas horas. Esto se conoce como Relajamiento de la Carga Inicial. La tensión aplicada, debido a la alta compresión en el concreto, hace que se suelte paulatinamente causando el relajamiento de la tensión del anclaje. Los datos históricos demuestran que es normal que los valores de tensión inicial disminuyan tanto como un 40% a 60% dentro de las primeras horas posteriores a la carga. No se requiere volver a aplicar torque a los anclajes. 2.1.9.7.

Perno de expansión (Wedge All)

Para el diseño se considerará el anclaje tipo cuña de la marca “Simpson” (para detalles ver la tabla D-32 del apéndice D) sin apoyo en el fondo cuyo uso es especial para concreto sólido o elementos de albañilería huecos o rellenos de mortero. Ver figura 2.29.

Figura 2.29. Anclaje tipo cuña (wedge all). Una cuña de una sola pieza asegura una capacidad de agarre uniforme que aumenta conforme se le aplica la tensión. Este tipo de anclaje (Wedge All) tiene las siguientes características: ‰ ‰ ‰ ‰

Cuña envolvente de una sola pieza. El extremo roscado está biselado para facilitar el inicio del enroscado de la tuerca. Como material usa acero al carbón y acero inoxidable. El acabado de los anclajes de acero al carbón esta revestido con un enchape de zinc o galvanizado mecánicamente.

Los anclajes están diseñados para instalarse perpendicularmente a la superficie. Las desviaciones pueden dar como resultado el doblamiento de los anclajes, reduciendo así la capacidad efectiva de los mismos. Los orificios a montarse en dispositivos de acero galvanizado deben exceder el diámetro del perno de anclaje por 1/16” para los pernos con diámetro de ¼” a 5/8” y 1/8” para todos los diámetros. Es importante usar el tamaño de broca adecuado. Los orificios sobredimensionados dificultarán la fijación del anclaje y disminuirán su capacidad de carga. Para una correcta instalación se debe tener en cuenta lo siguiente: ‰ Taladrar un orificio en el material de la base usando una broca con punta de carburo del mismo diámetro que el anclaje por instalarse. El orificio debe tener por lo menos ½” (12.7 mm.) más de profundidad que el empotramiento requerido.

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‰ ‰

‰

Limpiar el orificio soplándole aire comprimido. Ensamblar el anclaje con tuerca y arandela de forma tal que la parte superior de la tuerca quede al ras con la parte superior del anclaje. Colocar el anclaje en el dispositivo y enroscarlo en el orificio hasta que la arandela y la tuerca queden ajustados contra el dispositivo. Ajustar la tuerca con los dedos. Ajustar al torque requerido.

Se muestra los tres pasos básicos para la instalación del perno expansivo en la figura 2.30.

Figura 2.30. Secuencia de instalación de anclajes Wedge All. A continuación se muestra un anclaje mecánico en la figura 2.31.

Figura 2.31. Anclaje mecánico en bloque de concreto relleno de mortero. A continuación se presenta diferentes ilustraciones mostrando un anclaje mecánico. Ver figura 2.32.

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a

b

c Figura 2.32.a, b y c. Diferentes vistas de anclajes mecánicos en muros estructurales.

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2.2. MUROS NO ESTRUCTURALES Los muros no estructurales deberán cumplir con la norma ASTM C-645 2.2.1.

Tipos de paredes

La construcción de paredes no estructurales se realiza mediante la colocación de una estructura metálica compuesta por parantes y rieles de 0.45 mm. de espesor a las que se atornillan placas de yeso de 1/2" (12.7mm.) ó 5/8" (15.9 mm.). Se pueden construir: - Pared Simple - Pared Doble - Pared Curva Pared simple: Formada por un bastidor metálico de rieles de 65 mm. y parantes de 64 mm., separados cada 40.6 cm. como máximo al que se atornillan placas de yeso de 1/2" (12.7 mm.), obteniendo un espesor total de 8.9 cm. Se puede utilizar placas de 5/8" (15.9 mm.) de cada lado, logrando un espesor total de 9.6 cm. Ver figura 2.33. a, b y c.

Figura 2.33 (a). Encuentro de tabique en L

Figura 2.33 (b). Encuentro en T y terminación de ángulos con cinta y masilla.

Figura 2.33 (c). Terminación de cantos vivos con esquineros y masilla.

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Pared Doble: Formada por un bastidor metálico de rieles de 65 mm. y parantes de 64 mm. separados cada 40.6 ó 61 cm. Sobre este se colocan las placas de yeso en posición vertical. Luego se colocan en una segunda capa las placas en posición horizontal, conformando una pared de espesor total de 11.5 ó 12.8 cm. Se utiliza como divisorio de unidades funcionales, y en el caso de que se requiera mayor aislación acústica o mayor resistencia mecánica, en medios exigidos de salida, como así también para mayor aislamiento ignífugo. Ver figura 2.34. a y b.

Figura 2.34 (a). Emplacado vertical y emplacado horizontal en dos capas.

Figura 2.34 (b). Corte vertical de una pared doble.

Pared curva: Para realizar tabiques y cielo rasos curvos, debemos curvar los rieles y las placas. Para esto, se practican cortes en el riel cada 5 cm., 10 cm. o se utiliza un esquinero articulado. Siguiendo la curva del riel o esquinero, se colocan los parantes cada 15 ó 20 cm. Como regla general, la placa se humedece y se coloca sobre el bastidor. Si la curvatura es muy exigida o si se repite, se utiliza un molde, donde previo a su fijación la placa adquiere la forma deseada. Para facilitar el curvado, se recomienda el uso de placas de 8 mm. y 9.5 mm. de espesor. Ver figura 2.35 a, b y c.

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Figura 2.35 (a). Armado de estructura Figura 2.35 (b). Vista en planta de pared curva. para pared curva.

Figura 2.35 (c). Molde de madera para curvar las placas de yeso. 2.2.2.

Elementos de terminación

Para sellar las juntas y las improntas de los tornillos o clavos, se debe aplicar una capa fina de masilla con espátula evitando dejar rebabas. Luego se carga la junta con masilla, sobre la cual se pega la cinta de papel. El exceso de masilla se quita con espátula, procediendo del centro hacia los bordes. Finalmente se coloca la última capa de masilla o última mano cubriendo una superficie mayor, usando una espátula de 30 cms. En los encuentros entrantes (pared- pared y pared-cielorraso), se procede de igual forma. En este caso la cinta se dobla para tomar los dos planos del encuentro. En la unión de bordes rectos de la placa, debe realizarse un masillado final más ancho. En la figura 2.36. se muestran las diferentes capas de aplicación de masilla y el encintado en las juntas.

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Figura 2.36. Detalle de sellado de junta y masillado. A continuación se describe los elementos usados para el acabado final en tabiques interiores: a)

Masilla

Formuladas en base a polímeros de alta calidad. Permiten realizar terminaciones en tabiques, cielorasos y revestimientos para su posterior pintado, empapelado, etc. Usos: Masilla secado rápido (en polvo): Se utiliza para sellar juntas entre las placas de yeso, adherir la cinta de papel y aplicar la primera mano de masilla de recubrimiento. Masilla lista para usar: Se utiliza para aplicar la última mano de masilla. Se puede utilizar también para el sellado integral de la junta. b)

Cinta de papel

Elemento de terminación que consiste en una banda de papel celulósico fibrado de alta resistencia a la tensión de 50 mm. de ancho, premarcada al centro. La cinta se comercializa en rollos. Usos: Se pega sobre la masilla en correspondencia con las juntas entre placas para reestablecer la continuidad de las superficies. Absorbe posibles movimientos, impidiendo la aparición de fisuras superficiales. Ver figura 2.37.

Figura 2.37. Cinta de papel.

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c)

Cinta de malla autoadhesiva

Elemento de terminación formado por una banda de malla autoadhesiva de fibras de vidrio cruzadas. Ver figura 2.38. Usos: Sus características autoadhesivas la hacen especialmente útil para reparaciones de la placa.

Figura 2.38. Cinta de malla autoadhesiva. d)

Cinta con fleje metálico

Elemento de terminación formado por una cinta flexible metálica. Ver figura 2.39. Usos: Útil para cubrir cantos cuando forman ángulos salientes diferentes a 90 grados.

Figura 2.39. Cinta de con fleje metálico. e)

Esquinero

Guardacanto o esquinero de metal galvanizado de 32 x 32 mm., con arista redondeada y ángulo ligeramente inferior a 90 grados, con perforaciones para clavado y penetración de la masilla. Se proveen en largos standard de 2.44 mts. y 3.05 mts. Ver figura 2.40.

Figura 2.40. Esquinero metálico. 2.2.3.

Instalaciones

Si la pared aloja tuberías de instalaciones, éstas deben preverse y colocarse antes del emplacado. En el caso de tabiques con estructura metálica, la tubería corre a través de los orificios estampados en el alma de los parantes. Luego se fijan las placas y con un serrucho de punta realizamos los orificios para las conexiones.

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Para facilitar la tarea, debemos cuidar que los orificios de los parantes queden alineados a la misma altura. Los anclajes deben ser firmes, a fin de impedir el movimiento de la tubería. Deben preverse refuerzos y estructura de sostén para apoyar a colgar los distintos artefactos. Las cajas de luz en cielo rasos y/o tabiques se sujetan a la estructura. Ver figura 2.41.

Figura 2.41. Pasaje y fijación de instalaciones. 2.2.4.

Soporte de cargas

Dependiendo del peso de las cargas, las clasificamos como sigue: Cargas pequeñas: Para cuadros comunes en general, se usan los soportes para cuadros, siendo aptos los de 1 clavo hasta 9 Kg. Y 3 clavos hasta 12 kg. Ver figura 2.42.

Figura 2.42. Soportes para cargas pequeñas. Cargas medianas: Para cargas hasta 18 kg como repisas, botiquines de baño, perchas comunes, etc., se usan tarugos de expansión, agujereando la placa de yeso interior, introduciendo luego el tarugo y ajustando el tornillo expansor. También sirven a los mismos fines, los soportes tipo ancla o tarugos plásticos. Ver figura 2.43.

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Figura 2.43. Tarugos de expansión para cargas de hasta 18 kgs. Cargas pesadas: Para cargas pesadas como bibliotecas, alacenas, mesas de ménsula, etc., se debe buscar la ubicación de un montante de la estructura. Así localizado el parante vertical, se utilizan tornillos Parker para soportar las grampas del elemento que se desea colgar. Para cargas muy pesadas conviene realizar refuerzos con madera en la estructura antes de emplacar. Ver figura 2.44.

Figura 2.44. Soporte para cargas pesadas. Cargas en cielorasos: Las arañas deben colgarse de los soportes que traen las cajas de luz (centros). No obstante, pequeños colgantes de 1 a 2 kg pueden soportarse utilizándose tarugos de expansión o anclas. 2.2.5.

Reparación de placas de yeso

A pesar de la solidez de la placa de yeso, ésta puede sufrir un eventual daño, el que puede ser reparado de una manera fácil y sencilla. En función de la importancia del mismo, la placa de yeso se puede reparar de la siguiente manera: Daño superficial en la lámina de fibra de la placa: Levantar los restos de cartón que se separa y pulir las irregularidades. Acabar con masilla.

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Daño local del yeso: ‰ ‰

Orificios pequeños: se rellenan con yeso y luego que éste se seque, se termina con masilla. Daños mayores Se rectifican los bordes con un serruchín o cuchilla. Luego se atornilla en el lado interior del hueco, la estructura que servirá de sostén al nuevo trozo de placa de yeso. Por último se recorta un trozo de placa de la medida del hueco. Esta se aplica en forma similar a la colocación de una tapa, atornillada a la estructura de sostén mencionada. Las juntas se masillan.

Para realizar reparaciones en un tabique con instalación sanitaria, se corta la placa en la zona de trabajo. Una vez reparada la cañería, se obtura la parte removida con el criterio descrito anteriormente. 2.2.6.

Anclajes en piso y techo

Para muros no estructurales, los cuales no están siendo esforzados bajo cargas portantes, se sugiere usar clavos de 1” aplicados con fulminantes ya sea en la primera planta o un entrepiso, colocados cada 40 cm. Ver figura 2.45.

Figura 2.45. Anclaje de muro no estructural a losa a través de clavos con fulminantes. Para el caso de anclajes en la parte superior del tabique, se aprovechan las viguetas de entrepiso o los perfiles que conforman el tijeral, para atornillarlos. Ver figura 2.46.

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Figura 2.46. Anclaje de muro no estructural a viguetas de entrepiso.

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CAPITULO III ENTREPISOS 3.1. CONCEPTOS GENERALES Partiendo del mismo criterio que define a los paneles, el concepto principal de una estructura de entrepiso resuelta con Steel Framing es dividir la estructura en una gran cantidad de elementos estructurales equidistantes (vigas), de manera que cada uno resista una porción de la carga total. A diferencia de un entrepiso de hormigón, cuya descarga se realiza en forma continua sobre su apoyo (por ejemplo, viga principal o tabique), un entrepiso resuelto con Steel Framing transmite la carga recibida por cada viga puntualmente al montante del panel que le sirve de apoyo. Para lograr el concepto de estructura alineada, anteriormente mencionado, las almas de las vigas deben estar en coincidencia con las almas de los montantes ubicados sobre y/o por debajo del entrepiso. Ver figura 3.1. y 3.2.

Figura 3.1. Viguetas alineadas de entrepiso con la montante del panel.

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Figura 3.2. Detalle de alineación de vigas de entrepiso con las montantes del panel. Al igual que para los paneles, la separación entre vigas o modulación adoptada estará directamente relacionada con las solicitaciones a las que cada perfil se vea sometido. A mayor separación entre vigas, mayor será la carga que cada uno de ellos deba resistir, y por lo tanto, mayor será la sección de la viga. En la mayoría de los casos, se utilizará una misma modulación para todo el proyecto. Es decir que las vigas del entrepiso se modularán con la misma separación que los montantes de los paneles (o viceversa). Al igual que en los paneles, la modulación adoptada para el entrepiso determinará el mayor aprovechamiento de las placas de rigidización (en entrepisos secos) y/o de las placas de cielorraso. En los casos en que la modulación entre paneles y entrepiso difiera y por lo tanto no se respete el alineamiento, deberá colocarse una viga dintel corrida (viga tubo), capaz de transmitir la carga de las vigas que no apoyan directamente sobre los montantes. Ver figura 3.3. y 3.4.

Figura 3.3. Viga tubo para distribuir las cargas en las montantes no alineadas.

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Figura3.4. Isométrico y detalle de distribución de cargas no alineadas a la montante. Tanto la modulación como la luz entre apoyos de la viga, serán los factores que determinen la sección de los perfiles adoptados. Por ello, en general, las vigas se orientan en la dirección que genere la menor distancia entre apoyos, de manera de necesitar perfiles con la menor sección posible. Además, hay otros factores para tener en cuenta en la dirección de armado de un entrepiso, por ejemplo, la posibilidad de evitar la perforación de las vigas para el pase de las instalaciones. En aquellos casos en que la perforación standard de las vigas (“punch”) no sea suficiente para pasar las cañerías deberá comprobarse la capacidad estructural de la viga y la posibilidad o no de perforarla. En algunos casos, y según indique el cálculo estructural, deberá reforzarse el perímetro de la nueva perforación, de manera de aumentar el momento de inercia. Ver figura 3.5. En ningún caso se debe cortar el ala de un perfil que actúa como viga.

Figura 3.5. Refuerzo en el alma de viga por corte.

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Las vigas servirán como estructura de apoyo al paquete de materiales que conforman la superficie del entrepiso. La elección del tipo de terminación estará dada principalmente por las pautas de materiales, constructivas y de diseño del proyecto. Básicamente existen dos modos de materializar dicha superficie, proveyendo, a su vez, al entrepiso la rigidización que necesita: 1. Entrepiso Húmedo 2. Entrepiso Seco 3.2. ELEMENTOS DE UN ENTREPISO Planta de un entrepiso Se muestra en detalle los diferentes elementos de un entrepiso construido con acero laminado en frío. Ver figura 3.6.

Figura 3.6. Planta de un entrepiso. 3.2.1.

Elementos básicos

A. Viga: perfil PGC dispuesto en forma horizontal para recibir una porción de la carga total del entrepiso y que la transmitirá a través de sus apoyos hasta las fundaciones. La resistencia final de la viga estará dada por una combinación entre su altura y el espesor de la chapa. B. Cenefa: perfil PGU que une las vigas en sus extremos, de modo que las mismas se mantengan en su posición. C. Rigidizador del Alma o Stiffener: recorte de perfil PGC dispuesto en forma vertical y unido mediante su alma al alma de la viga, en el apoyo de la misma, de modo de evitar el abollamiento del alma debido a la concentración de tensiones. D. Viga Tubo de borde: viga tubo que materializa el borde del entrepiso paralelo a las vigas. En la mayoría de los casos, también sirve para permitir el apoyo del panel de planta alta. Entonces, un entrepiso queda conformado por un conjunto de vigas equidistantes que descargan, en general, sobre montantes y que están vinculados en sus extremos por

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medio de una cenefa. El paquete de materiales, secos o húmedos, que se apoya sobre la estructura de perfiles para generar una superficie, completa el entrepiso. Ver figura 3.7.

Figura 3.7. Detalle de las piezas que conforman un entrepiso. 3.2.2. Vigas compuestas En la mayoría de los casos, el espesor total que ocupa el entrepiso se ve limitado por distintos factores, por ejemplo: nivel del cielorraso o nivel de piso terminado, desarrollo de escalera, etc. Ya que la altura del alma del perfil será la que más contribuya al espesor final del entrepiso, en muchos casos deberá limitarse. De esta manera para lograr la resistencia requerida, podrá optarse por aumentar el espesor de la chapa o recurrir a vigas dobles. Ver figura 3.8.

Figura 3.8. Diferentes tipos de vigas compuestas para entrepiso.

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Cuando las cargas que deba soportar la viga sean demasiado grandes y no sea posible utilizar una viga simple, también se recurrirá a la utilización de vigas compuestas, que surgen de la combinación de 2 o más perfiles, según sea la carga que deban resistir y su luz entre apoyos. 3.2.3.

Encuentros y apoyos para vigas

Al materializar el apoyo de las vigas deberá tenerse especial cuidado en reproducirse, lo más fielmente posible, las condiciones de apoyo que fueron supuestas en el cálculo. De esta manera, si se han calculado las vigas de entrepiso suponiéndolas simplemente apoyadas en sus extremos, deberá cortarse la eventual continuidad entre las vigas adyacentes, tal como se indica en la figura 3.9. a continuación:

Figura 3.9. Vigas de entrepiso simplemente apoyadas. Del mismo modo, si las vigas han sido calculadas como continuas, se deberá procurar la utilización de un único perfil que materialice la viga completa, como se muestra en la siguiente figura 3.10.

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Figura 3.10. Vigas de entrepiso continuas. En caso de grandes luces, la utilización de una sola viga continua no es siempre posible, ya que la longitud de los perfiles puede verse limitada (longitud de transporte, por ejemplo). En estos casos deberán empatillarse dos tramos consecutivos, utilizándose para ello un perfil de iguales características que las vigas, atornillado al alma de las mismas. El largo del perfil que funciona como patilla dependerá de las tensiones, específicas para cada caso, en el sector del encuentro entre los tramos de viga.

Figura 3.11. Empalme de vigas para grandes luces.

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Cuando las luces a cubrir entre apoyos existentes sean muy grandes y se pretenda reducirlas, se podrá utilizar una viga principal. En los casos en los que el nivel del cielorraso esté limitado, impidiendo así el apoyo de las vigas por encima de la viga principal, deberán apearse. Los apeos pueden realizarse con un perfil “L” atornillando las almas de las vigas, o bien con una pieza especial denominada “hanger”. Ver figura 3.12.

Figura 3.12. Empalmes entre viga principal y secundaria para grandes luces. 3.2.4.

Fijaciones

Para completar el armado de un entrepiso, es necesario vincular sus elementos componentes a la estructura que le sirve de apoyo. Para ello, los tornillos autoperforantes TXP-12 son los más utilizados para la fijación entre las piezas. Cuando la vinculación del entrepiso deba hacerse a otro tipo de materiales (fundaciones de hormigón armado o paredes de mampostería) deberá elegirse el anclaje adecuado. 3.3. VANOS

Ante la necesidad de abrir un vano en el entrepiso, (para permitir el acceso al mismo) deberán redireccionarse las cargas que eran transmitidas a través de las vigas, que ahora se verán interrumpidas por el vano; es decir, se deberá otorgar un nuevo apoyo a las vigas cortadas.

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En la figura 3.13.se muestra un vano que interrumpe tres vigas de entrepiso. Al cortar las vigas V1 deberán generarse nuevos apoyos para las mismas. Éstos, a su vez, descargarán sobre las vigas que definen el perímetro del vano (V2 y V3), por lo que deberán ser reforzadas.

Figura 3.13. Vano interrumpido por vigas de entrepiso. El modo más frecuente de hacerlo es reemplazando estas vigas simples de entrepiso por una viga compuesta, apta para resistir las nuevas cargas, según cálculo. Ver figura 3.14.

Figura 3.14. Vigas compuestas por vano en entrepiso.

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En algunos casos el apoyo para las vigas cortadas podrá estar dado por un panel existente en planta baja (portante) que coincida con alguno de los límites del vano en el entrepiso. Aunque aquí no sea necesario colocar las vigas compuestas como nuevos apoyos, siempre deberá colocarse una viga tubo para la llegada de la escalera, como se muestra en la figura 3.15.

Figura 3.15. Viga tubo para llegada de escalera. 3.3.1.

Escaleras

Existen diversas maneras de materializar la estructura de una escalera resuelta con Steel Framing o acero laminado en frío. La elección del tipo de resolución a adoptar está básicamente determinado por el proyecto de arquitectura, es decir que se deberá evaluar la posibilidad de utilizar uno u otro sistema de escalera a partir del diseño de la misma.

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‰

Entre las escaleras más comúnmente utilizadas se encuentran las siguientes: Viga Tubo Inclinada: como apoyo del substrato se utiliza una solera plegada que va unida a la viga tubo, con la correspondiente inclinación para lograr la pendiente requerida. Ver figura 3.16.

Figura 3.16. Escalera con viga tubo inclinada. ‰

Panel con Pendiente: como apoyo del substrato se utiliza una solera plegada que va unida, en este caso, a un panel con la inclinación necesaria para permitir la pendiente requerida. Ver figura 3.17.

Figura 3.17. Escalera construida con panel con pendiente.

80

‰

Paneles Escalera + Paneles de Peldaño: los paneles horizontales que sirven de base al substrato se apoyan sobre los paneles verticales cuyos montantes toman la altura correspondiente, de modo de lograr el escalonamiento requerido. Este panel escalonado se conforma como un único panel a través de una solera inferior continua para todos los montantes. Ver figura 3.18.

Figura 3.18. Escalera con paneles horizontales y verticales. De los tres sistemas, este último es el único que se puede utilizar para resolver escaleras húmedas. Para ello se pondrá una placa por debajo de cada panel de peldaño, rellenándose con hormigón el espacio entre los perfiles del panel horizontal. Solera Plegada Para lograr el escalonamiento tanto en la escalera de viga tubo como en la del panel inclinado, es necesaria una pieza que se arma a partir del plegado de una solera perfil “U”, según la siguiente secuencia: 1) Se marca la solera alternando las medidas de la alzada y la altura y largo de un escalón, respectivamente. 2) En aquellos lugares en donde la solera ha sido marcada se ejecutará un corte en el ala de la misma, de modo de permitir el pliegue. 3) La solera se plegará por las marcas, hacia fuera y hacia adentro alternativamente, en un ángulo de 90º. 4) Una vez completados los pliegues, la solera se atornillará por sus alas a la viga o panel.

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Para mayor detalle de la secuencia ver la figura 3.19.

Figura 3.19. Secuencia para construcción de escalonamiento. 3.4. RIGIDIZACIÓN

Como ya se ha mencionado, otro elemento a considerar en la ejecución de un entrepiso, es el tipo de substrato que, junto al paquete de materiales, se colocará sobre la estructura de perfiles galvanizados de manera de lograr una superficie transitable. Podemos distinguir dos tipos distintos de substrato para los entrepisos: los secos y los húmedos. 3.4.1.

Entrepiso húmedo o “contrapiso flotante”

El entrepiso húmedo consta de una chapa ondulada atornillada a las vigas, que funciona como diafragma de rigidización de la estructura y, a su vez, como encofrado perdido para el colado del hormigón no estructural que materializará la superficie o contrapiso. Este contrapiso de entre 4 y 6 cm. de espesor, no es estructural, sino que solo actúa como base para la colocación posterior o no, de algún tipo de piso (alfombra, cerámico, etc.). Para evitar posibles fisuras en el hormigón se colocará una malla electrosoldada. El contacto directo entre los distintos materiales del entrepiso, produciría una importante transmisión de sonido a través del mismo, y como consecuencia entre un local y otro. El modo de atenuar dicha transmisión, para lograr el acondicionamiento acústico requerido, es mediante una capa de aislación entre la chapa y el contrapiso. Los materiales aislantes utilizados para este fin son: Poliestireno Expandido o Lana de Vidrio compacta. En el caso de utilizarse Poliestireno Expandido como aislante, se deberá completar la concavidad de la onda de la chapa con “pelotitas” del mismo material, para que la plancha apoye en forma homogénea, evitando así que la misma se rompa. En un entrepiso en el que la aislación sea resuelta con Lana de Vidrio compacta, se deberá colocar un film de polietileno (200 micrones) antes del colado del hormigón, a fin de evitar que se humedezca la lana de vidrio, perdiendo así su capacidad aislante.

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Cuando se opte por una aislación de Poliestireno Expandido, en cambio, el film de polietileno podrá ser colocado o no, dadas las características no absorbentes del material aislante. Ver figura 3.20.

Figura 3.20. Diferentes tipos de aislación acústica en entrepisos. En la siguiente figura 3.21. se ve un entrepiso húmedo cuya aislación está resuelta con lana de vidrio compacta. En este ejemplo, como borde del entrepiso húmedo, sirviendo de encofrado lateral al hormigón, se utiliza un perfil “L” de Acero Galvanizado.

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Figura 3.21. Entrepiso húmedo usando lana de vidrio como aislante acústico. 3.4.2.

Entrepiso seco

Un entrepiso seco es aquel en el que la rigidización horizontal de la estructura se obtiene mediante placas atornilladas a las vigas, que funcionan a su vez como substrato. Entre las placas de rigidización utilizadas para tal fin se encuentran: los multilaminados fenólicos, placas cementicias, placas celulósicas, etc.. La característica principal de los entrepisos secos, en relación a los húmedos, es la menor carga por peso propio. La utilización de placas de substrato (que también lo sean de rigidización horizontal) facilita y acelera la ejecución del trabajo. La elección del tipo de placa y el espesor de la misma está relacionado con la deformación requerida por las propias características de la placa, y fundamentalmente con el tipo de solado a utilizar. La placa más comúnmente utilizada es el Multilaminado Fenólico de 25 mm de espesor o la placa de fibrocemento de 12 o 15 mm según cálculo. Para la colocación de un piso cerámico es necesaria una placa del tipo cementicia o celulósica que permita el pegado directo de los cerámicos utilizando los adhesivos

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tradicionales. Si se colocó un multilaminado fenólico se deberá colocar por sobre este, una placa de las nombradas anteriormente. Según sean los espesores de los pisos, se pueden variar los espesores de los substratos entre ambientes, de manera de tener un único nivel de piso terminado, o de lograr los desniveles necesarios. En el caso de utilizar multilaminado fenólico, y cuando el piso sea de alfombra, la mejor manera de atenuar el sonido por impacto, es la colocación de un bajo alfombra. En entrepisos de viviendas se recomienda además la colocación de lana de vidrio entre vigas, que junto a la masa del solado superior y a la masa de la placa de yeso utilizada como cielorraso, evitan la transmisión del sonido al ambiente de abajo. Ver figura 3.22.

Figura 3.22. Secuencia de emplacado en vigas de entrepiso.

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Además, siempre deberá aplicarse una interfaz elástica, como silicona, sobre el borde superior del perfil, y por debajo de la placa de substrato. La figura 3.23. muestra una sección de en entrepiso seco con todos sus componentes.

Figura 3.23. Entrepiso seco con sus componentes. 3.4.2.1

Entrepiso usando plancha de fibrocemento

Otra opción para entrepiso es usar planchas de fibrocemento que actuará como encofrado perdido. Para ello se usarán planchas de fibrocemento con esfuerzos de resistencia a la flexión de 16 MPa en equilibrio. Las características de la placa plana de fibrocemento permiten contar con múltiples beneficios, especialmente para la construcción de entrepisos en viviendas y en remodelaciones. Podemos destacar las siguientes ventajas:

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‰ ‰ ‰ ‰ ‰

Limpieza de ejecución. Por ser una placa lisa, se facilita el acabado para el cielo raso generado por la superficie inferior del contrapiso. Menor peso posible por metro cuadrado con respecto a la alternativa de concreto. No requiere cimbras, apoyos transitorios o láminas colaborantes. Rápido montaje por no requerir tiempo de fraguado.

Los espesores recomendados para este fin son 12, 14, 17 y 20 mm., con separaciones máximas de viguetas de 0.813m (dependiendo de la placa y las cargas a tener en cuenta). Sin embargo, cada aplicación debe ser diseñada para la carga viva y muerta finalmente impuesta, afectada por un factor de seguridad. Se garantiza el correcto desempeño cuando se calcula y se instala de acuerdo a los requerimientos a los que será sometido y a las normas de cálculo locales. Por ningún motivo deben instalarse entrepisos en fibrocemento expuestos directamente a la intemperie. En este caso, deben utilizarse morteros impermeabilizados, o disponer sobre la placa un manto asfáltico para evitar el paso del agua a la superficie del mismo. Fijación de las placas a la estructura Se debe fijar la placa de fibrocemento con tornillos autoperforantes TFR-118 o TFR-158 dispuestos entre 20 y 40 cm. y fijados con atornilladota eléctrica. Las placas deben ser fijadas a tope y en hiladas trabadas para no inducir esfuerzos concentrados sobre una superficie no continua. Ver figura 3.24.

Figura 3.24. Disposición de planchas de fibrocemento en hiladas trabadas. El mortero de nivelación se recomienda esencialmente para que el acabado deseado no presente problemas por posibles irregularidades ocasionadas en el montaje del entrepiso y para la distribución uniforme de las cargas impuestas a la placa de fibrocemento. Ver figura 3.25.

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Figura 3.25. Capa de mortero con malla de refuerzo sobre las placas de fibrocemento. Acabado de piso sobre mortero El mortero de nivelación se recomienda esencialmente para que el acabado deseado no presente problemas por posibles irregularidades ocasionadas en el montaje del entrepiso y para repartir uniformemente las cargas puntuales sobre la placa. Dicho mortero debe ser por lo menos de 3 cm. de espesor. Igualmente permite un mejor aislamiento acústico en relación con el espacio debajo del entrepiso. El procedimiento para instalar pisos cerámicos sobre el mortero es el siguiente: ‰ ‰

‰ ‰ ‰

Fijar la superficie de fibrocemento, con tornillos TFR-118 cada 50 cm. formando una retícula. Colocar un refuerzo de temperatura consistente en una malla eslabonada sobre toda la superficie de fibrocemento, amarrada con alambre negro a las cabezas de los tornillos las cuales no deben sobresalir más de 1 cm. de la superficie. Humedecer la superficie de las placas planas para evitar que el mortero de pega se queme al entrar en contacto con las placas de fibrocemento. Vaciar una capa de mortero de aproximadamente 3 cm. Instalar el acabado de piso sobre el mortero fresco con la separación adecuada para cada caso.

Diseño de entrepiso Para el diseño de entrepiso debemos tener en cuenta la resistencia a la flexión del material. Ver tabla 3.1. Con ella aplicamos las fórmulas siguientes: 1 M = wt l 2 Donde: 10 M = Momento actuante en Kg.cm. = Carga total aplicada a la placa en kg/cm. wt l = Espaciamiento entre viguetas eje a eje en cms.

Con esta fórmula podemos determinar el esfuerzo actuante mediante la ecuación:

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Mc ≤ 13MPa = 130kg / cm2 I Donde: I = Inercia de la sección en cm4. c = Centroide la placa en cm. σ = Esfuerzo actuante a la flexión en kg/cm2

σ=

Consideramos el esfuerzo resistente en 13 MPa que corresponde a la condición húmeda de la placa. Esto nos permite tener un factor de seguridad respecto a la condición en equilibrio. Con ello se puede determinar el espesor necesario para las diferentes cargas actuantes en el entrepiso. Para este tipo de entrepisos, debe tenerse en cuenta las juntas de control generando superficies no mayores a 35 m2, que permitan absorber los movimientos naturales de1 sistema estructura1. La orientación de las placas debe ser opuesta a la de los elementos de apoyo, con el fin de que el comportamiento mecánico de la placa sea óptimo. Los entrepisos instalados con este tipo de placas están dirigidos a construcciones livianas tales como viviendas, oficinas, locales comerciales y proyectos de remodelación, usos en los cuales se destacan claramente las ventajas de costo y beneficio de este sistema constructivo. Tabla 3.1. Clasificación según la resistencia a la flexión para placas de Superboard. ASTM 1187-91 ISO 8336-93 y NTC 4373 (Icontec) Grado III Categoría 4 En húmedo 13 MPa En equilibrio * 16 MPa * Entiéndase equilibrio como condiciones ambientales.

Las tolerancias en las placas se detallan en la tabla 3.2. Tabla 3.2. Tolerancias en las placas Superboard. Longitud ancho (mm) Espesor (mm) Escuadría

y

Dimensión Menor o igual a 1000mm Entre 1000 y 1600 mm Mayor o igual a 1600 mm < 6 mm > 6 mm Diferencia entre diagonales

Valor ± 5 mm ± 0.5 mm ± 8 mm ± 0.6 mm ± 10 % ± 4 mm

A continuación presentamos algunas vistas de entrepisos usando viguetas de acero laminado en frío. Ver figuras 3.26, y 3.27.

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Figura 3.26. Disposición de vigas de entrepiso cada 40 cm. listas para recibir el encofrado perdido.

Figura 3.27. Esqueleto de vivienda de dos niveles mostrando estructuras de entrepiso, paredes y tijerales. 3.4.3.

Blocking y Strapping

Dado que en el PGC o parantes, el baricentro de la sección no coincide con el centro de corte de la misma, las vigas de entrepiso tenderán a rotar por la torsión que esa excentricidad genera. La rotación será mayor donde mayor sean los esfuerzos de corte, por ejemplo cerca de los apoyos. Para evitar la deformación las vigas deberán ser debidamente arriostradas. El arriostre superior estará dado por el substrato que se coloque en esa cara del perfil, ya sea multilaminado fenólico, u otro. En su cara inferior se deberá utilizar un fleje metálico o strapping que vincule los perfiles, inmovilizándolos, a su vez, a unos respecto de los otros. La placa de roca de yeso que normalmente se aplica en la cara inferior de las vigas, no es un diafragma de rigidización que impida la rotación de los perfiles. Es entonces necesario utilizar el Strapping en todos los casos. En casos de grandes luces ente apoyos o

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de cargas elevadas, se deberá agregar un rigidizador sólido o blocking de manera de otorgar mayor rigidez. El blocking es un recorte de perfil “C” dispuesto en forma perpendicular a las vigas y fijado a las mismas con un perfil “L” tal como se aprecia en la figura 3.28.

Figura 3.28. Blocking y strapping en vigas de entrepisos. 3.5. OTRAS CONSIDERACIONES 3.5.1.

Entrepiso sobre muro tradicional existente

En caso de pretender sujetar un entrepiso resuelto con steel framing a una estructura tradicional existente (hormigón o mampostería), podrá optarse entre dos soluciones. La primera consiste en generar fuera del volumen de la pared existente una estructura lineal que sirva de apoyo al nuevo entramado de vigas. Una de las posibilidades para ello, es colocar debidamente fijado a la pared por medio de brocas químicas o expansivas, un perfil ángulo laminado en caliente, que brinde el apoyo necesario a la estructura de perfiles galvanizados que conforman el entrepiso, como se ve en la siguiente figura 3.29.

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Figura 3.29. Entrepiso sobre muro tradicional existente. La otra manera de resolver el encuentro entre un entrepiso de perfiles y un muro de mampostería es generando dentro del espesor del propio tabique una viga de distribución (encadenado de hormigón o tubo de perfiles, por ejemplo) que redistribuya la carga del entrepiso directamente sobre la estructura existente. ver figura 3.30.

Figura 3.30. Vigas de entrepiso embebidas en tabique de mampostería. En el siguiente ejemplo, los perfiles del entrepiso apoyan sobre una viga continua de hormigón generada dentro del espesor de la pared de mampostería. Ver figura 3.31.

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Figura 3.31. Apoyo de vigas de entrepiso sobre viga continua de hormigón. 3.5.2.

Balcón

Para la ejecución de un balcón lo primero a tener en cuenta es si las vigas del balcón tienen la misma dirección que las vigas del entrepiso o no tal como se aprecia en la figura 3.32.

Figura 3.32. Diferentes direcciones de vigas de entrepiso que definen la dirección del balcón.

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En el primer caso, el balcón, en general, se materializa mediante la prolongación de las vigas del entrepiso, quedando éstas en voladizo. La longitud mínima del tramo de viga entre apoyos para materializar el empotramiento es dos veces la longitud del voladizo. Ver figura 3.33.

Figura 3.33. Vigas de balcón paralelas a vigas de entrepiso. Cuando las vigas del balcón no tengan igual dirección que las vigas del entrepiso, deberá proveerse una nueva estructura que permita empotrar las vigas que materializarán el balcón. Al igual que en el caso anterior, la longitud de la viga desde el apoyo del voladizo “hacia adentro” deberá ser, como mínimo, el doble de la longitud que queda en ménsula. Como se indica en la figura 3.34. que sigue, las vigas del balcón podrán apearse a una viga compuesta (tubo), en caso de no contar con un panel que les sirva de apoyo. Las vigas del entrepiso interrumpidas también necesitarán un nuevo apoyo, pudiendo ser éste una viga tubo, como se muestra a continuación.

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Figura 3.34. Vigas de balcón perpendiculares a vigas de entrepiso. Al igual que en cualquier construcción tradicional, entre un balcón exterior y el local interior adyacente debe existir un desnivel. En el caso del entrepiso húmedo esto se resuelve variando el espesor del contrapiso. En entrepisos secos, en cambio, para lograr el desnivel requerido deberán utilizarse para el balcón perfiles de menor altura que las vigas del entrepiso. Los mismos se atornillarán a la estructura existente por el alma, en una longitud igual al doble del tramo en apoyo. Ver figura 3.35.

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Figura 3.35. Disminución del peralte de vigas de balcón para lograr desnivel requerido. 3.5.3.

Fijación superior de panel no portante paralelo a las vigas

Para la fijación de un panel no portante paralelo a las vigas de entrepiso se utiliza un recorte de perfil “C”, como se muestra a continuación en la figura 3.36.

Figura 3.36. Fijación de panel no portante paralelo a vigas.

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CAPITULO IV TECHOS Y TIMPANOS 4.1. CONCEPTOS GENERALES Al igual que para paneles y entrepisos, de acuerdo con lo ya visto en los capítulos anteriores, una estructura de techos resuelta con Steel Framing tiene como concepto principal dividir la estructura en una gran cantidad de elementos estructurales equidistantes, de manera que cada uno resista una porción de la carga total. Para posibilitar la estructura alineada, característica fundamental del sistema, el alma de los perfiles que componen la estructura de techos debe estar alineada al alma de los montantes del panel sobre los que apoyan y sus secciones en coincidencia, de modo que la transmisión de cargas sea en forma axial. Ver figura 4.1.

Figura 4.1. Transmisión de carga axial alineada entre cabriada y panel portante. En los casos en los que la modulación de la estructura de techos no se corresponda con la de la estructura de apoyo, y por lo tanto las almas de los perfiles no estén en coincidencia, deberá colocarse una viga dintel corrida capaz de transmitir las cargas de los perfiles no alineados. Ver figura 4.2.

Figura 4.2. Forma incorrecta y correcta de transmisión de cargas usando un dintel.

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Una estructura resuelta en acero, como ya se ha visto en entrepisos y paneles, necesita un elemento rigidizador capaz de resistir y transmitir los esfuerzos horizontales debidos principalmente a la acción de viento y sismos. En el caso de los techos ejecutados con acero galvanizado la resistencia a las cargas laterales, que aparecen perpendicularmente al propio plano de la cabriada, se puede obtener mediante: ‰ Arriostramiento Longitudinal. ‰ Diafragma de Rigidización. En cuanto al tipo de cubiertas, el Steel Framing admite la materialización de techos tanto inclinados como planos. En el caso de una cubierta inclinada, al igual que para una cubierta de construcción tradicional con estructura de madera por ejemplo, hay dos maneras posibles de resolver la estructura de techos: mediante tijerales o cabriadas. Cubierta plana El techo plano, en la mayoría de los casos, se resuelve como un entrepiso húmedo, variándose el espesor del contrapiso de modo de obtener las pendientes de escurrimiento necesarias. En los techos planos resueltos a modo de entrepiso, el rigidizador será el propio substrato, ya sea chapa galvanizada o placas de fibrocemento. Ver figura 4.3.y 4.4.

Figura 4.3. Detalle de cubierta plana.

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Figura 4.4. Sección de cubierta plana. Cabios La estructura de cabios de acero se resuelve con un criterio similar al de las vigas de un entrepiso. Los cabios son perfiles “C” o “vigas inclinadas” que, como toda viga, deberán apoyar en ambos extremos. En muchos casos no es posible contar con un apoyo continuo en uno de los extremos (suponiendo, por ejemplo, el techo a dos aguas de una vivienda tipo, lo más probable es que en el encuentro entre ambos cabios no exista un panel de apoyo). Entonces será necesaria la colocación de una viga tubo de cumbrera. La siguiente figura muestra una manera posible de sujetar los cabios a la cumbrera, mediante una pieza especial denominada “hanger”. Esta pieza es la que, sujeta a la viga de cumbrera, recibe y da apoyo al cabio. Ver figura 4.5.

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Figura 4.5. Vista a detalle de cabios en techos. 4.2.

CABRIADAS

La utilización de tijerales en la construcción con acero, es una metodología muy rápida y sencilla, una de las razones por las que se la utiliza más frecuentemente. Las cabriadas están compuestas por un conjunto de elementos (perfiles galvanizados) que unidos entre sí, permiten cubrir grandes luces libres entre apoyos, sin necesitar puntos de apoyo intermedios. Además, la estructura de cabriadas otorga una gran ventaja a la construcción, en especial si se trata de una vivienda: la posibilidad de generar un espacio en el ático que permita la circulación de un volumen de aire, favoreciendo así la ventilación del mismo y como consecuencia de la vivienda. En este capítulo desarrollaremos más extensamente la estructura de cabriadas para una cubierta inclinada. 4.2.1.

Elementos básicos de la cabriada

Entre los principales componentes de la cabriada tenemos: Cordón superior: son los perfiles que le dan la forma y la pendiente a la cubierta de techo exterior. Cordón inferior: son los perfiles que le dan la forma y la pendiente al cielorraso del espacio a cubrir.

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Pendolones: son aquellos perfiles verticales que vinculan a los cordones superiores con el/los cordones inferiores. Diagonales: son aquellos perfiles inclinados que vinculan a los cordones superiores con el/los cordones inferiores. Rigidizadores: son trozos de perfil que van colocados en los puntos de apoyo del tijeral, en donde se produce la transmisión de los esfuerzos, de manera de evitar la abolladura del alma de los perfiles del cordón superior e inferior. Cenefa: Perfil PGU que une los extremos de los cordones de cabriada que conforman el alero. Para mayor detalle de los elementos de una cabriada o tijeral ver figura 4.6.

Figura 4.6. Detalle de tijeral o cabriada. 4.2.2.

Encuentros y apoyos para cabriadas

Para el armado de una cabriada se tendrá en cuenta que los labios de los perfiles de los cordones superiores e inferiores se disponen hacia el mismo lado. Los pendolones y diagonales se unen a los cordones de la cabriada por el alma, de modo que sus labios quedan dispuestas hacia el otro lado. El plano definido por las almas de las piezas coincide con las almas de los montantes que sirven de apoyo, para poder cumplir con el concepto anteriormente mencionado de estructura alineada. La disposición de los pendolones y diagonales dentro de la silueta de la cabriada estará dada fundamentalmente por condiciones estructurales. Al unirse dos cordones por el alma se deberá recortar el ala y el labio de uno de los perfiles para permitir el encaje, como se ve en la figura 4.7.

Figura 4.7. Detalle de cortes de ala y labio para permitir el encaje.

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El encuentro entre la cabriada y el panel presenta dos variantes, que se muestran en la figura 4.8. En el primer caso, la cabriada termina “al ras” del panel. En el segundo caso el cordón superior se prolonga conformando un alero.

Figura 4.8. Detalle de encuentro entre tijeral y panel portante. 4.2.3.

Fijaciones

Para unir a los perfiles que conforman un tijeral o cabriada se utilizan los tornillos de cabeza hexagonal, punta broca THX-34 o TXP-12. Estos tornillos se utilizan también para fijar el ala inferior del cordón inferior a la solera superior del panel. En caso de haber un dintel en algún tramo del panel de apoyo, o por apoyarse sobre una pared de mampostería u hormigón, se debe agregar una pieza en forma de “L” que permite fijarla al apoyo macizo. Este mismo sistema de fijación se utiliza para la unión entre la cabriada y su apoyo, utilizándose en la vinculación un perfil “L” de acero galvanizado. La cantidad de tornillos dependerá de las cargas a las que la estructura se vea sometida, obteniéndose según cálculo. 4.3. TÍMPANOS Y ALEROS 4.3.1.

Tímpanos

El tímpano es el panel que sirve de cerramiento para el volumen de la estructura de techos. La pendiente de su solera superior es la misma que la de la estructura de techos que contiene, de modo que los montantes que conforman un panel de tímpano son de altura variable. La sección y el alma de los mismos deben estar en coincidencia con las de los montantes del panel de apoyo. La silueta del tímpano “copiará” la silueta de la cabriada, y su altura dependerá de la presencia y/o disposición del alero. Ver figura 4.9.

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Figura 4.9. Estructura de tímpano y componentes. 4.3.2.

Aleros

Básicamente, existen dos posibles ubicaciones para un alero en una cubierta inclinada: una es en la dirección del plano de la cabriada y la otra perpendicular a dicho plano, como se muestra en la figura 4.10. En el primer caso, el alero se genera a partir de la prolongación del cordón superior de la cabriada, uniéndose los extremos en voladizo con una cenefa, perfil “U", de terminación, tal como se observa en la figura 4.11.

Figura 4.10. Direcciones del alero respecto al plano del tijeral.

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Figura 4.11. Detalle del alero en la dirección del plano del tijeral o cabriada. Para facilitar la ventilación, y básicamente en relación a las decisiones de diseño, podrá agregarse una pieza suplementaria uniendo el extremo del cordón superior al montante del panel. Esta pieza permite generar un plano horizontal para la colocación del material de terminación y las tomas de aire. Ver figura 4.12.

Figura 4.12. Unión del cordón superior al montante del panel. En el caso de un alero perpendicular al plano de la cabriada debe ejecutarse un panel auxiliar denominado panel de alero, cuya unión a la estructura de techos puede ser de dos modos distintos: una variante es que el panel de alero se apoye sobre el tímpano, fijándose a la primer cabriada; la otra opción es que el panel se fije a tope con el tímpano, quedando así en voladizo.

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Panel de alero sobre tímpano En este caso, la altura del tímpano es menor que la altura de la cabriada tipo para permitir el paso y apoyo del panel de alero, que se fijará a la primer cabriada tipo de la estructura de techos. Ver figura 4.13.

Figura 4.13. Panel de alero sobre tímpano. Para poder unir el alero a la cabriada deberá reforzarse el cordón superior de la misma con un perfil “U”, de modo de generar una sección cajón y una superficie apta para la sujeción a tope del panel, como lo muestra la figura 4.14. En algunos casos, junto con el tímpano se podrá colocar una cabriada de arranque de igual altura que el mismo, con el fin de brindar una superficie a la cual atornillar la placa de cielorraso y eventualmente, permitir la llegada del arriostramiento hasta el extremo de la estructura.

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Figura 4.14. Refuerzo del cordón superior de la cabriada. Dado que el alma de los perfiles del alero debe coincidir con el alma de los montantes que le sirven de apoyo, la modulación del panel de alero dependerá del ángulo de inclinación del techo, tal como se ve en la figura 4.15.

Figura 4.15. Modulación del panel en función al ángulo de inclinación del alero. La figura 4.16. muestra un despiece del alero y de los elementos que le sirven para el apoyo y/o fijación del mismo.

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Figura 4.16. Despiece del alero y elementos de fijación. Panel de alero en voladizo Esta solución se adopta sólo para luces pequeñas. El panel de alero está fijado al tímpano, que en este caso tiene la misma altura que las cabriadas. La modulación de este tipo de alero no necesariamente debe coincidir con la del panel de tímpano al que se fija. La flexión del voladizo es absorbida en gran parte por la placa de rigidización que estará atornillada tanto a los cordones superiores de las cabriadas como al panel de alero. Ver figuras 4.17 y 4.18.

Figura 4.17. Elevación de alero en voladizo.

107

Figura 4.18. Isométrico y despiece del panel de alero en voladizo. 4.4. RIGIDIZACIÓN Dadas las características geométricas de la cabriada, la misma posee una rigidez tal que no se deformará al recibir cargas laterales en la dirección de su plano (A).

108

Sin embargo, como las cabriadas están vinculadas a los paneles mediante nudos no rígidos, estas mismas cargas provocarán el desplazamiento de toda la estructura, como lo esquematiza la figura 4.19.

Figura 4.19. Disposición de cargas dinámicas en tijerales. Debido a ello, los paneles que le sirven de apoyo a las cabriadas, siempre deberán vincularse a paneles que se encuentren en la dirección de las cargas y que, a su vez, estén rigidizados para poder absorberlas, como se ha visto en el capítulo de paneles. Ante las cargas laterales perpendiculares a su plano (B) las cabriadas tenderán a rotar alrededor del eje definido por la línea de sus puntos de apoyo. Ver figura 4.20.

Figura 4.20. Rotación por cargas perpendiculares a las cabriadas. El modo de evitar el efecto de volcamiento, y lograr que las cabriadas trabajen en conjunto, es colocando un elemento rigidizador que, además de “coser” las cabriadas entre

109

sí, sea capaz de impedir las posibles deformaciones y/o desplazamientos de la estructura de techos. Tal rigidización, que deberá ser aplicada en el plano paralelo a la carga, es decir, en el plano del faldón y podrá estar dada por: ‰ ‰

Cruces de San Andrés y riostras transversales al plano de la cabriada. Placas estructurales capaces de actuar como Diafragma de Rigidización.

Además de resistencia a las cargas laterales, las estructura de techos deberá ser provista de un elemento para prevenir el pandeo de los perfiles de la propia cabriada. En la mayoría de los casos, dependiendo de la dirección resultante de las cargas que actúen sobre la estructura, los cordones superiores e inferiores de la cabriada estarán alternativamente comprimidos y/o traccionados. Ver figura 4.21. Cargas gravitatorias

Figura 4.21. Cordones superior e inferior de la cabriada en tensión y compresión.

110

4.4.1.

Diafragma de Rigidización

Debido a la gran rigidez que tienen las placas en su plano, evitan que el cordón superior de la cabriada pandee en la dirección del plano del faldón, rigidizándolo así en el sentido de la menor inercia de su sección. Las placas exteriores estructurales que se utilizan como diafragma de rigidización se disponen sobre las cabriadas, trabándose entre sí, y cubriendo toda la superficie del faldón. De esta manera, además de funcionar como rigidizador, generan una superficie continua, apta para ser utilizada como substrato de la terminación exterior de la cubierta. Ver figura 4.22.

Figura 4.22. Secuencia de emplacado sobre estructura de techos.

111

4.4.2.

Cruces de San Andrés y riostras longitudinales.

En algunos casos, en relación al tipo de terminación de la cubierta, no es necesaria la generación de un plano continuo que actúe como substrato. Podrá entonces utilizarse otro elemento que cumpla las funciones de arriostramiento de cabriadas y rigidizador de la estructura, generando por lo menos dos nudos rígidos extremos (según la distancia), a los cuales vincular el resto de la estructura. Las cabriadas se “cosen” entre sí y a estos extremos rígidos mediante riostras y/o correas longitudinales. En este caso las riostras cumplen una doble función: además de vincular las cabriadas entre sí para lograr la rigidez requerida, acortan la luz de pandeo de los cordones a los que están sujetos. Ver figura 4.23.

Figura 4.23. Cruces de San Andrés en cabriadas. Para una cubierta metálica de chapa por ejemplo, una serie de correas, o perfiles “C” dispuestos por encima del cordón superior, uniendo las cabriadas longitudinalmente, actúa como rigidizador y, a la vez, como base para anclar la cubierta de chapa. Ver figura 4.24.

112

Figura 4.24. Correas longitudinales usadas como rigidizadores. 4.5. OTRAS CONSIDERACIONES 4.5.1.

Cabriada Tijera

En general, el cordón inferior de la cabriada se utiliza como estructura para la fijación de las placas de cielorraso, generándose así, en la mayoría de los casos, un cielorraso horizontal. Cuando se desee obtener un cielorraso inclinado, podrá optarse por la utilización de una cabriada tipo “tijera” como la que se ve en la figura 4.25.

Figura 4.25. Cabriada tijera.

113

Esta opción es aplicable en los casos en los que se requiera un cielorraso inclinado y, por razones estructurales y/o constructivas no convenga utilizar cabios. La cabriada será conveniente, por ejemplo, cuando existan grandes luces entre apoyos o cuando se desee mantener un ático ventilado que contribuya a una mejor aislación de la vivienda. 4.5.2.

Cubierta con “Cola de Pato” Hay básicamente tres formas de ejecución para esta situación de techo:

Vigas y Cabios: Se ejecuta de la manera tradicional de una viga reforzada y cabios que van desde los paneles a su encuentro. Paneles de Techo: Se ejecutan los paneles como muestra la secuencia de la figura 4.26.

Figura 4.26. Cubierta cola de pato

114

La siguiente figura 4.27. muestra un detalle del encuentro de la limatesa.

Figura 4.27. Detalle del encuentro de la limatesa. La ventaja de esta metodología es la posibilidad de ejecución in situ o en taller y la consecuente velocidad de montaje, aunque requiere de mucha precisión en el proceso de ingeniería de proyecto y confección de paneles. Cabriadas Truncas El criterio para este tipo de resolución, es tomar la Cabriada Tipo y confeccionar, a partir de la misma, la secuencia de cabriadas que formarán la “cola de pato”, con el rebaje que le corresponda a cada una según su posición. A este rebaje deberá sumarse otro rebaje: la altura que ocupan los cabios inclinados, que se colocan a posteriori perpendicularmente a las cabriadas, a efectos de poder fijar el Diafragma de Rigidización o las correas, según sea el tipo de cubierta. Ver figura 4.28.

115

Figura 4.28. Cabriada trunca y detalles. 4.5.3.

Cabriadas sobre muro tradicional existente

La manera de resolver el encuentro entre un techo de perfiles y un muro tradicional es generando sobre el tabique una viga de distribución (encadenado de hormigón, por ejemplo) que redistribuya la carga de la cubierta directamente sobre la estructura existente. Como se muestra en la figura 4.29. la unión entre la cabriada y la viga se materializa mediante un perfil “L” de acero galvanizado fijado al hormigón con brocas químicas o expansivas, según sea la carga que deban transmitir.

116

Figura 4.29. Tijeral sobre muro tradicional existente. 4.6. ESTADOS DE CARGA PARA LOS TIJERALES DE TECHO Cargas permanentes: son todas aquellas originadas por el peso propio de los elementos que componen la cubierta de techo. Se deben incluir los perfiles de la estructura, la placa de yeso del cielorraso, la aislación térmica, el diafragma de rigidización y substrato superior, el material de la cubierta exterior, y cualquier otro elemento que pudiera estar colocado sobre la cubierta. Sobrecargas: son todas aquellas que están relacionadas al uso de la estructura considerada. En el caso de las cubiertas de techo, estas dependen de su pendiente y de si son o no accesibles (los valores se obtienen del Reglamento Nacional de Estructuras). Viento: las cargas originadas por la acción del viento están relacionadas con la ubicación de la construcción, el destino, las dimensiones, la rugosidad del terreno, la dirección del viento respecto de la superficie expuesta considerada, la pendiente, etc. La acción del viento, que se supone siempre sopla en dirección horizontal, tiene dos tipos de efectos según sea la pendiente del techo, a saber: Presión: fuerza por unidad de superficie ejercida por el viento sobre una superficie perpendicular a la misma, y dirigida hacia ella. Este efecto se puede producir solamente a barlovento.

117

Succión: fuerza por unidad de superficie ejercida por el viento sobre una superficie perpendicular a la misma, y dirigida en sentido opuesto al de la presión. Este efecto puede producirse a barlovento y/o sotavento. 4.7. SUPERPOSICIÓN DE ACCIONES Para el cálculo de los esfuerzos y la verificación de los elementos del tijeral, se deben considerar según correspondan, las cargas mencionadas anteriormente y sus distintas combinaciones de manera de obtener los mayores esfuerzos en cada elemento (perfiles “C“). Aunque depende del tipo de cubierta de techo, la ubicación geográfica, los materiales utilizados, la pendiente, etc., habitualmente las combinaciones más desfavorables son: Carga permanente + sobrecarga (cubierta inaccesible) Carga permanente + viento (succión)

Figura 4.30. Techo terminado tipo cola de pato.

118

CAPITULO V AISLACIONES Y APLICACIONES ESPECIALES 5.1. CONCEPTOS GENERALES Antiguamente, los principios de aislación en las construcciones se basaban en el uso de materiales con gran masa y con grandes espesores. Sin embargo, los avances de la técnica, y la consecuente evolución de los sistemas constructivos, conducen a un inevitable cambio conceptual y tecnológico de las aislaciones en un edificio. Ante el tradicional concepto de “aislación por masa” aparece ahora un nuevo concepto de “aislación multicapa”, mediante el cual el subsistema de aislación se compone de distintos materiales, y su correcto funcionamiento depende de la disposición y características de los mismos. Otro factor que determina el desarrollo de las aislaciones es la importancia de la actual crisis energética y sus costos, que obligan a considerar seriamente las posibilidades de ahorro de la energía. Sin embargo, no parece posible una reducción drástica e indiscriminada del consumo energético, ya que esto afectaría gravemente la calidad de vida, y el confort de la vivienda. No se trata por tanto de no consumir energía, sino de consumirla mejor, mediante la adopción de técnicas que permitan gastar menos para el mismo fin. El ahorro en costo de mantenimiento, observado en forma anual, muestra claramente la conveniencia de la utilización de estos conceptos. ¿Cómo se puede actuar para conseguir una economía de energía en la vivienda? De varias formas: ‰ ‰ ‰ ‰ ‰

Evitando las infiltraciones de viento y lluvia. Evitando la penetración y formación de humedad. Procurando la circulación de aire necesaria dentro de la vivienda. Reduciendo las pérdidas de calor de la vivienda hacia el exterior (en invierno). Reduciendo la entrada de calor del exterior al interior de la vivienda (en verano).

Para ello se recurrirá a la utilización de los siguientes sistemas de aislación: ‰ ‰ ‰ ‰ ‰ ‰

Barrera de Agua y Viento Aislación Térmica. Barrera de Vapor. Acondicionamiento Acústico. Áticos Ventilados. Selladores.

Todos estos sistemas serán desarrollados en el siguiente capítulo, en especial en lo que se refiera a la aplicación en estructuras de acero liviano. Respecto de las aislaciones hidrófugas en partes del edificio ejecutadas con un sistema constructivo húmedo, por ejemplo en cimientos, la resolución es la misma que para cualquier sistema tradicional, por lo tanto no lo desarrollaremos en este capítulo.

119 5.2. BARRERA DE AGUA Y VIENTO 5.2.1.

Conceptos básicos

El flujo de aire es uno de los principales factores que determinan las pérdidas de energía de una vivienda, permitiendo la infiltración de humedad dentro de la cámara de aire del cerramiento perimetral (paredes exteriores y techos) y con ello el deterioro del aislamiento térmico y fugas de energía. Por lo tanto, si se desea obtener una construcción energéticamente eficiente es esencial la colocación de una membrana que envuelva la vivienda, funcionando como barrera de agua y viento. Un esquema del flujo de aire y humedad se muestra en la figura 5.1.

Figura 5.1. Flujo de aire e infiltración de humedad. La membrana debe cumplir las siguientes funciones: ‰ ‰ ‰ ‰

Reducir el flujo de aire a través de las paredes exteriores. Prevenir la formación de humedad en la cavidad de la pared exterior, dejando “respirar” a la pared desde adentro hacia fuera. Proveer resistencia a la penetración de agua desde el exterior al interior de la pared. Proteger la estructura y los otros materiales de las inclemencias del tiempo durante el periodo de construcción.

Control del aire y la humedad El aire atrapado en un medio determinado es un excelente aislante, siempre y cuando se encuentre en estado estacionario (“estado ideal”). La aislación térmica de las paredes cumple dicha función al atrapar dentro de sí una determinada masa de aire. Mientras que el aire retenido dentro de la aislación permanezca quieto y seco, la aislación trabajará a su valor “R” especificado (“R”=resistencia térmica) y como resultado proveerá una vivienda confortable. Sin embargo, los materiales aislantes deben ser protegidos de la intemperie, dado que el aire exterior, agresivo por su carga de humedad, puede en determinadas circunstancias condensar sobre la aislación térmica, humedeciéndola y reduciendo su propiedad aislante. Si consideramos que en una casa de 230 m2 existen más de 800 metros cuadrados de superficie de paredes y techos con posibles fisuras y hendiduras que permiten la entrada

120 de aire y agua dentro de las paredes, la aislación térmica dentro de las mismas puede verse seriamente afectada. Aunque el viento sople tenuemente en nuestro país, el aire exterior es forzado dentro de la vivienda. Por ello, se requiere una barrera de aire que: ‰ ‰ ‰ ‰

Mantenga quieto el aire atrapado en las paredes. Retenga el agua por fuera de la pared. Permita escapar los excesos de humedad. Controlar el aire que ingresa en las paredes y en los techos, es más efectivo que agregar espesores adicionales de aislación, y más eficiente que aumentar el gasto de calefacción o refrigeración para mantener una vivienda confortable.

La barrera de agua y viento debe proteger a la aislación térmica de la intemperie, y otorgar al sistema una gran capacidad de secado en caso de producirse puntos de rocío por vapor migrante del ambiente. Para ello, debe cumplir con las siguientes condiciones: Resistir la penetración de agua; resistir la penetración de aire, y “respirar”, permitiendo el escape de humedad. Por lo tanto, la barrera de agua y viento, reduce la infiltración de aire externo dentro de la casa y, a su vez, protege la estructura contra el agua que pueda infiltrarse por detrás de la fachada (revestimiento exterior) dentro de las paredes o bajo la cubierta. Ver figura 5.2.

Figura 5.2. Sección de pared exterior con barrera de viento. La membrana también “respira”; esto significa que si se generase humedad de condensación dentro de las paredes (construidas por el medio seco), la barrera permitirá su eliminación hacia el exterior. Así, evitando la entrada de aire o agua y permitiendo que la humedad ambiente escape al exterior y solucionando el problema de condensación en la estructura (capacidad de secado). 5.2.2.

Materiales y características

La barrera de viento es una membrana flexible de estructura no tejida, constituida por fibras continuas de polietileno de alta densidad, que se encuentran aglomeradas por presión y calor.

121 La misma cuenta con las siguientes características: ‰ ‰ ‰ ‰ ‰ ‰ ‰

5.2.3.

Permeable al vapor. Alta resistencia mecánica. Bajo peso. Alta durabilidad. Reciclable. Facilidad y rapidez de instalación. No es atacado por insectos ni roedores y no se torna quebradizo una vez protegido de los rayos UV. Ubicación habitual

La barrera de agua y viento debe envolver la totalidad del exterior de la vivienda en forma continua: paredes de cerramiento exterior y techos. Dependiendo del tipo de terminación exterior, tanto para las paredes como para la cubierta, la barrera se instalará de dos modos distintos: a) Sobre el diafragma o substrato exterior: Se instala sobre el emplacado exterior inmediatamente después de la colocación del mismo, de manera de proveer una protección ante las inclemencias climáticas durante la construcción. Ver figura 5.3.

Figura 5.3. Barrera de agua y viento sobre el sustrato. b) Directamente sobre los perfiles de la estructura, antes del diafragma o substrato:. En algunos casos, deberá colocarse directamente sobre la estructura, por ejemplo cuando no se utilice ningún tipo de substrato para la terminación exterior o en aquellos casos de terminación exterior tipo EIFS1 en los que la colocación del EPS2 sea mediante adhesivo. Ver figura.5.4.

1 2

Exterior Insulation and Finish System, ver apartado 5.8. Poliestireno Expandido.

122

Figura 5.4. Barrera de agua y viento sobre perfiles. Debe solaparse, entre 15 a 30 cm., en todas sus juntas para crear una superficie continua y efectiva que minimice las infiltraciones de aire. Una vez colocada la totalidad de la barrera se encintará en todos los solapes horizontales o verticales, como así también eventuales discontinuidades provocadas por roturas accidentales durante la aplicación. En ciertas zonas críticas deberá preverse el solapado y/o prolongación de la barrera de modo de asegurar su correcto funcionamiento. En paredes exteriores orientadas en forma desfavorable al agua y al viento, terminadas en ladrillo común, por ejemplo, podría filtrarse agua dentro de la cámara dada la porosidad del material. En estos casos, la barrera se solapa con la pared, pasando por debajo de la mampostería, como se ve en la siguiente figura 5.5.

Figura 5.5. Colocación de barrera de viento con terminaciones de ladrillo.

123 5.3. AISLACIÓN TÉRMICA 5.3.1.

Conceptos básicos

El propósito básico de la aislación térmica en un edificio es controlar las pérdidas de calor en invierno y las ganancias de calor en verano. Este concepto puede reducir drásticamente la cantidad de energía requerida para acondicionar los edificios respetando los parámetros de confort de las personas que lo habitan. Obviamente esto también repercute en el dimensionamiento de los equipos de acondicionamiento, reflejándose en la reducción de los costos y en la disminución de la contaminación ambiental. Realizar un balance térmico nos dará pautas para la correcta elección de los materiales a utilizar. Así mismo, la correcta ubicación e instalación de los mismos contribuirá a obtener la mejor ecuación respecto de los conceptos anteriormente mencionados. En cualquier instante, un edificio tiene simultáneamente ganancias y pérdidas de calor. Las ganancias de energía solar se producen principalmente a través de la cubierta, paramentos y aberturas. Cuando está más frío el exterior, se invierte el proceso, y las ventanas, paredes, techos y pisos son lugares de pérdidas de calor, que se completan con las infiltraciones de aire y pérdidas por la envolvente del edificio. Al acondicionar térmicamente una vivienda, aumenta la diferencia de temperatura entre el ambiente interior y el exterior, produciéndose transmisión de calor desde el ambiente más caliente hacia el ambiente más frío tal como se muestra en la figura 5.6., de dos formas distintas: ‰ ‰

A través de las paredes, techos, y suelos no aislados. Por renovación del aire (ventilación e infiltración a través de las rendijas de puertas, ventanas, etc.).

Figura 5.6. Transmisión de calor desde el ambiente más caliente hacia el ambiente más frío Modos de transmisión del calor Cuando una pared opaca y homogénea se coloca entre dos ambientes a diferente temperatura, se produce una transferencia de calor de la cara caliente a la cara fría. Dicha transmisión se produce en varias fases: (ver figura 5.7.)

124 1) 2) 3) 4)

Del aire interior (ambiente más caliente/ invierno) a la cara interna de la pared. A través de la pared. De la cara externa de la pared al aire exterior (ambiente más frío/ invierno). La transmisión a través de la fase 2 se produce por conducción y en las fases 1 y 3 por convección y radiación.

Figura 5.7.Fases de transferencia de calor. Régimen estacionario del flujo de calor (valor R) El Coeficiente de Resistencia Térmica, o valor R, indica la oposición al paso de flujos calóricos por efecto de un grado de diferencia de temperatura a ambos lados de un material, por unidad de superficie y durante una unidad de tiempo: R = e/λ Donde: e = Espesor del material al cual se le está midiendo su valor R λ = Coeficiente de Conductividad Térmica característico de ese material, incluyendo la densidad del mismo, cuyas unidades son (Kcal./ mhºC). Por lo tanto, y de acuerdo a la definición anterior, las unidades en que se mide el valor R son (m2hºC/Kcal.) y mientras mayor sea su valor, mayor es la capacidad de aislación térmica del material. El valor-R no indica la “resistencia R total” de la pared o del techo, sino que es la resistencia térmica del material .Combinándose varias capas de valor-R distinto, la Resistencia total (Rt) de dicha configuración será la suma del valor-R de cada una de las capas. Entre las capas mencionadas se incluyen las cámaras de aire, las terminaciones y las capas límite de aire exterior e interior. Sin embargo, la resistencia real de la pared o techo puede ser inferior cuando existen elementos de metal en la conformación del componente. En otros términos, estos elementos constituyen puentes térmicos que disminuyen la resistencia al paso del flujo de calor. La densidad es un factor intrínseco a cada material, incluido en el Coeficiente de Conductividad Térmica λ, siendo que una mayor densidad implica una mayor resistencia al paso del calor.

125 5.3.2.

Materiales y características

Existen distintos tipo de materiales que, dadas sus características, son aptos para la aislación térmica. Los más comúnmente utilizados son los siguientes: ‰ ‰ ‰ ‰ ‰

Poliestireno Expandido (EPS) Lana de Vidrio en Rollo Lana de Vidrio Proyectable Espumas Celulósicas Proyectables Espumas Poliuretánicas Proyectables

Cada uno de estos materiales posee ventajas y desventajas distintas respecto de los otros, diferenciándose a partir de ello en el tipo de uso y aplicación. El valor-R y la densidad del material a adoptar para cada aplicación específica estará determinado en función del Balance Térmico. Ver tabla 5.1. Tabla 5.1. Valores de densidad y λ para materiales de aislación térmica. Materiales de Espesor Coeficiente de Densidad Aislación térmica e conductividad d mm λ Kcal/hmºC kg/m3 Poliestireno S/r 0.049 15/24 Expandido Lana de Vidrio en Rollo

S/r

0.038

14/24

Lana de Vidrio Proyectada

S/r

0.029

31.69

Espumas Celulósicas

S/r

0.027

45/60

Espumas Poliuretánicas

S/r

0.019

40/60

S/r = según requerimiento Poliestireno expandido La base del Poliestireno es el estireno, un líquido cuyas moléculas se polimerizan, dando origen a las macromoléculas de poliestireno. El estireno se mezcla íntimamente con agua y un agente de expansión. ‰

‰

Conductividad térmica: El poliestireno expandido, contiene hasta un 98,5% de su volumen en aire, por lo tanto siendo que la densidad de la espuma es muy baja tiene muy poco peso. El aire en reposo dentro de las células cerradas es resistente al flujo del calor. Ello, junto a la baja conductividad térmica del material básico, da un coeficiente de conductividad térmica muy bajo para el conjunto. Efectos de la humedad: Dada su estructura celular cerradas el poliestireno expandido absorbe solo cantidades minúsculas de agua líquida y posee una elevada

126

‰

‰ ‰

resistencia a la difusión de vapor de agua. Dicha resistencia disminuye la posibilidad de daños debidos a la condensación intersticial de vapor de agua, bajo condiciones normales. Comportamiento ante el fuego: El poliestireno expandido estacionado no puede ser inflamado por chispas o escorias candentes. Solamente llamas ajenas al material en sí, y aplicadas sobre el mismo, pueden llegar a encenderlo. El aire contenido en la estructura celular del poliestireno expandido no posee suficiente oxígeno para la combustión, siquiera incompleta del material ya que para ello la necesidad de aire es 130 veces mayor, en volumen, que el que ocupa el material. Ello significa que no puede haber combustión del material, cuando el mismo se halla protegido por un elemento constructivo, como la placa exterior de roca de yeso, que impida la llegada de oxígeno, aun cuando una llama externa (por ejemplo un cortocircuito) sea aplicada al mismo. Absorción Acústica Tipologías utilizadas habitualmente: ‰ Poliestireno Expandible Standard: Tipo básico utilizando en todas las ramas de la construcción. ‰ Poliestireno Expandible Difícilmente Inflamable: También denominado autoextinguible. Responde a materia prima para material clasificado como “difícilmente inflamable” según normas DIN 4102 de “muy baja propagación superficial de llamas”. ‰ Las planchas con bajo peso específico aparente (15/20 kg/m3), tienen menor resistencia a la compresión y se emplean preferentemente en casos de solicitaciones pequeñas, por ejemplo, bajo techos o cubiertas y entre elementos constructivos diversos. En casos de mayores solicitaciones, sobre todo en la aislación térmica de techos planos, se deben emplear las densidades de 20 y 25 kg/m3.

Lana de vidrio La lana de vidrio está compuesta básicamente por arena y vidrio mezclados con un proceso especial de modo de obtener fibras tipo lanosas. ‰

‰

‰

‰ ‰

Conductividad térmica: Las pequeñas bolsas de aire atrapadas en la lana de vidrio, resisten el paso del calor, la pérdida de calor en el invierno y el ingreso de calor en el verano. Efectos de la humedad: La aislación perderá su capacidad aislante o valor-R cuando se moje. La lana de vidrio no es un material absorbente, por lo tanto en caso de verse expuesta a la humedad, no retendrá el agua. Se secará manteniendo su valor-R, siempre que recupere el espesor requerido por el diseño. Comportamiento ante el fuego: La lana de vidrio en si misma es inorgánica, y por lo tanto, incombustible. Sin embargo, la mayoría de los revestimientos que funcionan como barrera de vapor son inflamables. Por esta razón, se deberá evitar la exposición de aislantes con revestimiento, siendo necesaria la colocación de un material de terminación no inflamable inmediatamente después de la instalación de la aislación (placa de yeso). Absorción Acústica Tipologías utilizadas habitualmente: ‰ Lana de Vidrio Inyectada: aplicada en forma de espuma mediante un mecanismo que mezcla las fibras aislantes comunes con aire comprimido y un

127

‰

adhesivo para crear una crema espuma. Las burbujas actúan primero como transporte y luego encapsulan la fibra. Una vez secas, éstas adhieren entre sí a su entorno, constituyendo una superficie aislante hecha a medida. Lana de Vidrio en rollo: Los rollos de lana de vidrio pueden incluir una membrana que cumple la función de barrera de vapor. Dicha membrana puede ser de papel kraft o de aluminio, y su propósito es resistir el movimiento de la humedad hacia superficies frías donde pudiera condensarse.

Espumas celulósicas proyectadas (ACP) Está compuesta por fibras de celulosa con tratamiento ignífugo combinados con un adhesivo especial. Es un material autoportante que, al combinarse con agua y adhesivo, se adhiere firmemente a la superficie proyectada requiriendo aproximadamente 48 horas de espera para que el producto este completamente seco. Entre las principales características de la ACP está su forma de aplicación proyectada, que le permite mediante un proceso rápido y seguro cubrir el 100% de la superficie a aislar sin cortes, hasta en lugares difíciles de acceder como rincones, etc. Cumple con las normas ASTM de los Estados Unidos certificado por UL Underwriters Laboratories. ‰

‰ ‰

‰ ‰

5.3.3.

Conductividad térmica: Su estructura es de celdas cerradas que no dejan pasar el aire y su método de aplicación proyectada garantiza el cubrimiento del 100% de la superficie. Térmicamente trabaja no solo en conducción, sino también en radiación y en convección. Tiene una gran densidad, que varía según la distancia de proyectado. Efectos de la humedad: Actúa como control de condensación. En la mayoría de los casos, no requiere una barrera de vapor adicional. Comportamiento ante el fuego: La celulosa es un material orgánico derivado de la madera con agregados químicos, tales como el Bórax, que lo convierten desde el momento mismo de su fabricación en un material resistente al fuego. Sus celdas cerradas evitan el paso del aire y la oxigenación del fuego, impidiendo así que los muros y/o techos aislados se conviertan en un conducto por el cual se efectúe la propagación del fuego. La ACP es considerada como material “CLASE 1”. Para que se pueda calificar así debe, según las normas ASTM E-84, tener un desarrollo de llama menor a 25. La celulosa tiene un desarrollo de llama de sólo 10 y su desarrollo de humo es nulo. Absorción Acústica Tipologías utilizadas habitualmente: Su aplicación puede ser “a la vista”, “no a la vista” o en el interior de tabiques. Se puede aplicar sobre cualquier superficie limpia, nueva o existente, que pueda ser pintada con pintura látex. Ubicación habitual

Como pauta básica la aislación térmica deberá colocarse en el perímetro del edificio, en todas aquellas zonas que separan un espacio interior acondicionado de uno no acondicionado o del exterior. Paredes.- Una de las características fundamentales de las construcciones con acero liviano es el complemento entre los diferentes subsistemas que hacen al funcionamiento del sistema en su totalidad. En el caso de las aislaciones de paredes exteriores, al igual que el

128 entrepiso, se aprovecha la cámara de aire generada por la propia estructura para la colocación del material aislante. Los materiales más aptos para la aislación de paredes son: lana de vidrio (en rollo o proyectada) y espuma celulósica proyectada. El mayor problema con el que se encuentra este sistema es la discontinuidad de la aislación. Dado que el material aislante se coloca entre los montantes, inevitablemente será interrumpido por los perfiles, siendo el acero un material altamente conductor. De modo de reducir el puente térmico, y así aumentar la eficiencia de la aislación, deberá colocarse otro material aislante por fuera de la estructura. Para tal fin, se recurrirá a la colocación de planchas de poliestireno expandido (EPS) en la cara externa de las paredes exteriores. La colocación del EPS sobre el substrato dependerá del tipo de terminación exterior. Ver figura 5.8.

Figura 5.8. Ubicación de lana de vidrio en interior de paneles y EPS en exterior. Entrepisos.- La utilización de un material que cumpla la función de aislante térmico en un entrepiso será necesaria en aquellos entrepisos húmedos que cuenten con un sistema de calefacción por piso radiante. En éstos casos, la colocación de un material aislante por debajo del contrapiso por el que pasan las cañerías de la instalación, disminuye las posibles pérdidas de calor a través del propio piso flotante. El material aislante en la conformación del multicapa de un piso flotante, cumple además la función de barrera de sonido. Por ello, aunque el entrepiso no cuente con un sistema de calefacción por piso radiante, la aislación no será omitida. Los materiales más comúnmente utilizados para tal fin son el poliestireno expandido y la lana de vidrio compacta. Ver figura 5.9.

129

Figura 5.9. Aislante térmico en entrepisos. El modo de aplicación específico de cada uno de estos materiales ya se ha desarrollado en el capítulo de entrepisos. La colocación de un material aislante entre las vigas de entrepiso, cuya función específica es la de acondicionamiento acústico, también contribuirá al control de la transmisión de calor de un espacio a otro. Cubiertas.- Siendo la cubierta la zona de mayor pérdida y/o ganancia de calor para un edificio, es muy importante regirse por el balance térmico para la elección del tipo y cualidad de los materiales de aislación más adecuados. El sistema de aislación térmica adoptado puede surgir de la combinación de varios materiales y sus ubicaciones, dependiendo básicamente de la estructura de techos y del tipo determinación exterior de la misma. Cielorraso horizontal La estructura de techos conformada por cabriadas cuenta con una gran ventaja: la posibilidad de generar un ático ventilado por el cual circule un volumen de aire, contribuyendo así a un mejor rendimiento de la aislación en el edificio. Dado que el ático ventilado es un espacio no acondicionado, deberá aislarse la zona que separa el ático del espacio interior, aprovechándose el plano horizontal generado por el cordón inferior de las cabriadas, para la colocación del material aislante. La lana de vidrio en rollo se coloca generalmente “apoyada” por sobre los cordones inferiores de las cabriadas, en sentido transversal a las mismas. Para evitar el paso del calor que se produce dada la discontinuidad del material, entre rollo y rollo podrá optarse por disponer una segunda capa de rollos sobre la primera y en sentido perpendicular a la misma. Además generar continuidad mediante un material del tipo proyectable colocado sobre los rollos. Otra precaución a tener en cuenta es que la aislación térmica, una vez colocada, permita el paso de aire para ventilar el ático. Los materiales del tipo lana de vidrio inyectada y espuma celulósica proyectada podrán utilizarse siempre y cuando se materialice previamente una superficie por encima de los cordones inferiores de las cabriadas sobre la cual aplicarlos. Ver figura 5.10. ‰

130

Figura 5.10. Aislante térmico en cielo raso horizontal. Cielorraso con pendiente En el caso de ser un cielorraso inclinado no visto, la aislación, tanto del tipo rollo como proyectado, se puede colocar entre los perfiles de la estructura de techos. Siempre que el cielorraso sea visto, como de madera por ejemplo, la aislación inevitablemente deberá colocarse por encima de la estructura. Ver figura 5.11. ‰

Figura 5.11. Aislante térmico en cielo raso con pendiente. 5.4. BARRERA DE VAPOR 5.4.1.

Conceptos básicos

Las diferencias de temperatura entre los ambientes interiores y los exteriores pueden generar condensación en los cerramientos que separan dichos ambientes, dándose las mayores condensaciones en invierno, debido al aumento de la diferencia entre las

131 temperaturas. A su vez, a través de las penetraciones de la envolvente exterior de una construcción, por ejemplo de cañerías, conductos, cajas eléctricas, etc., se producen importantes infiltraciones de aire. La presencia de aire húmedo aumenta la probabilidad de condensación. Ver figura 5.12.

Figura 5.12. Condensación por diferencia de temperaturas. Se denomina humedad relativa (HR), a la humedad contenida en una cierta cantidad de aire comparado a la máxima cantidad de humedad que el aire puede contener, a la misma temperatura. El punto de rocío es aquella temperatura en donde el vapor de agua comienza a condensarse y se determina a partir de una temperatura dada y de la humedad relativa. El aire ambiental contiene siempre un porcentaje de vapor de agua en equilibrio gaseoso con el aire, dando lugar a una presión parcial de vapor de agua representada en gramos de agua por kilogramo de aire seco. La cantidad de vapor de agua máxima admisible en el aire, depende de la temperatura, y es creciente con ella: a medida que el aire se calienta, aumenta su capacidad de contener mayor cantidad de vapor de agua; por el contrario, a medida que se enfría, la capacidad del aire de retener humedad disminuye. Cuando el aire contenga una cantidad de vapor de agua menor que el máximo admisible, se mantendrá en equilibrio indefinidamente. Sin embargo, si la cantidad de vapor tendiera a ser mayor que la admisible, el exceso no puede mantenerse en equilibrio y se condensa. Condensación en el interior de cerramientos Dado que la cantidad de vapor de agua contenida en el ambiente de mayor temperatura, es más elevada que la contenida en el ambiente más frío existe una diferencia de presiones de vapor. Éstas tratan de equilibrarse mediante la difusión a través de las porosidades del cerramiento, en el sentido de la zona de presión de vapor más elevada hacia la de menor presión de vapor, es decir del lado caliente al lado frío. El vapor de agua condensará en la primera superficie fría que encuentre (ver figura 5.13.). Si dicha superficie se encuentra dentro de la cavidad de un muro exterior, hay una gran posibilidad de que: ‰ ‰

Se humedezca la aislación térmica en el mismo, perdiendo así su capacidad aislante Se deteriore la estructura.

132

Figura 5.13. Búsqueda de equilibrio entre presiones de vapor. Debe tenerse en cuenta que todos los materiales, ofrecen una resistencia al paso del vapor de agua, por lo que la cantidad de vapor que pasa a través de cada elemento del cerramiento, es menor que la incidente. La característica que mide la resistencia al paso del vapor de agua, es la «resistividad al vapor». Los materiales porosos son de resistividad baja; mientras que los materiales impermeabilizantes tienen una resistividad elevada, y constituyen las «barreras de vapor». 5.4.2.

Materiales y características

Las barreras de vapor son membranas o revestimientos que reducen el nivel y el volumen de difusión de vapor de agua a través del cielorraso, paredes y pisos de una construcción. Aquellos materiales como la aislación térmica rígida, los plásticos reforzados, el aluminio y el acero inoxidable son relativamente resistentes a la difusión del vapor de agua. La mayoría de estos tipos de barreras de vapor se fijan mecánicamente; al sellar las juntas, restringen efectivamente la infiltración de aire. Las membranas son de un material delgado y flexible. Generalmente vienen en rollos o integradas a la aislación térmica, como por ejemplo el aluminio o papel Kraft que reviste una cara de la lana de vidrio en rollo. El polietileno es un material muy apropiado para la resistencia a la difusión de vapor de agua. Las pinturas u otros revestimientos, también pueden retardar la difusión del vapor cuando son aplicadas a una pared o cielorraso terminado. 5.4.3. Ubicación habitual La barrera de vapor debe ser aplicada de manera completa y continua en toda la envoltura exterior del edificio. Para su mejor rendimiento, la barrera debe estar en la cara de mayor temperatura del cerramiento. Siendo que en general las mayores condensaciones se dan en invierno, en aquellos casos la barrera se coloca en la cara interior. En climas cálidos, en cambio, puede ser omitida. La ubicación habitual de la barrera de vapor es la siguiente: ‰ ‰

Cielorrasos bajo cubierta, inclinados u horizontales Paredes exteriores

133 ‰

Entrepisos sobre espacios abiertos y sobre fundaciones de zapata corrida sobreelevada ventilada.

En todos los casos, como barrera se utiliza un film de polietileno que se coloca sobre la estructura, una vez instalada la aislación térmica. El film se fija provisoriamente al ala de los perfiles mediante tornillos que son retirados al colocarse la placa de terminación interior. Para crear una superficie continua y efectiva que evite el paso del vapor de agua, deberá solaparse entre 15cm y 20cm en todas sus juntas. Cuando se utilice como aislación térmica lana de vidrio en rollo, la misma podrá incluir en una de sus caras un revestimiento de papel kraft o aluminio que funcione como barrera de vapor. Sin embargo, siendo que este material se ve interrumpido por la estructura, ésta no podrá ser adoptada como única solución. Podrá utilizarse siempre que se combine con el film de polietileno, material que asegura la continuidad de la barrera, contribuyendo a aumentar la resistencia al paso del vapor. Ver figura 5.14.

Figura 5.14. Ubicación de barrera de vapor en panel. 5.5. 5.5.1.

ACONDICIONAMIENTO ACUSTICO Conceptos básicos

El acondicionamiento acústico consiste en impedir la propagación del sonido desde una fuente sonora hasta el oyente. Si el emisor sonoro y el oyente se encuentran en el mismo local, ello se logra por absorción del sonido. Si están en distintos locales, se consigue por aislación acústica. En el acondicionamiento acústico se distingue, según sea el tipo de ruido, la aislación del sonido aéreo y la aislación del sonido de impactos. La condición para vivir

134 confortablemente en una vivienda, radica en que exista un acondicionamiento acústico suficiente contra los ruidos producidos por los vecinos, las instalaciones domésticas y los de la calle. Nivel de presión sonora El nivel de la intensidad sonora percibido por el oído, se da en decibeles (dB). El ruido excesivo percibido por el hombre puede ser causa de daños mediatos o inmediatos para la salud. El oído humano normal es capaz de percibir sonidos entre 0 y 130 dB. Una intensidad sonora menor de 20 a 40 dB es bien tolerada y se percibe, en general, una sensación de confort; los valores que corresponden al habla se sitúan entre los 30 a 60 dB. Los niveles de ruido mayores a 60 dB provocan normalmente la interrupción del reposo, con los perjuicios mediatos que se derivan de ello. Frecuencia El espectro de frecuencia que capta el hombre va de 20 a 20000Hz. En las documentaciones técnicas se toma un rango intermedio que va aproximadamente de 125 a 4000 Hz. Las frecuencias más bajas (de 125 a 500 Hz) corresponden a los sonidos graves, las medias (de 500 a 1600 Hz) a los sonidos medios y a partir de esta última las frecuencias altas, sonidos agudos. Propagación directa en elementos constructivos La propagación del sonido a través de elementos constructivos se compone de los siguientes fenómenos físicos: Sonido por el aire: Es la vibración transmitida por el aire que intenta poner en vibración la pared, el piso o el techo. Al tratar de vencer la llamada resistencia a la excitación, una parte del sonido es rechazada. La pared excitada vibra transversalmente, el sonido se convierte ahora en sólido incorporado a la pared. La pared irradia este sonido hacia el interior del local vecino. Además, el sonido llega al oyente a través de recorridos secundarios. ‰

Sonido a través de sólidos: El elemento se excita directamente, sin capa de aire interpuesta. Así, para la misma energía de excitación, se produce en el elemento mucho más ruido. A continuación se muestra algunas comparativas de valores de reducción acústica entre el sistema con acero aligerado versus el sistema tradicional, según exigencias de la Norma IRAM 4044 para edificios de departamentos para vivienda u oficina. Ver tabla 5.2. ‰

135 Tabla 5.2. Tabla comparativa de valores de reducción acústica entre el sistema tradicional y el sistema con acero liviano. TIPOLOGIA IRAM PAREDES CON PLANCHA DE YESO PARED 4044 TRADICIONAL

Paredes divisorias internas

37 dB

Muro Divisorio entre departamentos u oficinas en el mismo piso

44 dB

Muro divisorio entre oficinas con edificios linderos

48dB

136 Aislación del sonido transmitido por el aire El sonido transmitido por el aire es lo que normalmente se llama ruido aéreo. El aislamiento a ruidos aéreos se mide por la diferencia entre el nivel de ruido del local de emisión y el de recepción. El índice de reducción acústica R es dado en decibeles, y cuanto mayor sea el R mejor será el aislamiento del cerramiento. Si colocamos una barrera entre dos locales para conseguir un aislamiento al ruido aéreo, la transmisión del ruido de un local a otro se puede realizar por distintos caminos: ‰

‰

Por vía directa, que se puede descomponer en dos causas principales. 1) La porosidad a través de fisuras e intersticios. 2) El efecto de diafragma, es decir, flexión bajo el efecto de la presión sonora, como en una membrana. Por vías indirectas, como conductos y paredes adyacentes.

Efecto masa- resorte- masa: Si a una pared de masa «m» la dividimos en dos hojas de masas m1 + m2 = m y las separamos una distancia «d», el conjunto ofrece una aislación acústica superior al de la pared simple de masa (m) equivalente. Este sistema de masaresorte-masa, basado en la no solidarización de los paramentos, se compone de un conjunto de masas m1 y m2, unidas resorte de rigidez K con la capacidad de vibrar, que posee una frecuencia de resonancia propia. Ver figura 5.15.

Figura 5.15. Comparación de efecto resorte masa entre el panel convencional y el de steel framing. Para suprimir las ondas estacionarias que tienden a acoplar los dos paramentos, es necesario colocar un aislante elástico que juegue el papel de resorte (elasticidad dinámica). El efecto del elemento absorbente en el interior de la cámara de aire, es conseguir un desacople de ambas hojas y una absorción de la energía acústica que se transmite de la hoja excitada por la vibración sonora, hacia la segunda.

137 En el sonido transmitido por cuerpos sólidos, fundamentalmente se habla de sonido de impactos, que se propagan por la estructura del edificio y llegan al oído mediante ondas aéreas. Otro tipo de transmisión es el de las vibraciones, que se propaga y se transmite por la estructura. Entre los sonidos de impacto, uno de los de mayor importancia en la vivienda es el provocado por el caminar de las personas, comúnmente llamado ruidos de paso. Para evitar la propagación de estos ruidos de choque e impedir así, su recepción por vía aérea en otros recintos distintos del de emisión, se debe realizar un «corte elástico» entre el revestimiento del suelo y la estructura del piso, mediante una capa resistente o amortiguadora de sonido tal como se muestra en la figura 5.16.

Figura 5.16. Acción amortiguadora del sonido frente a ruidos de choque. Absorción o corrección acústica El comportamiento de los ruidos dentro de un ambiente depende de la porosidad de cada una de las superficies. Las ondas sonoras serán absorbidas o reflejadas según sea el coeficiente de absorción. Cada material tiene un coeficiente de absorción a que va de 0 a1. Un material = 0 es totalmente reflejante mientras que un material = 1 es totalmente absorbente. La corrección acústica consiste en reducir el tiempo de reverberación del local. 5.5.2. ‰

‰

Materiales y características Lana de vidrio para paredes interiores y pisos flotantes. La lana de vidrio, constituida por fibras finas y largas, responde perfectamente a las exigencias de amortiguación acústica elevada y de gran elasticidad solicitadas en estas aplicaciones. Poliestireno expandido para pisos flotantes. Es importante especificar la utilización de poliestireno expandido elastificado, con módulo de rigidez dinámica bajo, y no utilizar el poliestireno expandido común, ya que el módulo de rigidez dinámica de éste, es elevado, oscilando entre 6 y 20 kgf/cm3, según su espesor.

138 ‰

‰

5.5.3.

Espumas celulósicas: dadas sus características y su modo de aplicación, este material recubre por completo los perfiles de la estructura y las instalaciones, otorgándoles rigidez y un mayor control de las vibraciones. Además, la ACP no se desmorona con el tiempo evitando los posibles puentes acústicos generados por la degradación de material de aislación. Siendo que por donde pase el aire, el sonido va a pasar, el control de la infiltración de aire es un factor importante a tener en cuenta para el acondicionamiento acústico. La espuma celulósica proyectada funciona como un eficaz sellador. Espumas poliuretánicas: La espuma de poliuretano se proyecta en estado cremoso y expande de 2 a 3 veces su volumen inicial en el caso de los monocomponentes y 6 a 8 veces el volumen de aplicación para los bicomponentes. Por lo tanto, al igual que la espuma celulósica, este material se adhiere a la estructura y rellena cavidades, reduciendo así las vibraciones, el puente acústico, y las zonas de infiltración de aire y sonido. Ubicación habitual

En lo que al sonido refiere, el modo de lograr un nivel de confort requerido en un ambiente, éste deberá estar aislado acústicamente en todo su perímetro. En el caso de aquellos cerramientos que limitan el exterior y sean aislados térmicamente, el mismo material cumplirá una doble función: termo acústica. Por lo tanto, el acondicionamiento acústico referirá específicamente a la aislación de paredes y entrepisos que delimiten ambientes interiores contiguos. Paredes interiores De modo de obtener el efecto masa- resorte- masa en las paredes interiores, se colocará en la cavidad entre los montantes un material flexible, en general lana de vidrio (en rollo o proyectada) o espuma celulósica. Ver figura 5.17.

Figura 5.17. Aislación acústica en paredes interiores.

139 La instalación de la lana de vidrio en rollo debe ejecutarse previamente a la fijación de las placas de terminación interior. En el caso de los materiales proyectables, en cambio, será necesario colocar las placas de una de las caras de la pared para obtener una superficie sobre la cual proyectar. Una vez colocadas las placas interiores se aplicará una junta de sellador, por ejemplo del tipo espuma poliuretánica, en la junta inferior entre placa y piso. En cuanto a las instalaciones que pasan por el interior de la pared, deberá evitarse la formación de “puentes térmicos”. Esto se logra alternando la ubicación en la pared los distintos elementos de las instalaciones, por ejemplo las cajas de electricidad, de modo que nunca estén en coincidencia, como se muestra en la figura 5.18.

Figura 5.18. Cajas de electricidad alternadas para evitar puentes térmicos. Entrepisos Para lograr el acondicionamiento acústico de un entrepiso será necesario, además de la aislación a los sonidos transmitidos por el aire, amortiguar los sonidos de impacto. Para la absorción del ruido aéreo se colocará, al igual que en los paneles, un material flexible entre los perfiles de la estructura, en este caso las vigas de entrepiso. Los materiales que se utilizan habitualmente para tal fin son la lana de vidrio (en rollo o proyectada) y la espuma celulósica. Como ya se ha mencionado anteriormente, para el control del sonido por impacto deberá aislarse la superficie transitable del entrepiso. El modo en que se materializa dicha aislación dependerá del tipo de terminación del entrepiso, sea éste húmedo o seco, como se explica a continuación. ‰

Húmedos: Pisos Flotantes Como ya se ha visto anteriormente, el contrapiso no debe apoyar directamente sobre la estructura si se desea disminuir la transmisión del sonido de impacto. Una solución adecuada para la aislación de los ruidos de paso en un entrepiso húmedo es la ejecución de un piso flotante que apoye sobre una capa amortiguadora, conformada por un material acústicamente aislante. Los materiales más comúnmente utilizados para tal fin son el poliestireno expandido y la lana de vidrio compacta y su solución constructiva ha sido explicada en el capítulo de Entrepisos. Además, para evitarse los “puentes acústicos” a través de la capa elástica, generalmente producidas al colarse el mortero, se colocará un film de polietileno, entre la capa aislante y el contrapiso. Igualmente, es necesario evitar que el contorno del contrapiso esté en contacto con los muros, para que el sonido no se

140 propague a través de éstos. Para ello se colocan a la altura del contrapiso, tiras del mismo material también aisladas mediante un film. ‰

Secos En el caso de los entrepisos secos también será conveniente interponer un material aislante entre la estructura y el diafragma de rigidización. El material habitualmente utilizado es a base de espuma poliuretánica impregnada con bitumen que se coloca sobre el ala superior de las vigas de entrepiso. Del mismo modo que en el entrepiso húmedo, para evitar el contacto directo entre diafragma y pared, se colocarán tiras verticales del mismo material. Ver figura 5.19.

Figura 5.19. Aislación acústica en entrepisos secos. Cuando la terminación superficial del entrepiso se realiza con alfombra, puede colocarse un material “bajo alfombra” que colabora con la absorción del sonido de impacto. 5.6. ÁTICOS VENTILADOS 5.6.1.

Conceptos básicos

Cuando una vivienda esta adecuadamente ventilada, se crea un flujo de aire positivo que permite que la vivienda respire y ayuda a impedir que se acumule la humedad. En climas cálidos, la ventilación adecuada del ático evita que se transmita el calor desde el cielorraso del ático (incluso si el ático esta aislado) hasta las habitaciones. En climas fríos, la ventilación adecuada impide que la humedad se condense en la aislación, en la estructura y en la cubierta del techo. Ver figura 5.20.

141

Figura 5.20. Áticos ventilados y no ventilados en diferentes condiciones climáticas. Conducción del calor a través de los áticos La radiación solar, especialmente en verano, aumenta la temperatura de la superficie del techo. Éste, a su vez, lo irradia dentro del espacio del ático generándose así una acumulación de calor dentro de ese ambiente. Sin una ventilación adecuada, la aislación térmica del cielorraso absorbe y retiene la mayoría del calor acumulado en el ático durante el día, dificultando la posibilidad de su liberación al aire nocturno. El calor residual se ira concentrando durante un periodo de días calurosos, elevando la temperatura de la aislación térmica y aumentando la radiación de calor hacia los ambientes inferiores. Por lo tanto, para prevenir el aumento de temperatura en los ambientes inferiores es necesaria una ventilación en el ático que prevea la circulación de un volumen suficiente de aire a través del espacio del ático, teniendo en cuenta las condiciones variables de intensidades y direcciones de los vientos que actúan sobre el edificio. Además, el aire de la ventilación deberá moverse de manera uniforme a lo largo de toda la superficie inferior del techo, evitando áreas discontinuas no ventiladas que acumulen calor. Transmisión de humedad y condensación dentro del ático En invierno, el aire del interior de una vivienda es más cálido y transporta mas vapor de agua que el aire frío y seco dentro del ático. Hay una fuerza natural, denominada presión del vapor, que determina la migración del vapor de agua desde zonas o materiales con alto porcentaje de humedad hacia otros donde la concentración de humedad en el aire es menor. El vapor de agua puede atravesar cielorrasos y materiales aislantes (e incluso barreras de vapor) y llegar al ático, donde se condensa rápidamente en los elementos estructurales más fríos. El volumen de vapor de agua transmitido al ático (espacio interior mas frío en invierno) puede ser tal, que al condensar en los elementos estructurales del techo, no sólo conduzca al deterioro de los mismos, sino que además gotee sobre la aislación térmica,

142 humedeciéndola. Al humedecerse, la aislación se comprime, reduciendo su capacidad aislante. El problema de la condensación se resuelve con una adecuada ventilación del ático. El sistema más efectivo será aquel que haga circular el mayor volumen de aire a través del ático, generando un flujo que atraviese uniformemente toda la superficie inferior del fenólico o fibrocemento. Esto se debe a que dicha superficie es la mas fría en el ático y la principal localización de condensación. Efectos del viento Existen dos fuerzas naturales que pueden transportar el aire a través del ático. Estas son, por un lado, la presión generada por el efecto de las fuerzas del viento sobre la vivienda y otra, el efecto térmico del aire cálido que se eleva hacia la cumbrera del ático. Ver figura 5.21.

Figura 5.21. Presión generada por el efecto de las fuerzas del viento. De estas fuerzas, el viento es la mas constante y generalmente la mas fuerte. A medida que se mueve alrededor y contra la estructura perimetral de la vivienda, se crean áreas de presión positiva y negativa. Cuando se conocen estas presiones, es posible colocar ventilaciones para la toma de aire en áreas de presión positiva y ventilaciones para la salida de aire en áreas de presión negativa asegurando un flujo de aire continuo. Efecto térmico Además del movimiento del viento, existe otra fuerza natural que afecta la ventilación en un ático; es el efecto térmico, causado por el bien conocido principio de que el aire caliente asciende. El aire dentro del ático es generalmente más cálido que el aire en

143 el exterior –durante el día- y tiende a ascender y salir por la cumbrera si hay una ventilación que se lo permita. Además, el aire dentro del ático circula por convección, el aire caliente asciende y el aire frío desciende al piso del ático. Una ventilación de salida en la cumbrera y otra de entrada en los aleros, facilitan este movimiento natural. Sin embargo, el efecto térmico no es una fuerza mayor en un sistema natural de ventilación. El efecto del viento es mayor, por lejos, incluso una pequeña brisa provee mas movimiento de aire a través de un ático correctamente ventilado que el efecto térmico. La inercia del aire Un factor extremadamente importante en el mantenimiento de una buena ventilación, es la inercia del aire. El aire en movimiento adquiere un momentum, parecido al del agua o cualquier otro objeto en movimiento, que tiende a mantenerlo moviéndose en la misma dirección. Si el sistema de ventilación en el ático esta correctamente diseñado, mantiene el movimiento del aire en la misma dirección. Esto permite el funcionamiento de la inercia del aire, que mantiene el flujo de aire constante, y provee más ventilación con menos viento. Por otro lado, el aire estático tiende a mantenerse así; se requiere más fuerza para iniciar el movimiento, que para mantenerlo una vez que ha empezado a moverse. Si las ventilaciones están ubicadas de manera tal que, a medida que el viento cambia su dirección, el flujo de aire a través del ático es revertido, habrá muy poca ventilación resultante. Si cada pocos minutos una ventilación de entrada del aire se convierte en una de salida, y viceversa, no será posible un flujo de aire continuo y efectivo. La inercia del aire será mejor utilizada cuando las ventilaciones de entrada y las ventilaciones de salida de aire, mantienen su condición de salida o entrada, independientemente de la fuerza y dirección del viento. Efectos sobre el diafragma del techo La acumulación de calor se da por efecto de la radiación, desde la placa de fibrocemento del techo hacia el piso del ático, o hacia la superficie de la aislación térmica. Por ello, el enfriamiento del fibrocemento anula este efecto, manteniendo una temperatura deseable dentro del ático. El problema de la condensación también se resuelve ventilando la cara inferior del fibrocemento. El techo es la estructura mas fría dentro del ático, ya que se encuentra en contacto con el aire exterior, y el vapor de agua condensa allí muy fácilmente. Mediante una buena ventilación en la superficie inferior del techo, el vapor se combina con el aire frío y seco, que lo transporta fuera del ático antes de que se condense y cause problemas. Un sistema de ventilación que transporte el aire a través del piso del ático o de la superficie de la aislación térmica del cielorraso y no lo haga a través del fibrocemento, no sólo no prevendrá la condensación sino que, además, removerá el calor de la aislación térmica, aumentando las pérdidas de calor de la vivienda. La aislación térmica deberá mantenerse a la mayor temperatura posible, mientras que el fibrocemento deberá estar lo más frío posible, pero siempre bien ventilado.

144 5.6.2.

Ubicación habitual

Ventilación de techo La ventilación de techo, a pesar de que puede ser instalada cerca de la cumbrera y así proveer una salida para el aire caliente, posee ciertas desventajas ( ver figura 5.22.): ‰ ‰ ‰

El área de circulación de aire es algo pequeña en relación al espacio que rodea inmediatamente la ventilación El aire entrará a través de algunas ventilaciones y saldrá por otras, dependiendo de las áreas de presión del viento en el techo. La infiltración de las condiciones climáticas del exterior puede ser un problema bajo estas circunstancias.

Figura 5.22. Ventilación de techo combinada con ventilación en los aleros. Para obtener un mejor rendimiento de este sistema, la ventilación en él se utiliza junto con otro tipo de ventilaciones. La instalación más típica, combina ventilaciones en el techo y en los aleros. El alero es una excelente ubicación de toma de aire para ventilación, por estar poco expuesto a la lluvia. Otra característica de los aleros es que la ventilación es paralela a la circulación del viento, independientemente de la dirección del mismo. Sin embargo, el sistema que combina aleros y techo no logra un flujo de aire uniforme, quedando, por lo tanto, grandes porciones del fenólico del techo sin ventilar. Además, debido al área libre neta que provee cada ventilación de techo, es imposible tener una ventilación de techo suficiente para balancear la ventilación en los aleros. El aire generalmente entra por un alero y sale por el otro, y un porcentaje de aire sube y sale por la ventilación del techo. Ventilación en tímpanos La ventilación en tímpanos ofrece un rango de ventilación tan limitado como el de una de techo, dependiendo en este caso el área ventilada de la dirección del viento.

145 Cuando el viento circula perpendicular a la cumbrera, cada rejilla de ventilación actúa como entrada y salida de aire. En este caso, los extremos del ático únicamente reciben ventilación. Cuando el viento es paralelo a la cumbrera, el aire entra por una rejilla y sale por la otra, descendiendo hacia el piso del ático en el medio del recorrido. De esta manera, la mayor parte de las placas de techo queda prácticamente sin ventilar. Si se utiliza, además de la ventilación de los tímpanos una ventilación en los aleros, el flujo del aire se transforma, permitiendo el movimiento del aire a través del piso del ático. Estos dos sistemas de ventilación, sin embargo, funcionan independientemente en vez de combinarse en un único sistema efectivo. Ver figura 5.23.

Figura 5.23. Ventilación en tímpanos. 5.7. SELLADORES 5.7.1.

Conceptos básicos

El desempeño efectivo del cerramiento exterior de una construcción se define frecuentemente por su habilidad para mantener al agua de la lluvia y demás elementos del ambiente exterior, fuera del edificio. En toda zona de contacto entre dos materiales existe una junta, que es un punto crítico para las infiltraciones de agua y de aire que se producen a través del cerramiento. Por lo tanto, es fundamental el correcto desarrollo del sellado de las juntas para proveer a la envolvente exterior de la resistencia a las inclemencias climáticas. El sellador de juntas es uno de los elementos necesarios para la integridad de una construcción, ya que brinda a la misma una protección duradera contra los factores climáticos del ambiente exterior y de esta manera permite el confort, tanto como el ahorro de la energía, dentro del edificio. En este punto se explican los procedimientos posibles para el diseño y desarrollo de una junta correctamente sellada, con respecto a los tipos de selladores más utilizados. Fundamentalmente, los selladores tienen 2 funciones: ‰

Establecer una barrera para evitar el paso de agua, aire, polvo, sonido, etc.

146 ‰

Unir dos soportes en movimiento, realizando así una unión elástica de gran estabilidad.

Por lo tanto, este material debe garantizar la reversibilidad de sus deformaciones con el tiempo y en las diferentes y continuamente variables condiciones de temperatura. 5.7.2.

Materiales y características

Existen diversos productos de alto rendimiento para el sellado de las juntas. En base a las propiedades de cada sellador se selecciona el más adecuado para cada aplicación específica. A continuación mencionamos algunos tipos de selladores y sus características principales, ejemplificando sus usos mas frecuentes: Tipo polisiloxano Los selladores del tipo polisiloxano, son conocidos más genéricamente con el nombre de Siliconas. Derivadas del cristal de roca de cuarzo, las siliconas son consideradas un producto inorgánico, y por lo tanto, tienen como una de sus características principales, un vida útil mínima de 10 años. Las siliconas presentan alta repelencia al agua, resistencia a la radiación ultravioleta, al ozono, y a la exposición a altas y bajas temperaturas; y por lo tanto a la acción de la intemperie. Las características fundamentales de estos selladores son: ‰ ‰ ‰ ‰

Alta versatilidad: Excelente adherencia sobre la gran mayoría de los materiales porosos así como sobre aluminio, acero y metales. Estabilidad: Una vez curado, el sellador de siliconas permanece flexible bajo variadas temperaturas sin rajarse o volverse quebradizo. Reacción: Estos selladores reaccionan con la humedad ambiente formando un elastómero de siliconas. Las siliconas se clasifican, según el tipo de cura y el módulo, de la siguiente manera: ‰ Tipos de cura: La cura puede ser Acética o Neutra, y estará determinada en cada caso por el tipo de substrato. El sellador de Cura Ácida se aplicará para superficies lisas mientras que el de Cura Neutra para superficies prosas. ‰ Módulo: El módulo es la capacidad de sellamiento de los selladores de siliconas. Pueden ser clasificados como selladores de alto (+-25%). medio (+50%) o bajo módulo (+100%, -50%).

Tipo poliuretano La espuma de poliuretano es un complejo polímero químico y según sean la cantidad de componentes, los selladores poliuretánicos se clasifican en: ‰

Selladores mono- componente: Son los selladores listos para su empleo y en caso necesario con la imprimación requerida. No tiene características como resistencia a raspaduras o velocidad de reacción.

147 ‰

Selladores bi-componentes: Son los selladores suministrados en forma de varios componentes, que deben mezclarse, de acuerdo con las instrucciones del fabricante, antes de su colocación en obra.

Dado que la espuma de poliuretano es combustible es necesario considerar su forma de utilización, sabiendo que no debe estar expuesto a temperaturas por sobre los 95ºC. Su utilización es ideal para eliminar los puentes térmicos y acústicos, ya que tiene excelentes características como aislante y sellador de infiltraciones de aire. Por lo tanto, es un material apto para rellenar cavidades de aberturas, exteriores e interiores, y zonas de puente acústico bajo zócalos entre habitaciones. Las características fundamentales de las espumas poliuretánicas son: ‰ ‰ ‰ ‰ ‰ ‰ ‰

5.7.3.

Gran eficiencia de aislación por unidad de espesor. Estabilidad dimensional. Resistencia a la humedad. Gran adherencia. Ductibilidad de trabajo. No requiere ventilación. Buena barrera para las infiltraciones de aire. Ubicación habitual

Para el sistema de Steel Framing se puede dividir el uso de selladores globalmente en dos diferentes ubicaciones de aplicación: ‰ ‰ ‰

Encuentro del sistema con otros materiales Discontinuidades dentro del sistema Juntas de dilatación

Previo a la aplicación del sellador la superficie debe ser limpiada y, en algunos casos, tratada con una imprimación. Losa de concreto Previo al montaje de los paneles sobre la platea se colocará un sellador para la junta acero-concreto. El sellador del tipo silicona se aplica mediante dos “líneas” sinuosas y paralelas (cocking) sobre la platea, en los tercios del ancho de la solera del panel y en todo el largo que el panel en cuestión tenga. Ver figura 5.24.

148

Figura 5.24. Sellador en losa de concreto También puede utilizarse como sellador un material a base de espuma poliuretánica impregnada con bitumen. Pared de mampostería El encuentro entre un panel exterior resuelto con Steel Framing y una pared de mampostería se resuelve como la figura 5.25.

Figura 5.25. Sellado de junta con pared de mampostería. Deberá preverse que la superficie de apoyo lateral del panel sea la más lisa posible. Para ello, podrá aplicarse sobre la pared de mampostería una faja vertical de revoque del ancho del panel de modo de absorber las posibles irregularidades de la pared. El sellador

149 del tipo silicona se aplica hacia el lado exterior y, dependiendo del tamaño de la junta, requiere de una masilla de estanqueidad. Juntas de Dilatación Las causas del movimiento pueden resumirse de la siguiente manera: ‰ ‰ ‰ ‰ ‰ ‰ ‰ ‰

Dilataciones térmicas: Diferenciales (soportes de naturaleza distinta). Periódicas (día – noche, verano – invierno) Solicitaciones mecánicas: Empuje del viento. Vibraciones (ondas sonoras). Movimientos del suelo (asentamiento, ondas sísmicas). Uso (apertura y cierre de las hojas)

Para poder realizar este sistema de sellado, es preciso disponer de un material que pueda aplicarse en forma fluida y que, posteriormente a su aplicación, pueda vulcanizarse en un material que reúna las siguientes condiciones: ‰

Trabajar alternativamente a tracción y a compresión, resistiendo la fatiga a esta deformación alternante, durante un número de ciclos.

‰

Resistir el envejecimiento producido por la intemperie y los rayos solares, también por un tiempo determinado de ciclos, teniendo en cuenta que este envejecimiento es más crítico por el hecho de estar sometido el material de fatiga, por el esfuerzo alternativo. Poseer adherencia suficiente sobre todos los elemento de la construcción que puedan servir de soporte.

‰

Las juntas pueden ser frontales o de recubrimiento y se dimensionarán con relación al trabajo que tiene que soportar. Ver figura 5.26.

150

Figura 5.26. Sellado en juntas de dilatación. 5.8.

ACABADO EXTERIOR TIPO EIFS

El significado de las siglas E.I.F.S. en inglés corresponden a: “Exterior Insulation and Finish System”, que en una traducción libre al Castellano sería: “Sistema de Aislación Exterior y Acabado Final”. El EIFS es un sistema multicapa que permite realizar cerramientos exteriores en construcciones nuevas, tanto como renovación de las existentes. El sistema se origina en Alemania después de la II Guerra Mundial, luego de la aparición en ese país de lo que hoy conocemos como E.P.S. (Expanded PoliStyrene) o “Poliestireno Expandido”. Este material de características ideales para la Aislación Térmica, tiene como desventaja que no puede quedar expuesto como revestimiento exterior, dado que no tiene la resistencia mecánica, ni la textura requerida para ese uso. De ahí que se comenzara a buscar una piel exterior que le agregue al EPS estas características necesarias para cualquier cerramiento exterior de una construcción. Si bien en Europa lo utilizo con distintos tipos de acabados desde esa época, recién en los años ’70 en los EEUU el Sr. Frank Morsili, fundador de la Empresa DRYVIT, desarrolla el sistema tal como lo conocemos en la actualidad. La denominación del sistema nos da una idea de sus características más destacables:

151 Aislación exterior: Cuanto más afuera de la pared exterior se encuentre la aislación, más eficiente será su performance. Acabado exterior: Piel con textura y color ilimitados, que agrega características mecánicas e hidrófugas. En general, la E.I.M.A (Exterior Insulation Manufacturers Association / Asociación de Fabricantes de EIFS de los EEUU), divide las pieles que revisten al EPS en dos tipos diferentes, según las siguientes características: 5.8.1. Sistemas tipo P.M. (Polymer Modified) La capa de aislacion generalmente es X.P.S. (Extruded PoliStyrene) o Poliestireno Extruido, con un proceso de fabricacion, una densidad, y otras características que lo diferencian del E.P.S.. La malla que se coloca en su capa de base para distribuir uniformemente las tensiones que se generan, es por lo general un tejido de alambre galvanizado, con trama hexagonal tipo gallinero. El espesor de la capa de base y del revestimiento final es de por lo menos 20 mm., teniendo una gran resistencia mecánica al impacto y la abrasión. Tanto la capa de base como el revestimiento final son una mezcla de áridos con ligantes cementicios, a los que se los modifica con el agregado de un pequeño porcentaje de Polímetros Acrílicos. Su capacidad de absorber dilataciones y contracciones es pequeña, por lo que se hace necesario colocar juntas de dilatación. Dado su espesor y poca plasticidad, no es apropiado para la ejecución de molduras. Para un mayor detalle del sistema P.M. ver figura 5.27.

Figura 5.27. Sistema EIFS tipo Polymer Modified. 5.8.2. Sistema tipo P.B. (Polymer Based) La capa de aislacion generalmente es E.P.S. (Expanded PoliStyrene) o Poliestireno Expandido, con un proceso de fabricacion, una densidad, y otras características que lo diferencian del X.P.S. (Extruded Polistyrene o Poliestireno Extruido). La malla que se coloca en su capa de base para distribuir uniformemente las tensiones que se generan, es un tejido de fibra de vidrio, con trama ortogonal tipo mosquitero. El espesor de la capa de base y del revestimiento final es de unos 4 mm., teniendo muy poca masa y por lo tanto muy poca inercia térmica.

152 La capa de base es una mezcla en partes iguales en peso de Polímeros Acrílicos con cemento Portland tipo I, resultando en una mezcla completamente hidrófuga y muy plástica para su aplicación. Su capacidad de absorber dilataciones y contracciones es importante, por lo que no se necesita colocar juntas de dilatación. Es esta capa de base la que le otorga al sistema la característica de hidrófugo tipo “barrera”, dado que no es por masa o espesor que se impide el paso del agua, sino por la continuidad con se aplica esta capa, envolviendo toda la superficie del cerramiento exterior. El revestimiento final es una mezcla de áridos de distinto diámetro, que le dan la textura, con Polímeros Acrílicos, que le dan una gran elasticidad, y pigmentos que le otorgan el color. Dado su poco espesor y gran plasticidad, es apropiado para la ejecución de molduras, formas, etc. Ver figura 5.28.

Figura 5.28. Sistema EIFS tipo Polymer Based. 5.8.2.1.

Usos habituales del Sistema EIFS (P.B)

Renovación de fachadas: El sistema EIFS es especialmente eficiente para la renovación de fachadas existentes a las que se les deba modificar su estilo, forma, color y/o textura, o reparar su condición de impermeabilidad ante la aparición de rajaduras, grietas, revoques saltados, etc. Todo esto podrá realizarse sin la necesidad de interrumpir las actividades que se desarrollen en el interior de esa construcción, y sin agregar carga por peso propio a la estructura resistente calculada originalmente para el cerramiento exterior existente. Esto es posible dado que no hace falta demoler el cerramiento existente, sino que el EIFS es una “piel” que se le aplica sobre este, con muy bajo peso propio. Cerramientos Exteriores: Para aquellas construcciones nuevas donde se necesite ejecutar un cerramiento exterior con una alta prestación en sus posibilidades estéticas, térmicas, y de bajo peso propio, el EIFS es un sistema muy apropiado. En el caso de las estructuras de Steel Framing donde los puentes térmicos son un problema importante a resolver, la utilización de este sistema resuelve este efecto no deseado debido a la aplicación de una capa continua de EPS por fuera de los perfiles, obteniéndose una aislacion térmica continua. En otros métodos, en los que se aísla térmicamente la cavidad de la pared en el espacio que separa los perfiles, la aislación pierde la continuidad al llegar al alma de los mismos, sin cubrir su ala exterior.

153 5.8.2.2

Componentes del sistema EIFS (PB)

Los principales componentes se mencionan en orden desde el emplacado del tabique cara exterior interior hasta el acabado final: ‰ Placa de fibrocemento ‰ E.P.S. (Poliestireno Expandido) ‰ Base Coat (Capa de Base) ‰ Malla de Refuerzo (Mesh) ‰ Finish Coat (Revestimiento Final) Placa de fibrocemento: Es aquella superficie sobre la que se aplicaran las demás “capas” del sistema, debiendo este tener la suficiente capacidad estructural como para resistir los empujes laterales con una deflexión menor a L/240 (ejemplo.: viento), y soportar sobre sí, el peso propio del nuevo revestimiento. Esto se debe a que la “elasticidad” del mismo, es limitada. Valores mayores que los especificados pueden llegar a generar fisuras que traerán problemas estéticos, de resistencia al paso del agua, o inclusive de delaminación. Si el substrato no es lo suficientemente plano (máximo 5 mm. en una superficie de diámetro 1 m), habrá problemas para adherirle la plancha de EPS, o esta “copiará” la protuberancia o depresión del mismo. Si los distintos materiales que componen el substrato no se encuentran solidamente unidos, es posible que existan problemas de delaminación del sistema, ya que este quedo adherido a una capa que se encuentra ya “despegada” del substrato. E.P.S. : Son planchas de Poliestireno Expandido de 60 cm. x 120 cm. y 20 mm. de espesor (mínimo), con una densidad de 15 kg/m3 (fácilmente “lijable” y de mayor “resiliencia” que uno más denso), tipo “F” (difícilmente inflamable según normas AAPE). Se pueden utilizar otras medidas de planchas aunque en obra estas se hacen muy difíciles de manejar (mayor desperdicio). El EPS es un componente fundamental en el sistema, dado que es el elemento que permite absorber (resiliencia) las tensiones que se crean en la piel por dilatación y contracción de la misma ante los cambios de temperatura. Se debe tener presente que la “Piel” del sistema es muy fina (de 4 a 7 mm.), y por lo tanto, tiene muy poca masa y muy poca inercia térmica. Esto significa que pequeños cambios de temperatura serán “copiados” por la piel en forma casi instantánea produciéndose tensiones por contracción y dilatación. Dado que el EPS aísla térmicamente al substrato, este no sufre variaciones dimensionales, por lo que el EPS debe tener la capacidad (Resiliencia) de estar firmemente vinculado en una de sus caras al substrato sin movimiento, y en la otra, la piel poder dilatarse y contraerse libremente. Debido al proceso de fabricación de las planchas y a la necesidad de “reaplanar” hasta cierto punto el plano de un substrato, se deben lijar siempre las planchas de EPS 24 horas después que estas se adhirieron al substrato con adhesivo, o en forma inmediata, si se utilizo fijación mecánica. Para obtener la “Resiliencia” necesaria y poder además reaplanar las superficies, el espesor que debe tener el EPS como mínimo en cualquier parte de la superficie es de 20 mm. Base Coat (capa de base) : Es una mezcla en partes iguales (por peso) de Polímeros Acrílicos con Cemento Portland tipo I (50 % de cada uno en peso), que aplicados en forma continua sobre el EPS, forman una barrera contra el paso del agua a través del sistema. Sobre esta capa se aplica el Finish Coat o Revestimiento Final. En muchos casos este material es el mismo que se utiliza también como adhesivo del EPS al substrato. Esta capa tiene de 2 a 5 mm. de espesor. Si bien todas las capas que forman el sistema tienen

154 características hidrófugas, es el Base Coat la verdadera y principal barrera contra el paso del agua a través del sistema. Posee resistencia al impacto gracias al componente de cemento y la malla de refuerzo que se encuentra embebida en la Capa de Base. Debe tener una superficie lisa dada su gran plasticidad la cual es posible lograr durante su aplicación una superficie continua y lisa sobre la que se aplicara el Finish Coat o Revestimiento Final. Es una base adhesiva ya que: esta misma mezcla de Polímeros Acrílicos y cemento Portland tipo I se utiliza también como adhesivo para fijar el EPS al substrato. Malla de Refuerzo (Mesh): tramado balanceado de fibras de vidrio que embebidas en el Base Coat le otorgan capacidad de absorber impactos, al mismo tiempo que distribuyen en toda la superficie las tensiones que se generan en ese plano. Finish Coat (Revestimiento Final): Mezcla de áridos de distinto tipo y diámetro, pigmentos que le otorgan color, y Polímeros Acrílicos que actúan de ligantes. Las distintas combinaciones de áridos, pigmentos y formas de aplicación, brindan una gran variedad de texturas y colores a esta capa que, por ser la final, es la que queda a la vista. Al conjunto de capas formado por el Base Coat, la Malla y el Finish Coat se le denomina “Piel”. Ver figura 5.29.

Figura 5.29. Componentes separados del sistema E.I.F.S. tipo Polymer Based. 5.8.3.

Ventajas Constructivas del E.I.F.S.

La mejor manera de no cometer errores al utilizar este sistema de acabado exterior es entender el comportamiento y la función de cada uno de sus componentes en forma individual, y como parte integrante del conjunto. Si bien el EIFS tiene grandes aplicaciones para el reciclado de fachadas, no importa con que sistema o materiales estén construidas estas, aquí nos referiremos solamente a su aplicación en construcciones de Steel Framing. Entre algunas ventajas constructivas del E.I.F.S. se muestra a continuación:

155 Gran capacidad de aislación térmica por fuera de la estructura, evitando los puentes térmicos que se podrían producir en el ala de los perfiles, para determinadas condiciones de temperatura. Aunque el interior de la pared perimetral habitualmente contiene algún tipo de aislación térmica, esta no aísla la cara exterior del perfil, por lo que se hace necesario colocar algún tipo de aislación por fuera de los mismos. Los acabados más comunes que resuelven este problema son: Sidings (cualquiera sea su tipo), colocado por sobre planchas de EPS o una pared de mampostería separada por una cámara de aire de la pared metálica. Esta última podrá ser a la vista o revocada, con el inconveniente que para lograr la terminación de revoque se debe efectuar la base de mampostería (ladrillo común o cerámico). Si bien esta pared mixta no tiene problemas de puentes térmicos para la mayor parte de los climas de nuestro país, esta no sólo es una tarea “húmeda” sino que además es “pesada y lenta” comparada con los otros componentes habituales del Steel Framing. Para aquellos Proyectos con acabados tipo revoque que por una razón u otra deban ser ejecutados en forma “seca, liviana, rápida, con formas exteriores elaboradas y con posibilidad de tener grandes superficies sin juntas, la mejor opción a lo tradicional es el EIFS. Esta “piel” que por sobre el E.P.S. conforman el Base Coat, la Malla y el Finish Coat, tiene la capacidad de resistir el paso del agua exterior, permitir el paso del vapor de agua a través de ella, y la capacidad de absorber las tensiones que por dilatación y contracción se producen en su plano, sin necesidad de juntas de trabajo y sin que aparezcan micro fisuras. 5.8.4. ‰

Reglas básicas para una correcta aplicación Utilizar planchas de E.P.S. del tipo “F” (difícilmente inflamables), de 25 mm. de espesor como mínimo y una densidad de 15 kg/m3. Las planchas de mayor densidad tienen el inconveniente, además de ser más costosas, de ser más difíciles de lijar. Ver figura 5.30.

Figura 5.30. Plancha de E.P.S. tipo F ‰

Colocar las planchas de E.P.S. trabando las hiladas horizontales entre sí, tanto en el plano de la pared como en las esquinas exteriores e interiores. Ver figura 5.31.

156

Figura 5.31. Colocación de planchas de E.P.S. trabadas. ‰ ‰

Lijar el E.P.S. para evitar que el Base Coat y el Finish Coat “copien” las irregularidades del mismo. El lijado no debe ser excesivo. Superponer los bordes de la Malla de refuerzo entre rollo y rollo. Ver figura 5.32.

Figura 5.32. Superposición de los bordes de la malla de refuerzo. ‰

Colocar refuerzos de Malla en los vértices de los vanos para absorber las tensiones concentradas en los mismos. Ver figura 5.33.

Figura 5.33. Refuerzos de malla en vértices de vanos. ‰

Ejecutar el “Backwraping” o volcado sobre los bordes de terminación de las planchas de E.P.S. Ver figura 5.34.

157

Figura 5.34. Backwraping sobre los bordes de las placas de E.P.S. ‰ ‰ ‰

No dejar los baldes de Base Coat o Finish Coat expuestos a la intemperie con temperaturas por debajo de los 4° C. o por encima de los 35 ° C. No aplicar el Base Coat o el Finish Coat sobre una pared cuando esté expuesta al sol fuerte, para que no se altere el tiempo de fragüe necesario de los materiales. Respetar la proporción en peso de la mezcla de 50 % de Base Coat sacado del balde y 50 % de Cemento Pórtland tipo I. Ver figura 5.35.

Figura 5.35. Proporción en peso de la mezcla de Base Coat y Cemento Pórtland. ‰ ‰

‰ ‰ ‰

Mezclar correctamente el Base Coat, evitando el exceso o la falta de batido, con la paleta mezcladora adecuada. No usar marcas distintas de Cemento en una misma aplicación, para evitar que el color del Base Coat tenga distintos tonos de gris, que luego se “mapearán” en un sobre tono del Finish Coat. No aplicar el Finish Coat sobre el Base Coat hasta que éste no haya secado completamente (24 hrs.), ni mientras llueva, aunque sea moderadamente. Si bien existen distintas maneras efectuar el frotachado del Finish Coat para igual o diferente textura a lograr, todos los operarios deben hacerlo con el mismo sentido. Si bien el Finish Coat se aplica tal cual como viene en el balde, su estibado o transporte puede producir una decantación de los áridos que contiene el mismo, por lo que es necesario batirlo previamente a la aplicación.

158

CAPITULO VI DISEÑO Y MONTAJE DE LA ESTRUCTURA 6.1. DISEÑO POR VIENTO La finalidad de este apartado es presentar los procedimientos necesarios para determinar las velocidades de diseño por viento que deberán emplearse para el diseño estructural de una vivienda unifamiliar construida en el Perú con el sistema de acero liviano. Todas las fórmulas se basan en la norma de diseño de la Comisión Federal de Electricidad de México y se aplican al caso de Perú. 6.1.1.

Clasificación de la estructura según su importancia

Según su importancia una construcción ejecutada con acero laminado, pertenece al grupo B, estructuras para las que se recomienda un grado de seguridad moderado. Se encuentran dentro de este grupo aquellas que en caso de fallar, representan un riesgo de pérdidas de vidas humanas y que coaccionarían daños materiales de magnitud intermedia. Este es el caso de plantas industriales, bodegas ordinarias, gasolineras (excluyendo los depósitos exteriores de combustibles pertenecientes al grupo A), Comercios restaurantes, edificios de apartamentos u oficinas, hoteles, bardas cuya altura sea mayor de 2.5 metros y todas las construcciones cuya falla por viento pueda poner en peligro a otras de esta clasificación o de la anterior. Se incluyen también salas de reunión o de espectáculos y estructuras de depósitos, urbanas o industriales, no incluidas en el Grupo A, así como todas aquellas construcciones que forman parte de plantas generadoras de energía y que, en el caso de fallar, no paralizarían el funcionamiento de la planta. Asimismo, se consideran en este grupo las subestaciones eléctricas y las líneas y postes de transmisión de menor importancia que las del grupo A. 6.1.2.

Clasificación de las estructuras según su respuesta al viento

Se clasifican como tipo 1, estructuras poco sensibles a las ráfagas y a los efectos dinámicos del viento. Abarca todas aquellas en las que la relación de aspectos λ es menor a cinco y cuyo periodo natural de vibración es menor o igual a un segundo. Pertenecen a este tipo, por ejemplo, la mayoría de los edificios para habitación u oficinas, bodegas, naves industriales, teatros y auditorios, puentes cortos y viaductos. También incluye las construcciones cerradas con sistemas de cubierta suficientemente rígidos, es decir, capaces de resistir las cargas debidas al viento sin que varíe esencialmente su geometría. 6.1.3.

Categoría del terreno según su rugosidad y la clase de estructura

Tanto en el procedimiento de análisis estático como en el dinámico intervienen factores que dependen de las condiciones topográficas y de exposición locales del sitio en donde se ejecutará la construcción, así como del tamaño de ésta. Por lo tanto, a fin de evaluar correctamente dichos factores, es necesario establecer clasificaciones de carácter práctico. En la tabla 6.1. se consignan cuatro categorías de terrenos atendiendo al grado de rugosidad que se presenta alrededor de la zona de desplante. La tabla 6.1. divide a las estructuras y a los elementos que forman parte de ellas en tres clases, de acuerdo con su tamaño. Ver tabla 6.1. y 6.2.

159 Tabla 6.1. Categoría del terreno según su rugosidad. CATEGORIA DESCRIPCION EJEMPLOS LIMITACIONES

1

2

Terreno abierto, prácticamente plano y sin obstrucciones.

Franjas costeras planas, zonas de pantano, campos aéreos, pastizales y tierras de cultivo sin setos o bardas alrededor. Superficies nevadas planas.

La longitud mínima de este tipo de terreno en la dirección del viento debe ser de 2000 m o 10 veces la altura de la construcción por diseñar, la que sea mayor.

Terreno plano u ondulado con pocas obstrucciones.

Campos de cultivo o granjas con pocas obstrucciones tales como setos o bardas alrededor, árboles y construcciones dispersas.

Las obstrucciones tienen alturas de 1.5 a 10 m., en una longitud mínima de 1500m.

Terreno cubierto por numerosas obstrucciones estrechamente espaciadas.

3

Terreno con numerosas obstrucciones largas, altas y estrechamente espaciadas.

4

Áreas urbanas, suburbanas y de bosques, o cualquier terreno con numerosas obstrucciones estrechamente espaciadas. El tamaño de las construcciones corresponde al de las casas y viviendas

Centro de grandes ciudades y complejos industriales bien desarrollados.

Las obstrucciones presentan alturas de 3 a 5 mts. La longitud mínima de este tipo de terreno en la dirección del viento debe ser de 500m. o 10 veces la altura de la construcción, la que sea mayor. Por lo menos el 50% de los edificios tienen una altura mayor a los 20 m. Las obstrucciones miden de 10 a 30 mts de altura La longitud mínima de este tipo de terreno en la dirección del viento debe ser la mayor entre 400 mts y 10 veces la altura de la construcción.

Tabla 6.2. Clase de estructura según su tamaño CATEGORIA DESCRIPCION

A

B C

Todo elemento de recubrimiento de fachadas, de ventanerías y de techumbres y sus respectivos sujetadores. Todo elemento estructural aislado, expuesto directamente a la acción del viento. Asimismo, todas las construcciones cuya mayor dimensión, ya sea horizontal o vertical, sea menor que 20 mts. Todas las construcciones cuya mayor dimensión, ya sea horizontal o vertical, varíe entre 20 y 50 mts. Todas las construcciones cuya mayor dimensión, ya sea horizontal o vertical, sea mayor que 50 mts.

160 6.1.4.

Velocidad VR para el período de retorno requerido de 50 años.

Ver figura 6.1.

Figura 6.1. Mapa de isotacas para VR de 50 años

161 6.1.5.

Factor de exposición

Fα = Fc . Frz

Ec. 6.1.

El coeficiente Fα refleja la variación de la velocidad del viento con respecto a la altura Z. Asimismo, considera el tamaño de la construcción o de los elementos de recubrimiento y las características de exposición. Fc = Factor que determina la influencia del tamaño de la construcción. Ver tabla 6.3. Frz = Factor que establece la variación de la velocidad del viento con la altura Z en función de la rugosidad del terreno de los alrededores. Tabla 6.3. Factor de tamaño Fc CLASE DE ESTRUCTURA A B C

Fc 1.0 0.95 0.90

El factor de rugosidad y altura Frz se obtiene según las siguientes expresiones: Frz Frz Frz

= 1.56 (10/δ)α = 1.56(Z/ δ)α = 1.56

si Z≤10 si 10
Ec. 6.2. Ec. 6.3. Ec. 6.4.

Donde: δ = Altura, medida a partir del nivel del terreno de desplante, por encima de la cual la variación de la velocidad del viento no es importante y se puede suponer constante; a esta altura se le conoce como altura gradiente; δ y Z están dadas en metros. α = Exponente que determina la forma de la variación de la velocidad del viento con la altura y es adimensional. Los coeficientes δ y α están en función de la rugosidad del terreno (tabla 6.1). En la tabla 6.4 se consignan los valores que se aconsejan para estos coeficientes. CATEGORIA DE TERRENO 1 2 3 4 6.1.6.

Tabla 6.4. Valores de δ y α α CLASE DE ESTRUCTURA A B C 0.099 0.101 0.105 0.128 0.131 0.138 0.156 0.160 0.171 0.170 0.177 0.193

Velocidad de diseño (VD)

Está dada en Km./h y la obtendremos de la siguiente fórmula: VD = FT.Fα .VR

Ec. 6.5.

δ (m) 245 315 390 455

162 Donde: = Factor que depende de la topografía del sitio, adimensional, FT Fα = Factor que toma en cuenta el efecto combinado de las características de exposiciones locales, tamaño de la construcción y de la velocidad con la altura, adimensional. Ver inciso 6.1.5. VR = Corresponde a la velocidad regional al sitio donde se construirá la estructura, Km/h. 6.1.7.

Factor de topografía FT

Este factor toma en cuenta el efecto topográfico local del sitio en donde se desplantará la estructura. Así, por ejemplo, si la construcción se localiza en las laderas o cimas de colinas o montañas de altura importante con respecto al nivel general del terreno de los alrededores, es muy probable que se generen aceleraciones del flujo del viento y por consiguiente, deberá incrementarse la velocidad regional. Ver tabla 6.5. SITIOS Protegidos Normales

Expuestos

6.1.8.

Tabla 6.5. Factor de topografía local, FT TOPOGRAFÍA Base de promontorios y faldas de serranías del lado de sotavento. Valles cerrados Terreno prácticamente plano, campo abierto, ausencia de cambios topográficos importantes, menores que 5%. Terrenos inclinados con pendientes entre 5 y 10%, valles abiertos y litorales planos. Cimas de promontorios, colinas o montañas, terrenos con pendientes mayores que 10%, cañadas cerradas y valles que formen un embudo o cañón, islas.

FT 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2

Corrección de densidad g, y obtención de la presión dinámica

qz = 0.0048 GVD2

Ec. 6.6.

Donde: G = Factor de corrección por temperatura y por altura con respecto al nivel del mar, adimensional. VD = Velocidad de diseño, en Km/hr, definida en el inciso 6.1.6. qz = Presión dinámica de base a una altura Z sobre el nivel del terreno en kg/m2

G=

0.392Ω 273 + τ

Ec. 6.7.

Donde: Ω = Presión barométrica, en mm. de Hg, y τ = Temperatura ambiental en ° C. En la tabla 6.6. se presenta la relación entre los valores de la altitud, hm, en metros sobre el nivel del mar, msnm, y la presión barométrica, Ω. NOTA: En caso de no contar con τ se puede hacer una aproximación de G con la siguiente fórmula, donde “h” es la altura del lugar sobre el nivel del mar (kmsnm) en km..

163

G=

8+h 8 + 2h

Ec. 6.8. Tabla 6.6. Relación entre altitud y la presión barométrica. ALTITUD (msnm) PRESIÓN BAROMÉTRICA 0 760 500 720 1000 675 1500 635 2000 600 2500 565 3000 530 3500 495

Nota: Se puede interpolar para valores intermedios de la altitud, hm. 6.1.9.

Fuerzas sobre construcciones cerradas

Las fuerzas que se ejercen sobre los elementos de estructuras cerradas, muros y techos, serán las resultantes de las presiones actuantes sobre sus superficies exteriores e interiores y deberán de calcularse de acuerdo con la siguiente ecuación: Fe = Pz . Az

Ec. 6.9.

con: Pz = (Pe – Py) para construcciones cerradas. o: Pz = Pn para el caso en que se aplique la presión neta. en donde: Fe = Fuerza del viento que actúa perpendicularmente a la superficie de un elemento de la construcción, en kg. Pz = Presión de diseño a la altura Z, en kg/m2. Pe = Presión exterior, en kg/m2. Az = Área de la estructura, o parte de ella, en m2, a la altura Z, sobre la que actúa la presión de diseño, Pz. Ella corresponderá: ‰

‰

‰

Una parte de alguna de las superficies de la construcción; la presión de diseño que corresponde a una velocidad y dirección del viento dada, se verá afectada por el coeficiente de presión, Cp, el cual a su vez depende de la forma de la estructura. A la superficie de la construcción o de un elemento estructural, proyectada sobre un plano normal al flujo del viento; la presión de diseño se verá afectada por el coeficiente de arrastre, Ca, según la forma de la construcción o del elemento estructural, A las superficies que se indiquen en los incisos correspondientes cuando se empleen coeficientes de fuerza, Cf, o coeficientes de presión neta, Cpn, para evaluar la fuerza total de diseño.

164 Las fuerzas y los momentos de volteo totales que actúan sobre una construcción deberán obtenerse sumando los efectos de las presiones exteriores e interiores, o de las presiones netas, que se presentan sobre sus superficies. Presión exterior Pe.- Sobre una de las superficies de una construcción cerrada se calculará utilizando la siguiente ecuación:

Pe = Cpe.KA.KL.qz

Ec. 6.10.

Donde: Pe = Presión exterior, en kg/m2. Cpe = Coeficiente de presión exterior, adimensional. Ver tablas 6.7, 6.8 y 6.9. KA = Factor de reducción de presión por tamaño de área, adimensional. Ver tabla 6.10. KL = Factor de presión local, adimensional. qz = La presión de base del viento, en kg/m2, calculada en el punto 6.1.8. Tabla 6.7. Coeficiente de presión exterior, Cpe, para muros en barlovento y sotavento de construcciones con planta rectangular cerrada.

Notas: 1. Se puede interpolar para obtener valores intermedios de d/b y γ 2. Esta tabla se aplica con la ayuda de la figura 6.2. Donde: d: Longitud del muro paralelo a la dirección del viento. b: Longitud del muro ortogonal a la dirección del viento. Tabla 6.8. Coeficiente de presión exterior, Cpe, para zonas de muros laterales de construcciones con planta rectangular cerrada.

Notas: 1. La tabla se aplica con ayuda de la figura 6.3. 2. La distancia horizontal se determina en función de la altura de la construcción, H, la cual se calcula según la figura 6.2.

165 Tabla 6.9. Coeficiente de presión exterior, Cpe, para zonas de techos de construcciones con planta rectangular cerrada.

Notas: 1. Esta tabla se utiliza con ayuda de las figuras 6.2. y 6.3. 2. Cuando se muestren dos valores, el techo deberá diseñarse para el más desfavorable, ya que debido a la turbulencia del viento, el techo puede estar sometido a presiones positivas o negativas. Asimismo deben de considerarse las diferentes combinaciones de presiones exteriores e interiores a fin de utilizar la condición más adversa en el diseño. 3. Si se requieren valores del coeficiente de presión correspondientes a valores intermedios de γ, y de la relación H/d, puede realizarse interpolación lineal, la cual se llevará a cabo entre valores del mismo signo. Tabla 6.10. Factor de reducción, KA, para techos y muros laterales.

Nota: Puede interpolarse para valores intermedios del área tributaria A. El factor de presión local, KL, se obtendrá de la tabla 6.11. y afectará solo a las presiones exteriores, las cuales a su vez se combinarán con las interiores. Sin embargo, se tomará como 1.0 si la combinación de presiones exteriores e interiores resulta así más desfavorable.

166 La presión exterior, Pe, se verá afectada por el factor KL cuando se diseñen los siguientes elementos de una construcción dada: ‰ ‰ ‰

Recubrimiento de muros y techos. Elementos que soportan los recubrimientos (tales como largueros). Dispositivos de sujeción de los recubrimientos.

Cuando se diseñe la estructura principal de la construcción o se trate de muros de sotavento, este factor también será igual a la unidad. Tabla 6.11. Factor de presión local, KL, para recubrimientos y sus soportes.

Notas: 1. Los casos 2, 3 y 4 son alternativas y no se aplican simultáneamente. 2. Para techos de edificios bajos que se encuentren adyacentes a edificios altos, y para construcciones altas que tengan muros con bordes inclinados o con salientes, expuestos a condiciones de alta turbulencia, un factor de presión local con un valor de 3.0 no resulta conservador. Estas situaciones están fuera del alcance de esta tabla. 3. Cuando se presenten presiones positivas (empujes) en zonas de techos, el valor de KL será igual a uno. 4. El área de afectación debe compararse con la tributaria para definir en que áreas se aplican los valores de KL que aquí se indican. 5. Cuando γ sea menor que diez grados, la zona de afectación del techo se definirá como si éste fuese horizontal, por lo que el factor de presión local no se aplicará en la zona de cumbrera. Cuando el área de un elemento de recubrimiento, o de un miembro de soporte de éste, exceda las áreas de afectación dadas en la tabla 6.11. el factor de presión local, KL, será igual a 1.0 para el área restante de dicho elemento.

167 Al aplicar el factor de presión local, el límite negativo del producto KL. Cpe será de -2.0 Presiones interiores.- La presión interior, Pi se calculará utilizando la siguiente expresión:

Pi = Cpi . qz Donde : Pi = La presión interior, en kg/m2 Cpi = Coeficiente de presión interior, adimensional. qz = Presión dinámica base, en kg/m2, (inciso 6.1.8.). Es importante remarcar que esta presión se considera constante sobre todas las superficies interiores de la construcción, y que para diseñar las estructuras y sus recubrimientos deberá de tomarse en cuenta que las presiones interiores actúan simultáneamente con las descritas anteriormente, debiéndose seleccionar la combinación de ellas que resulte más desfavorable. Los distintos valores del coeficiente de presión, Cpi, se dan en las tablas 6.12 (a) y 6.12 (b); la primera de ellas se aplica para el caso en que las superficies permiten pequeñas filtraciones al interior de la construcción -son permeables- mientras que la segunda es aplicable cuando existen aberturas de tamaño considerable sobre las distintas superficies que forman la estructura. En estas tablas se emplean conceptos esenciales que se definen junto con ellas. a)

Permeabilidad

Si en una estructura existen huecos o hendiduras que permiten que el flujo de viento penetre a su interior, entonces se presentan presiones interiores que pueden alcanzar magnitudes importantes o actuar simultáneamente con las exteriores provocando condiciones desfavorables, por lo que deberán tomarse en cuenta. La permeabilidad de una superficie se define como el cociente entre el área de las hendiduras y huecos, resultado de las tolerancias normales de la construcción, y el área total de esa superficie; dado que en la práctica es difícil evaluarla, en la tabla 6.12. (a) se incluyen diferentes casos que, en forma cualitativa, toman en cuenta la permeabilidad de las superficies expuestas. b)

Aberturas

Se consideran como tales las puertas y ventanas abiertas, ventilas para aire acondicionado y sistemas de ventilación, y aberturas en los recubrimientos, entre otras. c)

Aberturas dominantes

Se presentan sobre una superficie donde la suma de sus áreas excede la suma de las áreas de las aberturas de cualquiera de las otras superficies; una abertura dominante no necesariamente es grande. En regiones propensas a vientos de gran velocidad, las ventanas deberán considerarse como aberturas, a menos que sean capaces de resistir el impacto de una pieza de madera de 4Kg y 100 mm x 50 mm de sección transversal, que golpee a una velocidad de 15 m/s. Este requisito puede ser diferente en el caso de estructuras especiales, en cuyo caso deberá justificarse el empleo de otros valores.

168 Tabla 6.12 (a). Coeficiente de presión interna, Cpi, para construcciones con planta rectangular cerrada y muros permeables

Tabla 6.12 (b). Coeficiente de presión interior, Cpi, para construcciones de plantas rectangular cerrada y superficies con aberturas.

Nota: 1. Dado que en las tablas 6.8 y 6.9. el Cpe varía según la zona de la superficie para calcular el Cpi deberá considerarse un valor promedio de acuerdo con los casos de cada tabla. En función del tamaño y ubicación de las aberturas. Otra manera de seleccionar el coeficiente en esas tablas es localizar en la superficie en cuestión el centroide de las aberturas y tomar el valor correspondiente a esa posición.

169

Figura 6.2. Definición de parámetros de construcciones con planta cerrada.

170

Figura 6.3. Definición de zonas en muros laterales para aplicar los coeficientes de presión exterior.

171

Figura 6.4. Factores de presión local KL, para recubrimientos y sus soportes.

172 6.1.10

Determinación de presión lateral por fuerza de viento

1. Categoría del terreno por su rugosidad: 3 Consideramos una zona residencial en Piura, es decir un terreno cubierto por numerosas obstrucciones estrechamente espaciadas. Por lo tanto clasificamos el terreno en la categoría 3. 2. Clase de estructura según su tamaño: A Como el muro lateral tiene una longitud menor a 20 metros (15 m.), consideramos una estructura de categoría A. 3. Consideramos una velocidad regional para el periodo de retorno de 50 años = 80 km/h 4. Determinamos el factor de exposición: Fα = Fc Frz = 1 x 0.88 = 0.88 Fc = 1 por ser una estructura de clase A Frz = 1.56 (10/δ)α para z ≤ 10 m. Frz = 1.56 (10/390)0.156 ( Ver tabla de valores de α y δ) Frz = 0.88 5. Determinamos la velocidad de diseño VD VD = FT Fα VR = 1 x 0.88 x 80 = 70.4 km/h FT = Consideramos un factor de topografía normal, es decir un terreno prácticamente plano y ausencia de cambios topográficos importantes propios de una zona residencial. Por lo tanto FT = 1 Fα = 0.88 6. Cálculo de la corrección de densidad G, y obtención de la presión dinámica base qz qz = 0.0048 G VD2 = 0.0048 x 1 x 70.42 = 23.78 km / m2 G=

8+h 8+0 =1 = 8 + 2h 8 + 2 x 0

h = 0 considerando a Piura ubicada en la cota cero al nivel del mar. 7. Cálculo de la presión exterior Pe en kg/m2 Usamos la fórmula siguiente: Pe = C pe K A K L q z = 0.8x0.8x1.25x23.78 = 19.02 kg/m2 Cpe = Utilizamos una superficie a barlovento con una inclinación de techo cualquiera. Por lo tanto Cpe = 0.8 KA = Como el área tributaria lateral es mayor a 100 m2 usamos un factor de reducción KA = 0.8 KL = Presión externa de empuje para un muro en barlovento, entonces KL = 1.25 La dirección de análisis es perpendicular a la dirección del viento.

173 6.2. DISEÑO POR SISMO 6.2.1.

Introducción

Comúnmente los edificios y las estructuras civiles se ven sometidos a fuerzas laterales provocadas por acciones de viento y/o fenómenos sísmicos, aunque estos últimos de manera más eventual. Por su parte la acción sísmica ha sido un factor hasta cierto punto impredecible dentro de la proyección estructural. Mucho se ha trabajado en materia de prevención sísmica de tal manera que el conocimiento de la actividad de una región específica, desde el punto de vista geológico, es actualmente una herramienta valiosa en la evaluación del riesgo sísmico. Tal conocimiento es útil al estimar magnitudes, localización y frecuencia de posibles eventos. De la misma forma, conocer los movimientos característicos de una falla tectónica puede contribuir a anticipar las características de respuesta del suelo en las cercanías de la falla. Sin embargo, no logra eliminarse la incertidumbre de la ocurrencia sísmica para fines de diseño, bajo esta situación los esfuerzos de los investigadores en los últimos años se han encaminado al desarrollo de modelos lo suficientemente reales para la predicción de la respuesta de las estructuras bajo excitación dinámica. Es conocido que la energía de un sismo es disipada por medio de diferentes mecanismos dentro de las estructuras, de esta manera los efectos de las cargas laterales son distribuidos a los diferentes componentes estructurales. Uno de los factores más importantes que afecta la respuesta de las estructuras en condiciones sísmicas de carga es la ductilidad de sus miembros componentes. Ciertamente las estructuras sometidas a fenómenos sísmicos difícilmente conservan su comportamiento en el rango elástico, por lo que es importante contabilizar la capacidad que puedan desarrollar para disipar energía con niveles altos de deformación. Si se define la ductilidad como la relación entre la respuesta elástica máxima y la inelástica máxima independientemente de la intensidad de la carga entonces las estructuras que tienen valores altos de ductilidad pueden sostener grandes deformaciones plásticas y por lo tanto ofrecen mayor resistencia sísmica. En estas condiciones las componentes estructurales se pueden diseñar con niveles más bajos de capacidad resistente a las fuerzas laterales. 6.2.2

Análisis estructural

El análisis sísmico de cualquier estructura se basa en el equilibrio dinámico de los cuerpos estructurales como se ilustra en la figura 6.5. de acuerdo con el principio de D'Alemberg: en la que:

FI+FD+FS=F(t) FI = fuerza de inercia FD = fuerza de amortiguamiento. FS = fuerza que resiste el resorte.

Entonces: donde

ma+kv+cd=F(t) a = aceleración inercial de la masa. m = masa de la estructura. v = velocidad de desplazamiento. k = rigidez de la estructura. d = magnitud del desplazamiento.

174 c = constante de amortiguamiento de la estructura.

Figura 6.5. Equilibrio dinámico. Sistema de un grado de libertad sujeto a una fuerza horizontal. Cuando las estructuras se someten a una aceleración del terreno

Entonces:

F(t)=m(a+g) g = aceleración del terreno ma+kv+cd = -mg

Las estructuras se caracterizan por ciertas propiedades que definen su comportamiento bajo cargas laterales Estas propiedades involucran su masa y su rigidez. Como se mencionó anteriormente en las estructuras actúan mecanismos de disipación de energía cuando se presenta un evento sísmico. Estos mecanismos afectan el equilibrio dinámico de las estructuras por medio de amortiguamiento, que puede considerarse de varias formas. De este modo las fuerzas que se involucran en el equilibrio dinámico de una estructura son las fuerzas inerciales, derivadas directamente de la masa; la rigidez del sistema, las fuerzas de amortiguamiento y las fuerzas externas. Cada uno de estos parámetros pueden ser considerados de diferentes maneras y será decisión del diseñador tomar el criterio que más le favorezca. Por su parte la masa de las estructuras puede ser considerada puntual en cada entrepiso (modelo de masas concentradas). Por su parte la rigidez se evalúa en función de la geometría de las estructuras, de las propiedades de los materiales y de las secciones de diseño. Con respecto al amortiguamiento, este puede ser considerado como un factor empírico-experimental que afecta directamente los desplazamientos.

175 En el diseño sismorresistente de una estructura normalmente se consideran datos de movimientos sísmicos pasados. Estos datos se obtienen de gráficas Aceleración vs. Tiempo que comúnmente se conocen con el nombre de acelerogramas. Para el análisis de la vivienda de dos niveles, se usará la Norma Peruana de Estructuras E-030. Los metrados se resumen en la tabla 6.13. 6.2.3

Metrado de cargas

Tabla 6.13. Metrado de cargas para vivienda analizada de dos niveles. TIPO DE CARGA PESO EN KG/M2 COBERTURA FINAL Carga viva 100 Carga muerta 38.8 Carga total (CM+CV) 138.8 Teja andina 10 Superboard 6mm 8.3 Tijerales y canales omega 13 Plancha de yeso de 3/8” 7.5 ENTREPISO Carga viva 200 Carga muerta 257.5 Carga total (CM+CV) 457.5 Superboard 12mm 17 Estructura 13 Plancha de yeso 3/8” 7.5 Concreto 5 cm. 105 Piso terminado 100 Muros divisorios 15 A través del plano de arquitectura (ver apéndice planos) determinamos las áreas siguientes: Cobertura final 38.8 kg/m2+50% 100 kg/m2 = 88.8 kg/m2 Entrepiso 257.5 kg/m2+50% 200 kg/m2 = 357.5 kg/m2 Superficie de cobertura final (inclinada y volados) = 88.4 m2 Superficie de entrepiso = 83 m2 6.2.4

Análisis estático equivalente.

W2 = (Sup. cobertura final) (Carga de cobertura diseño por sismo) W1 = (Sup. entrepiso) (Carga entrepiso diseño por sismo) W2 = (88.4m2) (88.8 kg/m2) = 7849.92 kg. W1 = (83m2) (357.5 kg/m2) = 29672.5 kg. P = 37522.42 kg. ZUCS V= P R

176

Figura 6.6. Distribución de fuerzas de sismo en entrepiso y techo final. Determinando: Factor de zona Z = 0.4 Parámetro de suelo S = 1.2 Factor de uso U =1 Factor de amplificación sísmica C Tp 0.6 1.25 C = 2.5( ) 1.25 = 2.5( ) = 11.49 T 0.177 6.2 = 0.177 T= 35 C ≥ 2.5 ⇒ C = 2.5 La estructura tiene el mismo sistema resistente en las dos direcciones formadas por muros de corte. Sistema estructural R = 7 Aplicando los factores a la fórmula se tiene: ( ver tabla 6.14.) 0.4 x1x 2.5 x1.2 V= x37522.42 7 V = 6432.41kg.

Nivel Cobertura final Entrepiso Σ Wi

Tabla 6.14. Tabla resumen para fuerza lateral por sismo. Wi (kg) hi (m) Wi.hi (kg.m) Fi (kg) 7849.92 6.2 48669.504 2273.72 29672.5 3 89017.5 4158.68 37522.42 Σ Wi.hi 137687.004

Vi (kg) 2273.72 6432.41

177

Figura 6.7. Diagrama de cortante. Revisión de fuerzas sísmicas en direcciones ortogonales

En la figura 6.8. se observa la propuesta de muros por contraventear. Sentido Y

b ( ancho de contraviento)

Muro 1 Muro 2 Muro 3 Muro 4 Muro 5

2.0 mts. 2.0 mts. 2.0 mts. 2.0 mts. 2.0 mts.

Sentido X

b (ancho de contraviento)

Muro 6 Muro 7

2.0 mts. 2.0 mts.

Recordemos que estos muros de preferencia deben tener continuidad en toda la altura de la construcción. Para mayor detalles del plano de arquitectura ver apéndice G plano A-1. Se ha considerado una vivienda típica de dos niveles usando tijerales en la cobertura final recubierta por teja. El entrepiso se diseñará con viguetas de fierro galvanizado, y tanto las paredes del primero y segundo nivel están recubiertas por planchas de yeso y fibrocemento para interiores y exteriores respectivamente.

178

Segunda planta

Primera planta

Figura 6.8. Muros contraventeados propuestos. Cortante por torsión

La fuerza de sismo ha sido distribuida en función de su rigidez de los muros y de su ubicación. Además se han considerado los momentos torsionales accidentales indicados en el reglamento haciendo uso del SAP2000 obteniendo los valores siguientes: Primer piso: Vy = 1780 kg. Vx = 3500 kg.

Segundo piso: Vy = 630 kg. Vx = 1240 kg.

179

Distribución de fuerzas Fi

Figura 6.9. Distribución de cortante para muros en “x” e “y” Para determinar los momentos sísmicos en la base, se ha calculado la fuerza lateral externa, aplicada en cada muro. Estas son las siguientes: Muros en dirección XX Fuerza en 2do nivel F2x =1240 kg. Fuerza en 1er nivel F1x =2260 kg. Cortante en la base Vx = 3500 kg. Muros en dirección YY Fuerza en 2do nivel F2y = 630 kg. Fuerza en 1er nivel F1y = 1150 kg. Cortante en la base Vy = 1780 kg.

Para el diseño de la vivienda, la distribución de la fuerza es directa ya que el ancho de los muros de contraventeo es el mismo para cada dirección, en caso que los muros de un mismo sentido tengan distintos anchos, la fuerza se distribuirá de forma proporcional al ancho del muro. 6.2.5

Análisis de muros contraventeados

La fuerza sísmica de cada nivel (Fi) que toma el muro produce un momento y un cortante en la base. El momento en la base es producto de las fuerzas en cada nivel por su distancia a la base del terreno. Ver figura 6.10.

180

Figura 6.10. Modelo estructural de un muro contraventeado en x. Así el momento en la base de cada muro en el sentido Y es de: MY = F2 (azotea)(h2) + F1(entrepiso)(h1) = 630 x 6 + 1150 x 3 = 7230 kg.m y en el sentido X es de: MX = 1240 x 6 + 2260 x 3 = 14220 kg.m El cortante de la base es la suma de todas las fuerzas de los diferentes niveles del muro. Vb(Y) = F2 + F1 = 630 + 1150 = 1780 kg. en el sentido Y Vb(X) = F2 + F1 = 1240 + 2260 = 3500 kg. en el sentido X La acción del momento en el muro es tomada o contrarrestada por las dos columnas o postes extremos que limitan el muro, los cuales reaccionan formando un par en sentido contrario al momento. Este par lo forman una carga de compresión en uno de los postes y otra de tensión en el otro y se obtienen estas fuerzas del par dividiendo el momento en el muro entre la distancia entre los postes extremos que lo limitan de esta manera: Tensión (T) = Compresión (P) = Momento (M) / Longitud de Muro (L). T = P = M / L = 14220 / 2.00 = 7110 kg.= 69749.1N en cada muro en sentido X. T = P = M / L = 7230 / 2.00 = 3615 kg.= 35463.15N en cada muro en sentido Y. La conversión de unidades se realiza para introducir los datos en el programa AISIWIN. A estas últimas fuerzas debemos incrementar las cargas por gravedad o peso propio de la estructura y un 50% de la carga viva obteniendo los siguientes valores:

181 Muro de corte en la dirección Y (dirección de los muros portantes) PM = 364 kg. PV = 0.5x(200x0.1x2)/2 = 10 kg. aplicado a los dos postes extremos PS = 3615 kg. PTOTAL = 3989 kg = 39132.09 N Muro de corte en la dirección X (dirección de muros no portantes) PM = 0 kg. PV = 10 kg. PS = 7110 kg. PTOTAL = 7120 Kg. = 69847.2 N Con estas fuerzas se deben diseñar las dos columnas extremas del muro contraventeado. El mecanismo de respuesta de un contraventeo en diagonal bajo excitación dinámica en un sentido es por medio de acciones de tensión en una de sus cuerdas mientras que en la otra ocurren comprensiones. Al ocurrir ésta en el sentido opuesto se invierte la naturaleza de las fuerzas en las cuerdas. De igual modo responden los postes extremos del muro contraventeado. Debido a que la excitación sísmica no ocurre en una dirección determinada, la fuerza a considerar será siempre de compresión debido a que es la acción más desfavorable para un poste. Para el diseño de los postes de contraviento se usó el programa AISIWIN considerando la carga a compresión de 69847.2 N para el eje X y 39132.09 N para el eje Y, obteniendo las siguientes secciones: Para muros de contraventeo en el eje Y:

182

Figura 6.11. Diseño de poste para muros de contraventeo en “y”. “Punchout Dimensions”, son las aberturas que poseen los parantes por cada metro de longitud, con el fin de facilitar la colocación de instalaciones eléctricas y sanitarias en los paneles. Estas aberturas tienen 38.1x50.8mm2 y ya vienen de fábrica Esta tabla calcula la capacidad a compresión del perfil elegido. Hemos escogido un perfil PGC 89x50x1.2mm Para muros de contraventeo en el eje X:

183

Figura 6.12. Diseño de poste para muros de contraventeo en “x”. En ambos casos, la capacidad del perfil escogido es mayor que las cargas actuantes. Ambas cargas aplicadas (69847.2 N en “x” y 39132.09 en “y”) satisfacen las cargas en compresión resistentes de 88822 N y 49908 N respectivamente. Por lo tanto se usará un poste tipo I conformado de dos perfiles PGC 89mmx50mmx1.2mm para muros en “y” y un poste tipo I conformado PGC 89mmx50mmx2mm en “x”. Con respecto a la respuesta de los contravientos, sólo una cuerda de la diagonal trabaja para tomar la carga lateral y es la que actúa a tensión, ya que la lámina que generalmente se usa para contraventear es muy esbelta y no tiene capacidad de tomar compresiones. La tensión que toma la diagonal se obtiene geométricamente según su inclinación, por trigonometría simple. Para la diagonal cuyo muro tiene una altura de 3.00 m. y una longitud de 2.00 m. el ángulo que está formado con la base es de 56.3°, cuya tangente mide 3.00 / 2.00 = 1.5 y su coseno es la longitud del muro entre la longitud de la diagonal, o sea 2.00 / 3.60 = 0.55. Ver figura 6.13.

Figura 6.13. Acciones de componentes de contraventeo.

184

Para los muros en sentido Y el coseno vale 2.00 / 3.60 = 0.55. Por lo que la tensión (D) que toma la diagonal es igual al cortante del muro en la base (Vb) dividiendo entre el coseno del ángulo. DX = Vb (X) / COS A = 3500 / 0.55 = 6363.63 kg. DY = Vb (Y) / COS B = 1780 / 0.55 = 3236.36 kg. 6.2.6

Diseño de la diagonal

DX = 6363.63 kg. TENSIÓN DY = 3236.36 kg. TENSIÓN El esfuerzo de fluencia del material es: FY = 2,812.0 kg / cm2. De acuerdo con el código de diseño de esfuerzos permisibles (ASD´86) el esfuerzo permisible es 0.6 veces Fy para cargas normales y este valor se puede incrementar en 1/3 para cargas accidentales de viento y/o sismo. Fs = 0.6 (2,812 kg / cm2)1.333= 2,249.6 kg / cm2 El área transversal de la diagonal requerida es igual a la tensión entre el esfuerzo permisible: As = D / Fs As (X) = 6363.63 kg. / 2249.6 kg/cm2 = 2.82 cm2 As (Y) = 3236.36 kg. / 2249.6 kg/cm2 = 1.43 cm2 Proponemos: Para eje Y 3236.36/2130 = 2 Dos secciones 1250 SL22 (según la tabla SL-01 del apéndice D).Ver figura 6.14.

Figura 6.14. Muro de corte con diagonal (eje y).

185 Para eje X 6363.63/2130 = 3 Tres secciones 1250 SL22 (según la tabla SL-01 del apéndice D). Ver figura 6.15.

Figura 6.15. Muro de corte con diagonal (eje x). 6.2.7

Sistema de anclaje y fijación

Se debe considerar la inversión de la dirección de las fuerzas sísmicas por lo tanto existirán tensiones o compresiones en ambos apoyos. Si utilizamos espárragos de acero al carbón, colocados con el sistema Epcon de Ramset o similar (epóxico) y concreto en la cimentación con resistencia f´c = 200 kg/cm2. Ver tabla 6.15. Tabla 6.15. Cargas resistentes según el diámetro de anclaje usando espárragos. Diámetro del Diámetro del Empotramiento Tracción (kg.) Corte (kg.) anclaje agujero ½” 9/16” 6” 2164 1332 5/8” ¾” 7 ½” 3615 2236 ¾” 7/8” 8” 4805 2742 7/8” 1” 8” 5507 3913 Las cargas admisibles se aumentaron en un 33% para cargas de viento y sismo. Si diseñamos para el sentido en X que es el más crítico tenemos: La tensión de la cimentación es igual a RAX. Si empleamos el espárrago de 3/4” de diámetro: Número de espárragos por tensión = 7110 kg. / (4805 kg/espárrago) = 1.47 = 2 espárragos

186 Número de espárragos por corte = 3500 kg. / (2742 kg/espárrago) = 1.27 = 2 espárragos. Por lo tanto colocaremos dos espárragos de ¾” de diámetro y 8” de empotramiento en la cimentación en cada extremo del contraventeo. Ver figura 6.16.

Figura 6.16. Detalle de anclaje para muro crítico. Acciones de diseño para conexiones en nodo

Si empleamos tornillos con cabeza extra plana TXP-12 para unir lámina calibre 20, la carga permisible al cortante = 124 kg. (para los tornillos THX-34 hexagonales, la carga permisible al corte es de 105 kg.) de acuerdo con la tabla TOR-01 del apéndice D. Ver figura 6.12 y 6.13. Fposte 7110kg = = 34tornillos / cara 105kg. / tornillo(2 postes) 2 x105 Proponemos: 34 tornillos THX-34 en el holdown y los postes. # tornillos =

6363.63kg , Fdiagonal = = 26tornillos / cara 124kg.(2lados ) 124 x 2 Proponemos: 26 tornillos TXP-12 en cada cara. # tornillos =

187 Para resistir las fuerzas en la dirección de Y se propone aplicar el mismo número de tornillos en cada conexión, así como los elementos estructurales resultantes para las fuerzas en la dirección de X.

Figura 6.17. Conexiones en nodo de contraventeo. Nombre

Tabla 6.16. Tensión Tie y Holdowns. Dimensiones (cm.) Modelo Calibre W

Tension Tie Holdown Holdown 1. 2.

S/HTT14 S/HD8 S/HD10

12 10 10

6.35 6.35 6.35

H 38.10 35.20 40.90

CL 2.70 3.80 3.80

diámetro de espárragos 5/8” 7/8” 7/8”

Carga permisible 2265 kg. 3587 kg. 4484 kg.

El diseñador podrá especificar el tipo de espárrago, longitud y embebido. Las cargas permisibles han sido incrementadas en un 33% para cargas de viento y sismo.

188

Figura 6.18. Holdowns para fuerzas verticales. 6.2.8

Selección de componentes actuando como vigas de entrepiso

Para determinar el tipo de viga usar en el entrepiso usamos los metrados de carga anteriormente calculados en la tabla 6.2. C.M: 257.5 kg/m2 C.V. 200 kg/m2 S: 0.406 asumido como espaciamiento entre viguetas eje a eje. C.T. 457.5 kg/m2 w= 457.5x0.4 = 183 kg/m = 1795 N/m. Para mayor detalle se sugiere revisar el Apéndice G plano E-2 Con estos datos de carga viva y muerta totales, usamos el programa AISIWIN donde obtenemos los siguientes resultados:

189

Con el perfil PGC 200mmx50mmx1.5mm y con separación de vigas de 40.6 cm. resiste una carga distribuida de 1781 N/m2 considerando las vigas reforzadas en los encuentros con columnas (web stiffeners). Se asume la condición del claro sencillo es decir se calcula como viga simplemente apoyada en ambos extremos. Como la luz máxima por plano de arquitectura es de 4.00 m. luego la viga seleccionada es satisfactoria para las condiciones dadas. Se recalca que se está usando el tabique central como elemento portante. Ahora debemos calcular la capacidad de las vigas de entrepiso para soportar eficientemente cargas concentradas y reacciones. Los datos que se necesitan para la revisión son: Condición de la carga concentrada. En la tabla VA-3 del apéndice D se encuentran cuatro posibles condiciones. La condición requerida en nuestro caso será la condición 1 ya que la viga no posee volados; es un solo claro sin continuidad en la viga y no existen cargas concentradas ya que el apoyo del techo estará soportado solo por los paneles exteriores ( se asume despreciable el peso del tabique no portante por encima de la vigueta

190 de entrepiso) . Sin embargo si existe una reacción del muro portante del primer nivel R2 = 664 kg. Ver figura 6.19.:

Figura 6.19. Condiciones de apoyos para cargas concentradas. Por lo tanto vamos a calcular si la vigueta de entrepiso es capaz de soportar la carga de 664 kg. Con la ayuda de la tabla VA-3 con el código 2032PV16 (PGC 200mmx38mmx1.5mm) con longitud de apoyo de la viga 9.20 cm. en la condición 1, obtenemos 562 Kg., luego la viga requiere de rigidizadores para evitar la abolladura del alma por efectos de carga axial. Usaremos una sección tentativa PGC 2 89mmx50mmx1.2mm con área axial de 2.19 cm para comprobar su resistencia. фPn = 0.85 x 2.19 x 2810 = 5.23 ton. Pu = 664x1.65 = 1.1 ton, luego la sección resiste la carga aplicada Luego se tiene rigidizadores PGC 89mmx50mmx1.2mm cada 0.406 mts atornillado alma con alma a la vigueta de entrepiso 6.2.9

Selección de componentes actuando como columnas

Segunda planta. Calculamos las cargas muertas de cada tijeral: S = 1.22 mts separación entre tijerales asumido. L = 7 metros entre apoyos de tijeral. Carga muerta: 38.8 kg/m2 Carga viva: 100 kg/m2 Carga total de diseño: 38.8+100=138.8 kg/m2 Carga distribuida para cada poste: 138.8x1.22=168.36 kg/m Carga axial para cada columna: = 168.36x7/2=589.26 kg Debemos adicionar la carga de viento originada en la cobertura (Ver figura 6.2.) que genera un efecto de tracción en el poste. Como el evento más crítico en el acero es la compresión, no consideramos la carga de viento, por lo tanto: Carga axial = 589.26 kg. Considerando al poste con fuerza axial de 5780 N y carga de viento lateral aplicada = 19.02 kg/m2.

191

Figura 6.20. Cálculo de la fuerza de viento en tijeral. Usando el programa AISIWIN tenemos los siguientes datos de fuerzas resistentes:

192 Considerando la columna con refuerzo a la mitad de su altura con separación entre postes estructurales de 1.22 m, se tiene una carga axial resistente de 7154 N > 5780.64 N. El perfil a usar será entonces PGC 89mmx50mmx0.9mm cada 1.22 mts. Por procesos constructivos requerimos poner un perfil entre los postes que soportan los tijerales, con el fin de poder realizar el emplacado interior y exterior de los muros portantes con placas de yeso de ½ “ y de fibrocemento de 8mm respectivamente. Estos perfiles no estructurales serán PGC 89mmx38mmx0.45mm Primera planta (ver elevación T3 del plano E-1 en el apéndice G) Para uniformizar y agilizar el proceso constructivo, usaremos el mismo poste del segundo nivel pero aumentaremos el espesor de la lámina a 1.2mm (PGC 89mmx50mmx1.2mm) espaciado a 0.406 mts entre eje y eje. En este caso solo nos queda verificar las cargas resistentes con las actuantes. Cargas de entrepiso C.M: 257.5 kg/m2 C.V: 200 kg/m2 C.T: 457.5 kg/m2 S= 0.406 mts Lmax = 4.00 mts entre apoyos Carga distribuida: 186 kg/m Reacciones debidas al entrepiso: R1= 364.56 kg. R2 = 664.02 kg. R3 = 273.42 kg.

R1

R2

R3

A las cargas R1 y R2 se les debe adicionar la carga de viento y la carga axial del nivel superior. Se tiene entonces lo siguiente: R1 total = 364+589.26 = 953.26 kg.= 9351.48 N R3 total = 273+589.26 = 862.26 kg = 8458.77 N Introduciendo los datos al AISIWIN tenemos:

193

Considerando un refuerzo a la mitad de la altura del poste, es decir a 1.5 mts, se obtienen cargas resistentes de 11573 N > 9351.48 N. Luego usaremos perfiles PGC 89mmx50mmx1.2 cada 0.406 mts. para ambos postes laterales y simplificar el proceso constructivo. Diseño de postes apoyo central Diseñando los postes en el apoyo central se tiene solo carga axial de 664.02 kg = 6514 N. cada 40.6 cm. al encuentro con la viga de entrepiso.

194

Se observa una carga máxima permisible de 11020 N considerando a la mitad de su altura. Esta carga resistente satisface la calculada (11020 N >> 6514.03 N). Por lo tanto se usarán perfiles PGC 89mmx50mmx0.9mm espaciados cada 0.406 mts. Paneles sometidos únicamente a cargas de viento

Estos paneles se usan como cerco perimétrico en la zona posterior de la vivienda. Para ello realizamos el diseño considerando una velocidad de diseño de 80 km/h. Asumimos un perfil PGC 89mmx38mmx0.759mm (920PV22) con altura de 3mts.con espaciamiento de 61 cm. y lo comparamos con la tabla PF-17. Se obtiene una altura máxima de 4.03 mts, por lo tanto el poste elegido es el adecuado para las cargas laterales aplicadas. Diseño de dintel

El vano V1 es el único que soporta el peso de una viga de entrepiso.Además esta viga no soporta el peso de los postes y tijerales de la segunda planta. Por lo tanto solo consideramos la reacción R1 anteriormente calculada.

195 R1 = 364.56 Kg.

Para esta fuerza obtenemos una carga distribuida w = 182.2 kg/m = 1787.3 N/m2. Con este dato comparamos la carga resistente para una viga tipo cajón con perfiles PGC 89mmx50mmx0.9mm. para una luz de 2 metros, tal como se muestra:

Como 1787.3 N/m2<< 2530.7 sin refuerzos en los apoyos, entonces el diseño es satisfactorio para la viga cajón.

196 Nos queda determinar si las cargas adicionales que recaen sobre los postes extremos al vano1 pueden soportar el incremento de carga axial. Tal como se detalló en el diseño de los postes laterales en el primer nivel se tiene una fuerza axial de 9351.48 N aplicada. Adicionando la carga se tiene: Paplicado = 9351.48+1787.38 = 11138.86 N Presistente= 11573 N Como Presistente es muy similar al Paplicado, debemos reforzar los dos postes. Para ello construiremos un poste tipo I (back to back) de perfiles PGC 89mmx50mm0.9mm. es decir reemplazaremos los dos postes de 1.2mm y comprobaremos su resistencia del nuevo poste compuesto a través del AISIWIN.

Como 11138.86 N<<25490 N el diseño es satisfactorio para los postes tipo I PGC 89mmx50mmx0.9mm

197 6.2.10 Diseño de encofrado perdido de entrepiso

Para diseñar el espesor de la placa de fibrocemento que funcionará como encofrado perdido se usarán las fórmulas siguientes: 1 M = wt l 2 10 M = Momento actuante en Kg.cm. wt = Carga total aplicada a la placa en kg/cm. l = Espaciamiento entre viguetas eje a eje en cms. Mc ≤ 13MPa = 130kg / cm2 I Donde: I = Inercia de la sección en cm4. c = Centroide la placa en cm. σ = Esfuerzo actuante a la flexión en kg/cm2

σ=

Asumimos placa de Superboard e= 12mm wt = 457.5 kg/m2 x 0.406m = 185.74 kg/m = 1.8574 kg/cm M = 1/10 x 1.8574 x 40.62 = 306.16 kg.cm σ= 306.16x0.6/(1/12x100x0.63) = 102.05 kg/cm2 = 10.20 MPa < 13 MPa, luego el diseño es satisfactorio. 6.2.11 Diseño de tijeral

Para este diseño usamos el SAP2000 para modelar y calcular la estructura:

Aplicamos las cargas espaciadas según las correas superiores cada .7 m.:

Carga muerta en kg.

Carga viva en kg.

198

Carga de viento en kg.

Deflexión máxima: 15 mm. < L/240 = 29mm OK. De la combinación de la carga muerta y viva obtuvimos las cargas aplicadas más críticas, y estas se detallan a continuación: Cordón inferior: T = 1650 kg. Perfil PGC 89mmx38mmx0.9mm σt = 0.6Fy = 0.6x2812 = 1687.2 kg/cm2 σa = T/A = 1650/1.56 = 1057.69 kg/cm2 σt > σa OK. Cordón superior: C = 1790 kg. L = 0.65m Perfil PGC 89mmx50mmx0.9mm Usando el AISIWIN, obtenemos la fuerza resistente 1800 kg. como sigue: σc = 1800/1.88 = 957.44 kg/cm2 σa = C/A = 1790/1.88 = 953 kg/cm2 σc > σa OK Diagonal sobre apoyo C = 1240 kg. L = 1.80 m Perfil PGC 89mmx38mmx0.9mm P = 1403 kg. por AISIWIN σc = 1403/1.56 = 900 kg/cm2 σa = C/A = 1240/1.56 = 794.87 kg/cm2 σc > σa OK. Diagonal al centro T = 120 kg. Perfil PGC 64mmx38mmx0.45mm σt = 0.6Fy = 0.6x2812 = 1687.2 kg/cm2 σa = T/A = 120/0.68 = 176.5 kg/cm2 σt > σa OK. Montantes sobre apoyo C = 250 kg. L = 0.43 m Perfil PGC 89mmx38mmx0.45mm P = 929 kg. por AISIWIN σc = 929/0.79 = 1176 kg/cm2 σa = C/A = 250/0.79 = 316.6 kg/cm2

199 σc > σa OK Montantes al centro C = 60 kg. L = 0.70 m Perfil PGC 89mmx38mmx0.45mm P = 916 kg. por AISIWIN σc = 916/0.79 = 1160 kg/cm2 σa = C/A = 60/0.79 = 76 kg/cm2 σc > σa OK 6.2.12 Diseño de uniones

Las uniones de la estructura representan el punto de mayor atención del sistema estructural. Estos componentes representan con toda fidelidad el concepto de repartición de cargas, básico del sistema steel framing. Las especificaciones son sumamente sencillas. Las uniones han sido diseñadas para trabajar con tornillos autoinsertantes y autorroscantes descritos en el capitulo I. Diseñaremos la unión más critica la cual se da en el empalme de columnas y vigueta de entrepiso en los muros de corte. Corte por vigueta = Vi x e / l Donde: Vi: Corte en la dirección x o y e: Espaciamiento de viguetas de entrepiso = 0.406 mts. l: largo del muro de corte = 2 mts Corte por vigueta = 3500 x 0.406/2.00 = 710 kg. para muros de corte en eje x Por tabla D-24 del Apéndice D obtenemos la resistencia al corte del tornillo TXP-12 para una lámina de 1.5mm de espesor que tiene la vigueta (calibre 16). Luego tenemos: # tornillos/vigueta = 710 kg/203kg = 4 tornillos El mismo procedimiento aplica para el cortante en el eje y Corte por vigueta = 1780 x 0.406/2.00 = 362 kg para muros de corte en eje y # tornillos/vigueta = 362/203 = 2 tornillos que unen vigueta con montante del muro de corte. 6.2.13 Diseño de correas

Como correas usamos los perfiles omega descritos en el capitulo I. Asumimos un perfil omega de [email protected] y comprobaremos los esfuerzos admisibles: Pp = 3.3 kg/ml Cobertura = 19 x 0.65 = 12.4 kg/m C.M. = 15.7 kg/m C.V. = 30 x 0.65 = 19.5 kg/m C.T. = 19.5 + 15.7 = 35.2 kg/m M = 1/8 x 35.2 x 1.22 = 6.33 kg x m fs = M/S = 6.33 x 100 / 0.57 = 1110.52 < 1680 Ok

200 6.2.14 Diseño de cimentación

Los componentes estructurales fundamentales en una platea son la losa y las vigas en el perímetro de la platea, debajo de muros portantes o columnas y donde resulte necesario para lograr la rigidez en el plano de la platea. Ver figuras 6.21, 6.22 y 6.23.

Figura 6.21. Metrado de cargas para calculo de cimentación.

201

Figura 6.22. Diseño de la cuantía de fierro en cimentación.

202 Respecto al efecto de excentricidad.- El bloque debajo de los muros es un ensanche de la losa, por lo que la excentricidad y sus efectos son asumidos por el ensanchamiento y por la losa.

203

Figura 6.23. Planta de cimentación.

204 6.3 6.3.1

MONTAJE DE ESTRUCTURA Preparación del terreno

Al iniciar una obra se realiza un primer replanteo, mediante el cual se determina la posición de la construcción dentro del terreno, para poder ejecutar los movimientos del suelo correspondientes, de acuerdo a los planos de movimiento de suelo y fundaciones. Ver figura 6.24.

Figura 6.24. Trazo y replanteo de terreno. El movimiento de suelo destinado a una fundación tipo platea, comprende el retiro del suelo vegetal y su reemplazo por un suelo de tosca compactada y nivelada. Esto se debe a que el suelo vegetal tiene gran capacidad de absorción de agua, por lo cual debe ser reemplazado por un suelo seleccionado para la ejecución de la platea de fundación. La tosca permite ser compactada a niveles aceptables y por ello es óptima para ser utilizada como base y encofrado de la platea de concreto armado. Por otro lado, la tierra vegetal tiene a posteriori otro uso: el de completar el relleno para nivelado del terreno, evitando así la compra adicional de tierra. 6.3.2

Fundación

Una vez completo el proceso de movimiento de suelo, se realiza un segundo replanteo para determinar la ubicación precisa del encofrado tipo marco que delimitará la platea de fundación. El mismo deberá ser debidamente nivelado durante su colocación. El armado de la platea de fundación comprende la siguiente secuencia: ‰ ‰ ‰

Sobre el marco se colocan las marcas de replanteo de las vigas de refuerzo -si las hubiera- mediante hilos que determinan la posición de las mismas. Se realiza el proceso de excavación de vigas. Se ubican las armaduras de las vigas.

205 ‰ ‰ ‰ ‰

Se efectúa un replanteo de ubicación de desagües cloacales, y se procede a la colocación de los mismos. Se ubica la armadura de la platea. Se procede al llenado de la platea. Dependiendo del tipo de proyecto y las terminaciones a utilizar, se puede efectuar una nivelación de la propia platea mediante frotachado mecánico o ejecutar una carpeta de nivelación hidrófuga. Ver figura 6.25.

Figura 6.25. Sección de cimentación con losa radiante. 6.3.3

Montaje de paneles en planta baja

Antes de comenzar con la tarea de montaje de la estructura se deberán tener en cuenta las siguientes pautas: ‰

‰ ‰ ‰

Contar con todas las herramientas requeridas y con algunos perfiles “extra” y recortes de soleras, que harán las veces de puntales para mantener en posición vertical (plomo, escuadra y nivel) a los paneles. Procurar que la superficie para la colocación de los paneles esté perfectamente nivelada y escuadrada. Revisar que las superficies de contacto, tanto de la carpeta como de la solera del panel, estén perfectamente limpias. Aplicación de sellador (cocking) mediante dos “líneas” sinuosas y paralelas en los tercios del ancho de la solera del panel y sobre la carpeta en todo el largo que el panel en cuestión tenga.

El montaje se inicia con la colocación del primer panel exterior (PEX01) en una esquina. Al colocar el PEX01 en posición se realiza el apuntalamiento provisorio, a fin de ajustar escuadra y nivel. Ver figura 6.26.

206

Figura 6.26. Montaje de paneles en planta baja. De modo de mantener los paneles en posición durante el montaje se los fijará a la fundación mediante anclajes provisorios de clavos de acero, verificando que la posición de los mismos no coincida con los anclajes definitivos que serán colocados posteriormente. Luego se coloca el segundo panel exterior que cierra a 90º con el PEX01, materializándose así la primera esquina en la que se verificará escuadra y nivel. Ver figura 6.27.

207

Figura 6.27. Fijación de perfiles para aplome y escuadra en encuentros. Este momento es clave, ya que a partir de este punto de inicio, se continúa con la colocación de los paneles perimetrales y se irán, a su vez, colocando los paneles interiores que sirvan para mantener escuadra, plomo y nivel y para otorgar mayor rigidez. Ver figura 6.28.

208

Figura 6.28. Estructuración de paneles en primer nivel.

209

Figura 6.29. Estructuración de paneles interiores en primer nivel. Es muy importante ir identificando las escuadras de los ambientes mediante la medición de las diagonales del mismo y una vez verificadas, colocar un perfil “C” en diagonal por sobre la solera superior de los paneles. Asegurada así la escuadra, se procede a la colocación de los anclajes provisorios. Ver figura 6.30.

Figura 6.30. Detalle de perfil de uso para escuadra en encuentros de paneles.

210 6.3.4

Emplacado exterior de paneles en planta baja

Figura 6.31. Emplacado exterior de paneles en planta baja. 6.3.5

Montaje del entrepiso

Se preparan las vigas de entrepiso según su medida verificando también que la distancia total, entre paneles exteriores opuestos coincida con la medida de los planos. Se procede al corte de las mismas a la medida requerida. Así mismo se preparan los rigidizadores y los perfiles “L” que se utilizarán para la correspondiente fijación de la viga al panel. Primero se colocarán las soleras de cierre y posteriormente las vigas de entrepiso. Es muy importante recordar la colocación de los stiffeners en los apoyos de las vigas y bajo muros de carga, para evitar el abollamiento del alma.

211

Figura 6.32. Colocación de viguetas de entrepiso. Deberán preverse los espacios destinados a vanos en el entrepiso. Ver figura 6.33.

212

Figura 6.33. Refuerzo de vigas en apoyos (stiffener). 6.3.6

Emplacado sobre vigas de entrepiso

Como se ha visto anteriormente en el capítulo de entrepisos, el mismo puede resolverse de dos maneras distintas: § Entrepiso húmedo § Entrepiso seco Esta decisión se toma previamente en la ejecución del proyecto por lo cual al momento del panelizado, se habrán tomado las medidas correspondientes. Cuando se trate de un Entrepiso seco, el próximo paso a seguir será la colocación del diafragma de rigidización y substrato sobre las vigas de entrepiso. Ver figura 6.34.

213

Figura 6.34. Emplacado de entrepiso con placa de fibrocemento.

Figura 6.35. Vista terminada del emplacado de entrepiso.

214 6.3.7

Montaje de paneles en planta alta

El procedimiento es el mismo que para los paneles en planta baja. Ver figura 6.36.

Figura 6.36. Estructuración de paneles en segunda planta.

215 6.3.8

Emplacado exterior de paneles en planta alta

Figura 6.37. Emplacado exterior en paneles planta alta.

216

Figura 6.38. Colocación de plancha de fibrocemento en encuentro de niveles. 6.3.9

Montaje de la estructura de techos

Al igual que las vigas de entrepiso, las cabriadas se preparan con sus rigidizadores y perfiles “L”. Una vez listas, se las iza manualmente en forma de conjunto para luego redistribuirlas de acuerdo a su ubicación definitiva. Ver figura 6.39

217

Figura 6.39. Montaje de tijerales o cabriadas.

218

Figura 6.40. Vista terminada de estructura de techo. En el caso de cubiertas con “cola de pato” se debe efectuar un nuevo replanteo para verificar las conversas y cabios.

219

Figura 6.41. Colocación de tímpanos.

220 6.3.10

Emplacado exterior de techos

Figura 6.42. Emplacado exterior en techo.

221

Figura 6.43. Vista de vivienda terminada.

222

6.4

PROGRAMACIÓN DE OBRA

Para obtener la información total del proyecto, fue conveniente realizar una programación de la obra a fin de determinar la eficiencia en el ahorro de tiempo durante la ejecución de las diferentes partidas. Para la obra necesitamos el siguiente personal distribuido según la partida de trabajo como sigue: Descripción Capataz Operario obra civil Operario obra drywall Ayudante Operario inst. eléctricas Operario inst. sanitarias Operario carpintería Operario pintura Operario cerámica

Tipo Trabajo Trabajo Trabajo Trabajo Trabajo Trabajo Trabajo Trabajo Trabajo

Iniciales C O O A O O O O O

Cantidad 1 8 8 10 2 2 2 4 4

A continuación se presenta las estadísticas del proyecto, obteniendo una duración de 59 días calendario con un total de 3360.23 horas hombre y a un costo de 12683.5 soles + I.G.V. Ver figura 6.44.

Figura 6.44. Estadísticas de proyecto. En las siguientes hojas se muestra la programación completa y la ruta crítica detallando los recursos humanos a usar por cada partida, así como el tiempo estimado de ejecución.

223

224

225 6.5 6.5.1

PRESUPUESTO

Presupuesto de mano de obra Con ayuda del Project 2000, al tener la programación detallada con el personal de trabajo requerido, obtenemos las horas hombre, así como el presupuesto final del proyecto considerando únicamente la mano de obra Id Nombre Duración Trabajo Costo Planeación para viviendas construidas con acero 3,360.23 12,683 1 laminado en frío 59 días horas S. 205.6 2 Movimiento de tierras 5 días horas 646 S. 3 Limpieza de terreno manual, trazo replanteo 1 día 16 horas 59 S. 4 Excavación para cimientos hasta 0.7mt terreno normal 2 días 65.6 horas 202 S. 5 Nivelación interior apisonado manual 2 días 49.6 horas 154 S. Eliminación con transporte (carguío a mano) rend:25 6 m3/día 3 días 74.4 horas 231 S. 213.95 7 Cimientos y losa 5 días horas 856 S. 8 Colocación de fierro en cimentación 1 día 13.77 horas 51 S. 9 Colocación de tuberías de agua, desagüe y eléctricas 1 día 27.38 horas 117 S. 10 Colocación de fierro en losa 2 días 65.6 horas 268 S. Vaciado de concreto mezcla 1:10 cemento:hormigon + 11 30% de piedra 1 día 32.8 horas 123 S. 12 Vaciado de losa de concreto f´c=210 kg/cm2 1 día 40.8 horas 158 S. 13 Regleado y nivelación de la losa 1 día 16.8 horas 75 S. Colocación de anclajes mecánicos embebidos en 14 concreto fresco 1 día 16.8 horas 64 S. 15 Fraguado de losa 1 día 0 horas 0 S. 294.4 16 Muros portantes primer nivel 8 días horas 1,104 S. Estructuración de muros portantes y cruces de San 17 Andrés 4 días 163.2 horas 596 S. 18 Fijación de muros portantes a platea de hormigón 2 días 48.8 horas 181 S. 19 Colocación de sujeciones laterales 1 día 16.8 horas 61 S. 20 Entubado para instalaciones eléctricas y sanitarias 2 días 65.6 horas 266 S. 215.95 21 Muros no portantes primer nivel 9 días horas 808 S. Estructuración de muros no portantes (unión de rieles 22 con parantes) 4 días 99.2 horas 372 S. 23 Fijación de muros a losa a través de clavos disparados 2 días 34.35 horas 109 S. 24 Colocación de sujeciones laterales 1 día 16.8 horas 61 S. 25 Entubado para instalaciones eléctricas y sanitarias 2 días 65.6 horas 266 S. 374.63 26 Entrepiso 10 días horas 1,403 S. 27 Ensamble de andamios 1 día 16 horas 48 S. 28 Colocación de viguetas, atornillado y empalmes 4 días 195.2 horas 724 S. Colocación y atornillado de placa de fibrocemento 29 12mm 3 días 24.23 horas 83 S. 30 Colocación de instalaciones eléctricas, agua y desagüe 2 días 65.6 horas 266 S. 31 Colocación de malla electrosoldada 1 día 24.8 horas 99 S.

226 32 Vaceado de concreto e=5cm. 33 Fraguado de losa de entrepiso

1 día 1 día

6 días

48.8 horas 182 S. 0 horas 0 S. 195.07 horas 695 S. 122.4 horas 447 S. 23.07 horas 78 S. 49.6 horas 170 S. 83.2 horas 284 S. 16.8 horas 53 S. 49.6 horas 170 S. 16.8 horas 61 S. 312.8 horas 1,127 S. 33.6 horas 106 S. 65.6 horas 234 S. 114.4 horas 399 S. 16.8 horas 61 S. 16.8 horas 61 S. 65.6 horas 266 S. 172.8 horas 648 S.

34 35 36 37 38 39 40 41

Muros portantes segundo nivel Estructuración de muros portantes en parte baja. Izaje de paneles portantes a segundo nivel Fijación y atornillado de estructura al segundo nivel Muros no portantes segundo nivel Izaje de paneles no portantes a segundo nivel Fijación de muros a losa a través de clavos disparados Colocación de sujeciones laterales

6 días 3 días 1 día 2 días 3 días 1 día 2 días 1 día

42 43 44 45 46 47 48

Tijerales Corte de perfiles según plano de estructura de tijeral Atornillado de perfiles e izaje de tijerales Colocación y atornillado de tijerales a muros portantes Colocación de correas Colocación de canales omegas parte inferior al tijeral Extensión de cableado eléctrico y tuberías sanitarias

9 días 2 días 2 días 4 días 1 día 1 día 2 días

3 días 3 días 15 días 3 días

98.4 horas 351 S. 74.4 horas 297 S. 600 horas 2,260 S. 122.4 horas 447 S.

1 día

16.8 horas

1 día 6 días 1 día

16.8 horas 61 S. 292.8 horas 1,086 S. 32.8 horas 133 S.

2 días 6 días

41.6 horas 76.8 horas 148.8 horas 74.4 horas 74.4 horas 74.93 horas 24.53 horas 50.4 horas 195.2 horas 195.2 horas 220.8 horas 16.8 horas 204 horas

49 Cobertura final Colocación y atornillado de placa de fibrocemento de 50 6mm 51 Colocación de Teja asfáltica 52 Acabados primer y segundo nivel 53 Emplacado muros exteriores con placa de fibrocemento Colocación de lana de vidrio en interior del panel 54 emplacado Colocación de refuerzos en madera para muebles 55 anclados a paneles 56 Emplacado muros interiores con placa de yeso de 1/2" 57 Colocación de accesorios sanitarios y eléctricos Colocación de malla hexagonal galvanizada en paredes 58 exteriores 59 Masillado primera, segunda capa y sellado de tornillos 60 Revoques y enlucidos 61 Pañeteado de muros exteriores e =0.5 cm. 62 Tarrajeo acabado muros exteriores e =1.5 cm.

6 días 3 días 3 días

63 Carpintería 64 Colocación de puertas de ingreso e interiores 65 Laqueado y acabado final

4 días 4 días 3 días

66 Pisos y pavimentos 67 Colocación de cerámico 40x40 cm. en los dos niveles

4 días 4 días

68 Cielo raso 5 días 69 Colocación de lana de vidrio entre viguetas y tijerales 1 día 70 Emplacado inferior de entrepiso y tijerales con placa de 5 días

53 S.

138 S. 342 S. 594 S. 297 S. 297 S. 312 S. 105 S. 207 S. 852 S. 852 S. 798 S. 53 S. 745 S.

227 yeso de 9mm 71 72 73 74 75

Pintura Lijado en muros interiores Aplicación de sellador en todos lo muros Pintado en muros interiores dos capas Pintado en muros exteriores dos capas

12 días 3 días 2 días 3 días 2 días

174.52 horas 74.4 horas 21.6 horas 58.92 horas 19.6 horas

743 S. 327 S. 78 S. 250 S. 88 S.

6.5.2 Presupuesto de materiales Similar al presupuesto de mano de obra, se realizó el metrado de materiales obteniéndose: PRESUPUESTO A COSTOS UNITARIOS Presupuesto para vivienda de dos niveles usando perfiles de acero Proyecto: galvanizado Fecha: 30 nov02 "Deposito Santa Beatriz Fuente de precios: S.R.L." PARTIDA

UNIDAD CANTIDAD P. UNIT. ($.)

1.00 OBRAS PRELIMINARES Limpieza de terreno manual m2 Trazo y replanteo m2 Agua para la obra mes Energía eléctrica para herramientas en obra mes Transporte de equipos y herramientas viaje 2.00 MOVIMIENTO DE TIERRAS Nivelación interior y apisonado m2 Excavaciones localizadas ml Eliminación de excedentes ml 3.00 CIMIENTOS Y LOSA Fierro 3/8" barra Fierro 1/4" kg. Alambre #16 kg. Piedra Pilka m3 Hormigón m3 Cemento MS bolsa 4.00 TABIQUES PORTANTES PRIMER NIVEL Parantes 89mmx50mmx0.9mm pieza Parantes 89mmx50mmx1.2mm pieza Parantes 89mmx50mmx2mm pieza Riel 90mmx38mmx0.9mm pieza Riel 39mmx38mmx0.45mm pieza Plancha fibrocemento 1.22x2.44x8mm plancha Plancha yeso 1.22x2.44x12.5mm plancha Espárragos 5/4 pieza

140.00 140.00 2.00 2.00 1.00

0.50 0.46 80.00 70.00 40.00

TOTAL

1361.60 70.00 64.40 160.00 140.00 40.00

140.00 55.00 55.00

2.00 2.50 1.80

40.00 10.00 30.00 2.00 8.00 96.00

3.60 1.00 0.64 12.00 10.00 5.40

516.50 280.00 137.50 99.00 795.60 144.00 10.00 19.20 24.00 80.00 518.40

6.70 9.00 12.00 4.60 1.45 14.30 8.00 1.00

3314.06 187.60 585.00 192.00 119.60 21.75 486.20 496.00 14.00

28.00 65.00 16.00 26.00 15.00 34.00 62.00 14.00

228 Holdown pieza Cinta para fibra de vidrio x 91m rollo Pasta para junta x 4.5 gln balde Tornillos TXP-12 millar Tornillos THX-34 millar Tornillos TFR-118 millar Lana de vidrio e = 2" (1.2mx12m) rollo Esquineros metálicos x 2.44m pieza Fulminantes y clavos de fijación 1" ciento Lamina galvanizada 12550SL22 ml. 5.00 MUROS NO PORTANTES PRIMER NIVEL Parantes 89mmx38mmx0.45mm pieza Riel 39mmx38mmx0.45mm pieza Riel 90mmx38mmx0.45mm pieza Esquinero metálico x 2.44m pieza Fulminantes y clavos de fijación 1" ciento Tornillo TFR-118 millar Tornillo TXP-12 millar Plancha yeso 1.22mx2.44x1/2" plancha Cinta de fibra de vidrio x 91m rollo Pasta para junta Hamilton x 4.5 gln balde Parante 89mmx38mmx0.759mm pieza 6.00 ENTREPISO Parante 89mmx50mmx1.2mm pieza Parante 200mmx38mmx1.5mmx6m pieza Riel 201mmx38mmx1.5mmx6m pieza Tornillo TXP-12 millar Tornillo TFR-118 millar Plancha fibrocemento 1.22x2.44x12mm plancha Malla electrosoldada m2 Cemento tipo MS bolsa Arena gruesa m3 Agregado grueso TM: 3/8" m3 Lana de vidrio compacta e=2" rollo 7.00 MUROS PORTANTES SEGUNDO NIVEL Parantes 89mmx50mmx0.90mm pieza Parantes 89mmx38mmx0.45mm pieza Riel 39mmx38mmx0.45mm pieza

14.00 5.00 8.00 10.00 10.00 10.00 7.00 39.00

1.00 9.62 19.31 15.00 25.00 13.00 45.00 1.47

14.00 48.10 154.48 150.00 250.00 130.00 315.00 57.33

3.00 15.00

16.00 3.00

48.00 45.00

19.00 28.00 32.00 25.00

2.92 1.45 2.31 1.47

571.68 55.48 40.60 73.92 36.75

1.00 2.00 2.00 21.00 1.00

16.00 13.00 15.00 8.00 9.62

16.00 26.00 30.00 168.00 9.62

1.00 30.00

19.31 3.20

5.00 35.00 15.00 3.00 3.00 30.00 80.00 30.00 3.00 3.00 7.00

9.00 15.00 14.20 15.00 13.00 21.13 2.50 5.40 7.20 11.00 50.00

19.31 96.00 2267.50 45.00 525.00 213.00 45.00 39.00 633.90 200.00 162.00 21.60 33.00 350.00

6.70 2.92 1.45

1518.59 201.00 87.60 39.15

30.00 30.00 27.00

229 Riel 90mmx38mmx0.90mm Esquinero metálico x 2.44m Tornillo TFR-118 Tornillo TXP-12 Plancha yeso 1.22mx2.44x1/2" Cinta de fibra de vidrio x 91m Pasta para junta Hamilton x 4.5 gln Plancha de fibrocemento 1.22x2.44x8mm Lamina galvanizada 12550SL22 8.00 MUROS NO PORTANTES SEGUNDO NIVEL Parantes 89mmx38mmx0.45mm Riel 39mmx38mmx0.45mm Riel 90mmx38mmx0.45mm Esquinero metálico x 2.44m Tornillo TFR-118 Tornillo TXP-12 Plancha yeso 1.22mx2.44x1/2" Cinta de fibra de vidrio x 91m Pasta para junta Hamilton x 4.5 gln 9.0 COBERTURA TECHO Teja andina 1.16x0.72m Plancha fibrocemento 1.22x2.44x8mm Canal omega x 3mts Parante 64mmx38mmx0.45mm Tornillo TFR-118 Tornillo TXP-12 Riel 65mmx38mmx0.45mm Cumbrera para teja andina 0.72m 10.0 TIJERALES Parante 89mmx38mmx0.9mm Parante 89mmx50mmx0.9mm Parante 89mmx38mmx0.45mm Parante 64mmx38mmx0.45mm Riel 90mmx25mmx0.9mm Tornillo TXP-12 Canal omega x 3mts 11.0 REVOQUES Y ENLUCIDOS Cemento tipo I Arena fina para tarrajeo

pieza pieza millar millar plancha rollo

27.00 20.00 6.00 6.00 34.00 4.00

2.76 1.47 13.00 15.00 8.00 9.62

74.52 29.40 78.00 90.00 272.00 38.48

balde plancha ml

4.00 34.00 15.00

19.31 14.30 3.00

77.24 486.20 45.00 802.49 119.72 49.30 39.27 44.10 39.00 45.00 360.00 28.86

pieza pieza pieza pieza millar millar plancha rollo

41.00 34.00 17.00 30.00 3.00 3.00 45.00 3.00

2.92 1.45 2.31 1.47 13.00 15.00 8.00 9.62

balde

4.00

19.31

pieza plancha pieza pieza millar millar pieza pieza

115.00 35.00 45.00 10.00 4.00 4.00 10.00 16.00

8.70 14.30 2.05 2.50 13.00 15.00 1.80 5.31

pieza pieza pieza pieza pieza millar pieza

68.00 30.00 35.00 26.00 30.00 9.00 60.00

6.50 6.70 2.90 2.50 4.60 15.00 2.05

77.24 1833.21 1000.50 500.50 92.25 25.00 52.00 60.00 18.00 84.96 1205.50 442.00 201.00 101.50 65.00 138.00 135.00 123.00

5.40 6.50

590.70 205.20 39.00

1:05 bolsa m3

38.00 6.00

230 Malla hexagonal galvanizada tipo gallinero m2 210.00 1.30 Supermate interior y exterior balde 7.00 10.50 12.0 PISOS Y PAVIMENTOS 1 y 2 planta Pegamento en polvo x 25 kg. bolsa 40.00 7.00 Cerámica 30x30 m2 180.00 7.14 Fragua x 5 kg. bolsa 13.00 6.36 13.0 FALSO CIELO RASO (primer y segundo nivel) Canal omega pieza 95.00 2.05 Lana de vidrio flexible 1.22x12x2" rollo 13.00 45.00 Pasta para junta Hamilton x 4.5 gln balde 6.00 19.31 Tornillo TXP-12 millar 4.00 15.00 Tornillo TFR-158 millar 4.00 13.00 Plancha de yeso 1.22x2.44x9mm plancha 70.00 7.81 Cinta de fibra de vidrio x 91m rollo 3.00 9.62 14.0 VIDRIOS Cristal crudo 6mm Oscuro (2x1.22) sistema directo unidad 3.00 83.00 Cristal crudo 6mm Oscuro (1.05x0.52) sistema directo unidad 1.00 19.00 Cristal crudo 6mm Oscuro (0.5x0.525) sistema directo pie2 1.00 9.00 Cristal crudo 6mm Oscuro (1.5x1.22) sistema directo pie2 3.00 62.00 Cristal crudo 6mm Oscuro (0.9x0.52) sistema directo pie2 1.00 16.00 15.0 CARPINTERIA Puerta en pino radiata machiembrado 2.7x 2.4 m2 unidad 1.00 250.00 Puerta en pino radiata machiembrado 0.9x2.4m2 unidad 5.00 100.00 Puerta en pino radiata machiembrado 1x2.4m2 unidad 1.00 105.00 Puerta en pino radiata machiembrado 1.2x2.4m2 unidad 1.00 115.00 Puerta en pino radiata machiembrado 3.9x2.4 m2 unidad 1.00 374.00 Puerta en pino radiata machiembrado 0.8x2.7 m2 unidad 3.00 87.00 TOTAL GENERAL MAT. Total Mat. + M.O = 20092.48 + 3623.71x1.18 = 24368.45 dólares inc. I.G.V. Valor estimado por m2 = 24368.45/145 = 168.05 dólares x m2

273.00 73.50 1647.88 280.00 1285.20 82.68 1583.17 194.75

585.00 115.86 60.00 52.00 546.70 28.86 479.00 249.00 19.00 9.00 186.00 16.00 1605.00 250.00 500.00 105.00 115.00 374.00 261.00 20092.48

231 En la partida vidrios el precio por pie2 incluye mano de obra y materiales Asimismo en la partida carpintería el precio de cada puerta incluye los materiales y mano de obra Todos los precios incluyen el I.G.V.

Grafica 6.45. Porcentaje de incidencia de materiales por partida.

232

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES A través de las obras visitadas, realizadas con acero liviano y principalmente después de esta investigación, se concluye lo siguiente: Flexibilidad en el diseño. Desde el punto de vista arquitectónico, permite la ejecución de diferentes volúmenes como muros cortina o desplomes en falso cielo raso, los cuales serían mucho más costosos y de lenta ejecución considerando los sistemas convencionales de construcción. Asimismo permite la ampliación posterior de la construcción facilitando inclusive esta tarea respecto de la construcción tradicional al no necesitarse materiales húmedos y usar materiales de bajo peso. Tiene una de las mayores relaciones de resistencia a peso en comparación con otros materiales, entregando una gran flexibilidad al diseño. Confort. La utilización de aislaciones térmicas y acústicas hace a este tipo de construcción apta para cualquier clima y uso de locales, reduciendo en forma significativa los gastos de energía de calefacción y de aire acondicionado. Como ejemplo basta mencionar que una pared realizada con este sistema utilizando lana de vidrio de 10 cm. de espesor brinda 14 veces más aislamiento térmico que una mampostería de ladrillo común de 15 cm. y casi 7.5 veces mas que una de ladrillo hueco. Facilidad de ejecución e instalación. Las instalaciones eléctricas, sanitarias se pasan por aberturas existentes en el alma de los perfiles sin necesidad de romper paredes. Se pueden utilizar ductos PVC o de cobre, eliminando la posibilidad de ataques por álcalis de morteros y empotramientos que restrinjan la dilatación de los conductos. Una instalación sencilla y fácil de supervisar reduce al máximo los vicios ocultos y errores durante la ejecución de la obra. Mejor Calidad. Todos los elementos del sistema son dimensionalmente estables, por lo que muros y pisos permanecen siempre rectos, no se tuercen ni deforman en el tiempo, ni tampoco dependen, como con otros materiales, de cambios de humedad que causan rajaduras, deformaciones y en general deterioro. Rapidez de ejecución. Los plazos de obra se reducen drásticamente con respecto a la construcción tradicional, ya que gran cantidad de tareas se pueden realizar en forma simultánea y una vez cerrada la estructura. No es necesario construir paredes que luego se romperán para permitir el pasaje de instalaciones. Esta rapidez de terminación permite un rápido giro del capital invertido, haciendo a la construcción atractiva a los inversores. Los procesos de cimbrado y secado se eliminan reduciendo los tiempos muertos. Se eliminan también los trabajos de resanes, necesarios en los sistemas tradicionales de construcción de viviendas. Rápida capacitación de la mano de obra necesaria. La capacitación de la mano de obra se realiza en poco tiempo ya que implica adquirir habilidad en el uso de muy pocas herramientas de alto rendimiento.

233 Menor costo. Para igualdad de terminaciones, los costos de terminaciones, los costos de construcción directos e indirectos (fletes, equipo y otros) se reducen apreciablemente respecto a la construcción tradicional. Esto se afirma en base al análisis de costos unitarios de la vivienda analizada, arrojando un valor de construcción a todo costo de 168 dólares por metro cuadrado versus los 180-190 dólares por m2 que cuesta una construcción tradicional con las mismas características. El sistema de construcción se basa en el concepto de repartición de cargas, lográndose con ello un sistema muy racional en el manejo de los esfuerzos a los que se somete la estructura, al emplear componentes de alta resistencia con dimensiones y pesos bajos. Con ello se eliminan cargas muertas muy costosas y que no aportan mucho a la estabilidad de la estructura. El uso del sistema laminado en frío se traduce en ahorros directos para el constructor y el propietario por concepto de: - Mayor velocidad de construcción por ser rápido de trabajar al requerir menos elementos. - Más liviano; nulos costos de post venta y/o reparaciones. Pesa sólo el 10% de un tabique de ladrillo, lo cual hace que se reduzcan las exigencias estructurales acerca de cimentaciones, vigas y columnas. Durabilidad. Generalmente, el grado de corrosión del cinc en una vivienda es muy bajo. De acuerdo a un estudio realizado durante mas de 3 años por la British Steel en los Laboratorios Welsh, sobre un universo de mas de 15 viviendas localizadas en distintas zonas de Inglaterra (urbana, rural, marina e industrial), la corrosión del cinc es menor que 0.1 µm para un periodo de 3 años. Esto indica que en condiciones similares un recubrimiento de 19,4 µm de cinc (G90, que se usa en Perú) debería durar más de 600 años. Otro estudio realizado en Ontario, Canadá en el año 1995 sobre una vivienda construida con Steel Framing 20 años atrás, revelo que no había signos visibles de corrosión del revestimiento de cinc, así como las mediciones que se efectuaron al espesor del recubrimiento resultaron en idénticas medidas que cuando salió de fabrica. El acero sin recubrir ingresa a la línea de galvanizado en forma de bobina, se lo desenrolla y galvaniza, siendo nuevamente enrollado al finalizar este proceso. Luego de esto, es transportado para ser cortado en flejes (slittering), transportándose una vez mas para el proceso de conformado. En cada uno de estos pasos además del transporte, hubo un proceso de enrollado y desenrollado de la bobina o rollo de acero, pero aun así, el recubrimiento de cinc permanece adherido al acero debido al proceso metalúrgico al que se lo sometió. La estructura galvanizada es inmune a las termitas y plagas en general. Las termitas no comen acero, por lo que la estructura no será dañada por este tipo de plagas. Ligereza. Ahorros de carga muerta respecto a los sistemas tradicionales de construcción considerando el peso del ladrillo de 350 kg/m2 versus el peso del tabique drywall con 70 kg/m2 Esto significa una reducción de costos en las partidas de cimentación, refuerzos y fletes para la transportación de materiales. Asimismo se logra eliminación de la maquinaria costosa, ya que un solo operario puede manejar los componentes del sistema. Finalmente la posibilidad de prefabricar los elementos en el taller, al pie de la obra o en el nivel que se requiera, sin poner en peligro la edificación.

234

Crecimiento del consumo de acero galvanizado para viviendas Var. porcentual Solo 1 Familia 1997 1998 1999 1997- 1999 Sistemas de pared 14.851 26.699 35.423 138,5 Sistemas de piso 5.555 6.866 14.116 154,1 Sistemas de azotea 4.195 2.543 2.797 -33,3 Otro 5.895 6.866 10.520 78,4 Multifamiliar Sistemas de pared 12.391 12.887 14.511 17,1 Sistemas del piso 2.722 3.075 2.518 -7,5 Sistemas de azotea 647 2.799 1.292 99,8 Otro 3.267 4.526 4.009 22,7 Datos combinados Sistemas de pared 27.242 39.586 49.934 83,3 Sistemas de piso 8.277 9.941 16.634 100,9 Sistemas de azotea 4.842 5.342 4.089 -15,5 Otro 9.162 11.392 14.529 58,5 Fuente: Asociación nacional de constructores de viviendas caseras. U.S.A.

Entre algunas recomendaciones podemos citar las siguientes: ‰

‰ ‰

‰ ‰

‰

‰ ‰

Los largueros que forman el sistema de piso y la cubierta deberán coincidir con los postes que forman los muros cargadores para así lograr una transmisión adecuada de la carga. Los postes deben tener continuidad en toda la altura de la construcción, los vanos se resolverán con dinteles. Se evitarán las concentraciones de carga en los dinteles principalmente por concepto de vigas, en caso de requerirse las reacciones se tomarán con arreglos de postes en sección cajón, estos postes de requerirse en los niveles superiores deberán tener continuidad hasta la cimentación. El sentido de los largueros será tal que su apoyo se realice sobre muros que tengan continuidad en todos los niveles. Tanto los postes, como los largueros, tendrán que estar provistos como mínimo de un arriostramiento al centro de la longitud del elemento. Generalmente se trabaja en función de múltiplos del largo y ancho de la placa de yeso de 1.2x2.4m pudiendo ser colocación de postes a 0.406, 0.61 o a cada 1.22 mts dependiendo de las condiciones de carga, a fin de reducir los desperdicios. Las acciones producidas por el evento sísmico o alguna otra carga lateral serán resistidas con diagonales de contraventeo colocadas en los muros de carga; estas deberán cumplir las siguientes condiciones: Las diagonales serán ortogonales y se colocarán en la medida de lo posible en forma simétrica en planta para evitar torsiones por excentricidad de rigidez. Ver figura A. Se recomienda realizar ensayos de laboratorio con el fin de determinar las rigideces de los diferentes perfiles de chapa de acero galvanizado y poder facilitar el análisis estructural para muros de diferentes espesores.

235

Figura A. Planta de arreglo geométrico de contravientos. ‰ ‰

Es indispensable que las diagonales se instalen en bastidores muros, que tengan continuidad del nivel de cimentación al nivel de azotea. De preferencia los contraventeos se instalarán en muros cuya relación de aspecto sea h / b <1.0 (figura B). El contraventeo es más eficiente y económico si el muro es muy ancho.

Figura B. Relación de aspecto de muros de contraviento.

236

BIBLIOGRAFIA 1. A.I.S.I. Cold-Formed Steel Design Manual. 1980 Edition & August 19, 1986 Edition Pag 220-278 2. A.I.S.C. Manual of Steel Construction 8th edition, 1987. Pag 142-176 3. A.I.S.C. Engineering for Steel Construction – 8th edition 1987. Pag 23-189 4. A.I.S.C. Detailing for Steel Construction – 7 th edition 1987. Pag 76-89 5. A.I.S.C. The Load and Resistance Factor Design Manual of Steel Construction – 1987 edition. Pag 134-279 6. Frederick S. Merritt. Manual del Ingeniero Civil - 1984 edición. 7. American Iron and Steel Institute (AISI). Specification For The Design Of Cold Formed Steel Structural Members (August 19, 1986 Edition with December 11, 1989 Addendum). Washington, DC. 1989. 8. American Society of Civil Engineers. Minimum Design Load for Buildings and Other Structures (ASCE 7-93). American Society of Civil Engineers, New York, NY. 1993. 9. Standard Building Code. Southern Building Code Congress International, Inc. (SBCCI). Birmingham, Alabama. 1994. 10. Uniform Building Code. International Conference of Building Officials (ICBO). Whittier, California. 1994. 11. The BOCA National Building Code. Building Officials & Code Administrators International, Inc. (BOCA). Country Club Hills, Illinois. 1993. 12. Robert Scharff and the Editors of Walls & Ceiling Magazine. Residential Steel Framing HandBook- 1996 Edition. Pag 35, 89, 233 13. Panel Rey. Manual de Diseño Estructural del Sistema Constructivo Panel Rey. Primera edición 1995. www.panelrey.com 14. Simpson Strong-Tie Anchor Systems. 15. Tim Waite and the NAHB Research Center. .Steel-Frame House Construction. 8th edition, 2000. Pag 12-116 16. NAHB Research Center, Inc. Commentary on the Prescriptive Method for Residential Cold-Formed Steel Framing. Second Edition. Prepared for the US Department of Housing and Urban Development, the American Iron and Steel Institute, and the National Association of Home Builders,., Upper Marlboro, MD. August 1997.

237 17. ASTM A 370- 96 Standard Test Methods and Definitions for Mechanical Testing of Steel Produces, American Society for Testing and Materials (ASTM), West Conshohocken, FA. 1996. 18. ASTM A 653 / A 653M - 1996 Standard Specification for Steel Sheet, Zinc-Coated (Galvanized) or Zinc-Iron Alloy-Coated (Galvannealed) by the Hot-Dip Process, American Society for Testing and Materials (ASTM), West Conshohocken, P A. 1996. 19. AISI Publication RG-9518, Design Guide For Cold-Formed Steel Trusses, American Iron and Steel Institute (AISI), Washington DC. December 1995. 20. AISI Publication RG-9405, Thermal Design Guide For Exterior Walls, American Iron and Steel Institute (AISI), Washington DC. December 1995. 21. The American Iron and Steel Institute, and the National Association of Home Builders, by the NAHB Research Center, Inc. Energy Code And Related Thermal Performance Issues Associated With Steel Framing In Homes, Prepared for the US Department of Housing and Urban Development, Upper Marlboro, MD. April 2, 1997. 22. Harvey P. Hack . Evaluation of galvanic corrosion. Naval ship research. 23. North American Steel Framing Alliance. Shear Wall Design Guide. Publication RG9804 February 1998. 24. ConsulSteel. Manual de procedimiento para construcción con acero liviano. Primera edición 1995. 25. NASFA Publication NT4-98, Commentary on the Prescriptive Method for Residential Cold-Formed Steel Framing, Second Edition, North American Steel Framing Alliance (NASFA), Washington, DC, 1998.

239

APENDICE A CONVERSIONES MÉTRICAS La siguiente lista provee la relación de conversión entre las unidades del sistema Inglés (U.S.) y las unidades del sistema internacional (S.I.). Una completa guía del sistema y uso se encuentra en el ASTM E 380. Para convertir de...........................................a.............................................multiplicar por Longitud pulgada (in) pulgada (in) pulgada (in) pulgada (in) pie (ft) yarda (yd) milla (mi)

micrómetro (µm) milímetro (mm) centímetro (cm) metro (m) metro (m) metro (m) kilómetro (km)

25400 25.4 2.54 0.0254 0.3048 0.9144 1.6

Área pie cuadrado (sq ft) pulgada cuadrada (sq in) pulgada cuadrada (sq in) yarda cuadrada (sq yd) milla cuadrada (sq mi)

metro cuadrado (m2) centímetro cuadrado (cm2) metro cuadrado (m2) metro cuadrado (m2) kilómetro cuadrado (km2)

0.0929 6.452 0.00064516 0.8391 2.6

Volumen pulgada cúbica (cu in) pulgada cúbica (cu in) pie cúbico (cu ft) yarda cúbica (cu yd)

centímetro cúbico (cm3) metro cúbico (m3) metro cúbico (m3) metro cúbico (m3)

0.0929 0.00001639 0.02831685 0.7645549

Fuerza kip (1000 lb) kip (1000 lb) libra (lb) libra (lb)

kilogramos (kg) Newton (N) kilogramo (kg) Newton (N)

453.6 4448.222 0.4535924 4.448222

Esfuerzo o presión kip/pulgada cuadrada (ksi) kip/pulgada cuadrada (ksi) libra/pulgada cuadrada (psi) libra/pulgada cuadrada (psi) libra/pulgada cuadrada (psi) libra/pie cuadrado (psf) libra/pie cuadrado (psf)

megapascal (Mpa) (kg/cm2) (kg/cm2) pascal (Pa)* megapascal (Mpa) (kg/m2) pascal (Pa)

6.894757 70.31 0.07031 6894.757 0.00689476 4.8824 47.88

* 1 Pa = 1000 N/m2

240 Para convertir de...........................................a.............................................multiplicar por Masa (peso) libra (lb) tonelada (ton) grano

kilogramo (kg) kilogramo (kg) kilogramo (kg)

0.4535924 907.1848 0.0000648

Masa (peso) por longitud kip por pie lineal (klf) libra por pie lineal (plf)

(kg/m) (kg/m)

0.001488 1.488

Momento 1 libra-pie

Newton-metro (N-m)

1.356

Masa por volumen (densidad) libra por pie cúbico (pcf) libra por yarda cúbica (lb/yd3)

(kg/m3) (kg/m3)

16.01846 0.5933

Velocidad milla por hora (mph) milla por hora (mph)

(km/hr) (km/sec)

1.60934 0.44704

Temperatura grados Fahrenheit (ºF) grados Fahrenheit (ºF) grados Kelvin (ºK)

(ºC) (ºK) (ºC)

tc=(tf-32)/1.8 tk=(tf+59.7)/1.8 tc=(tk-32)/1.8

Los prefijos y símbolos que se muestran a continuación son comúnmente usados en los símbolos de múltiplos decimales y submúltiplos del sistema internacional de unidades SI. Factor de multiplicación 1,000,000,000 = 109 1,000,000 = 106 1,000 = 103 0.01 = 10-2 0.001 = 10-3 0.000001 = 10-6 0.000000001 = 10-9

Prefijo giga mega kilo centi mili micro nano

Símbolo G M k c m m n

241

APENDICE B FOTOS

Foto B1. Estructura de vivienda en Islas de San Pedro.

Foto B2. Vivienda terminada en Islas de San Pedro.

242

Foto B3. Vivienda de dos niveles con techo a dos aguas.

Foto B4. Construcción del entrepiso con viguetas de 15 cm.

243

Foto B5. Vista del entrepiso.

Foto B6. Escalera estructurada con parantes de 89mm de peralte.

244

Foto B7. Escalera emplacada.

Foto B8. Casa unifamiliar de dos niveles.

245

Foto B9. Vivienda en condominio palabritas Km. 98.5 Panam. Sur. Teknospace S.A.

Foto B10. Vivienda terminada.

246

Foto B11. Estructura para vivienda en La Molina. TeknospaceS.A.

Foto B12. Vivienda anterior terminada.

247

Foto B13. Ampliación de vivienda en Monterrico. Teknospace S.A.

Foto B14. Ampliación de vivienda terminada.

248

Foto B15. Instalaciones eléctricas y sanitarias en entrepiso.

Foto B16. Instalaciones sanitarias en panel de baño. Santa Beatriz S.R.L.

249

Foto B17. Alineación de viga perimetral en panel portante.

Foto B18. Tijerales y masillado interior. Santa Beatriz S.R.L.

250

Foto B19. Colocación de falso cielo raso de fibra de vidrio. Santa Beatriz S.R.L:

Foto B20. Detalle de tijerales para techo en 4 aguas.

251

Foto B21. Construcción de pórtico y voladizos. Santa Beatriz S.R.L.

Foto B22. Enchapado cerámico de vista anterior.

252

Foto B23. Construcción de tijerales en obra.

253

APENDICE C DETALLES CONSTRUCTIVOS C.1. VIGAS DE PISO SOBRE ZAPATA CORRIDA DE CONCRETO ARMADO

254

255 C.2. ANCLAJES DEL PANEL A LA LOSA DE CONCRETO ARMADO.

256

257

258 C.3. VIGA CONTINUA INTERIOR

DE

ENTREPISO

SOBRE

PANEL

PORTANTE

259 C.4. EMPALME DE VIGAS DE ENTREPISO SOBRE PANEL PORTANTE INTERIOR

260 C.5. EMPALME DE VIGAS DE ENTREPISO SOBRE PANEL PORTANTE INTERIOR

261 C.6. FIJACIÓN SUPERIOR DE PANEL NO PORTANTE PARALELO A LAS VIGAS

262 C.7. VIGAS DE ENTREPISO SOBRE PANEL PORTANTE EXTERIOR

263 C.8. VIGAS DE ENTREPISO PARA BALCON CON DESNIVEL

264

265 C.9. ENTREPISO CON CARPETA FLOTANTE HUMEDA

266 C.10. VIGAS DE ENTREPISO SOBRE PANEL PORTANTE EXTERIOR CON VOLADIZO

267

268 C.11. ENTREPISO CON PARED MACIZA EXISTENTE

269 C.12. VANO EN ESTRUCTURA DE ENTREPISO

270 C.13.

VANO EN ESTRUCTURA DE PANEL

271 C.14. SOLERAS EN VANO DE PANEL NO PORTANTE

272 C.15. SOLERAS EN VANO DE PANEL PORTANTE

273 C.16. VANO EN PANEL PORTANTE

274

275 C.17. OTRAS ALTERNATIVAS PARA EL ARMADO DE DINTELES

276 C. 18. OTRAS ALTERNATIVAS PARA REFUERZOS EN VANOS DE PANELES PORTANTES

277 C.19. BLOCKING Y STRAPPING DE VIGAS Y PANELES

278 C.20. RIGIDIZADOR DEL ALMA (STIFFENER) EN APOYO DE VIGAS

279 C.21. CRUCES DE SAN ANDRES

280 C.22. RESOLUCION DE ENCUENTRO DE PANELES

281 C.23. PIEZAS CON MONTANTES

282 C.24. PERFORACIONES Y UNIONES EN MONTANTES Y VIGAS

283 C.25. EMPLACADO DE PAREDES

284 C.26. EMPLACADO DE TECHO

285 C.27. TIPOS DE TIJERALES O CABRIADAS

286 C.28. DETALLE DE APOYO DE CABRIADA SOBRE PANEL PORTANTE

287 C.29. ALERO EN VOLADIZO

288 C.30. ALERO PASANTE SOBRE TIMPANO

289 C.31. DETALLE DE ESCALERA

290

291

292 C.32. DETALLE DE CONEXIONES USANDO SECCION I

293 C.33. ENTREPISO SECO CON PLACA DE MULTILAMINADO FENOLICO

294 C.34. ESTRUCTURACION TIPICA PARA VIVENDA DE DOS NIVELES

295

APENDICE D TABLAS DE DISEÑO Tabla D-1. Propiedades y capacidades para selección de perfiles

296 Tabla D-2. Propiedades físicas y de sección en perfiles “I” y tipo Cajón

297 Tabla D-3. Parantes actuando como vigas.

298 Tabla D-4. Reacciones máximas permisibles en alma de vigas

Tabla D-5. Vigas dobles o I

299 Tabla D-6. Cargas permisibles en dinteles o cerramientos en poste simple

Tabla D-7. Cargas permisibles en dinteles para postes tipo I

300 Tabla D-8. Capacidad de carga a compresión en perfiles tipo cajón

Tabla D-9. Capacidad de carga a compresión en perfiles tipo I

301 Tabla D-10. Diámetros máximos y refuerzos en perforaciones en perfiles

Figura D1. Perforaciones de fábrica.

Figura D2. Vigas de entrepiso arriostradas con bloques sólidos.

302 Tabla D-11. Cargas axiales permisibles en postes sin presión de viento

303 Tabla D-12. Cargas axiales permisibles en postes con VD =70 Km./h

304 Tabla D-13. Cargas axiales permisibles en postes con VD =80 Km./h

305 Tabla D-14. Cargas axiales permisibles en postes con VD =100 Km./h

306 Tabla D-15. Cargas axiales permisibles en postes con VD =110 Km./h

307 Tabla D-16. Cargas axiales permisibles en postes con VD =110 Km./h

308 Tabla D-17. Cargas axiales permisibles en postes con VD =130 Km./h

309 Tabla D-18. Cargas axiales permisibles en postes con VD =140 Km./h

310 Tabla D-19. Cargas axiales permisibles en postes con VD =160 Km./h

311 Tabla D-20. Cargas axiales permisibles en postes con VD =180 Km./h

312 Tabla D-21. Cargas axiales permisibles en postes con VD =200 Km./h

313 Tabla D-22. Cargas axiales permisibles en postes con VD =220 Km./h

314 Tabla D-23. Altura de postes en función de la velocidad de viento

315 Tabla D-24. Altura de postes en función de la velocidad de viento

316 Tabla D-25. Cargas permisibles en kilogramos por tornillo

Tabla D-26. Espaciamiento mínimo entre tornillos

Tabla D-27. Carga permisible en sujeciones laterales diagonales

317 Tabla D-28. Especificaciones del material del perno expansivo “Simpson”

Tabla D-29. Cargas de tensión y corte para anclajes Wedge All en concreto de peso normal

318 a. b. c. d. e. f. g. h.

Las cargas permitidas que se indican bajo adhesión permitida en la tabla se basan en n factor de seguridad de 4.0. Las cargas de tensión Permitidas pueden aumentar en un 33 '/3% por períodos cortos debido a las fuerzas del viento y sísmicas. Referirse a las tablas PE-06 hasta PE-10 para obtener los factores de ajuste permitidos para la separación entre los anclajes y las distancias de los bordes. La broca para taladrar el material base debe ser del mismo diámetro del anclaje. El orificio debe ser ½” (12.7 mm.) más profundo que el empotramiento requerido. Puede interpolarse la carga permitida para las fuerzas de compresión del concreto entre 2000 PSI y 4000 PSI (13.8 MPa y 27.6 MPa). ¼” de carga se aplica a Wedge-AII. Para estimar medidas métricas equivalentes. multiplicar pulgadas por 25.4 para obtener milímetros.

Tabla D-30. Datos para instalación de Anclajes Wedge-All

Tabla D-34. Cargas de tensión para anclajes Wedge-All en concreto aligerado para plataformas de metal

319

Tabla D-31. Factores de ajuste por distancia reducida a los bordes para anclajes Wedge All en Concreto. Fc = Carga de tensión por distancia del borde

320 Tabla D-32. Factores de ajuste por distancia reducida a los bordes para anclajes Wedge All en Concreto. Fc = Carga de Corte por distancia del borde

a. b. c. d. e. f. g.

Cact = Separación actual a la cual se encuentran instalados los anclajes. Ccr = Separación critica para 100% de la carga. Cmin = Separación mínima para carga reducida. fc = Porcentaje de carga permitida a la separación actual. fccr = Porcentaje de carga permitida a la separación crítica. fccr siempre = 1.00. fcmin = Porcentaje de carga permitida a la separación mínima. fc = fcmin + [(1 -fcmin) (Cact - Cmin) / (Ccr - Cmin)].

321 Tabla D-33. Factores de ajuste por separación entre los anclajes Wedge All en Concreto. fs = Tensión por separación en empotramientos superficiales

Tabla D-34. Factores de ajuste por separación entre los anclajes Wedge All en Concreto. fs = Tensión por separación en empotramientos profundos

322 Tabla D-35. Factores de ajuste por separación entre los anclajes Wedge All en Concreto. fs = Tensión por separación en empotramientos medios

a. b. c. d. e. f. g. h.

Sact = Separación actual a la cual se encuentran instalados los anclajes. Scr = Separación crítica para 100% de la carga. Smin = Separación mínima para carga reducida. fs = Porcentaje de carga permitida a la separación actual. fscr= Porcentaje de carga permitida a la separación crítica. fscr siempre es igual 1.00. fsmin = Porcentaje de carga permitida con la sepa- ración mínima. fs = fsmin + [(1 -fsmin) (Sact - Smin)/ (Scr - Smin)]. fs = 1.00 para carga de corte (empotramientos superficiales, medios y profundos).

323

APENDICE E MANUAL DEL AISIWIN V 5.0

This version of AISIWIN v5.0 was developed for Clark Steel Framing by Devco Software, Inc. For questions on AISIWIN, telephone 888-437-3244. For additional engineering software products visit www.devcosoftware.com.

324 INTRODUCTION AISIWIN is a Windows-based program for calculating section properties, load capacity, and allowable spans for cold-formed steel stud, joist and track sections. Calculations are based on the American Iron and Steel Institute (AISI) “Specification for the Design of Cold-Formed Structural Members” (the Specification). The 1996 (ASD and LRFD), the 1999 Supplement, and 1986 Edition with 1989 Addenda are included. In addition, except when using the 1999 Supplement, web punchouts are treated in accordance with the International Conference of Building Officials (ICBO) Acceptance Criteria for Steel Studs, Joists and Track, AC46. For the case of the 1999 Supplement, the punchout provisions of that document are used. The user should be familiar with each of these documents to properly understand the methods and assumptions of the program. DISCLAIMER The developers have extensively verified this program and documentation. However, in using the program and documentation, the user accepts and understands that no warranty, expressed or implied, is made with regard to the accuracy of the results of the program. The program is intended for use by qualified professionals familiar with the design of cold-formed steel members. The user must understand the basis for calculations and independently verify results. SETUP AISIWIN is designed to operate in the Windows environment. Before setting up the program, it is important to close all applications, including MS Office. To setup the program, insert the CD in the appropriate drive and run Setup.exe. The setup routine will automatically create a subdirectory called “AISIWIN” within your ‘Program Files’ directory, or you can choose to install it to another location. Note: If you choose to install AISIWIN to a directory other than the default, the program may not be able to locate the section database immediately. To select a database, choose Settings then Database from the menu and proceed with your selection. Then save your choice as the default by clicking on the button with that label. AISIWIN has a built-in database feature that allows users to create their own geometry databases. Databases that include geometry information from the Steel Stud Manufacturer’s Association (SSMA), and several manufacturer databases are included with the program. AISIWIN can be started by any of the typical methods used to run an application in Windows.

325 ORGANIZATION OF THE USER’S MANUAL This User’s Manual is divided into several parts. The first two sections give general information regarding the use of the toolbar and menu systems and a basic overview of section data input. The remaining sections detail each of the operations that can be initiated from the drop-down menus. Where Specification sections are referenced they are given first as the 1996 or 1999 edition followed by a “/” and the 1986 edition with 1989 Addenda references. If all references are the same, only one will be given. DIFFERENCES BETWEEN Version 5.0 and Version 4.0 AISIWIN v5.0 has several features not included in previous versions: • • • •

Single, Boxed and Back-to-Back Members in all modules Rafter Design module (includes gravity and wind loads). Steel yield point, Fy, shown on the toolbar for all sections Load factors for both ASD and LRFD per the IBC 2000 (including the 0.7 factor on wind for deflection).

Design of Boxed and Back-to-Back members were limited to headers and posts/braces in previous versions of AISIWIN. Version 5.0 allows the use of these configurations as well as single members in all design modules. When using boxed and back-to-back members, it is assumed that the members are interconnected sufficiently to act as a composite. It is incumbent on the user to determine how to make these interconnections. The new rafter design module allows the input of dead load, live/snow load, inward wind load, resisting dead load and outward wind load. It also adjusts the member length and flexural loads for slope. The rafter design module is discussed in more detail below. Since some manufacturers produce members from a given thickness in more than one yield point, Fy, AISIWIN v5.0 displays the yield strength for the member under consideration on the toolbar. Current building codes, specifically the IBC 2000, treat ASD load combinations differently than earlier codes. Where earlier building codes recognized the 0.75 factor on combinations of loads that included wind or seismic forces, the IBC 2000 basic ASD load combinations do not allow the 0.75 except for cases involving multiple transient loads – and then only on the transient loads, not on dead load. The IBC 2000 also allows wind loads to be multiplied by 0.7 for deflection calculations. AISIWIN v5.0 accommodates these new requirements by allowing input of individual load types, each with their own ‘multiplier’. The ‘Wind or Earthquake’ check box used in earlier versions of AISIWIN is no longer available. THE AISIWIN TOOLBAR AND MENU At startup, AISIWIN displays a menu and a toolbar which together control overall operation of the program. The menu directs the flow of the program and gives the user access to each of the design and settings modules. Each of the menu items is described in more detail later in this manual. The toolbar contains the following controls that are common to each of the individual design modules:

326 Project input box Section drop down boxes Punched/Unpunched toggle The calculate button The printer button The view section properties button Bearing length drop down boxes for interior and end bearing. The Project input box allows the user to enter a project name or heading that will appear on printed reports. To enter a heading, click on the box and type. The Section drop down boxes are used to input section geometry information from the database (if in database input mode), or to input a special designation (if in custom geometry input mode). At startup, input is in the database mode, with information from the default database loaded into the drop down boxes. The section designation can be changed at any time, and, the physical/structural properties, allowable spans or load capacity will automatically be re-calculated. The Punched/Unpunched toggle is used to specify if the section will have web punchouts. Some manufacturers will supply their standard products either with or without punchouts. This applies only to the database-input mode. The =, or calculate button is used in the design modules to fill in the load or span tables. After providing all of the appropriate input information on the design forms, clicking the = button fills in the table with allowable spans or loads. In the design modules, any time a change is made to the inputs, the table automatically clears. To regenerate the tables with the revised inputs, click the = button. When the section is changed via the drop-down boxes on the toolbar, the allowable spans or loads is automatically updated and there is no need to click the = button. From the design modules or the section property view form, clicking the printer button sends the information on screen to the printer. The view section property button allows the user to view, on screen, the geometry, steel properties and physical/structural properties of the current section. Bearing length drop-down boxes are used to input the end and interior bearing lengths used in web crippling calculations. Some modules do not use web-crippling information. However, a change in either bearing length drop down will clear the tables in all of the design modules. GEOMETRY AND STEEL PROPERTY INPUT Most often, the sections used in light-gauge steel design are standard sections supplied by one of several manufacturers. To take advantage of this, AISIWIN uses section databases to input geometry and steel property information. Users can generate their own databases to accommodate their needs or use one of the databases supplied with the program. It is sometimes necessary to design a section that is not part of any manufacturer’s standard product line. This can easily be done within AISIWIN by selecting one of two

327 custom-geometry input methods. The first custom input mode allows the user to take data from a standard database shape and modify it. The second mode provides for total flexibility of input with no information from the database. Each of these methods is described in the paragraphs that follow. VIEWING PHYSICAL/STRUCTURAL PROPERTIES With the geometry entered, physical/structural properties can be viewed by clicking the view section properties command button or by selecting Display Section Properties from the Section menu item. Input geometry and steel properties are first checked for completeness. If the information is incomplete, a message will be displayed indicating what information needs to be entered or corrected. In addition, element width-to-thickness ratios are verified per Specification section B1.1. If these ratios exceed Specification limits, a message will be displayed indicating which element requires modification. When calculations are being performed using the 1999 Supplement, punchout dimensions are also verified relative to the shear and web crippling reductions. If the punchouts fall outside the published parameters for the reduction equations a warning message is shown, but the calculations will proceed. For ASD versions of the Specification, allowable moment, shear and web crippling values are given. If an LRFD version has been chosen, the nominal strengths multiplied by the appropriate φ factor are displayed. If the input is complete and the element dimensions comply with the code limits, gross and effective properties are calculated for both the strong (X-X) and weak (Y-Y) directions. In addition, torsional properties, allowable shear and web crippling loads and the quantity Pno/Ω (1996 or later edition, ASD), φPn0 (1996 or later edition, LRFD) or Pa0 (1986 edition) for use in interaction equation C5.2 are determined. For Boxed or Back-toBack members, the properties shown are for the composite section assuming they are adequately interconnected. A brief discussion of the various properties follows: Effective Section Properties, Strong Axis The effective neutral axis location (Ycg), section modulus (Sxx) and allowable bending moment (ASD) or φMn (LRFD) are calculated at the yield stress (as modified for cold-work of forming if appropriate). The moment of inertia for deflection is calculated according to Procedure I of the Specification (assuming the design moment equals the allowable moment capacity). Except for when using the 1999 Supplement, these properties are not reduced for web punchouts. When using the 1999 Supplement, Sxx is reduced where applicable. Gross Section Properties of the Full Section, Strong Axis Each of the gross properties about the strong axis is based on the full, unreduced geometry of the section. Section Properties, Weak Axis Both gross and effective properties are displayed for the weak axis under this heading. Gross properties are based on the full, unreduced geometry of the section. Effective properties are based on initiation of yield. The calculation of effective properties for bending about the weak axis of single members considers cases for both the web in compression and in tension and records the minimum value of section modulus and allowable weak-axis bending

328 moment (ASD) or φMn (LRFD). For the case of the web in compression with punched webs, the effective web width is based on the unstiffened strip approach discussed in ICBO AC46 and in the 1996 and later versions of the Specification. For C-studs, flanges are treated as webs with stress gradients per Specification section B2.3. The effective flange widths of channel studs and track sections are based on Specification section B3.2. Weak-axis flexural strength is not computed for boxed or back-to-back sections. Other Section Property Data For members with punchouts, the net area at punchout locations is displayed. For both punched and unpunched members, the weight per unit length (lb/ft) is calculated based on the gross, unreduced area of the section. If punchout dimensions are given, the allowable shear will be calculated for both the punched and unpunched cases in accordance with ICBO AC46 (or the 1999 Supplement if specified). If the section is unpunched, only the full shear value is displayed. For ASD designs the quantity Pno/Ω (1996 edition) or Pa0 (1986 edition) is calculated in accordance with Specification section C5. When using LRFD, the quantity φPn0 is given. This quantity is used in interaction equations of Specification section C5.2. Torsional Properties Torsional properties are based on the full, unreduced section. Web Crippling Loads Allowable (Pa), or nominal (φPn), web-crippling loads are displayed for four conditions as defined in Figure 1. Allowable (ASD) or nominal (LRFD) loads for boxed members are taken as twice that of a single member. For back-to-back members, the provisions for web I-sections are used. In addition, if punchout dimensions are given, a reduction factor is shown. This reduction factor is calculated in accordance with ICBO AC46 for the 1996 and earlier Specifications or the 1999 Supplement otherwise and will be applied to the web crippling capacity, if requested, for a given application. Refer to the instructions for individual applications for information regarding the application of the web crippling reduction factor. No web crippling loads are displayed if the web height-to-thickness ratio exceeds 200 since such members require stiffeners at all concentrated loads.

329 Because the section properties require more space than one screen allows, the user must scroll through the form to view all of the properties. UNIFORM LOAD

D

> 1.5D

2

2

1

< 1.5D

> 1.5D

> 1.5D

D

> 1.5D

2

1

< 1.5D

< 1.5D

< 1.5D

D

> 1.5D

#

4

3

< 1.5D

REPRESENTS WEB CRIPPLING CONDITION NUMBER

Figure 1. Web crippling conditions USING THE DROP-DOWN MENUS File From File, the user can select Print or Exit. Selecting Print has the same affect as clicking on the toolbar printer button. The Exit item closes AISIWIN; any current information will be lost.

330 Design The Design menu item provides access to the design modules where users can determine spans and loads for various applications. Wall design is divided into two categories, Non-Axial Load Bearing and Axial Load-Bearing. Non-Axial Load Bearing walls are then subdivided into Fully Braced, and Mechanically Braced walls. Non-Axial Load Bearing, Fully Braced Walls Maximum wall heights are determined for walls that are fully braced by sheathing or other means and support only lateral bending loads. Simple span, two equal spans, or two or more equal spans can be considered. Using the input lateral load, heights are determined based on flexure, shear, web crippling and deflection. For multi-span applications, combined bending and shear, and combined bending and web crippling is also considered. The applied lateral load is input in the box labeled Nominal Load. For both ASD and LRFD design the load can be modified for strength checks as well as deflection. For ASD the nominal load will be multiplied by the load multipliers for strength and deflection when making the respective checks. When using LRFD design, input the unfactored lateral load and the appropriate load factor. All LRFD strength checks are based on factored loads, while deflection is checked with the nominal load multiplied by the load factor for deflection. Heights based on flexure assume the studs are fully stabilized and that the allowable bending moment is the allowable moment at yield. Choose the span condition by selecting one, two equal, or two or more equal spans. For two or more equal, continuous spans, the minimum span based on two or three equal span conditions is displayed. Heights based on shear consider the maximum shear at the ends of the studs and the allowable shear force (or Pu ≤ φPn for LRFD) in the web. If the stud being considered is punched, the user has the option of considering the web punched or unpunched in the zone of maximum shear. For joists with punched webs, (the Punched/Unpunched toggle reads “punched”, or punchout dimensions were entered in the custom geometry mode), if the box labeled “Consider Punched Near supports?” is checked, allowable shear and web crippling will be reduced in accordance with the ICBO AC46 or the 1999 Supplement. Heights based on web crippling consider the maximum reaction and the web crippling capacity for the stud. If the webs of the studs are stiffened, (the box labeled “Require Web Stiffeners at Supports?” is checked), web crippling will not be considered. If web crippling is to be considered, the bearing lengths can be modified from the toolbar. For members with web height-to-thickness ratios exceeding 200, wall heights will not be calculated unless the “Require Web Stiffeners at Supports?” box is checked. Wall heights are displayed for three stud spacings and deflection ratios, any of which may be modified by the user. Stud spacing is input in inches (mm), and deflection limits are input as a ratio of the overall wall height. Click the calculate button on the toolbar to fill in the allowable wall heights table Non-Axial Load Bearing, Mechanically Braced walls Walls that do not have adequate bracing on each flange over the entire length of the stud can be designed as mechanically braced walls. The design criteria for mechanically braced walls are similar to that for fully braced walls, except that the flexural capacity is based on the lateral stability of the stud in bending in accordance with Specification section C3.1.2.

331 When using the 1986 Specification, the quantity Cb is taken as 1.0 for simple span conditions. For two or three spans with no bracing, Cb is taken as 1.75. When using the later versions of the Specification, Cb varies based on span and bracing configuration. For simple spans, Cb is taken as 1.14 for unbraced, 1.3 for mid-span braced and 1.0 for other bracing configurations. For the two equal, continuous spans, Cb is taken as 2.083 for the unbraced condition and conservatively taken as 1.0 for all other bracing configurations. For three equal spans, Cb is taken as 1.538 for unbraced flanges and 1.0 for all other conditions. The applied lateral load is input in the box labeled “Nominal Load.” For both ASD and LRFD design the load can be modified for strength checks as well as deflection. For ASD the nominal load will be multiplied by the load multipliers for strength and deflection when making the respective checks. When using LRFD design input the unfactored lateral load and the appropriate load factor. All LRFD strength checks are based on factored loads, while deflection is checked with the nominal load multiplied by the load factor for deflection. The deflection limit must be entered as a ratio of the overall wall height (i.e. for a specified deflection limit of L/480, enter 480 in the box labeled Deflection Limit L/ ). Choose the span condition by selecting one, two equal, or two or more equal spans. Allowable heights consider the same items described for fully braced walls. Wall heights are displayed for three stud spacings and three bracing configurations. Stud spacings are entered in inches (mm). The lateral bracing interval is entered either in inches (mm), or as “NONE”, “MID Pt”, or “THIRD Pt” points. The user may change each of the stud spacings and lateral bracing intervals. Click the calculate button on the toolbar to fill in the heights table Axial Load-Bearing Walls AISIWIN calculates allowable axial loads (ASD) or maximum factored axial loads, Pu (LRFD) for studs with combined bending and compressive loads. Interaction formulas per Specification section C5 are used to determine the maximum axial load, P, that the stud can carry in combination with the user specified bending load by setting the interaction values to 1.0. Input the overall wall height in the drop down box labeled “Overall Wall Height”. Bending moment is calculated based on a simple span condition at the specified wall height. If the box labeled “Consider Fully Braced for Bending?” is checked, the moment capacity used in the interaction equations will be the moment capacity at yield. If this box is not checked, lateral stability will be considered in accordance with Specification section C3.1.2 with KyLy and KtLt equal to the bracing interval input. Lateral loads, in psf (N/m2), are input in the drop down box labeled “Lateral Load”. The combined bending and axial load interactions will be checked using the load multipliers on both lateral and axial loads as input. If, however, the maximum allowable load, P, including the load multipliers exceeds the allowable pure axial load of the stud under concentric axial load only, without a multiplier, the unmodified allowable pure, concentric axial load of the stud will be displayed. Deflection is calculated at the input lateral load multiplied by the factor for deflection. For LRFD design, input the unfactored lateral load and the load factor. Deflection is calculated at the nominal load multiplied by the load factor for deflection. Axial loads are calculated for three weak-axis bracing intervals and three on-center stud spacings. Modifying the contents of the associated drop down boxes can change any of these parameters. On-center stud spacings are entered in inches (mm). For weak-axis bracing, the input can be in inches (mm), or “NONE”, “MID” or “THIRD” can be chosen.

332 If data is entered that is not numerical or one of the three interval designations, the weakaxis bracing interval will be considered to be the overall wall height. For calculating stresses in accordance with Specification section C4, the unbraced length for torsion (KtLt) is taken as the spacing of weak axis bracing (KyLy). In the interaction equation (C5.2.1-1 / C5-1) of the Specification, Cmx = 1.0. For boxed members, torsional buckling is not considered. In addition to mechanical bracing, axial loads for single and back-to-back members are displayed for studs with identical sheathing on each flange in accordance with Specification section D4. The AISI Specification does not include provisions for sheathing braced design of boxed members. For sheathing braced design, the moment capacity, (Ma for ASD or φMn for LRFD), is taken as the moment at yield. The sheathing parameters assumed by AISIWIN correspond to 3/8 to 5/8-inch thick gypsum board (See Specification Table D4). There are several limitations on member configuration in the Specification. When these limits are exceeded, a warning message will appear. The calculations will still proceed, but the results may not be in conformance with Specification provisions. It should be noted that for the 1986 edition of the Specification the allowable axial load for studs sheathed on both sides is dependent on stud spacing and can actually increase with increasing stud spacing, despite the fact that the applied moment is increasing. This was modified for the 1996 edition of the Specification and the change is reflected in the program. The deflection ratio is also displayed for each stud spacing so the user can compare the deflection with the applicable serviceability criteria. In addition, the maximum KL/r ratio (KxLx/rx or KyLy/ry) is calculated and displayed. Web crippling is not considered for the determination of axial loads, but should be checked against the allowable web crippling load for the particular stud and bearing condition. Web crippling capacity is given at the bottom of the section property printouts. Floors AISIWIN calculates maximum floor joist spans based on user input dead and live loads and deflection limits for live and total loads. The applied dead and live loads are entered in the drop down boxes labeled “DL” and “LL” respectively. Deflection limits for dead and total loads are similarly entered in the drop down boxes labeled “Total Load L/ “ and “Live Load L/ “. For LRFD design, the unfactored dead and live loads are input in conjunction with their individual load factors. For joists with punched webs, (the Punched/Unpunched toggle reads “punched”, or punchout dimensions were entered in the custom geometry mode), if the box labeled “Consider Punched Near supports?” is checked, allowable shear and web crippling will be reduced in accordance with the ICBO AC46 or the 1999 Supplement provisions. Spans are calculated for joists both with web stiffeners and without. Single span and two equal, continuous span conditions are considered for three on-center joist spacings. For the case of two equal spans, the span is the distance from an outside support to the center support as shown in Figure 2. Spans with web stiffeners may be followed by a notation “i”, “e” or “a” to indicate where web stiffeners are required. The notation “i” indicates web stiffeners at interior supports, “e” indicates end supports and “a” indicates all supports. Some building codes require serviceability checks that consider alternate span live loading. For deflection of a two-span joist, this can be the controlling criterion. The user can choose whether to consider alternate span loading for deflection calculations on twospan joists. To consider deflection with alternate span loading, click on the box labeled

333 “Check Alternate Span Loading.” unfactored loads.

For LRFD design, deflection is calculated with

Span

Span

Span Figure 2. Span measurement.

Allowable single spans are determined as the minimum value from: flexure, shear, total deflection and live load deflection. For joists without web stiffeners, web crippling is also considered. The same criteria used to determine allowable single spans are used for two equal, continuous spans. In addition, combined bending and shear (AISI Specification Section C3.3), and combined bending and web crippling for joists without web stiffeners (AISI Specification section C3.5) are considered. If the web height-to-thickness ratio exceeds 200, web stiffeners are required at supports and, as such, no spans are calculated for the unstiffened case. Ceilings Ceilings are generally sheathed on only their bottom flanges. Therefore, the stability of ceiling joists in bending must be calculated in accordance with Specification section C3.1.2. Ceiling bending loads also may consist of several components (e.g. dead, live and wind). The calculation of ceiling joist spans is nearly identical to that for nonaxial load bearing walls, mechanically braced. The applied loads are input in the boxes labeled Dead Load, Live Load and Wind Load. For both ASD and LRFD design the individual loads can be modified for strength checks as well as deflection. For ASD the various bending loads will be multiplied by the load multipliers input for strength and deflection when making the respective checks. When using LRFD input the unfactored lateral load and the appropriate load factor. All LRFD strength checks are based on factored loads, while deflection is checked with the nominal load multiplied by the load factor for deflection. Note that AISIWIN checks only the individual load combination entered. Specific load combinations required by a particular building code are not incorporated into the program. The deflection limit must be entered as a ratio of the overall joist span (i.e. for a specified deflection limit of L/480, enter 480 in the box labeled “Deflection Limit L/“).

334 Choose the span condition by selecting one, two equal, or two or more equal spans. Allowable spans consider the same items described for mechanically braced walls. Spans based on web crippling consider the maximum reactions and the web crippling capacity of the joist. If the webs of the joists are stiffened, (the box labeled “Require Web Stiffeners at Supports?” is checked), web crippling will not be considered. If web crippling is to be considered, the bearing lengths can be modified from the toolbar. For members with web height-to-thickness ratios exceeding 200, wall heights will not be calculated unless the “Require Web Stiffeners at Supports?” box is checked. Spans are displayed for three joist spacings and three bracing intervals. Joist spacings are entered in inches (mm). The lateral bracing interval is entered either in inches (mm), or as “NONE”, “MID Pt”, “THIRD Pt” or “FULL”. If “FULL” bracing is chosen, the moment capacity will be considered the moment capacity at yield. The user may change each of the joist spacings and lateral bracing intervals. Rafters Rafters may be subject to both gravity and inward wind loads as well as outward (uplift) loads. In addition, they are often sheathed on only their top flanges. Therefore, the unbraced length of the compression flange for rafters in bending is different for inward and outward load. AISIWIN assumes that rafters are fully braced for inward loads (similar to floor joists). However, bridging may be required in order to minimize rotation. For outward (uplift) loads, rafters can be designed as unbraced, fully braced or braced at any interval desired. Enter the bracing interval for uplift loads in the box labeled “Flexural Bracing for Uplift.” Rafters may also be sloped – changing the magnitude of the perpendicular component of gravity loads. Also, since AISIWIN reports allowable spans on the horizontal projection, the actual member length may be longer than the listed span. The rafter slope can be entered in either rise:12 or degrees. Select the slope units from rightmost dropdown in the slope input box. The slope is then entered in the slope dropdown. Slopes less than or equal to 12:12 (45 degrees) may be used. Inward loads are entered in the boxes labeled Dead Load, Live/Snow Load and Inward Wind Load. For both ASD and LRFD design the individual loads can be modified for strength checks as well as deflection. For ASD the bending load will be multiplied by the load multipliers input for strength and deflection when making the respective checks. When using LRFD input the unfactored loads and the appropriate load factors. All LRFD strength checks are based on factored loads, while deflection is checked with the nominal load multiplied by the load factor for deflection. The outward (uplift) load and the resisting dead load are input in the boxes labeled Inward Wind Load and Resisting DL. For both ASD and LRFD design the individual loads can be modified for strength checks as well as deflection. For ASD the bending load will be multiplied by the load multipliers input for strength and deflection when making the respective checks. When using LRFD input the unfactored lateral load and the appropriate load factor. All LRFD strength checks are based on factored loads, while deflection is checked with the nominal load multiplied by the load factor for deflection. Since bending in the rafter is a function of the perpendicular component of the loads, gravity loads are modified for slope. Dead load is multiplied by the cosine of the rafter slope. Live and snow loads are multiplied by cos2(slope) since these loads are specified in most model building codes as projected on the horizontal plane. Wind load is generally considered to act perpendicular to the surface and, therefore, are not modified for slope.

335 Note that AISIWIN checks only the individual load combination entered. Specific load combinations required by a particular building code are not incorporated into the program. Both dead and total load deflection limits must be entered as a ratio of the overall rafter span (i.e. for a specified deflection limit of L/180, enter 180 in the box labeled “Dead Load L/“ or Total Load L/”). Spans based on web crippling consider the maximum reaction (perpendicular to the long axis of the member) and the web crippling capacity of the rafter. If the webs of the rafters are stiffened, (the box labeled “Require Web Stiffeners at Supports?” is checked), web crippling will not be considered. If web crippling is to be considered, the bearing lengths can be modified from the toolbar. For members with web height-tothickness ratios exceeding 200, wall heights will not be calculated unless the “Require Web Stiffeners at Supports?” box is checked. Spans (Horizontal Projection) are displayed for three rafter spacings for both inward and outward (uplift). Rafter spacings are entered in inches (mm). The spacing of lateral bracing for outward (uplift) loads is entered either in inches (mm), or as “NONE”, “MID Pt”, “THIRD Pt” or “FULL”. If “FULL” bracing is chosen, the moment capacity will be considered the moment capacity at yield. Posts and Braces Allowable axial loads (ASD) or maximum factored axial loads, Pu (LRFD), can be computed for single, back-to-back and boxed members (Figure 4. shows cross-sections of the boxed and back-to-back configurations for a C-stud). The member length (KxLx) is entered in the drop down box labeled “Overall Member Length KxLx.” For ASD design, allowable axial loads will include the input load multiplier described above. The allowable axial load displayed represents the nominal axial capacity divided by the input load multiplier. For single studs, axial loads are calculated for concentrically loaded members and members loaded through their webs. Concentric axial loads are calculated in accordance with Specification section C4. The unbraced lengths, KyLy and KtLt, are taken as the user input weak-axis bracing intervals. Weak axis bracing intervals may be entered in inches (mm), or as “NONE”, “MID” or “THIRD” points. For single members loaded through their web, a weak-axis eccentricity equal to the distance from the web face to the centroidal axis of the effective section for pure axial load exists. The associated weak-axis bending moment is accounted for via equations C5.2.1-1 / C5-1 and C5.2.1-2 / C5-2 of the Specification. In equation C5.2.1-1 / C5-1, Cmy = 0.85 is used. A typical example of a compression member loaded through its web is a diagonal kicker brace which is attached through its web to a vertical spandrel stud on one end and a clip angle which is attached to structure on the other (See Figure 3). Axial loads for (2) studs back-to-back are determined in accordance with Specification section C4.1. It is assumed that members are connected so as to create a doubly-symmetric section. Axial loads for (2) boxed studs are also determined in accordance with the provisions for doubly-symmetric sections, assuming that the members are properly interconnected. The axial loads printed are total loads for the two-stud configuration The axial loads printed are total loads for the two-stud configuration. The bracing intervals can be modified by the user by entering the desired interval in inches (mm) or

336 specifying “NONE”, “MID Pt” or “THIRD Pt” bracing. If no bracing interval is entered, the unbraced length will be taken as the overall length of the member. A diagram of Back-to-Back and Boxed studs is shown on screen as they are selected and are given below in Figure 4.

Compression brace - loaded through web

Reaction from Window Head Below

Figure 3. Compression member loaded through web

337

BACK-TO-BACK STUDS

BOXED STUDS

Figure 4. The maximum KL/r ratio (KxLx/rx or KyLy/ry) is also calculated for each bracing interval and displayed. If the ratio exceeds 300, no axial loads are computed. Headers and Beams Allowable uniform loads (ASD) or maximum unfactored loads (LRFD) can be calculated for each of three span lengths using single, boxed or back-to-back members. Values for beams with and without web stiffeners are calculated. The deflection limit is input as a ratio of the span length. For both ASD and LRFD design the load can be modified for strength checks as well as deflection. For ASD the bending load displayed will include the input load multipliers for strength and deflection when making the respective checks. When using LRFD input appropriate load factor. All LRFD strength checks are based on factored loads, while deflection is checked at the unfactored bending load multiplied by the load factor for deflection. Bracing intervals can be entered as “FULL”, “NONE”, MID Pt” or “THIRD Pt” or an unbraced length in inches (mm). If “FULL” bracing is chosen, the moment capacity is taken as the moment capacity at yield. For boxed members using the 1986 or 1996 edition of the Specification, the permissible unbraced length is calculated in accordance with Specification section D3.3. If a specified unbraced length exceeds the allowable for a boxed member, a message indicating the maximum permissible unbraced length will be displayed. Web crippling and shear are treated in accordance with the provisions described above for single span joists. Section The Section drop down menu item controls the mode of geometry and steel property input and provides another means (in addition to the view section properties button) of viewing section properties on screen. To view section properties, select Display Section Properties. Selecting this item has the same affect as clicking on the ‘view section properties’ button.

338 To select the geometry-input mode, select Geometry. A sub-menu will appear with three options. Choosing Direct From Database puts geometry input in the database mode. All geometry and steel property information will come directly from the database as controlled by the Section drop down boxes on the toolbar. This is the input mode used at startup. While AISIWIN is shipped with the several pre-made databases, additional databases can be created (See the section titled Settings). The default database for use at startup can also be changed from the Settings menu. Selecting Customize Shape from Database allows the user to modify the geometry and steel properties of a section found in the database. This can be convenient if, for example, you wish to use a standard section with lower yield strength or slightly different dimensions. The dimensional and steel property information currently in the Section drop down boxes will be displayed on the graphic geometry customizing form. To change the information, change the contents of the drop down boxes to fit the specific application. Selecting Input Shape can be used if the section to be investigated does not closely resemble any section from the database. Choose the type of section you wish to investigate from the choices in the box labeled “Section Type”. The graphic input screen will automatically update for the type of section chosen. Choose C-Stud for any section with stiffening lips, Channel stud for sections without stiffeners and whose web height is not modified from the input dimensions. Track sections are treated similarly to channel studs, except the web height is automatically adjusted from the nominal height. The amount of the adjustment is twice the steel thickness plus one inside corner radius. When entering a custom geometry, for unpunched sections specify the punchout width as zero. Similarly, to exclude cold-work of forming (Specification Section A5.2.2) in the calculations, enter a value of Fu less than the value of Fy specified. Settings The Settings menu item allows the user to change the current and default database settings, create new databases, set the Specification which calculations will be based on and choose either English or metric units. To change the current database, select Database from the Settings menu item, then click on the button labeled “Change Database”. Use the standard windows file boxes to select the database you wish to design from. If you would like to make your selection the default database at future startups, click on the “Save Current Database as Default” button from the main database screen. It is also possible to create or modify databases using a standard text editor. Use one of the supplied databases as a template and modify it to fit your needs. To change the edition of the Specification to be used in calculations, select Code from the Settings menu item and then select the appropriate Specification edition. To save this Specification edition as the default, click on the Save Code Year as Default menu item. The system of units for input and output can be changed by selecting Units from the Settings menu and selecting the appropriate unit system. To make the selected system the default, click on the Save Units as Default item.

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APENDICE F COMPORTAMIENTO SÍSMICO DE LOS PANELES DRYWALL Resumen Con el financiamiento parcial de la empresa All Interior Supply, se realizaron ensayos de simulación sísmica en el Laboratorio de Estructuras de la Universidad Católica con el objeto de analizar el comportamiento de la tabiquería drywall y su interacción con el pórtico de concreto armado que lo enmarca. Los ensayos se dividieron en tres grupos: - Ensayo Cíclico Coplanar al tabique. - Ensayo Sísmico Coplanar al tabique. - Ensayo Sísmico Ortogonal al plano del tabique. 1. INTRODUCCIÓN Debido al uso masivo que se le viene dando a la tabiquería drywall en la construcción de centros comerciales, hospitales y edificios para oficinas, y a que faltan estudios que muestren el comportamiento del sistema cuando ocurra un sismo, es que en la presente investigación se trató de analizar los efectos que producen las cargas sísmicas paralelas y perpendiculares al plano de la tabiquería drywall. Para el ensayo cíclico coplanar se utilizó un pórtico de concreto armado a escala 1:2, el cual fue sometido a cargas cíclicas con desplazamiento lateral controlado. En el ensayo sísmico coplanar se utilizó un módulo de dos pisos de concreto armado a escala 1:2, el cual fue sometido en la mesa vibradora a cargas sísmicas paralelas a la dirección de los tabiques. Para el ensayo sísmico ortogonal al plano del tabique se utilizó un pórtico de concreto armado a escala natural, este ensayo se efectuó en mesa vibradora y se investigó principalmente la capacidad de las conexiones para soportar dichos sismos. 2. MONTAJE DEL TABIQUE Para el montaje del tabique drywall se llevaron a cabo los siguientes pasos: 2.1 Montaje de la Estructura metálica Replanteo y Trazo. Esto permite determinar el número de placas de yeso a usar, así como los diferentes tipos de cortes a realizar en las placas, parantes y rieles. Se utilizan para esta labor, herramientas tradicionales de construcción tales como: nivel de mano, hilo marcador, escuadra, lápiz, escalera, etc. Instalación de Rieles y Parantes (Figura 1). Los rieles (perfiles metálicos horizontales) se instalan en las bases de vigas y en las losas, fijándolas con clavos de ¾” de longitud, lanzados con una pistola de fulminantes; los espaciamientos entre clavos se normalizaron a 30 cm, la razón fue estandarizar los elementos de fijación con el fin de obtener conclusiones futuras. Los parantes (perfiles metálicos verticales) se ensamblan con los rieles cada 16” y se fijan entre sí con tornillos de 7/16” de longitud. Los parantes que van en las columnas se conectan a ellas por medio de clavos de ¾”, espaciados cada 80 cm. Las herramientas que se usan son: niveles, atornilladora y escuadra. Figura 1. Montaje de Rieles y Parantes

340

2.2 Montaje de placas Corte de la Placa. El corte se hace apoyando la placa sobre una superficie plana, y con la ayuda de una cuchilla se corta el papel. Luego se presiona ligeramente la placa, produciendo la fractura de la misma (Figura 2). Las aristas cortadas se suavizan con una lija. Emplacado. Es importante que la placa se encuentre a unos 10 a 15 mm por encima del suelo, para evitar problemas de humedad. Las placas se fijan a la estructura metálica con tornillos de 1”, 1 ¼” o 1 5/8” @ 16” en el sentido horizontal y 30 cm. en el vertical. El tornillo debe quedar rehundido, sin torcerse ni romper el papel; de ocurrir problemas, se retira el tornillo y se coloca otro a pocos centímetros, nunca en el mismo orificio. Las herramientas usadas son un atornillador y una wincha. 2.3 Terminaciones Sellado de Juntas y Masillado. Con una capa fina de masilla se cubren las juntas y las cabezas de los tornillos. Se aplica la masilla en las juntas, para luego pegar una cinta de papel (Figura 3), dejando secar hasta el día siguiente. Luego, con una espátula de 30 cm, se coloca otra capa de masilla. Las herramientas utilizadas son las siguientes: masilla, porta masillas y espátulas.

341 Figura 2. Cortado de la Placa de Yeso.

Figura 3. Terminaciones.

3. ENSAYO CÍCLICO COPLANAR 3.1 Descripción de los ensayos Se realizaron dos ensayos cíclicos: pórtico sin drywall (Figura 4) y con drywall (Figura 5). Se utilizó un pórtico de concreto armado de dos pisos a escala 1:2 con uniones articuladas en la zona columna– cimentación. En el primer ensayo no se instaló la tabiquería, mientras que en el segundo sí, pero sólo en el primer piso. El ensayo consistió en aplicar desplazamientos en forma cíclica mediante un actuador dinámico colocado a la altura de la viga del primer nivel. Los desplazamientos se midieron mediante LVDT (Figura 6). Figura 4. Ensayo Estático sin Drywall. Drywall.

Figura

5.

Ensayo

Estático

con

En el ensayo sin drywall se realizó la fase 0 compuesta por desplazamientos laterales máximos de 2 mm, mientras que en el ensayo con drywall se realizaron cuatro fases (1, 2, 3 y 4) con desplazamientos de 2, 10, 15 y 20 mm, respectivamente.

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Figura. 6: Distribución de los LVDT (con Drywall)

3.2 Resultados En la Tabla 1 aparecen los valores máximos de las cargas y desplazamientos registrados en cada fase, mientras que la rigidez lateral aparece en la Tabla 2. Tabla 1. Cargas y Desplazamientos Máximos en cada Fase

Tabla 2. Rigideces Laterales (ton/mm)

Comparando la rigidez del tabique drywall con la del pórtico (Tabla 2), se observa que la rigidez del pórtico aumenta en 54%. Este aumento es significativo, pero principalmente se debe a que el pórtico presenta poca rigidez debido a que: 1) estaba articulado en su base; 2) fue construido a escala 1:2; y, 3) había sido ensayado previamente (pórtico fisurado). Por otro lado, para desplazamientos mayores, el tabique falla en las esquinas y deja de interactuar con el pórtico, con lo cual, puede afirmarse que para sismos severos se puede despreciar la acción del tabique. En el caso de sismos moderados, donde los desplazamientos son menores, puede esperarse un aumento en la rigidez del sistema, aunque no en la magnitud tan grande como ocasionaría un tabique de albañilería. Principales Fallas. La forma como fallan las placas es por trituración localizada en las esquinas superiores del tabique (Figura 7) debido a su acción como puntal diagonal actuante contra el pórtico.

343 Otra zona donde se produce la trituración de la placa, aunque en menor grado, es en las uniones entre las placas y los parantes, creándose un huelgo entre el tornillo de conexión y la placa. Todo el proceso de trituración se inicia en la fase 2 (10 mm) y se vuelve crítico en la fase 3 (15 mm). Una vez que se produce la trituración en las esquinas de las placas, se pierde la interacción pórtico-tabique. Figura 7. Detalles de la falla por trituración en las placas en las esquinas del tabique.

En la zona de conexión riel-pórtico se produce una falla por cizalla del perno (Figura 8) y del riel (Figura 9), debido al desplazamiento relativo que existió entre el tabique y el pórtico (ver la diferencia de desplazamientos D0 y D4 en la Tabla 1). Foto 8. Falla del perno por cizalla.

Foto 9. Cizalla del riel.

4. ENSAYO SÍSMICO COPLANAR. Esta parte de la investigación comprende el desarrollo de dos etapas: ensayo sísmico coplanar sin drywall; y, ensayo sísmico coplanar con drywall. En ambas etapas se aplicó el sismo producido el 31 de mayo de 1970, comprimido en el tiempo por razones de escala (1:2) del módulo aporticado, variando el desplazamiento (Dm) y la aceleración (Am) de la mesa vibradora, para de este modo tratar de representar sismos moderados y severos. Cabe mencionar que la aceleración aplicada (Am) equivale a la mitad de la aceleración de un sismo real, por razones de escala del módulo aporticado. Primera Etapa. Fase 0 sin Drywall: Dm = 20 mm y Am = 0.4 g (sismo moderado). Al culminar esta etapa, se procedió a instalar los paneles drywall en los ejes paralelos al

344 movimiento del simulador en el primer y segundo piso (Figura 10) para luego dar paso a la segunda etapa en la cual se transmitió a la mesa vibradora las siguientes señales: Fase 1 con Drywall: Dm = 20 mm, Am = 0.4 g. Equivale a un sismo moderado. Fase 2 con Drywall: Dm = 40 mm, Am = 0.75 g. Equivale a un sismo severo. Fase 3 con Drywall: Dm = 55 mm, Am = 1.00 g. Equivale a un sismo muy severo. Fase 4: Dm = 55 mm, Am = 1.00 g. Las placas de yeso exteriores fueron removidas. Figura 10. Vista del Módulo con Drywall.

En la Tabla 3 se muestra las fuerzas cortantes (Q) y los desplazamientos laterales máximos (D) alcanzados en las diferentes fases en los dos pisos, mientras que en la Figura 12 se comparan el comportamiento ante el sismo moderado del módulo con drywall (fase 1) y sin drywall (fase 0). Tabla 3. Fuerzas Cortantes y Desplazamientos Máximos para las Diferentes Fases

Las fallas observadas, en su mayoría, eran por aplastamiento del drywall en las esquinas (Figura 11), iniciándose en la fase 1 y volviéndose críticas en la fase 2, en la cual, el efecto de puntal diagonal que ofrece el drywall desaparece. Véase en la Tabla 3 que sí se multiplican los valores D y Q de la fase 0 por la relación Am (fase 2 o 3) / Am (fase 0), los resultados son parecidos al caso sistema con drywall, por lo que se reafirma que ante los sismos severos puede despreciarse la interacción drywall-pórtico. Además, después de retirar las placas del primer piso, pudo notarse el pandeo de los parantes intermedios.

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Figura 11. Aplastamiento de la placa de yeso en la esquina superior del primer piso.

Figura 12. Fuerza cortante vs. desplazamiento relativo en el primer piso del modulo con drywall (fase 1) y sin drywall (fase 0)

5. Ensayo Sísmico Ortogonal al plano del tabique En esta etapa se trató de analizar el comportamiento de la tabiquería drywall ante cargas sísmicas perpendiculares a su plano (Foto 11), dándose énfasis a la capacidad resistente de sus conexiones. Para tal efecto, se decidió realizar los siguientes ensayos: ensayo sísmico del pórtico sin drywall; y ensayo sísmico del pórtico con drywall. Para ambos casos se utilizó el sismo del 31 de mayo de 1970 sin escalar su duración, debido a que esta vez el espécimen fue construido a escala natural. 5.1 Ensayos sísmicos Descripción de los Ensayos. La fase 0 (Am = 0.3g) corresponde a un sismo moderado actuante en la dirección ortogonal al pórtico sin drywall. Terminada esta fase, se instaló el drywall en el pórtico y el sistema se sometió a cinco fases con aceleraciones máximas de la mesa vibradora:

346 Am = 0.3g, 0.4g, 0.6g, 0.9g y 1.12g. Antes de iniciar cada fase, se realizaron ensayos de vibración libre aplicando una onda compuesta por cuatro pulsos rectangulares, el objetivo fue determinar el período de vibrar (T). Foto 13. Pórtico con drywall.

Comportamiento. Terminado los ensayos, se pudo observar que para cargas sísmicas perpendiculares al plano, con aceleraciones de hasta 0.9g, los paneles, parantes, rieles y elemento de fijación de la tabiquería, no sufrieron daños significativos que alteren la capacidad resistente del sistema; lo cual convierte a la tabiquería drywall en un sistema resistente a las acciones sísmicas ortogonales. Valores Máximos Registrados. En la Tabla 4 se muestra la carga sísmica ortogonal (w) actuante sobre el drywall, además, se observa que las aceleraciones en el centro de la tabiquería son cinco a seis veces más grandes que las proporcionadas en la base. Tabla 4. Aceleraciones, Desplazamientos y Cargas Máximas para las Diferentes Fases

En la Tabla 4 se observa que la capacidad resistente del tabique drywall, a cargas sísmicas perpendiculares a su plano, supera al valor especificado por la Norma E-030 (Ref.2), que para este caso se indica que la tabiquería deberá diseñarse para resistir una fuerza sísmica asociada a un porcentaje de su peso (el peso fue 37.8 kg/m2). Adicionalmente, se observa que en la zona central del tabique, los desplazamientos relativos son considerables, por lo que se podrían dañar las instalaciones sanitarias, eléctricas o electromecánicas en caso existieran en su interior, asimismo, podrían caerse los objetos colgados del tabique. Para determinar el Módulo de Elasticidad “E” para vibraciones ortogonales al plano del tabique, se usó la fórmula proporcionada en la Ref.1, en la cual se proporciona el período de vibrar “T” de una losa simplemente apoyada, en función de E, las dimensiones

347 de la losa, la densidad de masa y el módulo de Poisson. Conociéndose “T” y adoptando un módulo de Poisson igual a 0.30, se calculó en forma indirecta “E = 7400 ton/m2”. 5.2 Ensayo estático Como en el ensayo dinámico no se logró el colapso del tabique, fue necesario realizar otro tipo de ensayo, con el objetivo de encontrar la capacidad resistente de la tabiquería. El ensayo consistió en colocar en posición horizontal al pórtico, de modo tal que sobre él actuaban cargas perpendiculares a su plano, proporcionadas por su propio peso y la adición paulatina de bolsas de arena (Figura 14). Figura 14. Vista del Pórtico, luego de terminado el ensayo estático.

Al final del ensayo se pudo evidenciar una falla frágil. El mecanismo de falla fue el siguiente: Ambos rieles y un parante conectado a una de las columnas, fallaron en sus elementos de conexión contra el pórtico. El parante de la columna opuesta no se desprendió, pero fallaron los conectores de las placas de yeso. La combinación de estas fallas produjo el colapso de la tabiquería. No se puede decir cual de las dos fallas se originó primero debido a lo repentino de la falla. Con la carga máxima registrada (156.5 kg/m2) instantes antes del colapso del tabique y adoptando un factor de seguridad de 3, se puede establecer que para efectos de diseño ante cargas perpendiculares al plano de la tabiquería, cada elemento de fijación perfil-pórtico tiene una capacidad de carga admisible de 12 kg. 5.3. Ensayos de flexión en tuberías La razón de realizar este ensayo fue la necesidad de verificar si los desplazamientos medidos en la zona central del tabique drywall durante el ensayo dinámico (Tabla 4), eran soportados por las tuberías PVC. De esta manera, se realizaron dos ensayos de flexión (Figura 15): el primer espécimen correspondió a un tubo PVC de 4”, utilizado en las instalaciones de desagüe, el segundo espécimen fue un tubo PVC de ½”, utilizado en las instalaciones de agua. Ambos especímenes fueron sometidos a los siguientes desplazamientos en su centro: 6.3 mm, 8.60 mm, 12.5 mm, 17.80 mm y 22.90 mm.

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Figura 15. Vistas de ensayos de flexión en una tubería PVC de desagüe.

Luego de los ensayos se puede decir: - Para un desplazamiento de 8 mm. en el centro del tubo de desagüe, se puede producir deformaciones en sus bordes extremos que hagan fallar la hermeticidad de sus uniones. - La tubería de agua, se comportó bien para cualquier deformación que la tabiquería pueda transmitirle. Por lo tanto no representan problemas a la hora de considerar los desplazamientos inducidos por el sismo. 6. CONCLUSIONES Y COMENTARIOS Peso y flexibilidad del tabique drywall. El tabique drywall utilizado en este proyecto tuvo un peso igual a 38 kg/m2, 5 veces menor que un tabique de albañilería hecho con ladrillos pandereta, y además su gran flexibilidad permitió que se reacomode a las deformaciones del pórtico. Estas son ventajas sísmicas sobre los tabiques tradicionales de albañilería, porque a menor peso disminuyen las fuerzas sísmicas y a mayor flexibilidad disminuye la interacción tabique-pórtico. Sin embargo, debe mencionarse que si bien algunas veces los tabiques de albañilería han perjudicado sísmicamente a la estructura por los problemas que origina su alta rigidez: piso blando, torsión en planta, columnas cortas, etc. (ver la Ref.3), otras veces han actuado favorablemente al incrementar la resistencia de los pórticos. En sismos severos la rigidez lateral de un pórtico de concreto armado no se ve modificada por la presencia del tabique drywall contenido en el plano del pórtico. Lo señalado se cumple cuando el pórtico es sometido a sismos severos, ya que el tabique deja de interactuar con el pórtico debido a que se produce la falla por trituración en las esquinas de las placas de yeso (zona de unión viga-columna), perdiéndose el efecto de puntal diagonal que ofrece el tabique. Sin embargo, para sismos moderados existe un aumento en la rigidez del pórtico por efecto del drywall, que no llega a ser significativo en comparación con el incremento que proporcionan los tabiques de albañilería. En el caso de los experimentos realizados en esta investigación, el aporte de rigidez lateral proporcionada por el tabique drywall fue sustancial en comparación con la rigidez de los pórticos, pero eso se debió a que los pórticos fueron construidos a escala ½ y habían

349 sido ensayados previamente mostrando fisuras, mientras que el tabique presentaba secciones transversales reales en los perfiles y placas de yeso. El tabique drywall soporta desplazamientos mayores a los exigidos por la Norma. El tabique luego de haber sido sometido a distorsiones angulares que estuvieron por encima de los límites máximos impuestos por la Norma sísmica, Ref.2, falló por trituración en las esquinas de las planchas de yeso, pandeo de algunos parantes, y por cizalla en la zona de conexión riel-pórtico. Sin embargo el tabique conservó su estabilidad. Inclusive, en el caso de las zonas donde se produjo fallas por cizalla, este anclaje ya no trabaja en la dirección paralela al plano del pórtico pero sí en la dirección perpendicular. Acciones sísmicas ortogonales al plano del drywall. Este sistema y sus conexiones son capaces de soportar cargas dinámicas perpendiculares al plano, superiores a las correspondientes a un sismo de diseño severo en suelo blando (aceleraciones sísmicas de hasta 0.9g). Sin embargo, ante la acción de sismos moderados, la tabiquería drywall desarrolla desplazamientos relativos considerables en su zona central, que pueden traer problemas en los extremos de las instalaciones de desagües, pudiendo fallar la hermeticidad de sus uniones, así como la caída de objetos que cuelgan del tabique, por lo que en estos casos se recomienda arriostrar en mejor forma la estructura metálica. Línea Futura de Investigación. A pesar de que no existía sobrecarga en las vigas y que las secciones transversales de los parantes eran a escala natural, mientras que la altura del entrepiso era a escala 1:2, los parantes intermedios fallaron por pandeo. Sin embargo, se desconoce para qué nivel de sismo (leve, moderado o severo) se produjo esta falla, ya que durante los experimentos los perfiles metálicos estaban ocultos por las planchas. Por lo que es necesario realizar ensayos en pórticos a escala natural, dejando al descubierto la estructura metálica, estos ensayos permitirían también determinar para qué nivel de sismos se produce la falla por cizalla en la zona de conexión riel-pórtico y conocer cuánta rigidez aporta la estructura metálica. Para determinar la rigidez lateral elástica que aporta el tabique drywall, es necesario ensayar un espécimen a escala natural, cuya zona aporticada se encuentre sin fisuras, de esta manera podría obtenerse para efectos de modelaje estructural, las características de un puntal diagonal equivalente que reemplace al tabique (Ref.3). Debido a las fallas producidas en las conexiones placa-estructura metálica y estructura metálica-pórtico ante las acciones sísmicas coplanares y perpendiculares al plano del tabique, actuando independientemente, es necesario ensayar ambas acciones en simultáneo, actuando sobre un espécimen a escala natural. 7. REFERENCIAS 1) Vibration Problems in Engineering. Timoshenko, Young and Weaver. 2) Norma Técnica de Edificación E-030. Diseño Sismorresistente. 3) Análisis de Edificios. A. San Bartolomé. Fondo Editorial PUCP, 1999.

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APENDICE G PLANOS Para una mayor comprensión sobre el diseño de la vivienda analizada en el capitulo VI, se anexan los siguientes planos: 1. 2. 3. 4. 5.

Plano de arquitectura y cortes A-1. Plano de detalle de paneles E-1. Plano de estructura de tijerales y entrepiso E-2. Plano de detalles de estructura 1 E-3. Plano de detalles de estructura 2 E-4.

STEEL FRAMING

CONSTRUCCION DE VIVIENDA CON STEEL FRAMING

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