Diseño Estructural Básico para sistema constructivo (página 2)

-Elaborar los criterios básicos sobre el sistema
a partir de los sistemas constructivos tradicionalmente usados en
el país.

-Realizar un estudio preliminar para establecer los
rangos de los perfiles metálicos a utilizar y el surtido
de los mismos.

-Realizar los cálculos detallados para el
diseño de los diferentes elementos a partir de las
consideraciones específicas de cada uno y elaborar tablas
con los resultados.

La tesis consta de introducción, dos
capítulos, las conclusiones y recomendaciones.

Capitulo 1.

Sistemas
constructivos utilizados en Cuba. Construcción
compuesta

• Generalidades

El Sistema de Asentamientos poblacionales en Cuba es el
resultado de un proceso histórico que se consolidó
a principios del siglo pasado extendiéndose el conjunto de
los asentamientos humanos con variables dimensiones y relaciones
de todo tipo que se establecen entre ellos y su
ambiente.

Hasta 1958 la situación de la vivienda en el
país era muy crítica y se caracterizaba por su
creciente déficit, la especulación con los terrenos
y el cobro de elevados alquileres.

El 50% de las viviendas estaban constituidas por
edificaciones inapropiadas siendo más crítica la
situación en la zona rural donde el 76% de las viviendas
eran de paredes y techos de hojas de palmera, el 63% tenía
piso de tierra, solo un 9% tenía alumbrado
eléctrico, y solo el 3% clasificaban como
buenas.

Con el triunfo de la Revolución en el año
1959 se hace un análisis de esta situación
habitacional caracterizada además por los procesos de
descomposición de las estructuras urbanas por la
existencia de cuarterías, barrios y focos insalubres, la
insuficiencia de redes de infraestructuras y la irracionalidad
del suelo.

Desde el mismo año 1959 se dieron los primeros
pasos encaminados a iniciar un proceso de transformación
en la vivienda y los asentamientos humanos.

En el campo del desarrollo urbano, se aceleraron los
procesos de Urbanización en las últimas
décadas, pasando la población urbana de un 60% en
1970 a un 76% en 1990. Este proceso de Urbanización, como
consecuencia del proceso inversionista dirigido hacia las
ciudades secundarias y las franjas de base del sistema de
asentamientos, atenuó las desproporciones territoriales,
evitando entre otros aspectos los crecimientos enormes de las
ciudades, capitales presentes en muchos países de nuestra
América.

En 1986, el país acometió un programa para
el desarrollo de la vivienda hasta el año 2000 que
preveía incrementos sostenidos en la construcción
de viviendas y en su calidad para arribar al próximo siglo
con un mayor grado de satisfacción de la demanda de
viviendas.

Este programa, al igual que todo el desarrollo del
país se vio seriamente afectado a partir de 1991 por la
crisis económica provocada por los cambios ocurridos en la
Europa del Este y la desaparición de la Unión
Soviética, con cuyos países Cuba mantenía la
mayor proporción de su comercio y colaboración,
sobre la base de un intercambio justo, situación que
agravó e intensificó los efectos del bloqueo
económico, comercial y financiero que se mantiene contra
Cuba.

Estos factores determinaron una caída brusca del
Producto Interno Bruto, habiéndose perdido las fuentes de
adquisición de combustibles y energéticos, con una
sensible reducción de las producciones agrícolas,
industriales y de materiales de construcción, así
como drástica reducción del transporte y los
abastecimientos, enfrentándose la nación a la peor
crisis del siglo pasado, y una de las más profundas que
haya tenido que soportar un país de nuestra región
en tiempos de paz.

Como resultado de esa crisis, la base técnico
material para las construcciones sufrió una severa
descapitalización y se agudizó el deterioro del
fondo habitacional.

Se inicia en el año 1992 un nuevo programa de
viviendas de "Bajo Consumo material y energético" para
rescatar los ritmos de construcción de viviendas y el
desarrollo de una base material en correspondencia con las
potencialidades de cada territorio, disminuir sustancialmente los
consumos de cemento Portland, acero, madera y otros materiales
que demandan divisas para su producción o
importación.

El país ha comenzado a instrumentar una fase
nueva de su desarrollo habitacional, que se basa en la
experiencia de todo lo realizado anteriormente pero
ajustándolo no solo a las nuevas situaciones
económicas, sino al despliegue de todas sus
potencialidades, particularmente las humanas, que se han creado
durante más de tres décadas. Esto conlleva a una
radical modificación de los esquemas de
planificación y gestión de territorio que promueve
la descentralización y que fortalece la
participación institucional y ciudadana, la
sustentabilidad y la equidad.

1.2 Sistemas constructivos utilizados en
Cuba.

1.2.1 Sistemas constructivos para
viviendas:

1.2.1.1 Sistema tradicional.

Los sistemas tradicionales de viviendas aisladas se
caracterizan por ejecutarse sus muros a base de ladrillo citara
(0.15 m) o de bloque de hormigón (0.20 m), apoyadas en
cimentación corrida, constituida por zapata de
hormigón armado sobre una de hormigón
ciclópeo con un 30 % de rajón.

El sistema constructivo tradicional esta compuesto por
los siguientes elementos estructurales:

• Cimentación Corrida de Hormigón
  Ciclópeo

• Cimentación Aislada de Plato y
  Pedestal

• Vigas Zapatas

• Columnas de Hormigón Armado

• Formado por Muros de cargas de Ladrillos o
  Bloques

• Vigas Cerramento

• Losas de Hormigón fundidas "in
  situ"

En este se consideran modulaciones medias
tradicionalmente empleadas.

1.2.1.2 Sistema Constructivo Sandino.

• El sistema consiste en una solución
  constructiva de elementos ligeros basados en columnas de
  hormigón armado y paneles de hormigón
  simple.

• El modulo utilizado es de 1.04 m a ejes de columnas
  y las luces empleadas en cubierta en viviendas, son
  fundamentalmente de 3.12 y 4.16m espacio entre columna s es
  ocupado por 5 paneles de Hormigón, elementos
  cerámicos o carpintería.

• El sistema permite solucionar la cubierta con
  planchas acanaladas de asbesto cemento, canalón de
  asbesto, losas de hormigón ligero y losas fundidas "
  in situ " .

• Los principales elementos que componen el sistema
  son: columnas de 110 x110 mm de sección, altura de
  2435mm y su peso oscila entre 63 – 71 kg. Paneles de
  hormigón simple de 945x486x62 mm de dimensiones y un
  peso de 65 kg. Marcos de puertas y ventanas, de
  hormigón ligeramente armado (4 tipos de ventanas y un
  tipo de puerta).

• El sistema tiene la gran ventaja de que el montaje
  de sus principales elementos se realiza de forma manual sin
  necesidad de equipos de izaje.

Principales uniones en el sistema:

• Junta columna –cimiento: se realiza mediante
  el empotramiento de la columna en vasos dejados al hormigonar
  la viga zapata. Posteriormente se rellena con
  mortero.

• Junta panel panel: se logra mediante rebarbas
  existentes en los panales que brindan una unión de
  aproximadamente 1.5 cm.

• Junta paneles – columnas: se logra
  introduciendo los paneles en cajuelas o ranuras existentes en
  las columnas.

• Junta columna – cerramiento: se logra
  empalmando la barra de acero saliente de la columna con el
  acero del cerramiento y el posterior hormigonado.

• Junta panel – cerramiento: se logra mediante
  la penetración del último panel en el
  cerramiento aproximadamente 5cm.

1.2.1.3 Sistemas para edificios multifamiliares
semiprefabricados.

Surgen a partir de la construcción tradicional o
monolítica con la introducción de algunos
componentes prefabricados, fundamentalmente en lo que se refiere
a entrepisos, cubierta y escalares. Es por ello que deben su
nombre a que sus muros son construidos de forma tradicional
(ladrillos, bloques, hormigón y se prefabrica una parte de
la construcción.

Serie E:

• La solución básica de los edificios es
  el empleo de muros transversales de carga de ladrillos o
  bloques de hormigón, de 0,30 m o 0,20 m de espesor
  espaciados a 3,20 o 3,30 m, lo que constituye la
  modulación del sistema. Altura de edificios: hasta
  5p.

• Solución de fachada (no portante): ladrillos
  de 0.15 m de espesor. Divisiones interiores: paneles ligeros
  o muros de ladrillos en alicatado.

• Solución de entrepisos y cubierta: losas
  prefabricadas; viguetas prefabricadas y pequeñas losas
  prefabricadas de H.A, apoyadas en las primeras, y losas de
  hormigón "in situ ".

Serie SP-72 (cinco plantas):

• La solución básica de los edificios es
  el empleo de muros transversales de carga de ladrillos o
  bloques de hormigón de 0,30 m o 0,20 m de espesor,
  espaciados cada 3,60m y 2,40m, lo que constituye la
  modulación del sistema. El modulo de 2,40 m es
  utilizado para conformar las cajas de escaleras, las cuales
  pueden ser libres en toda la altura de los edificios, o serlo
  solamente en la planta baja, brindando de esta forma un local
  más a determinados apartamentos a partir de la segunda
  planta.

• La solución de fachada y divisiones
  interiores se logra de igual forma que la Serie E, aunque
  suelen emplearse también bloques de hormigón en
  lugar de ladrillos.

• Solución de entrepisos y cubierta: losas
  prefabricadas de H.A de 0,15 m de espesor, o viguetas y
  pequeñas losas prefabricadas.

• Las escaleras son prefabricadas de una o dos ramas,
  y pueden estar formadas por dos vigas y pasos apoyados en
  ellas o por una viga central y pasos volados.

Serie S.P-72- 4 (12 plantas)

• Desde el punto de vista estructural. Los edificios
  están sustentados a base de pórticos y
  tímpanos de hormigón armado, los cuales se
  hormigonan "in situ "por medio de tableros modulares que se
  desplazan de piso a piso, garantizando el hormigonado de
  todos los muros estructurales de los edificios.

• Los módulos más utilizados han sido de
  3,60 y 4,80m.

• Los entrepisos están constituidos por losas
  prefabricadas de H.A. aligeradas o macizas, de 0,15 m de
  espesor. Las fachacadas longitudinales se solucionan con el
  empleo de antepechos de HA. prefabricado.

• Las escaleras son prefabricadas de HA., por lo
  general de sola rama y 0,90 m de ancho.

Serie SP-79:

• La solución básica de los edificios
  consiste en muros transversales de carga de bloques de
  hormigón de 0,20 m de espesor espaciados a 6,00 m y el
  empleo de la losa doble "T "de tecnología Girón
  o la losa Spiroll como solución de entrepiso y
  cubierta.

• Los muros transversales de carga son reforzados con
  dos columnas de HA. fundidas "in situ "(columnas catalanas).
  Estas columnas mantienen su continuidad estructural desde la
  cimentación hasta el último nivel de la
  estructura.

• Las escalaras son exteriores, prefabricadas, de una
  sola rama, y dan acceso a tres apartamientos en cada planta.
  Altura de edificios: 5 plantas.

1.2.1.4 Sistemas para edificios multifamiliares con
grandes paneles:

Sistema Gran Panel IV

• El sistema esta compuesto esencialmente por paneles
  transversales y longitudinales de carga HA. Los transversales
  están espaciados a 3.60m y 2.70m lo que constituye la
  modulación del sistema. El módulo de 2.70 m es
  utilizado principalmente en las zonas de cajas de escalares.
  El espesor de estos paneles de carga: 10 cm.

• Las losas de entrepiso y cubierta son prefabricadas,
  de 9 cm de espesor y apoyadas en sus cuartos
  bordes.

• Altura de edificios: 4 y 5 plantas.
  Prefabricación cerrada.

• Escaleras prefabricadas de dos ramas. Cuarto cajas
  de escalares como máximo en los edificios sin el
  empleo de juntas de expansión.

• Solución de la junta entre planes: barras
  salientes de los paneles que se sueldan entre
  sí.

• Las uniones entre panales y losas no son
  estructurales, ya que estas últimas se consideran
  simplemente apoyadas. El apoyo de las losas se realiza por
  medio de una capa de mortero de arena y cemento.

• Para garantizar el disco rígido en cada entre
  piso de sueldan barras de acero salientes en los extremos de
  las losas.

Sistema Gran Panel VI:

• La solución constructiva y estructural del
  sistema es el empleo de paneles transversales de carga de HA
  de 12cm de espesor espaciadas a 3,00m y el empelo de paneles
  rigidizadores, de igual espesor, ubicados en la parte central
  de las edificios.

• Las fachadas son libres, empleando paneles no
  estructurales de 10 cm. de espesor.

• Las losas son de HA prefabricadas, apoyadas en los
  paneles de carga con un espesor de 10 cm. El sistema pose
  igualmente, paneles divisorios y sanitarios de 6cm de
  espesor.

• Las escaleras son prefabricadas, de dos ramas sin
  descanso incluido.

• La junta entre los paneles de carga se resuelve por
  medio de ganchos salientes de los panales que se unen por
  medio de una barra de acero vertical, para posteriormente
  hormigonar la junta.

• La junta entre losas de pisos (junta horizontal) de
  logra igualmente por medio de ganchos salientes de las losas
  que se unen por medio de una barra de acero horizontal.
  Posteriormente de hormigona.

• La junta entre paneles y losas se logra asentando
  las últimas en los primeros sobre una capa de
  mortero.

Sistema Gran Panel 70

• La solución básica del sistema es el
  empleo de paneles transversales de carga de HA de 10 cm. de
  espesor, espaciadas a 2,40; 3,60 y 4,80m y de losas de HA de
  18 cm. de espesor, que unidas a los primeros y a algunos
  paneles rigidizadores longitudinales, garantizan la rigidez
  requerida por los edificios.

• Los paneles rigidizadores, tanto longitudinales como
  transversales, llevan incorporados pernos para su reglaje y
  nivelación.

• Altura de edificios; 20 plantas. Fachada
  libre.

• En las culatas de los edificios se colocan paneles
  de carga de 25cm de espesor.. (Paneles
  piñones).

• Las juntas verticales entre los paneles se resuelven
  a través de ganchos salientes, acero vertical pasante
  y el posterior hormigonado de esta.

• En los casos de las juntas exteriores entre panales
  de fachada, estas son húmedas y reventiladas, para
  lograr la impermeabilización exterior por efecto de
  viento.

• Las juntas horizontales entre losas se realizan por
  medio de ganchos salientes que se unen por medio de una barra
  de acero longitudinal para posteriormente hormigonar la
  junta.

Sistema I.M.S:

• El fundamento del sistema es una estructura basada
  en una red modular simple con formada a partir de una, dos o
  tres losas casetonadas, de dimensiones igual al módulo
  con cuatro columnas ubicadas en las esquinas, que se unen por
  medio de una junta postensionada, formándose
  así una estructura de esqueleto carente de
  vigas.

• Red modular del sistema; 4.20m a ejes de
  columnas.

• Los entrepisos terminan su perímetro con
  vigas de borde de varios tipos o con losas de voladizo de
  1.20m de ancho.

• Desde un punto de vista estructural, el sistema de
  columnas y losas soporta las cargas verticales. La rigidez de
  los edificios a las cargas horizontales de viento y sismo se
  logra mediante tímpanos de H.A prefabricadas de 15 cm
  de espesor que se colocan entre dos columnas con una holgura
  de 43 cm a cada lado, con acero salientes para generar
  posteriormente la junta.

• Para garantizar la rigidez requerida por los
  edificios se colocan barras de acero entre columnas y
  tímpanos que mantienen su continuidad desde la
  cimentación hasta el último nivel de la
  estructura.

• Principales elementos prefabricados: columnas,
  losas, tímpanos, vigas de borde, paneles exteriores,
  escaleras

Principales uniones en el sistema:

1. Unión columna -columna

– se vierte una emulsión de cemento en los huecos
de la columna del nivel inferior.

-Se coloca en la cara superior de esa columna una capa
de mortero de 1 cm de espesor.

-Se monta la columna del nivel superior introduciendo
las barras de acero salientes en los huecos de la
inferior.

– Se fija la columna mediante
telescópicos.

2. Unión columna –Losas – Vigas de
borde:

-Se realiza exclusivamente por el postensado y la fuerza
de fricción que se genera entre las superficies en
contacto.

-Entre la columna y la superficie en contacto de las
losas se prevee una separación de 2cm. Después de
montadas las losas, se funde esta separación con
mortero.

-Cuando ha fraguado el mortero anterior se realiza la
tracción de los cables de acero ALE, los cuales han sido
colocados en la junta entre las losas y pasando por huecos de las
columnas, en ambos sentidos, a todo lo largo y ancho del
edificio.

– Después de anclados los cables en sus extremos
(sobre las columnas o sobre las losas de voladizo, según
el caso), se inyectan los huecos de las columnas con una
emulsión de cemento. Finalmente, se hormigona toda la
junta entre las losas por donde pasan los cables para proteger
estos de la corrosión y darle continuidad a los
entrepisos.

3. Unión Columna
–tímpanos:

Se logra empalmando las barras de aceros salientes de
los extremos de los tímpanos con el acero vertical
proveniente de la cimentación y que pasa por la holgura
entre tímpanos y columnas. Posteriormente se hormigonar la
junta.

Sistema L.H

• El sistema se basa en la utilización de losas
  planas, ahuecadas y pretensazas producidas por
  extrusión (tecnología Spiroll) como elemento
  constructivo de paredes portantes, entrepisos, cubierta y
  elementos de fachada.

• La solución de cimentación es mediante
  un vaso corrido, solo en los ejes transversales (paredes
  portantes). En ellos se empotran 60 cm. las losas, unas al
  lado de las otras, formando las paredes portantes
  transversales, únicos muros portantes empleados en el
  sistema.

• Los muros transversal portantes están
  constituidos por 5 ó 6 losas de 30 cm. de espesor de
  dos, tres y hasta cuatro plantas de altura, y espaciados a
  6,00; 7,80 y 9,00; m en los apartamentos y de 2,70m en las
  cajas de escaleras.

• Las losas de entrepisos y cubierta son de 20 cm. de
  espesor simplemente apoyadas sobre vigas de HA prefabricada
  que se fijan a las losas que constituyen las paredes
  portantes transversales. La fijación de estas vigas se
  produce mediante pernos roscados empotrados en las losas (dos
  pernos por cada losa).

• Los antepechos de ventanas o parapetos están
  constituidos por losas de 15 cm. de espesor, que van de pared
  a pared y se apoyan sobre las vigas de entrepisos.

1.2.1.5 Sistemas Constructivos para Obras
Sociales.

Sistema Girón:

• -El sistema está compuesto esencialmente por
  una estructura de esqueleto de HA con paredes del mismo
  material, algunas de las cuales, denominadas tímpanos,
  contribuyen a la resistencia global de los
  edificios.

• El esqueleto está compuesto por columnas,
  vigas y losas doble "T " entrepiso y cubierta.

• –Red modular del sistema: 6,00m en el sentido de la
  luz de las losas y 6,00ó 7,50 m en el sentido de la
  luz de las vigas, con posibilidad de voladizo a uno o a ambos
  lados.

• -Altura de los edificios: hasta 5
  plantas.

-Fraccionamiento del esqueleto:

(a)- plato de cimentación hormigonado en el
lugar.

(b)- vaso prefabricado empotrado en el plato para
recibir columnas o pedestales.

(c)- pedestales o columnas con su fracción
inferior empotrada en el vaso.

(d)- vigas que van de columna a columna incluidos los
voladizos correspondientes. Estas vigas tienen la particularidad
de que se prefabrica solamente la zona inferior lográndose
su resistencia final (sección de trabajo) después
de hormigonada la de junta de las vigas con las losas doble " T "
(sección i).

(e) columnas que se apoyan en la viga inferior y
soportan la superior

• Elementos prefabricados componentes del sistema:
  vasos, pedestales losas, viga alero, columnas paneles
  (existen 7 tipos, espesor 10 cm.) y vigas de
  escalera.

Sistema de Losa Izada ( Lift- Slab ) :

• Este sistema de prefabricación a
pie de obra, consiste en construir sobre el terreno, unas sobre
otros, todas las estructuras de los diferentes pisos.
Después de erigidas las columnas se coloca,
apoyándose en el extremo superior de estas un conjunto de
gatos hidráulicos, por lo general uno en cada columna,
conectándose al piso que se va ha izar por medio de dos
barras especiales de acero, y tirando de estas se hacen subir
cada piso hasta su nivel definitivo.

• La estructura de los pisos esta formado
por un reticulado de vigas de 0,25m de ancho por 0,80 m de
altura, espaciadas a 1,10; 1,65 o 2,20 m según convenga a
cada edificio. Sobre este reticulote apoya una losa con espesor
de 6 – 7 cm, en dependencia de las cargas, que incluye
integralmente el acabado de terrazo que se considera
también como parte resistente de la losa. Las vigas
adyacentes a las columnas junto con estas, forman pórticos
rigidez que son los encargados de resistir las fuerzas laterales
u horizontales.

• Red modular: 9,35m según el eje
transversal y de 11,00m según el eje longitud.

Conexión piso-columna: en los niveles de apoyo de
los pisos, las columnas uno o dos pases para permitir colocar
atraves de ellos unos pasadores de acero de sección "I"
cuando el retículo ha sido izado hasta su nivel
definitivo, se colocan los pasadores y se hace descansar sobre
estos, liberando los gatos. Los pasadores son a partir de este
instante los encargados de transmitir las cargas verticales a las
columnas.

Entre el reticulado y las columnas existe una holgura de
2,5 cm. donde se colocan cunas de acero que hacen que la junta se
comporte rígidamente. El espacio libre entre el reticulado
y las columnas, no ocupado por las cunas, se llena finalmente con
mortero de arena y cemento que hacen esta la unión y
protegen las cunas de la corrosión.

Sistema SPL:

• La solución del sistema es la de una
  estructura de esqueleto de H. A. con empleo de columnas con
  dobles mensuras, doble viga en entrepiso d viga a dos aguas
  como elemento portante principal de cubierta.

• El module básico es de 3,00 x 6,00 m lo cual
  permite despiezar el sistema en elementos pequeños,
  pero multiplica en exceso el numero de estos y de las
  juntas.

• Los elementos son pequeños, de poco peso y
  secciones sencillas, para ser prefabricados a pie de obra y
  montados con equipos ligeros.

• El sistema se ha desarrollado fundamentalmente para
  proyectos hoteleros de 72 habitaciones.

Sistema VICA:

• Es un sistema mixto, que combina los siguientes
  tipos de elementos: columnas, vigas y losas doble "T" de
  tecnología Girón, viga VICA a dos aguas de
  12,00m de luz como elemento portante principal de cubierta y
  losas siporex de 6,00 x 0,50 m como solución de
  cubierta.

• La viga VICA se prefabrica en dos secciones, que al
  montarse en obra se unen en el vértice de las
  pendientes. Un tensor de acero que se coloca y tensiona en
  obra toma los empuyes de la viga.

• El desarrollo fundamental del sistema ha sido para
  proyectos hoteleros de 225 habitaciones.

Sistema Abierto de Esqueleto (SAE):

• La solución básica del sistema
  consiste en una estructura mixta
  pórtico-tímpanos con columnas y dobles vigas
  que se apoyan sobre las ménsulas a cada lada de
  aquellas los entrepisos y cubiertas se solucionan con losas
  Spiroll.

• Luces de losas: 6,00; 7,20; 8.40 y 9,60 m, en
  dependencia de las cargas de uso. Las mismas se consideran
  simplemente apoyada sobre las vigas y sus espesores pueden
  ser de 0,20 y 0,30 m.

• Luces de viga de 6,00 y 7,20 m. Las vigas son
  compuestas, de sección canal invertida formada por dos
  vigas prefabricada de 0,25 x 0,50 m cada una, y una banda
  superior hormigonada "in situ" y una altura igual al espesor
  de losa utilizado. Las vigas se consideran simplemente
  apoyadas sobre las mensuras de las columnas.

• Las vigas pueden presentar coladizos de 0,90; 2,10 m
  del eje de la columna al extremo del voladizo, a uno o a
  ambos lados.

• En el sentido de las losas se disponen de vigas de
  cierre cuyos extremos se apoyan en las vigas principales y
  rigidez de los entrepisos. Estas vigas de cierre pueden
  desplazarse a la largo de las vigas principales y fijar se en
  cualquier punto de ellas.

• Las columnas se prefabrican de uno, dos o tres
  tramos o niveles.

• Las cargas ecológicas (viento y sismo) son
  tomadas por tímpanos de H.A. de 15 cm. de espesor, los
  cuales pueden ser colocados en la dirección de las
  vigas o en la dirección de las losas.

• Altura de los edificios: hasta 15
  plantas.

Principales uniones en el sistema:

• Junta en viga compuesta: se logra empalmando el
  acero saliente de las vigas principales con el acero colocado
  en obra (longitudinal y cereos) estos últimos con el
  mismo espaciamiento que las barras salientes de las vigas) y
  el posterior hormigonado de la junta.

• Unión columna: se produce mediante soldadura
  de les casquillos de acero de les extremos de las columna.
  Concluida la soldadura, se coloca una malla de gallinero en
  el deprimido de la junta y se llena con mortero.

• Unión columna-panel de tímpano: se
  procede de al sig. Forma:

• a) – Se sueldan mediante una barra puente
  cada par de barras salientes de las cajuelas enfrentadas (del
  tímpano y de la columna).

• b) – Se colocan en la holgura
  tímpano-columna barras de acero vertical, para
  mantener la continuidad estructural de los
  tímpanos.

• c) – Encofrado y hormigonado de la
  junta.

• Unión viga de cierre-viga principal: se logra
  mediante el embebimiento de las barras de acero salientes de
  los extremos de las vigas de cierro en la hormigón de
  la junta en viga compuesta.

1.2.1.6 Sistemas constructivos para obras
industriales y agropecuarias:

Sistemas de Naves Industriales:

• El sistema ha sido diseñado para naves de
una o mas luces, de 12; 18 y 24m de luz; ínter columnas de
6,00 m y puntales libres de 3,60 hasta 10,80 m con incrementos de
1,20 m.

• El sistema tiene dos soluciones
básicas:

• a) – Cubierta pesada (solución
  LC): para naves con paneles de pared (losa cajón o
  spiroll) y cubierta pesada: cajón, spiroll, doble"T" ;
  siporex.

• b) – Cubierta ligera (solución
  AC): para naves con paredes y cubierta de tejas acanaladas de
  asbesto cemento.

• Elemento portante principal de
cubierta:

• a) - Viga de sección variable: para
  luces de 12 y 18 m y cubierta pesada.

• b) - Cercha de sección
  prismática; para luces de 24 m y cubierta
  pesada.

• c) – Cercha triangulara: para luces de
  12; 18 y 24 m y cubierta ligera.

• – El sistema de naves se caracteriza por el
empleo de columnas con mensuras sobre las cuales se
efectúa el montaje de las vigas soportes o carrileras de
puente grúa.

• – Igualmente, las naves se caracterizan por
empleo de monitor en la cubierta para logra ventilación o
iluminación natural.

• – En la variante de cubierta ligera, sobre el
elemento portante principal de cubierta (cerchas triangulares) se
colocan las viguetas de cubierta (purlings) las cuales se cubren
posteriormente con tejas acanaladas de asbesto
cemento.

• – El sistema prevee la utilización de
juntas de expansión cada 72,00 m y dos soluciones para el
drenaje pluvial: caída libre para puntales menores de 6,00
m y bajantes pluviales para puntales mayores de 6,00
m*

Sistema de Naves Agropecuarias (versión
tradicional):

• La solución básica del sistema es
el empleo de columnas de H.A. y cerchas del mismo material,
formadas estas últimas por la unión de dos vigas a
dos aguas, y como so loción de cubierta el empleo de
viguetas pretensazas sobre las cuales se apoyan planchas
acanaladas de asbesto cemento. Dos tensores de acero arriostran a
las cerchas.

• El sistema contenla luces de 6,00 y 9,00 m con un
intercolunio de 6,00m. Esto permite conformar núcleos de
6,00 x 9,00 m, cuyo crecimiento puede ser únicamente
longitudinal. Esta limitación se debe a que los elementos
de cubierta (corchas) tienen aleros integrales de 1,50 m por
ambos lados.

• Los principales elementos prefabricados
componentes del sistema son: columnas, vigas, cerchas (formadas
por dos vigas unidas arriba por un perno y por debajo por dos
tensores de acero, Brindan una pendiente de un 25%), viguetas (se
secc. Canal), tejas acanaladas de asbesto cemento, paneles de
pared (existen diferentes tipos. So apoyan en los pisos y son
soldados a las columnas por medio de insertos).

• Otros elementes: postes de cercas, cercas,
comederos, bebederos, colleras, saleros. El sistema admite
cierres mediante muros de ladrilles o bloques apoyados sobre
zapatas de hormigón armado.

• Tanque elevado: esta formado por; columnas,
vigas, depósitos y tapas., todos prefabricados de H.A. Los
deositos tienen una secc. en forma de "V" y una capacidad de 2
500 galones. Los pisos son de horm. Simple fundido "in
situ".

Sistema de Naves Agropecuarias (versión
modificada):

• Técnicamente se conoce con el nombre de
nave de hormigón pretensazo con cubierta pretensazo, y el
empleo como solución de cubierta de
canalón.

• La solución básica del sistema es
el empleo de columnas y viguetas de hormigón de
longitud.

• En la parte superior de las columnas se coloca un
capitel prefabricado de 20 kg y sirve de apoyo y fijación
de las viguetas.

• Red modular del sistema: 5,60m en el sentido
transversal e intercolumnios de 6,00m.

• La solución de cimentación es la de
un pequeño vaso prefabricado en el cual se empotran las
columnas una profundidad de 300 mm por encima de este.

• Principales elementos que componen el
sistema:

– columnas: de horm. pretensado y una secc. de 150 x 200
mm. Puntales de 2,1; 2,50; 2,60; 3,00 y 3,60 m. Es destacar que
en algunos proyectos estas columnas se han sustituido por las
viguetas de hormigón pretensado utilizadas en la cubierta,
con resultados muy positives en cuanto a ahorro de materiales y a
la productividad en la fabricación de las
viguetas.

– Viguetas: pretensazas; secc. Canal de 20 x 250 mm;
long. 6,00 m; peso 345 kg.

– Capitel: de horm. armado.

– Vaso: prefabricado. De H.A. y un peso de 144
kg.

– Canalón de asbesto de 7,00 metros de
luz.

• – Los pisos de las naves son de hormigón
"in situ"; terminados en una superficie rugosa que evita que
resbalen los animales. Las pendientes de estos son de un 2% en el
sentido transversal y de 1 – 2% en el
longitudinal.

• – Las partes cerradas de las naves son ejecutadas
por le general con muros de bloques o ladrilles terminados en
repello fino.

• – La pendiente en la cubierta se logra mediante
la utilización de columnas de diferentes
puntales.

• Sistemas constructivos compuestos y herramientas
  para su diseño.

La construcción compuesta consiste en combinar
dos materiales en una unidad estructural, aprovechando las
características de cada uno de ellos, existiendo
innumerables combinaciones: acero y hormigón, madera y
hormigón, hormigón prefabricado y hormigón
colocado en obra, madera y acero, entre otras.

En la actualidad se reporta el uso en el mundo de
diversos sistemas constructivos que utilizan como elemento
metálico principal vigas de alma llena o de
celosías, conectadas con una losa de hormigón
armado que puede apoyarse directamente en las vigas o unirse para
trabajo conjunto a una lámina perfilada de acero mediante
conectores que posee esta última, la cual sirve a su vez
de encofrado permanente y como refuerzo de tracción total
o parcial de la losa.

El sistema de losa y lámina puede unirse en los
apoyos a la viga metálica mediante conectores para lograr
también el trabajo conjunto a lo largo del eje de la viga.
En este último caso se logra el trabajo conjunto
hormigón-acero en los sistemas lámina-losa y
viga-lámina-losa.

Debe diferenciarse lo anterior del caso de losa apoyada
sobre vigas sin el empleo de elementos de unión, en el
cual la losa distribuye transversalmente las cargas sobre las
vigas, pero no contribuye en la transmisión longitudinal
de esfuerzos, cuestión que se logra cuando la losa esta
obligada a deformarse longitudinalmente por elementos de acero
embebidos en el hormigón y soldados en la viga
metálica.

Internacionalmente son reconocidas las ventajas que
proporciona el empleo de este tipo de estructuras, tales como,
mayor capacidad de carga y mayor rigidez, reducción del
peralto de las vigas y ahorro de acero.

Cuando se utilizan láminas perfiladas los plazos
de ejecución se reducen sensiblemente y la lámina
sirve de plataforma de trabajo y como refuerzo de tracción
total o parcial y de encofrado permanente para la losa de
hormigón, evitándose los trabajosos encofrados de
madera; su ligereza facilita la manipulación y
transportación y el propio perfil de la lámina
puede usarse para conductores eléctricos, de
comunicaciones o de otros tipos.

El empleo de vigas de celosías incrementa el
aligeramiento de las estructuras, reforzando las ventajas que en
ese sentido aporta el trabajo conjunto y por otra parte el hecho
de tener el alma abierta facilita la colocación de todo
tipo de instalaciones.

A todo lo anterior debe añadirse que, para todas
las tipologías descritas, el aligeramiento de las vigas y
el menor peso total de la estructura permiten utilizar columnas
de dimensiones menores y se disminuye el costo de la
cimentación. Por otra parte, con vigas de menor peralto
disminuyen la altura de cada piso y total del edificio, con el
consecuente ahorro de recubrimientos exteriores y de
instalaciones verticales.

Las estructuras compuestas que emplean hormigón y
acero como materiales componentes surgieron alrededor de los
años 1920. Por las ventajas de esta tipología
estructural estas se fueron difundiendo y diversificando.
Primeramente surgen los entrepisos compuestos de vigas de acero y
losa sólida de hormigón; más tarde surge el
sistema de piso compuesto de viga y losa en presencia de
lámina de acero colaborante.

Los primeros usos de los sistemas de pisos compuestos
fueron en la construcción de puentes y posteriormente se
introdujo su uso en edificaciones. Son varias las ventajas de
esta tipología estructural, que llevan implícito un
sustancial ahorro económico. De sus ventajas podemos citar
las siguientes: permiten aligerar considerablemente las
estructuras; se logran secciones muy rígidas y
resistentes, por lo que permiten salvar grandes luces entre
apoyos; se logra un elevado ahorro de madera y encofrado y
más aún cuando se utiliza la sección viga
losa en presencia de lámina; se reduce además la
fuerza de trabajo necesaria para el proceso constructivo;
facilitan la construcción y montaje por lo que se logra un
mayor avance físico en la ejecución de las obras
con respecto a sistemas más tradicionales; se logran
facilidades para en montaje de instalaciones eléctricas e
hidráulicas, etc.

En la primera mitad de la década de los ochenta
el Dr. Rafael Larrúa Quevedo comenzó a investigar
en la Universidad de Camagüey en la temática
relacionada con el comportamiento de secciones compuestas de viga
y losa sólida de hormigón, posteriormente se
extendieron estos estudios a losas de entrepisos compuestos con
lámina colaborante de acero, así como al estudio de
estructuras compuestas con vigas de celosías. Como
resultado de estas investigaciones se elaboraron las Normas
Cubanas para el cálculo de estas tipologías de
secciones compuestas, las cuales fueron puestas en vigor en el
año 2004 (NRMC 080, NRMC 081, NRMC 082).

Favorece el diseño de sistemas constructivos
compuestos en el país la existencia del Sistema de
Herramientas para el Cálculo de Estructuras Compuestas
(SECOM), que resume e integra los resultados descritos y forma
parte de los esfuerzos desarrollados en la Facultad de
Construcciones de la Universidad de Camagüey en el
establecimiento de las bases metodológicas y normativas
para el cálculo de estructuras compuestas de
hormigón y acero en el país.

SECOM facilita el diseño a partir de una
sólida fundamentación teórica y
experimental, en correspondencia con la práctica
internacional y la normatividad vigente en Cuba, contribuyendo a
la difusión y empleo de diferentes tipologías de
construcción compuesta como alternativas ventajosas en el
proyecto de obras estructurales.

Los programas de computación VigaCom, CelCom y
LosaCom, han sido programados y compilados en Borland Delphi,
Versión 6.0, compatibles con Sistema Operativo Windows 95
o superior, requieren de instalación, implementada en
Install Shield Express. Cuentan con un alto nivel de
implementación y resuelven con eficacia el problema
técnico, presentando una relación
usuario-máquina amigable, que facilita su
empleo.

El conjunto de ayudas en línea, gráficas y
de texto que brindan los tres programas de computación que
integran SECOM, permite una adecuada articulación entre el
Sistema y otras normativas vigentes en el país, a la vez
que ofrecen una extraordinaria facilidad en el
diseño.

El conjunto de tres programas de computación :
VigaCom, CelCom Y LosaCom permite calcular entrepisos compuestos
de hormigón y acero utilizando vigas de alma llena o
celosías, considerando tres casos generales: – losa de
hormigón directamente apoyada en las vigas.

– lamina colaborante con las nervaduras perpendiculares
a la viga. – lamina colaborante con las nervaduras paralelas a la
viga. Los programas se basan en los principios para el
cálculo establecidos en las Normas Ramales : NRMC
080:2004, NRMC 081:2004 y NRMC 082:2004 . Se aplican a entrepisos
con distribución uniforme o no de las vigas. La
sección transversal básica de las vigas de
celosías considerada en CelCom está conformada por
cuatro angulares, dos en cada cordón de la viga de
celosías. Para vigas de alma llena el programa VigaCom,
contempla secciones laminadas, laminadas reforzadas, construidas
o cajón. LosaCom permite calcular losas compuestas con
láminas acanaladas o losas de hormigón armado. En
todos los casos se utiliza el método general de
cálculo de los estados límites. Los programas
permiten la comprobación de los diferentes estados
límites últimos y de utilización a partir de
la captura de los diferentes datos de la estructura y los
materiales componentes. Es posible seleccionar la sección
transversal a partir de surtidos de perfiles predeterminados o
introducir datos de otros surtidos disponiblesEn la corrida se
realizan las comprobaciones establecidas en las normativas y se
ofrece la información de los principales resultados del
cálculo ordenados según los diferentes estados
límites, incluyendo el diseño de la
conexión, permitiendo realizar valoraciones y ajustes de
una manera rápida y sencilla.Lo descrito anteriormente
indica las amplias posibilidades de aplicación en el
diseño de entrepisos en edificaciones sociales e
industriales, permitiendo la valoración de
múltiples alternativas de soluciones con rapidez y
seguridad en los resultados.

En el presente trabajo se hace un amplio uso del
programa VigaCOM en el diseño de las diferentes variantes
consideradas.

Capitulo 2.

Diseño
estructural básico para el sistema
constructivo

2.1 Criterios Generales.

En el desarrollo del sistema se consideran
los siguientes criterios generales:

1. Utilizar las modulaciones medias
tradicionalmente empleadas en los sistemas constructivos para
edificaciones de viviendas .De esta forma se consideran
intercolumnios de 3.30 m; 3.60 m; 3.90 m; 4.20 m y distancias
entre columnas en el sentido de los pórticos de 1.80 m;
2.40 m y 3.60 m; pudiéndose variar el orden de
ubicación. Esta gama de valores en ambos sentidos ofrece
mucha libertad en el diseño.

2. En cada eje de carga habrá un
pórtico rígido con distancias entre columnas de
1.80m (la mitad de la modulación máxima) que es de
3.60m, capaz de absorber un gran por ciento de los esfuerzos
provocados por la carga de viento e impedir los desplazamientos
excesivos en la edificación.

3. No se ha considerado la rigidización a
través de crucetas ya que las mismas impedirían la
libertad en el diseño de puertas, ventanas etc. La
solución dada permite el cierre en los marcos con
papelería ligera, muros de cerámica aligerada o
cualquier otro material sin dificultad.

4. Se busca facilidad de ejecución y
montaje al considerar las vigas que no están ubicadas en
el pórtico rígido, como articuladas a las
columnas.

5. Se proponen modulaciones de intercolumnios
hasta 4.20m buscando la posibilidad de no utilizar vigas
secundarias, simplificando el diseño, montaje y
ejecución final.

6. La distancia entre columnas hasta 3.60 m
permite que las cargas que bajen por las mismas no sean excesivas
y no se requiera un número elevado de conectores, lo cual
esta limitado por el ancho del ala de la viga metálica, la
cantidad de valles de la lámina perfilada en contacto con
las vigas.

2.2 Descripción general del
sistema.

El sistema es aporticado y la solución de
cubierta y entrepisos se logra a través de un entramado de
vigas metálicas, una losa de hormigón y una
lámina de acero que tiene una configuración grecada
que es utilizada como encofrado permanente y refuerzo a
tracción de la losa, así como de plataforma de
trabajo en la etapa de construcción. (Ver figura
2.1).

Se utilizan columnas de acero de 2.7 m de altura, que
pueden estar separadas a 3.30 m ,3.60 m, 3.90 m y 4.20 m de
intercolumnio. Los módulos de luces empleadas son de 1.8m,
2.4m y 3.60m. La altura total del edificio es de tres
plantas.

Figura 2.1. Viga y losa compuesta
con lámina colaborante.

2.3 Diseño de la losa
compuesta.

2.3.1 Generalidades.

Algunos principios generales para el diseño de
las losas compuestas son los siguientes:

• La losa es continua a todo lo largo de la viga y su
  espesor esta compuesto por la altura nominal de los nervios
  (hr), que no debe ser mayor que 80mm, por el espesor de la
  lámina de acero (dsd) y el espesor de la losa por
  encima de los nervios (ho), que debe ser de 50mm como
  mínimo.

• El ancho promedio de los canales (Wr) no debe ser
  menor que 50 mm y para el cálculo se tomará un
  valor no mayor que el ancho de la nervadura en la parte alta
  del encofrado.

• Se especifica una resistencia característica
  mínima del hormigón a la compresión de
  20 MPa.

• Deben diferenciarse las comprobaciones a realizar en
  la etapa de construcción y explotación, donde
  la sección resistente es tanto la metálica como
  la compuesta.

• La lámina de acero puede apuntalarse en la
  etapa de construcción si no es capaz de soportar ella
  sola las cargas durante esta etapa o si la flecha es
  excesiva.

• En el diseño de este tipo de losa que trabaja
  a flexión, lo más general es que solo se use la
  combinación (1.4) carga permanente (1.7) carga
  temporal.

• Se dispondrá de un refuerzo mínimo por
  retracción y temperatura sobre la nervaduras de la
  lámina en el cual se debe utilizar barras de
  pequeño diámetro por la poca magnitud del mismo
  y generalmente se usan mallas electro soldadas.

El diseño se realizó con
orientación de la lámina perpendicular a la viga
metálica. (Ver Fig. 2.2).

Figura 2.2 Viga compuesta con
lámina perpendicular al eje de la viga.

2.3.2 Cargas.

Para el cálculo de las cargas se utilizó
la NC 283:2003: "Densidad de materiales naturales, artificiales y
de elementos de construcción como carga de diseño"
y la NC-284: 2003. "Edificaciones. Cargas de uso".

Fijamos la densidad del los materiales a utilizar y
según el uso del sistema para viviendas se tomó una
carga temporal de 2 kN/m2, para entrepiso y de 0.8 kN/m2 para la
cubierta.

Los valores generales considerados son los
siguientes:

Peso propio del hormigón =23 kN/m3
(refuerzo mínimo)

Peso propio de la lámina =78.5
kN/m3

Peso de relleno =17 kN/m3

Espesor de relleno =0.05 m

Peso del mortero =20 kN/m3

Espesor del mortero =0.025 m

Peso de la terminación de piso =23
kN/m3

Espesor de la terminación del piso
=0.02 m

Seguidamente se presenta la
determinación de las cargas para los diferentes
intercolumnios:

Para un intercolumnio de 3.3
m

Fig. 2.3. Sección de la
losa compuesta. Intercolumnio de 3,3 m.

Para un intercolumnio de 3.60
m

Fig. 2.4. Sección de la
losa compuesta. Intercolumnio de 3,6 m.

Para un intercolumnio de 3.90
m

Fig. 2.5. Sección de la
losa compuesta. Intercolumnio de 3,90 m.

Para un intercolumnio de 4.20
m

Fig. 2.6. Sección de la
losa compuesta. Intercolumnio de 4.2 m.

2.3.3 Diseño

El diseño de la losa compuesta se realizó
con el software LosaCOM del sistema SECOM, que permite calcular
losas compuestas a flexión con láminas perfiladas
de acero como encofrado permanente, lográndose el trabajo
conjunto entre la losa de hormigón y la lámina
mediante el uso de conectores mecánicos que trae esta
última en su parte superior.El programa sigue el
procedimiento expuesto en la NRMC 082: 2004. "Cálculo de
losas compuestas con láminas de acero como encofrado
colaborante, sometidas a cargas estáticas. Código
de buenas prácticas".

Se consideraron los siguientes datos generales de la
losa compuesta:

• resistencia característica del acero de la
  lámina.

• resistencia a tracción del acero en barra de
  la losa.

• resistencia característica del
  hormigón a compresión.

• coeficiente de minoración de la lámina
  colaborante.

• coeficiente de minoración del acero de la
  losa.

• coeficiente de minoración del
  hormigón, módulo de elasticidad del
  acero.

• denominador de la flecha permisible en la etapa de
  construcción.

• longitud de la losa

• espesor de la losa.

• peralto de los nervios de la
  lámina.

• espesor de la lámina sin el recubrimiento
  galvanizado.

• longitud de las alas de la lámina, ancho de
  la parte inferior de la lámina.

• ancho de cálculo de la losa en la parte
  superior.

• momento actuante en la etapa de construcción
  y explotación

• tipos de cargas.

• cargas permanentes en la etapa de
  construcción y explotación.

• cargas temporales y coeficiente de mayoración
  de cargas.

Para la selección de la losa compuesta más
factible se realizaron los siguientes chequeos:

– Flecha de la etapa de construcción menor que la
Flecha permisible en la etapa de construcción.

-Cortante máximo actuante de cálculo menor
que el Cortante último de cálculo por adherencia
entre el hormigón y la lámina y que el Cortante
máximo de cálculo que resiste el
hormigón.

-Momento máximo actuante de cálculo menor
que el Momento último resistente de
cálculo.

-Flecha de la etapa de explotación menor que la
Flecha permisible en la etapa de explotación.

Estos chequeos se realizaron buscando los espesores de
hormigón y lámina mas adecuados. Según el
análisis expuesto se considera que la altura nominal de
los nervios (hr) a utilizar, para todos los intercolumnios es de
7.6cm; para que las flechas en la etapa de construcción y
explotación fueran menores que las admisibles en la mismas
etapas. En la medida que se fueron incrementando los
intercolumnios se requirieron espesores de lámina y
hormigón mayores, siempre buscando el menor espesor
posible de ambos. Los resultados del diseño de las losas
se muestran en la Tabla 2.1.

Tabla 2.1 Resultados del
diseño de la losa. Espesores.

Tabla 2.2 Resultados del
diseño de la losa. Momentos, cortante y flecha.

2.4 Diseño de la viga
compuesta.

2.4.1 Generalidades.

Algunos principios generales para el diseño de
las vigas compuestas son los siguientes:

• Se especifica una resistencia característica
  mínima del hormigón a la compresión de
  20 MPa.

• Deben diferenciarse las comprobaciones a realizar en
  la etapa de construcción y explotación, donde
  la sección resistente es tanto la metálica como
  la compuesta.

• La viga de acero puede apuntalarse en la etapa de
  construcción si no es capaz de soportar ella sola las
  cargas durante esta etapa o si la flecha es
  excesiva.

• En el diseño de este tipo de viga que trabaja
  a flexión, lo más general es que solo se use la
  combinación (1.2) carga permanente (1.4) carga
  temporal.

• Se prevé el fallo por agrietamiento a lo
  largo de la línea de colocación de los
  conectores, disponiendo un refuerzo transversal adicional en
  la parte inferior de la losa de trabajo conjunto, con un
  área no menor que 0.002 veces el área de
  hormigón en la dirección longitudinal de la
  viga y un espaciamiento uniforme a lo largo a lo largo de la
  luz de la viga compuesta.

• Se debe considerar un coeficiente de servicio (?u)
  con un valor de 0.9 para disminuir la capacidad resistente de
  la sección compuesta.

• La losa de trabajo es monolítica y esta unida
  a la viga metálica mediante conectores, con el
  objetivo de lograr el trabajo en conjunto a
  flexión.

• El ancho efectivo de la losa de trabajo conjunto, a
  considerar a cada lado del eje de la viga metálica, no
  excederá de: Un octavo de la luz de la viga, medida de
  eje a eje de los apoyos; la mitad de la distancia al eje de
  la viga adyacente; la distancia desde el eje de la viga hasta
  el extremo de la losa.

2.4.2 Cargas.

Después de haber calculado las cargas linealmente
distribuidas sobre la losa y llevadas superficialmente sobre la
misma, se pasó a realizar el cálculo de las cargas
sobre la viga para cada intercolumnio, según la NC-080:
2004. "Cálculo de entrepisos compuestos de hormigón
y acero con vigas de alma llena sometidos a cargas
estáticas .Código de buenas prácticas." Son
mayoradas las cargas permanentes por 1.4 y las cargas temporales
por 1.7.

2.4.3 Diseño.

Para el diseño de las vigas, se partió del
cálculo de las cargas tanto en la etapa de
construcción como en la de explotación, para hallar
los módulos de la sección a la flexión (W)
requeridos en cada etapa. Son considerados diferentes surtidos de
perfiles: americanos W y S, europeos IPN y IPE y METUNAS IS y
IA.

Se diseño la etapa de explotación para los
criterios de diseño metálico y compuesto. Se toma
en cuenta la necesidad de cumplir requerimientos, tales como el
espaciamiento mínimo entre conectores, que debe ser mayor
que 4 veces el diámetro del perno y la distancia entre el
extremo del perno y el borde del ala de la viga, que no debe ser
menor de 20 mm. Resulta que cuando se necesite conectar mediante
dos pernos, debe realizarse diagonalmente, lo que hace que el
ancho mínimo de las alas sea de 12 cm. Cuando se utiliza
un perno, el ancho mínimo de ala requerido es de 8 cm.
Igualmente debe considerarse que al usarse lámina con
nervadura perpendicular al eje de las vigas se dispondrá
de un numero limitado de valles en contacto con la viga, que
deciden el numero máximo de conectores que pueden ser
dispuestos. Teniendo en cuenta esas especificaciones y que la
altura mínima del conector debe ser 38 mm por encima de la
cresta de la lámina, se procedió a definir en
qué casos es posible la conexión.

2.4.3.1 Diseño de viga
metálica.

Se determinaron los módulos
requeridos en cada etapa, según los criterios de
resistencia y flecha, para las diferentes luces e intercolumnios
considerados.

Tabla 2. 3 Resumen de cargas y
módulos requeridos.

Tabla 2.4 Selección de
perfiles metálicos sin conexión. Luz 1,80
m

Tabla 2.5 Selección de
perfiles metálicos sin conexión. Luz 2.40
m

Tabla 2.6 Selección de
perfiles metálicos sin conexión. Luz 3.60
m

2.4.3.2 Diseño de las vigas
compuestas.

El diseño de las vigas compuestas se
realizó mediante el software VigaCOM, que es un programa
de computación que forma parte del "Sistema de
herramientas para el cálculo de estructuras compuestas.
SECOM" y permite diseñar entrepisos compuestos de
hormigón y acero utilizando vigas de alma llena. El
programa sigue el procedimiento expuesto en la NRMC 080: 2004.
"Cálculo de entrepisos compuestos de hormigón y
acero con vigas de alma llena sometidos a cargas
estáticas. Código de buenas prácticas" y en
el Anteproyecto de Norma NRMC XX: 2005. "Cálculo de
entrepisos compuestos de hormigón y acero con vigas
ahogadas sometidos a cargas estáticas. Código de
buenas prácticas".

Inicialmente se fijan las resistencias
características a compresión y a tracción de
los distintos materiales empleados en la sección
compuesta, así como los coeficientes de minoración
de los mismos, los módulos de elasticidad de los aceros en
barras y laminado, valor del denominador de la flecha permisible,
las dimensiones de los elementos componentes, la
ubicación, separación, luz y tipo de sección
transversal de la viga. Luego se suministran los datos referentes
a los conectores y tipo de interacción, así como se
analizan 12 combinaciones posibles de esquemas de análisis
y de cargas. De seleccionarse alguno de ellos se introducen los
datos de las cargas que actúan e internamente se
determinan las solicitaciones necesarias para los
cálculos. De no seleccionarse alguno de estos deben darse
los datos referentes a las solicitaciones que actúan. Los
resultados del diseño se encuentran en las tablas
siguientes.

Datos generales:

Rapk1=260MPa R´apk1=260MPa
?ap1=1.1

Rak=300MPa ?a=1.15 R´bk=20 MPa ?b=1.6
Ea=210000 MPa Eap=210000 MPa No=480 ?u=0.9

Rapk=250MPa R´apk=250MPa ?cb=1.35
?a=1.25

Ø =1.9 cm Ct=1.4 Cp=1.2
Hs=11.4cm

Momento actuante: momento
positivo

Tipo de carga: distribuida
uniforme

Nomenclatura:

Los resultados obtenidos para las diferentes luces e
intercolumnios se presentan en las Tablas .2.7, 2.8, 2.9, 2.10 y
2.11.

En el análisis en la luz de 1.80 m, para todos
los intercolumnios no fue necesaria la conexión. Para los
perfiles IPN sus anchos de alas no cumplían con el
mínimo especificado para uno o dos conectores y sus
módulos de la secciones eran mayores que el módulo
requerido en la etapa de explotación. Para los restantes
surtidos: americanos, europeos y de METUNAS, el más
pequeño de los perfiles cuenta con un módulo de la
sección mayor que el módulo requerido.

En el análisis en la luz de 2.40 m sólo se
pudo conectar sin apuntalamiento intermedio los perfiles IS de
METUNAS para los intercolumnios de 3.60m y 3.90m. Para los
demás surtidos de perfiles no fue necesario conectar por
las siguientes razones: no se cumplió la
especificación del ancho del ala; o el menor perfil de
cada surtido tuvo módulo de sección mayor que el
requerido en la etapa de explotación; o porque el
número de conectores requerido fue mayor que la cantidad
de valles disponibles. En todos esos casos el perfil necesario
por esos criterios resultó superior al seleccionado por el
diseño metálico.

En el análisis en la luz de 3.60 m, hay
más surtidos que permiten el uso de la conexión sin
apuntalamiento intermedio, tales como los surtidos europeos IPE y
HE, el americano W y el IS de METUNAS, para los intercolumnios de
3.30 m y 3.60 m; para intercolumnios de 3.90 m sólo se
pueden conectar sin apuntalamiento intermedio los perfiles IS del
surtido METUNAS. Para los surtidos europeos IPE y HE y el
americano W, para intercolumnios de 3.90 m y 4.20 m, pudieran ser
conectados, pero requerirían ser apuntalados en la etapa
de construcción. Para los restantes casos el perfil
necesario resultó superior al seleccionado por el
diseño metálico.

Todas las conexiones tanto sin apuntalamiento, como con
apuntalamiento, fueron posibles utilizando interacción
parcial con grado de interacción p = 0,5. Es conocido que
la interacción parcial se produce cuando se dispone un
número menor de conectores que el necesario para que se
desarrolle la capacidad resistente máxima a flexión
de la sección compuesta, limitando la capacidad resistente
de los elementos de unión (conectores) la resistencia a
flexión de la viga compuesta.

2.5 Solicitaciones en
pórticos.

Después de haber diseñado las vigas
compuestas tanto centrales como extremas, se tomaron los pesos
propios de cada perfil para los diferentes surtidos.

Tabla 2.12 Resumen de
pesos

Para el cálculo de las cargas de viento se hizo
uso de la NC-285:203. "Cargas de viento." Debido a que el sistema
constructivo se puede ejecutar en cualquier zona del país
se tomo una presión básica característica
del viento más desfavorable. El coeficiente de recurrencia
se tomó para 50 años, según la Norma. Se
consideró un sitio expuesto y tipo de terreno A. Para
determinar el coeficiente de altura, debido que el sistema
sólo consta de tres niveles de 2.7 m de puntal, se
tomó para una altura menor de 10 m. Con estas
consideraciones expuestas anteriormente obtuvimos el coeficiente
de ráfaga. Los resultados se muestran en las figuras 2.6,
2.7, 2.8 y 2.9.

Para un intercolumnio de 3.3
m

Fig. 2.7. Carga de viento.
Intercolumnio de 3.3 m.

Para un intercolumnio de 3.6
m

Fig. 2.8. Carga de viento.
Intercolumnio de 3.6 m.

Para un intercolumnio de 3.9
m

Fig. 2.9. Carga de viento.
Intercolumnio de 3.9 m.

Para un intercolumnio de 4.20
m

Fig. 2.10. Carga de viento.
Intercolumnio de 4.2 m.

2.5.1 Diseño de
columnas

El diseño de las columnas se realizó,
mediante el software Staad.Pro 2004. Primeramente se analizaron
los pórticos en los cuales las solicitaciones
serían más desfavorables, para un mínimo de
columnas. Se tomaron dos variantes: una asimétrica con
luces de 3.6 m, 1.8 m y 2.4 m (ver figura 2.10) y otra
simétrica con luces de 3.6 m, 1.8 m y 3.6 m (ver figura
2.11). En este análisis se consideró la necesidad
de un pórtico rígido que tomara las cargas
laterales sin necesidad de arrostramiento del tipo cruceta, ya
que esto limita la función del sistema. Este
pórtico es el formado por la luz de 1.80 m en cada
variante. Las restantes vigas serán articuladas. Las
cargas de viento en el pórtico asimétrico fueron
consideradas en sentidos opuestos. En el simétrico se
consideró en una sola dirección. Las combinaciones
empleadas fueron las siguientes CP+CT, CP*+CT*, CP+CT+CV,
CP*+CT*+CV*, CP+CV, CP*+CV*. Los coeficientes utilizados fueron
1.2 para las cargas permanentes, 1.6 para las cargas temporales y
1.3 para las de viento y 0.9 para minorar las permanentes al
combinarlas con el viento. Se diseñó mediante AICS;
teniendo en cuenta que las columnas resistieran las cargas
actuantes y a la vez los desplazamientos no superaran el
admisible de H/500 donde H, es la altura de la
edificación, siendo el desplazamiento admisible de 1.62
cm. Lo anteriormente expresado se puede ver en los anexos. Los
resultados obtenidos se presentan en las siguientes Tablas.2.13,
2.14, 2.15, 2.16.

Pórtico asimétrico y
simétrico

2.6 Solicitaciones en la base del
pórtico

Las solicitaciones en la base del pórtico se
determinaron para cada variante de entrepiso ya fuera
simétrica o asimétrica y para intercolumnios de
3.60 m y 4.20 m. Para cada pórtico se tomaron las
solicitaciones más desfavorables tanto para Fx, Fy y Mz
para todas las combinaciones de cargas. Lo antes expuesto se
puede ver en los anexos. Los resultados obtenidos se muestran en
las siguientes tablas

Diseño de columnas del
pórtico asimétrico

Para 3.60 de
intercolumnio

Vigas compuestas H-120B

Columnas del pórtico articulado
HE-140A

Columnas del pórtico
rígido HE-240A

Vigas del pórtico rígido
HE-240A

Tabla 2.17.Reacciones de apoyos en
la base.

Vigas compuestas W130x28

Columnas del pórtico articulado
W130x28

Columnas del pórtico
rígido W200x59

Vigas del pórtico rígido
W200x59

Tabla 2.18.Reacciones de apoyos en
la base.

Vigas compuestas IPE-180

Columnas del pórtico articulado
HE-140A

Columnas del pórtico
rígido HE-240A

Vigas del pórtico rígido
HE-240A

Tabla 2.19.Reacciones de apoyos en
la base.

Vigas compuestas
IS150x6/150×8

Columnas del pórtico articulado
IS150x6/150×8

Columnas del pórtico
rígido IS200x8/200×16

Vigas del pórtico rígido
IS200x8/200×16

Tabla 2.20.Reacciones de apoyos en
la base.

Para 4.2 de intercolumnio

Vigas compuestas HE-120B

Columnas del pórtico articulado
DIL-140

Columnas del pórtico
rígido HE-260A

Vigas del pórtico rígido
HE-260A

Tabla 2.21.Reacciones de apoyos en
la base.

Vigas compuestas W130x24

Columnas del pórtico articulado
W150x30

Columnas del pórtico
rígido W200x271

Vigas del pórtico rígido
W200x71

Tabla 2.22.Reacciones de apoyos en
la base.

Vigas compuestas IPE-R160

Columnas del pórtico articuladote
DIL-140

Columnas del pórtico
rígido HE260A

Vigas del pórtico rígido
HE260A