marco teorico

ESCUELA MILITAR DE INGENIERA MCAL. ANTONIO JOS DE SUCRE

BOLIVIA

TRABAJO DE GRADO

(MARCO TERICO)

ELABORACIN DE UN CATLOGO A TRAVS DEL

DESARROLLO DE UN SOFTWARE PARA EL DISEO DE

ENTRAMADOSDE CUBIERTASCON ACERO

GALVANIZADO CONFORMADO EN FRO

SUSANA MONTERO JAVIER

LA PAZ, 2013

ESCUELA MILITAR DE INGENIERA MCAL. ANTONIO JOS DE SUCRE

BOLIVIA

TRABAJO DE GRADO

(MARCO TERICO)

ELABORACIN DE UN CATLOGO A TRAVS DEL

DESARROLLO DE UN SOFTWARE PARA EL DISEO

DE ENTRAMADOS DE CUBIERTAS CON ACERO

GALVANIZADO CONFORMADO EN FRO

SUSANA MONTERO JAVIER

Trabajo de Grado presentado

como requisito parcial para

optar al ttulo de Licenciatura

en Ingeniera Civil.

TUTOR: ING. ALVARO GARNICA TRUJILLO

LA PAZ, 2013

i

NDICE

Pg.

1 GENERALIDADES .................................................................................... 1

1.1 ANTECEDENTES ..................................................................................... 1

1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ........................................................ 2

1.2.1 IDENTIFICACIN DEL PROBLEMA ......................................................... 2

1.2.2 FORMULACIN DEL PROBLEMA ........................................................... 3

1.3 OBJETIVOS .............................................................................................. 5

1.3.1 OBJETIVO GENERAL ............................................................................... 5

1.3.2 OBJETIVOS ESPECFICOS ..................................................................... 5

1.4 JUSTIFICACIONES ................................................................................... 5

1.4.1 JUSTIFICACIN TCNICA ....................................................................... 5

1.4.2 JUSTIFICACIN ECONMICA ................................................................. 6

1.4.3 JUSTIFICACIN SOCIAL ......................................................................... 6

2 MARCO TERICO .................................................................................... 7

2.1 MATERIALES EMPLEADOS EN CUBIERTAS .......................................... 7

2.1.1 Madera ...................................................................................................... 8

2.1.1.1 Ventajas y desventajas de la madera como material estructural................ 8

2.1.2 Acero ......................................................................................................... 9

2.1.2.1 Ventajas y desventajas del acero como material estructural .................... 11

2.1.3 Acero galvanizado conformado en frio (Steel Framing) ........................... 13

2.1.3.1 Ventajas del Uso del Sistema Steel Framing ........................................... 22

2.1.3.2 Tipos de Perfiles Utilizados para el Steel Framing ................................... 24

2.2 TIPOS DE CUBIERTA ............................................................................. 26

ii

2.2.1 Cubiertas de dos aguas o dos vertientes ................................................. 26

2.2.2 Cubiertas de una agua o una vertiente .................................................... 27

2.2.3 Cubiertas de cuatro aguas o cuatro vertientes ......................................... 28

2.2.4 Elementos que conforman el sistema estructural .................................... 28

2.2.4.1 Correas ................................................................................................... 29

2.2.4.2 Vigas portantes ....................................................................................... 30

2.2.4.3 Arriostramiento ........................................................................................ 30

2.2.4.4 Cubierta ................................................................................................... 30

2.2.4.5 Uniones ................................................................................................... 31

2.3 CRITERIOS DE DISEO Y OPTIMIZACIN ........................................... 33

2.3.1 Diseo estructural.................................................................................... 33

2.3.2 Resistencia a flexin ................................................................................ 38

2.3.3 Resistencia a compresin ........................................................................ 38

2.3.4 Resistencia combinada (flexo compresin).............................................. 41

2.4 MTODOS DE PROGRAMACIN .......................................................... 42

2.4.1 Programacin. ......................................................................................... 43

2.4.2 Estructura del Programa .......................................................................... 44

2.4.3 Diagrama de Flujo ................................................................................... 44

2.4.4 Clasificacin de los Lenguajes de programacin ..................................... 46

2.4.4.1 Nivel de abstraccin ................................................................................ 46

2.4.4.2 Forma de ejecucin ................................................................................. 47

2.4.5 Partes de un Programa............................................................................ 48

2.4.6 Lenguaje de Programacin (Visual Basic) ............................................... 48

2.4.6.1 Sentencias en Visual Basic ...................................................................... 49

iii

NDICE DE FIGURAS

Pg.

FIGURA 1. CUBIERTA DE ACERO GALVANIZADO ........................................... 1

FIGURA 2. ESTRUCTURA DE ACERO GALVANIZADO ..................................... 3

FIGURA 3. DIAGRAMA CAUSA EFECTO ........................................................ 4

FIGURA 4. CUBIERTA DEL MERCAT SANTA CATARINA EN BARCELONA ..... 7

FIGURA 5. ESTRUCTURA DE UNA VIVIENDA EN STEEL FRAMING .............. 13

FIGURA 6. MONTAJE DE UNA CASA EN STEEL FRAMING ............................ 15

FIGURA 7. BALLOON FRAMING ...................................................................... 15

FIGURA 8. PROTOTIPO DE RESIDENCIA EN LIGHT STEEL FRAMING ......... 16

FIGURA 9. PERFILES ESTRUCTURALES DE MADERA Y ACERO

GALVANIZADO ............................................................................... 17

FIGURA 10. LNEA DE MONTAJE DE MDULOS RESIDENCIALES

EN JAPN ...................................................................................... 18

FIGURA 11. FIGURA ESQUEMATICA DE UNA VIVIENDA EN

STEEL FRAMING ........................................................................... 19

FIGURA 12. ESTRUCTURA DEL TEJADO DE VIVIENDA DE

STEEL FRAMING ........................................................................... 20

FIGURA 13. RESIDENCIA CONSTRUIDAS CON EL SISTEMA LIGUT

STEEL FRAMING ........................................................................... 22

FIGURA 14. CUBIERTA A DOS VERTIENTES ................................................... 27

FIGURA 15. CUBIERTA A UNA VERTIENTE ...................................................... 27

FIGURA 16. CUBIERTA A CUATRO VERTIENTES ............................................ 28

FIGURA 17. SISTEMA ESTRUCTURAL ............................................................. 28

FIGURA 18. SISTEMA ESTRUCTURAL CORREAS ........................................... 29

FIGURA 19. SUJECIONES LATERALES CONTINUAS EN BASTIDORES ......... 31

FIGURA 20. NGULOS DE UNIN ..................................................................... 32

FIGURA 21. DIAGRAMA DE ESFUERZOS ......................................................... 38

iv

NDICE DE TABLAS

Pg.

TABLA 1. TIPOS DE ACERO ................................................................................ 2

TABLA 2. PROPIEDADES FSICAS DEL ACERO ............................................... 10

TABLA 3. PERFILES DE ACERO ........................................................................ 25

TABLA 4. TORNILLOS ESTRUCTURALES ........................................................ 33

TABLA 5. SIMBOLOS UTILIZADOS EN DIAGRAMAS DE DETALLE/

ORGANIGRAMAS ............................................................................... 45

1

1 GENERALIDADES

1.1 ANTECEDENTES

El desarrollo de mtodos de diseo para diversos tipos de estructura ha sido y es

actualmente una constante preocupacin de los ingenieros diseadores, tratando

constantemente de lograr mtodos ms perfectos y ptimos en tiempo y calidad.

Pero desde la llegada de la computadora estos mtodos se han ido desarrollando

en funcin a la capacidad de las nuevas herramientas.

En nuestro medio an no se est aprovechando toda la capacidad del sistema de

construccin utilizando perfiles de acero galvanizado G-90 rolado en frio, con los

que se pueden construir muros portantes, entrepisos, cubiertas, y prcticamente

cualquier forma arquitectnica.

FIGURA 1. CUBIERTA DE ACERO GALVANIZADO

Fuente. Soluciones Constructivas Eficientes

2

El material que se utiliza en este sistema constructivo es el acero G90 rolado en

frio, el cual es ms resistente que el acero A-36 utilizado tradicionalmente para

construcciones mtricas tal como lo muestra la siguiente tabla.

TABLA 1.TIPOS DE ACERO

Tipo de Acero Fy Punto de Fluencia

mnimo Kg/cm2

A-36 acero estructural al carbono 2530

G-90 acero galvanizado 2812

Fuente. Elaboracin Propia

Adems el acero G90 rolado en frio, por su proceso de fabricacin no puede ser

soldado como el acero A-36 diseado para este fin, sin embargo esta debilidad se

ha convertido en una fortaleza ya que ha desarrollado toda una gama de tornillera

la cual es ms fcil de ejecutar y no se requiere de mano de obra especializada,

siempre y cuando se tenga un adecuado diseo de sus uniones.

Este trabajo contiene nociones claras, sencillas y de fcil comprensin sobre los

materiales y tcnicas constructivas, a efecto de que pueda ser consultado por

obreros de la construccin, estudiantes y profesionales contribuyendo as al

desarrollo de la industria de la construccin.

1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Se desarrollar el planteamiento del problema analizando los puntos que vienen a

continuacin.

1.2.1 IDENTIFICACIN DEL PROBLEMA

Para lograr un diseo completo y optimizado de estructuras con acero galvanizado

conformado en frio, no se cuenta con una herramienta que pueda automatizar el

trabajo, como lo es un programa para ordenadores.

3

Los sistemas estructurales tradicionales para cubiertas formados por cerchas de

acero que requieren de mano de obra especializada, equipos especiales para el

soldado y colocado, lo cual eleva los costos de construccin.

FIGURA 2. ESTRUCTURA DE ACERO GALVANIZADO

Fuente. Soluciones Constructivas Eficientes

Por otra parte, en ocasiones las estructuras para cubiertas no se calculan ni se

analizan dejando esto en manos de empresas que cuentan con poco conocimiento

del tema, por lo que en muchos casos se sobredimensionan.

1.2.2 FORMULACIN DEL PROBLEMA

Es necesario estudiar nuevos tipos de estructuras que posean versatilidad en la

construccin de diversas obras para la disminucin de la cantidad de material

utilizo para la optimizacin de la resistencia.

Entre estos nuevos gneros se hallan el sistema de construcciones formado por

un entramado de perfiles obtenidos por el conformado de chapas laminadas en

4

fro galvanizadas, ya que exigen menos material que los sistemas habituales y

bien concebidas y correctamente calculadas resultan sumamente econmicas.

La comercializacin de materiales de construccin como los perfiles de acero

galvanizado conformado en frio, no tienen un servicio especializado que permita

optimizar su uso.

FIGURA 3. DIAGRAMA CAUSA EFECTO

Fuente. Elaboracin propia

De uso complicado

Tipologas estructurales sencillas

Soldado y colocado de la

cubierta

Los entramados pequeos y

medianos no se calculan

Empleo no ptimo de los materiales adems de costos

elevado en la construccin

Software comercial

Diseo tradicional

Sobredimensionamiento

Mano de obra y equipo

especializado

5

1.3 OBJETIVOS

Para un mejor desarrollo del Trabajo de Grado se plantearn los siguientes

objetivos que vienen a continuacin.

1.3.1 OBJETIVO GENERAL

Elaborar un catlogo a travs del desarrollo de un software para el ptimo diseo

de entramados para cubiertas con acero galvanizado conformado en fro

(steelframing).

1.3.2 OBJETIVOS ESPECFICOS

Elaborar un algoritmo iterativo que facilite la optimizacin del anlisis y

diseo.

Realizar una memoria de clculo considerando la estructura ms ptima.

Realizar la validacin del programa computacional con un programa

estructural.

1.4 JUSTIFICACIONES

El presente Trabajo de Grado contiene justificaciones que aclararn muchas

dudas.

1.4.1 JUSTIFICACIN TCNICA

Las estructuras para cubiertas utilizando acero galvanizadotienen una gran

resistencia de diseo, adems de contar con espesores pequeos, lo cual ayuda a

que sus pesos propios sean menores y requieran equipos livianos para su

montaje.

6

Con este trabajo se pretende que el Ingeniero Civil tenga la mejor informacin y

una herramienta valiosa para la toma de decisiones respecto de la alternativa

ptima en cuanto al tipo de cubierta, caractersticas del material y la tipologa del

mismo; a ser usados en el diseo final.

1.4.2 JUSTIFICACIN ECONMICA

Esta optimizacin influye positivamente ya que un anlisis o diseo correcto

reducir los costos a largo plazo, as evitando gastos innecesarios posteriormente

por posibles problemas de mantenimiento que pueda tener la cubierta ms

adelante.

El software beneficiar econmicamente tanto a la empresa constructora como al

propietario porque se podr reducir la mano de obra empleada en el anlisis y

diseo de la cubierta.

1.4.3 JUSTIFICACIN SOCIAL

Con el adecuado clculo se podr minimizar el tiempo de diseo para agilizar la

toma de decisiones en el proceso de construccin y as poder elegir de forma ms

rpida el tipo de cubierta a utilizar por el usuario.

A comparacin de programas existentes en el medio el software planteado ser de

fcil uso y comprensin lo cual ayudar a que el manejo sea sencillo y pueda ser

utilizado por estudiantes, arquitectos, ingenieros, obreros de la construccin y

personas ajenas a la rama.

7

2 MARCO TERICO

2.1 MATERIALES EMPLEADOS EN CUBIERTAS

Las cubiertas son estructuras de cierre superior, que sirven como cerramientos

exteriores, cuya funcin fundamental es ofrecer proteccin al edificio contra los

agentes climticos y otros factores, para resguardo, darle intimidad, aislacin

acstica y trmica, al igual que todos los otros cerramientos verticales.

Inicialmente, el planteamiento de la edificacin se origin en la creacin de

espacios cubiertos, donde lo ms importante era la cubierta que resguardaba de

las inclemencias del tiempo y ofreca un mbito privado.

FIGURA 4. CUBIERTA DEL MERCAT SANTA CATARINA EN BARCELONA

Fuente. http://www.construmatica.com/construpedia/Cubiertas

La cubierta no se diferencia del resto del cerramiento, esto significa que la cubierta

caracteriza el tratamiento exterior del edificio, o queda incluida en el tratamiento

general del cerramiento.

8

2.1.1 Madera

La madera como material de construccin ha sido utilizada desde la antigedad, y

en la actualidad viene a ser indispensable en algunas situaciones pese a la

competencia del acero y el hormign armado.

2.1.1.1 Ventajas y desventajas de la madera como material estructural.

La madera es el nico material con que puede construirse ntegramente una

vivienda. Sin embargo con el desarrollo de materiales complementarios, hay

buena cantidad de componentes de la misma que resultan ms econmicos

fabricados de otros materiales.

Las ventajas de la madera como material de construccin son:

a) Fcil labra, se le puede dar cualquier forma

b) Resistencia aceptable tanto a la traccin, compresin, flexin y corte

c) Poco peso muerto.

Entre las desventajas tenemos:

a) La poca o nada resistencia el fuego.

b) Tendencia a la deformacin por cambios alternativos de humedad y de

temperatura (sequedad).

Deformacin que puede experimentar una pieza de madera por la curvatura de

sus ejes longitudinal, transversal o de ambos. Se consideran:

Abarquillado: Alabeo de piezas cuando las aristas o bordes longitudinales no se

encuentran al mismo nivel que la zona central. Se permite como tolerancia

mxima el 1% del ancho de la pieza.

9

Arqueadura: Es el alabeo o curvatura a lo largo de la cara de la pieza. Como

tolerancia se permite 1 cm por cada 300 cm de longitud o su equivalencia:

Encorvadura: Es el alabeo o curvatura a lo largo del canto de la pieza. Se

permite 1 cm por cada 300 cm de longitud o su equivalente:

Torcedura: Es el alabeo que se presenta cuando las esquinas de una pieza de

madera, no se encuentra en el mismo plano. Se permite solamente cuando

este defecto se presenta en forma muy leve y en una sola arista. Se tolera 1

cm. de alabeo para una pieza de 3 m. de longitud.

c) La propensin a adquirir o contraer enfermedades.

Degradacin: La madera por ser un material orgnico y natural, constituido

principalmente por celulosa y lignina, si es sometida a ciertas condiciones de

humedad, temperatura y oxgeno puede ser degradada.

Ataque de insectos: La madera atacada por insectos es fcilmente destruida,

por lo que es necesario protegerla adecuadamente.

Ataques qumicos: El efecto de las sustancias qumicas en la madera es

altamente dependiente del tipo especfico del compuesto.

2.1.2 Acero

Los aceros son aleaciones de hierro-carbono forjables, con porcentajes de

carbono variables entre 0,008 y 2,14%. Se distinguen de las fundiciones, tambin

10

aleaciones de hierro y carbono, en que stas tienen una proporcin de carbono

que puede variar entre 0.5% y 2.0%, aunque la mayora de las fundiciones

comerciales no superan el 1.8% de carbono. A partir del 2 % de carbono la

aleacin se denomina arrabio o fundicin

La diferencia fundamental entre los aceros conformados en caliente y los

conformados en frio son, por su ductilidad, fcilmente deformables en caliente

utilizando forjado, laminacin o extrusin, mientras que las fundiciones son frgiles

y se fabrican generalmente por fundicin.

Adems de los componentes principales indicados, los aceros incorporan otros

elementos qumicos. Algunos son perjudiciales (Impurezas) y provienen de la

chatarra, el mineral o el combustible empleado en el proceso de fabricacin; es el

caso del azufre y el fsforo.

Otros se aaden intencionalmente para la mejora de alguna de las caractersticas

del acero (Aleantes); pueden utilizarse para incrementar la resistencia, la

ductilidad, la dureza, etctera, o para facilitar algn proceso de fabricacin como

puede ser el mecanizado. Elementos habituales para estos fines son el nquel, el

cromo, el molibdeno y otros.

TABLA 2. PROPIEDADES FSICAS DEL ACERO

Peso especifico 7850 Kg/m3

Mdulo de elasticidad longitudinal (o Modulo de Young)

E = 2.1 x 106 Kg/cm2

Mdulo de elasticidad transversal (o Modulo de corte)

Coeficiente de Poisson (en rango elstico)

Coeficiente de dilatacin trmica lineal

Fuente. Elaboracin Propia

11

La densidad promedio del acero es 7850 kg/m3. Para su uso en construccin, el

acero se distribuye en perfiles, siendo stos de diferentes caractersticas segn su

forma y dimensiones y debindose usar especficamente para una funcin

concreta, ya sean vigas o pilares.

El acero constituye uno de los materiales estructurales por excelencia. Junto al

concreto armado, aluminio, madera y la mampostera (los dems materiales

tradicionales).

Las estructuras metlicas sin embargo, deben ser cuidadosamente protegidas

contra la corrosin y la accin destructiva de la humedad y ambientes agresivos,

as como tambin de la accin del fuego, por lo cual deben ser recubiertas de

concreto, usarse pinturas epdicas adecuadas.

Las uniones por otra parte, constituyen los puntos dbiles de las estructuras

metlicas, y su ejecucin y mantenimiento exigen un estricto control peridico. En

el acero existe la dificultad de materializar estructuras hiperestticas vinculadas,

ya que sus uniones no permiten, al usar cierto tipo de conectores, una perfecta

continuidad.

2.1.2.1 Ventajas y desventajas del acero como material estructural

Las ventajas del acero como material de construccin son:

a) Alta resistencia.- La alta resistencia del acero por unidad de peso implica que

ser poco el peso de las estructuras, esto es de gran importancia en puentes

de grandes claros.

b) Uniformidad.- Las propiedades del acero no cambian apreciablemente con el

tiempo como es el caso de las estructuras de concreto reforzado.

12

c) Durabilidad.- Si el mantenimiento de las estructuras de acero es adecuado

duraran indefinidamente.

d) Ductilidad.- La ductilidad es la propiedad que tiene un material de soportar

grandes deformaciones sin fallar bajo altos esfuerzos de tensin. La

naturaleza dctil de los aceros estructurales comunes les permite fluir

localmente, evitando as fallas prematuras.

e) Tenacidad.- Los aceros estructurales son tenaces, es decir, poseen resistencia

y ductilidad. La propiedad de un material para absorber energa en grandes

cantidades se denomina tenacidad.

f) Otras ventajas importantes del acero estructural son:

Gran facilidad para unir diversos miembros por medio de varios tipos de

conectores como son la soldadura, los tornillos y los remaches.

Posibilidad de prefabricar los miembros de una estructura.

Rapidez de montaje.

Gran capacidad de laminarse y en gran cantidad de tamaos y formas.

Resistencia a la fatiga.

Posible rehso despus de desmontar una estructura.

Entre las desventajas tenemos:

a) Costo de mantenimiento.- La mayor parte de los aceros son susceptibles a la

corrosin al estar expuestos al agua y al aire y, por consiguiente, deben

pintarse peridicamente.

b) Costo de la proteccin contra el fuego.- Aunque algunos miembros

estructurales son incombustibles, sus resistencias se reducen

considerablemente durante los incendios.

13

c) Susceptibilidad al pandeo.- Entre ms largos y esbeltos sean los miembros a

compresin, mayor es el peligro de pandeo. El acero tiene una alta resistencia

por unidad de peso, pero al utilizarse como columnas no resulta muy

econmico ya que debe usarse bastante material, solo para hacer ms rgidas

las columnas contra el posible pandeo.

2.1.3 Acero galvanizado conformado en frio (Steel Framing)

El sistema del Steel Framing (SF), como se le conoce a nivel mundial, es un

sistema constructivo de concepcin racional, cuya principal caracterstica es una

estructura constituida por perfiles formados en fro de acero galvanizado que son

utilizados para la composicin de paneles estructurales y no estructurales, vigas

secundarias, vigas de piso, cabios del techo y otros componentes.

Por ser un sistema industrializado, posibilita una construccin en seco de gran

rapidez de ejecucin. Gracias a estas caractersticas, el sistema Steel Framing

tambin es conocido como Sistema Auto portante de Construccin en Seco.

FIGURA 5. ESTRUCTURA DE UNA VIVIENDA EN STEEL FRAMING

Fuente. Steel Framing: Arquitectura

14

La interpretacin de la expresin inglesa Steel Framing, steel = acero y

framing que deriva de frame = estructura, esqueleto, disposicin, construccin

(Diccionario Michaelis, 1987), puede ser definida como:

Proceso por el que se compone un esqueleto estructural en acero formado por

diversos elementos individuales unidos entre s, que as funcionan en conjunto

para resistir las cargas que solicitan al edificio y a la estructura y le dan su forma.

As, el sistema SF no slo est restringido a su estructura. Como un sistema

destinado a la construccin de edificios, abarca varios componentes y

subsistemas.

Estos subsistemas incluyen adems el estructural, aislacin termo acstica, de

cierres interno y externos y de instalaciones elctricas e hidrulicas (ConsulSteel,

2002).

Muchas publicaciones usan el trmino Light Gauge Steel Frame en que gauge es

una unidad de medida, ahora casi en desuso, que define el espesor de las chapas

de metal.

Para que el sistema cumpla con las funciones para el cual fue proyectado y

construido es necesario que los subsistemas estn correctamente

interrelacionados y que los materiales utilizados sean los adecuados.

Por lo tanto, la seleccin de los materiales y de la mano de obra es esencial para

la velocidad de construccin y el desempeo del sistema.

A pesar de ser considerada como una tecnologa nueva, el origen del Steel

Framing se remonta al inicio del siglo XIX. De hecho, histricamente se inicia con

las casas de madera construidas por los colonizadores en el territorio

norteamericano en esa poca.

15

FIGURA 6. MONTAJE DE UNA CASA EN STEEL FRAMING


Para atender el crecimiento de la poblacin hubo que recurrir a mtodos ms

rpidos y productivos en la construccin de viviendas, utilizando los materiales

disponibles en la regin, en este caso la madera.

Ese mtodo consista en una estructura compuesta de piezas de madera aserrada

de pequea seccin transversal, lo que se conoci como Balloon Framing

(ConsuISteel, 2002).

FIGURA 7. BALLOON FRAMING


16

A partir de ah, las construcciones en madera, conocidas como Wood Frame, se

convirtieron en la tipologa residencial ms comn en los Estados Unidos.

Aproximadamente un siglo ms tarde, en 1933, producto del gran desarrollo de la

industria del acero en los Estados Unidos, se lanz en la Feria Mundial de Chicago

el prototipo de una residencia en Steel Framing que utiliz perfiles de acero en

lugar de la estructura de madera (Frechette, 1999).

FIGURA 8. PROTOTIPO DE RESIDENCIA EN LIGHT STEEL FRAMING

Fuente. http://webpages.marshall.edu/~brooks/STRAN/stran1. htm

El crecimiento de la economa norteamericana y la abundante produccin de acero

en el perodo post-Segunda Guerra contribuyeron al desarrollo de los procesos de

fabricacin de perfiles conformados en fro.

El uso de los perfiles de acero en substitucin de los de madera, que ofrecan las

ventajas de la mayor resistencia y eficiencia estructural del acero y la capacidad

de la estructura de resistir a catstrofes naturales, tales como terremotos y

huracanes.

17

En la dcada de los aos 90, las fluctuaciones en el precio y en la calidad de la

madera para construccin civil estimularon el uso de los perfiles de acero en la

edificacin residencial.

Se estima que hasta el final de la dcada 90, un 25% de la edificacin residencial

en Estados Unidos se bas en el sistema del SF (Bateman, 1998).

FIGURA 9. PERFILES ESTRUCTURALES DE MADERA Y ACERO GALVANIZADO

. Fuente. Steel Framing: Arquitectura

En Japn, las primeras construcciones en SF comenzaron a aparecer despus de

la Segunda Guerra Mundial cuando hubo que reconstruir cuatro millones de

viviendas destruidas por los bombardeos.

La madera, material usado en la estructura de las casas, haba sido un factor

agravante de los incendios que se propagaron durante los ataques.

Luego el gobierno japons restringi el uso de la madera en construcciones auto

portante a fin de proteger los recursos forestales que de otro modo se habran

podido agotar y tambin para promover la construccin con materiales no

inflamables.

La industria japonesa del acero, viendo en esas restricciones un nicho de

mercado, comenz a producir perfiles livianos de acero para la construccin como

un substituto de los productos estructurales de madera.

18

En consecuencia, Japn presenta un mercado y una industria altamente

desarrollados en lo que respecta a la construccin con perfiles livianos de acero.

FIGURA 10. LNEA DE MONTAJE DE MDULOS RESIDENCIALES EN JAPN

Fuente. SCI

A pesar de que el SF es un sistema de construccin bastante usado en pases

donde la construccin civil es predominantemente industrializada, en la mayora

de los pases de Amrica Latina donde prevalece el mtodo artesanal, an es

poco conocido.

As en primera instancia para ayudar a visualizar el sistema LSF vamos a recurrir

al tabique en seco (Drywall), que es ampliamente utilizado en los tabiques

interiores en la regin, que a pesar de no tener una funcin estructural, utiliza

perfiles galvanizados para componer un esqueleto en el que se fijan las placas de

cerramiento.

Sin embargo, hasta aqu no ms llega la semejanza, ya que el sistema SF, como

ya se explic, es un sistema mucho ms amplio, capaz de integrar todos los

componentes necesarios para construir un edificio cuya estructura es

fundamental.

19

La ilustracin permite visualizar esquemticamente la estructura y los subsistemas

de una vivienda en SF. La estructura del SF est bsicamente compuesta por

paredes, pisos y techo, que en conjunto posibilitan la integridad estructural del

edificio, con la debida resistencia a los esfuerzos a los que est expuesta la

estructura.

FIGURA 11. FIGURA ESQUEMATICA DE UNA VIVIENDA EN STEEL FRAMING


Las paredes que constituyen la estructura son llamados paneles estructurales o

auto portantes; que estn compuestas por una gran cantidad de perfiles

galvanizados muy livianos, llamados montantes, que van separados entre s por

400 o 600 mm.

1 Capacidad de vigas Capacidad de almas de vigas a la compresin 5 Dinteles y cerramientos

2 Postes de bastidores exteriores con carga axial y carga por viento

3 Postes de bastidores exteriores sin carga axial o Muros fachada

6 Contraventeo

7 Uniones

4 Postes de bastidores para muros interiores de carga

8 Anclajes

9 Vigas para techumbre

20

Esta dimensin es definida de acuerdo con el clculo estructural, y determina la

modulacin del proyecto.

Actualmente, dada la pluralidad de manifestaciones arquitectnicas, el arquitecto

dispone de varias soluciones para las cubiertas de sus edificios.

Muchas veces, la seleccin del tejado puede estar sometida a un estilo o una

tendencia de poca. Independiente de la tipologa adoptada, desde el techo plano

hasta unos tejados ms elaborados, la versatilidad del sistema SF le ofrece al

arquitecto libertad de expresin.

Cuando se trata de techos inclinados, la solucin se asemeja mucho a la

construccin convencional con uso de montantes, pero substituyendo el

maderamen por perfiles galvanizados.

Las tejas de las techumbres pueden ser cermicas, de acero, de cemento

reforzado con fibras sintticas o de concreto.

Tambin se usan tejas tipo shingles, compuestas de material asfltico.

FIGURA 12. ESTRUCTURA DEL TEJADO DE VIVIENDA DE STEEL FRAMING


21

As, de acuerdo con lo descrito anteriormente, podemos definir los fundamentos

del sistema SF como:

Estructura panelizada

Modulacin - tanto de los elementos estructurales, como de los dems

componentes de cerramiento y de revestimiento, etc.

Estructura alineada (in-line framing)

El uso de la estructura de acero no impone al proyecto que la misma est a la

vista.

Muchos usuarios y proyectistas descartan la construccin de acero por pensar que

resultar en una arquitectura demasiado peculiar o de alta tecnologa. Esa

resistencia es an mayor cuando se trata de arquitectura residencial.

Pero esta construccin en acero es muy verstil y posibilita cualquier proyecto

arquitectnico, desde el momento en que es concebido y planeado considerando

el comportamiento del sistema.

La racionalizacin, industrializacin y rapidez de ejecucin, caractersticas tan

apreciadas en la construccin, slo son posibles si hay un planeamiento integral

de la obra, lo que implica un proyecto ampliamente detallado.

Lo mismo sucede con el Steel Framing donde el detalle de los proyectos tanto de

arquitectura, como el estructural y los complementarios son esenciales para el

mejor desempeo del sistema y para evitar patologas.

Pero en este sistema la estructura nunca se presenta a la vista, ya que los

elementos estructurales que forman las paredes, pisos y techos siempre van

cubiertos por los materiales de cerramiento, de modo que el resultado final se

asemeja al de una construccin convencional

22

FIGURA 13. RESIDENCIA CONSTRUIDAS CON EL SISTEMA LIGUT STEEL FRAMING


La estructura de perfiles de acero galvanizado es la parte principal del sistema SF.

Para componer un conjunto auto portante capaz de resistir los esfuerzos

solicitados por el edificio es necesario que el dimensionamiento de los perfiles y el

proyecto estructural sean ejecutados por profesionales especializados.

Todo proyecto debe cumplir las normas editadas por AISI (American Iron and

Steel Institute) y las normas locales de los pases del rea.

2.1.3.1 Ventajas del Uso del Sistema Steel Framing

Los siguientes son los principales beneficios y ventajas del uso del sistema Steel

Framing (SF) en la construccin de edificios:

a) Los productos que constituyen el sistema son estandarizados de tecnologa

avanzada, ya que los elementos constructivos son producidos industrialmente,

donde la materia prima utilizada, los procesos de fabricacin, sus

caractersticas tcnicas y de acabado pasan por rigurosos controles de calidad

23

b) El acero es un material de comprobada resistencia y el alto control de calidad

desde la produccin de las materias primas hasta sus productos, lo que

redunda en una mayor precisin dimensional y un mejor desempeo de la

estructura;

c) Facilidad de suministro de los perfiles conformados en fro, que sean de

produccin estndar por la industria local;

d) Durabilidad y vida til de la estructura, gracias al proceso de galvanizacin de

las chapas a partir de las que se obtienen los perfiles;

e) Facilidad de montaje, manejo y transporte gracias al bajo peso de los

elementos;

f) Construccin en seco, lo que minimiza el uso de recursos naturales y los

desperdicios;

g) Los perfiles perforados previamente y la utilizacin de los paneles de yeso

cartn facilitan las instalaciones elctricas e hidrulicas;

h) Mejores niveles de desempeo termo acstico se logran mediante la

combinacin de materiales de cerramiento y aislamiento;

i) Facilidad de ejecucin de las uniones;

j) Rapidez de construccin ya que el terreno se transforma en el sitio de montaje

k) El acero es un material incombustible;

l) El acero puede ser reciclado muchas veces sin perder sus propiedades;

24

m) Gran flexibilidad en el proyecto arquitectnico, sin limitar la creatividad del

arquitecto.

2.1.3.2 Tipos de Perfiles Utilizados para el Steel Framing

Los perfiles tpicos para el uso en Steel Framing se obtienen por perfilado a partir

de bobinas de acero revestidas con cinc o una aleacin de cinc-aluminio en el

proceso continuo de inmersin en caliente o por electro de posicin, cuyo producto

es conocido como acero galvanizado.

Las masas mnimas de revestimiento se encuentran entre los 100 y los 150

gramos por m2 computado en ambas caras.

El espesor de la chapa vara entre 0,8 y 3,2 mm para los perfiles del SF y perfiles

de hasta 0,4 mm para tabiques no portantes. Las secciones ms comunes para la

construccin en Steel Framing son las en forma de C para montantes y vigas y el

perfil U que es usado como solera en la base y en el tope de los paneles.

Las secciones transversales de los perfiles utilizados y sus aplicaciones. La

seccin del perfil U (solera) tiene un alma (H) y ala (B) pero sin la pestaa (D) que

tiene el montante, lo que permite que encaje en la solera.

Las soleras no deben transmitir ni absorber los esfuerzos; los que lo hacen son los

montantes, las vigas y eventualmente los pilares presentes en la estructura.

Las dimensiones del alma de los perfiles C varan generalmente entre 40 y 300

mm (medidas externas), a pesar de que es posible usar otras dimensiones.

Los perfiles U presentan un ancho de alma mayor que el del perfil C, a fin de

permitir el encaje en el perfil gua solera o U.

25

Las alas pueden variar entre 25 y 50 mm, segn el fabricante y el tipo de perfil.

Los otros perfiles que pueden ser necesarios para estructuras de SF son tiras

planas (cintas), los perfiles L y perfiles galera. Los flejes, que vienen en una

variedad de anchos, son utilizados tpicamente para la estabilizacin de los

paneles y la formacin de uniones.

Los perfiles L se utilizan por lo general en las conexiones de elementos donde un

perfil C no es adecuado, y el perfil Galera se emplea normalmente como listn de

tejado (Garner, 1996).

Adems del espesor (tn), la resistencia de un perfil de acero depende de la

dimensin, forma y lmite de elasticidad del acero. El lmite de elasticidad de los

perfiles de acero cincado no debe ser inferior a 230 MPa.

TABLA 3. PERFILES DE ACERO

SECCIN TRANSVERSAL DESIGNACIN UTILIZACIN

PERFIL U

H x B x t

Solera

Puntal

Bloqueador

Cenefa

Atiesador

PERFIL C

H x B x D x t

Montante Viga

Puntal Atiesador

Bloqueador Correa Cabio

Larguero

PERFIL GALERA

H x B x D x t

Correa

Larguero

Puntal

26

ANGULO CONECTOR

B1 x B2 x t

Conector

Atiesador

Puntal

CINTA FLEJE

B x t

Riostradas

Tensores

Diagonales


Designaciones: H Altura del alma (web)

B Ancho del ala (flange)

t Espesor (thickness)

D Ancho de pestaa (lip)

2.2 TIPOS DE CUBIERTA

Las cubiertas o techos que podemos encontrar se clasifican de acuerdo con el

nmero y forma de planos inclinados que las conforman dependiendo de ello y del

material de recubrimiento se planificara la tcnica de mantenimiento ms

adecuada.

Los techos planos muy comunes en las construcciones son considerados como un

tema particular

2.2.1 Cubiertas de dos aguas o dos vertientes

Son aplicadas generalmente a los edificios aislados de planta cuadrada,

rectangular o trapezoidal y estn formadas por dos planos inclinados que se

cortan superiormente en una arista llamada cumbrera.

27

Normalmente la cubierta se proyecta ms all de la estructura para conformar el

alero que facilita el desage de las aguas pluviales fuera de la planta de conjuntos

de la edificacin.

FIGURA 14. CUBIERTA A DOS VERTIENTES

Fuente. http://www.construmatica.com

2.2.2 Cubiertas de una agua o una vertiente

Se aplican a edificios rectangulares y se forman con un plano inclinado.

FIGURA 15. CUBIERTA A UNA VERTIENTE


28

2.2.3 Cubiertas de cuatro aguas o cuatro vertientes

Se aplican a edificios aislados rectangulares y estn formadas por cuatro planos

inclinados que se intersectan y dan lugar a aristas salientes divisorias de aguas o

aristas entrantes, cuando se renen las aguas de dos vertientes por el encuentro

de dos edificios que forman una L.

FIGURA 16. CUBIERTA A CUATRO VERTIENTES


2.2.4 Elementos que conforman el sistema estructural

Los elementos que conforman el sistema estructural son las siguientes:

FIGURA 17. SISTEMA ESTRUCTURAL

Fuente.http://www.construccionenacero.com

29

2.2.4.1 Correas

Son los perfiles que forman el entramado sobre el que se fija la cubierta. Su

seccin puede ser del tipo Z o C y estn fabricados con chapa

galvanizada conformada en fro. Su fijacin al resto de la estructura se

realiza mediante tornillos calibrados.

Para cubiertas de grandes longitudes donde la utilizacin de correas

continuas, es ms econmico, se puede adoptar un sistema de unin de

estas correas como lo describe el dibujo adjunto.

La continuidad se garantiza mediante platabandas atornilladas al alma de las

correas.

FIGURA 18. SISTEMA ESTRUCTURAL CORREAS

Fuente. http://www.construccionenacero.com

30

2.2.4.2 Vigas portantes

Son vigas en celosa o en vigas llenas, cuya misin es la de transmitir a los

elementos de apoyo todas las cargas procedentes de la cubierta. Se distribuyen

por la cubierta tantas veces como mdulos conformen la estructura. Sobre su

parte superior se distribuyen las cartelas en las que se materializa el apoyo de las

vigas banco. Esta fijacin se lleva a cabo con tornillos alta resistencia.

2.2.4.3 Arriostramiento

Se denomina as al conjunto de elementos estructurales que se distribuyen

por los planos de cubierta y fachada con el fin de transmitir hasta la cimentacin

la componente horizontal de las cargas que actan sobre el edificio.

Tambin forman parte de este conjunto los perfiles de atado que se distribuyen en

cabeza de pilares para solidarizar la estructura de sustentacin.

Es importante tener en cuenta su situacin (generalmente en el primer y ltimo

vano) a la hora de proyectar las fachadas pues pueden interferir con puertas y/o

ventanas

2.2.4.4 Cubierta

Puede realizarse con multitud de materiales como fibrocemento, chapa de

acero precalado o galvanizado, panel sndwich prefabricado o "in situ"... que se

fijan al entramado de las correas con tornillos galvanizados.

Los distintos cambios en los planos de la estructura se resuelven mediante el

curvado de las chapas o mediante caballetes especiales, segn sea el material

elegido.

31

2.2.4.5 Uniones

a) Sujeciones laterales

Lminas o cerchas totalmente planas que responden de manera excelente a un

trabajo de tensin o estiramiento.

Evitan la deformacin de los bastidores de carga verticales (muros) y de carga

horizontales (entrepisos y techumbres) bajo la accin de las cargas, ayudndolos

a realizar un trabajo ms unido.

Las sujeciones laterales tienen dos tipos de trabajo: como Sujeciones Laterales

Continuas (SL) y como Sujeciones Laterales Diagonales o Contravientos.

Las sujeciones Laterales Continuas, en bastidores verticales u horizontales

impiden que los componentes poste viga giren sobre su propio eje, auxiliando a

las canales estructurales perimetrales.

FIGURA 19. SUJECIONES LATERALES CONTINUAS EN BASTIDORES

Fuente. PANEL REY, Manual de diseo estructural

En los bastidores verticales (muros), realizan un trabajo de divisin a la altura total

del elemento poste-viga, disminuyendo la deflexin provocada por la carga y por lo

32

tanto, aumentando su capacidad. Cuando trabajen en bastidores horizontales para

piso o techumbres, reciben el nombre de arriostramientos.

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.

b) ngulos de unin

Sirve primordialmente para anclar o unir a dos componentes perpendiculares entre

s, y consiste en una lmina doblada en L, haciendo una perfecta escuadra entre

sus dos flancos.

FIGURA 20. NGULOS DE UNIN


c) Tornillera

La lnea de tornillos es el elemento de fijacin del sistema. Con los tornillos se

unen los componentes entre s y se anclan los recubrimientos necesarios para

vestir la obra.

Cada tornillo tiene una funcin especfica y un lugar de empleo. Por ejemplo:

33

TABLA 4. TORNILLOS ESTRUCTURALES

TXP-12. Tornillo extraplano No. 10 de de pulgada sirve para unir metal con metal donde hay concentraciones de ms de tres

tornillos y donde la estructura llevara un forro rgido como Triplay o panel yeso.

THX-34. Tornillo Hexagonal No. 10 de de pulgada, se emplea para unir metal con metal en donde la estructura no llevara forros

de ningn tipo, o recibir una mezcla de cemento o concreto.

TFR-118. Tornillo para forros No. 6 de 1 1/8 de pulgada de longitud, sirve para fijar tableros o prefabricados no mayores de de

pulgada de espesor

TFR-158. Tornillo para forros No- 6 de 1 5/8 de pulgada de longitud. Se emplea para fijar forros de espesor de ms de o

capas dobles a estructuras metlicas


2.3 CRITERIOS DE DISEO Y OPTIMIZACIN

2.3.1 Diseo estructural

El diseo estructural consiste en seleccionar la solucin ptima de miembros y

uniones, entre un conjunto de alternativas, para cada caso en particular.

El diseo de las estructuras de acero se realizara para resistir las tensiones

producidas por las cargas de servicio, en rgimen elstico y de acuerdo a las

tensiones admisibles especificadas en la Normas LRFD, AISC.

34

El diseo se realizar de acuerdo con las disposiciones del mtodo Diseo en

Base a Factores de Carga y Resistencia (LRFD) o a las disposiciones del mtodo

Diseo en Base a Resistencias Admisibles (ASD).

a) Resistencia requerida

La resistencia requerida de los miembros estructurales y conexiones ser

determinada mediante anlisis estructural para las combinaciones de carga que

corresponda. Se acepta realizar el diseo mediante anlisis elstico, inelstico o

plstico. Las disposiciones para el anlisis inelstico o plstico.

b) Estados Lmites

El diseo estar basado en el principio que cuando la estructura es sometida a las

combinaciones de carga apropiadas, ningn estado lmite aplicable, sea resistente

o de servicio, ser excedido.

c) Diseo por resistencia usando diseo en base a factores de carga y

resistencia (LRFD)

El diseo de acuerdo a las disposiciones de Diseo en Base a Factores de Carga

y Resistencia (LRFD) satisface los requisitos de esta Especificacin cuando la

resistencia de diseo de cada componente estructural es mayor o igual a la

resistencia requerida determinada de acuerdo a las combinaciones de carga

LRFD.

El diseo se realizar de acuerdo con la siguiente ecuacin:

Dnde:

Ru = resistencia requerida (LRFD).

Rn = resistencia nominal.

35

= factor de resistencia.

Rn = resistencia de diseo.

d) Diseo por resistencia usando diseo en base a resistencias admisibles (ASD)

El diseo de acuerdo con las disposiciones de Diseo en Base a Resistencias

Admisibles (ASD) satisface los requisitos de esta Especificacin cuando la

resistencia admisible de cada componente estructural es mayor o igual a la

resistencia requerida determinada de acuerdo a las combinaciones de carga ASD.

El diseo se realizar de acuerdo con la siguiente ecuacin:

Dnde:

Ra = resistencia requerida (ASD).

Rn = resistencia nominal.

= factor de seguridad.

Rn / = resistencia admisible.

e) Diseo por estabilidad

Deber suministrarse estabilidad tanto para la estructura como para todos y cada

uno de sus miembros.

Se permite cualquier mtodo que considere en la estabilidad de los miembros y de

la estructura la influencia de los efectos de segundo orden (que incluya efectos P -

y P - ), deformaciones por flexin, corte y esfuerzo axial, imperfecciones

geomtricas y la reduccin de rigidez de los miembros provocadas por las

tensiones residuales

36

f) Diseo de conexiones

Las fuerzas y deformaciones de diseo debern ser consistentes con el

desempeo esperado de la unin y las hiptesis del anlisis estructural.

g) Conexiones simples

Una conexin simple trasmite un momento de magnitud despreciable. En el

anlisis de la estructura, se puede suponer que las conexiones simples permiten la

rotacin relativa de los miembros que conectan.

La conexin simple tendr una capacidad de rotacin suficiente para acomodar las

rotaciones requeridas por el anlisis de la estructura. Se permite la rotacin

inelstica de la unin.

h) Diseo para condiciones de servicio

El Estado Lmite de Servicio es un estado en el cual el funcionamiento de una

edificacin, su apariencia, mantenimiento, durabilidad y comodidad de sus

ocupantes se mantienen controlados para una condicin de uso normal.

i) Diseo para prevenir la acumulacin de agua

El sistema de techo ser investigado durante el proceso de anlisis estructural

para garantizar una resistencia y estabilidad adecuada bajo condiciones de

acumulacin de agua, a menos que se disponga una pendiente del techo de al

menos un 2% (20 mm por metro) en la direccin de los puntos de drenaje o se

disponga de un adecuado sistema de drenaje para prevenir la acumulacin de

agua.

j) Diseo a fatiga

Diseo para Fatiga, para los miembros y sus conexiones cuando estn sometidos

a cargas repetidas. No es necesario verificar el diseo a fatiga en el caso de sismo

o viento en edificaciones diseadas adecuadamente para resistir cargas laterales

ni en los componentes de los miembros de cierre de estas edificaciones.

37

k) Diseo para efectos de la corrosin

Cuando la corrosin puede afectar la resistencia o la condicin de servicio de una

estructura, los componentes estructurales sern diseados para tolerar la

corrosin o en su defecto debern ser protegidos contra ella.

l) Determinacin del rea bruta y rea neta

rea bruta

El rea bruta de un miembro, Ag, es el rea total de la seccin transversal.

rea neta

El rea neta, An, de un miembro es la suma de los productos de los espesores por

sus respectivos anchos netos, calculados como se indica a continuacin:

Para calcular el rea neta para tensin y corte, la perforacin para alojar un

conector deber aumentarse 2mm respecto de la dimensin nominal de la

perforacin.

Para una cadena de perforaciones en cualquier lnea diagonal o zigzag, el ancho

neto se obtendr deduciendo del ancho bruto la suma de los anchos de todas las

perforaciones de la cadena, y agregando para cada cambio en zigzag en la

cadena la cantidad s2/4g , donde:

s = distancia longitudinal centro a centro de dos perforaciones consecutivas,

cm. (mm)

g = distancia transversal centro a centro entre lneas de conectores, cm. (mm)

Para ngulos, la separacin de las perforaciones en alas opuestas adyacentes,

ser la suma de las distancias medidas desde el respaldo del ngulo menos el

espesor.

38

2.3.2 Resistencia a flexin

La carga distribuida considerada viene dada por:

qadm = min {qadm1, qadm2, qadm3} en KN/m

Dnde:

qadm1=8

8 * 0,6 *Fy *Sx/L2 (Resistencia a flexin)

qadm2 = (384/5) *EI/ (300L3) (Lmite de deformaciones)

qadm3 = 2 *Vadm/L (Resistencia a corte)

FIGURA 21. DIAGRAMA DE ESFUERZOS

Fuente. North American Specification for the Design of Cold-Formed Steel Structural Members

En estos grficos solo se considera barras simplemente apoyadas. Por ello el caso

de corte no es relevante. En caso de vigas continuas estos grficos no son

aplicables. Tampoco se incluye el caso de abollamiento de alma.

2.3.3 Resistencia a compresin

A continuacin se expone la obtencin de las expresiones para las curvas de

cargas admisibles a compresin:

39

Fn =

La carga admisible de compresin se expresa como:

Donde

Ae (Fn): es el rea efectiva en funcin de la tensin Fn.

y c = 1,8

La tensin Fn viene dada por el punto C.4 de la norma AISI. De esta manera,

( )

Donde

La tensin Fe se calcula como el mnimo entre la tensin de pandeo elstico de

pandeo por flexin y la tensin de pandeo elstico flexo torsional.

Tensin de pandeo elstico por flexin:

(

)

Donde (

)

40

Si el perfil esta arriostrado en los tercios de la altura

Si el perfil esta arriostrado a media altura

Tensin de pandeo elstico por flexo torsin:

[ ]

Donde

(

)

[

]

(Se usar Lt = Ly, Kt = 0,5)

Luego la tensin Fe se obtiene como:

El rea efectiva se calcula como:

Del dibujo

En este caso Ly=

41

b =

(Ec. C.5.2.1.1)

Donde,

(

)

2.3.4 Resistencia combinada (flexo compresin)

La especificacin AISI 2001 presenta la siguiente ecuacin de interaccin para

perfiles flexo comprimidos:

Dnde:

(

)

Dado que los montantes tienen carga entre los extremos no restringidos al giro se

considera Cmx=1. Considerando que:

1 Caso normal

1.33 Caso eventual

42

q =

Se tiene:

Remplazando M/Madm por q / qadm

Despejando q resulta para casos normales

(

)(

(

) )

(

)(

(

)

)

Con estas expresiones es posible calcular la carga lateral de viento q conociendo

la carga de compresin P o viceversa conociendo la carga de viento q estimar la

carga de compresin admisible para esa condicin combinada.

Los valores de qadm y Padm se obtienen de los respectivos grficos de los

montantes.

2.4 MTODOS DE PROGRAMACIN

Los sistemas son entendidos como el conjunto de elementos que, ordenados

dentro de determinados patrones, interactan para obtener objetivos y propsitos

definidos; proporcionan elementos que permiten estudiar las interrelaciones entre

los elementos que lo componen, y pueden ser caracterizados mediante la

identificacin de sus tareas especficas.

1 Caso normal

1.33 Caso eventual

1 Caso normal

1.33 Caso eventual

43

La sistematizacin computarizada busca a travs del uso de programas para

computadoras (software), optimizar el funcionamiento de los procesos a los que se

apliquen.

El objetivo especfico de la sistematizacin computarizada es simplificar

procedimientos morosos transformndolos en operaciones simples, breves y

ordenadas; todo esto teniendo en cuenta la simplicidad de su funcionamiento, y un

costo bajo para hacer la herramienta accesible a los beneficiarios del instrumento.

Una adecuada sistematizacin computarizada permitir el registro de la

informacin necesaria para tomar decisiones estudiando diferentes escenarios de

aplicacin, y posteriormente seleccionar la mejor de las alternativas de acuerdo a

un balance favorable entre los costos y beneficios obtenidos.

2.4.1 Programacin.

Un programa consiste en una serie de sentencias o lneas de informacin con

determinadas reglas de sintaxis.

Estas sentencias se componen de instrucciones, que son las acciones concretas

que debe realizar la computadora; la programacin de computadoras es el

proceso de planificar una secuencia de instrucciones que debe seguir la

computadora para un propsito determinado.

El desarrollo de un programa consta de los siguientes pasos:

a) Anlisis y definicin del problema

b) Desarrollo del algoritmo, la secuencia lgica de pasos para resolver el

problema.

c) Seguimiento, evaluacin y prueba del algoritmo.

44

d) Codificacin, conversin del algoritmo en un programa por medio de un

lenguaje de programacin.

e) Edicin, ejecucin y prueba del programa, de sus resultados y correccin de

los errores.

2.4.2 Estructura del Programa

Los pasos requeridos para desarrollar cualquier programa son:

a) Planificacin, definiendo exactamente lo que el programa debe realizar, los

datos que requiere y los resultados esperados.

b) Desarrollo de especificaciones, indicando las funciones del procesamiento de

los datos que el programa debe ejecutar.

c) Codificacin, con el cdigo fuente del programa, el cual consta de los pasos

que deben seguirse escritos en lenguaje de computadora.

d) Depuracin, fase necesaria para la deteccin y correccin de errores.

e) Verificacin, la revisin de los resultados del programa, confirmando que se

produce la informacin requerida.

f) Documentacin, registrando la informacin tcnica y la informacin para el

usuario.

g) Mantenimiento, referido a las actualizaciones de informacin necesarias o a la

correccin de errores que pudieran producirse.

2.4.3 Diagrama de Flujo

Los diagramas de flujo engloban tanto la representacin grfica de la circulacin

delos datos e informacin dentro de un programa (organigrama o diagrama de

flujo de sistema), como a la representacin grfica de la secuencia de operaciones

que se han de realizar dentro del mismo (ordinograma o diagrama de flujo de

detalle).

45

Estas representaciones se corresponden con las distintas fases de un programa:

Organigrama =>anlisis Ordinograma =>programacin

TABLA 5. SIMBOLOS UTILIZADOS EN DIAGRAMAS DE DETALLE/ ORGANIGRAMAS

Terminal (representa el comienzo y el final de programa puede representar tambin una parada o interrupcin

programada que sea necesario programar un programa)

Entrada / salida (cualquier tipo de introduccin de datos en la memoria desde los perifricos o registro de la

informacin procesada en un perifrico )

Proceso (cualquier tipo de operacin que pueda originar cambios de valor. Formato o posicin de la informacin almacenada en

memoria, operaciones aritmticas, de transferencia, etc.)

Decisin (indica operaciones lgicas o de comparacin entre datos normalmente dos y en funcin al resultado de la misma

determina cul de los distintos caminos alternativos del programa se debe seguir, normalmente tiene dos salidas, respuesta s o no

pero pueden tener tres o ms segn los casos).

Decisin mltiple (en funcin del resultado de la comparacin se

seguir uno de los diferentes caminos de acuerdo con dicho resultado).

Conector (sirve para enlazar dos partes cualquiera de un ordinograma a travs de un conector en la salida y otro conector

en la entrada. Se refiere a la conexin en la misma pgina del diagrama).

Indicador de direccin o lnea de flujo (indica el sentido de ejecucin de las operaciones)

Lnea conectora (sirve de unin entre dos smbolos).

Conector (conexin entre dos puntos del organigrama situados en pginas diferentes).

Llamada a subrutina o a un proceso terminado (una subrutina es un mdulo independiente del programa principal, que recibe una

entrada procedente de dicho programa, realiza una tarea determinada y regresa, al terminas, al programa principal).

Fuente. Joyanes A. Luis Metodologa de la Programacin

46

2.4.4 Clasificacin de los Lenguajes de programacin

Se puede clasificar los lenguajes de programacin de acuerdo a varios criterios:

2.4.4.1 Nivel de abstraccin

a) Lenguajes de bajo nivel,

Estos lenguajes estn directamente relacionados con el hardware de la

computadora, aprovechando las caractersticas de ste. El usuario introduce una

serie de cdigos numricos binarios (0 y 1) que la mquina va a interpretar como

instrucciones.

Para usar este lenguaje, el programador deba conocer el funcionamiento de la

mquina a profundidad (al ms bajo nivel) y los errores de programacin eran muy

frecuentes. Dentro de este tipo de lenguajes de programacin estn el Lenguaje

Mquina y el Lenguaje Ensamblador.

b) Lenguajes de alto nivel,

Surgieron con el primer compilador de Fortran, que inici como un esfuerzo de

traducir un lenguaje de frmulas al lenguaje ensamblador y luego al lenguaje de

mquina, facilitando la labor a los programadores.

Estos lenguajes usan un nmero reducido de instrucciones (normalmente en

ingls) que siguen unas estrictas reglas gramaticales que se conocen como

sintaxis del lenguaje.

Dentro del tipo de lenguajes de programacin de alto nivel tenemos a todos

aquellos lenguajes de programacin que son ms afines al lenguaje humano que

al lenguaje mquina. Estos lenguajes de programacin son completamente

independientes de la arquitectura del hardware del computador.

47

c) Lenguajes de medio nivel,

Son mezcla entre los dos anteriores. A este tipo de lenguajes de programacin

pertenecen todos aquellos lenguajes que llevan a cabo acciones como acceder a

registros del sistema, usar direcciones de memoria (caractersticas de los

lenguajes de programacin de bajo nivel) pero a la vez efectan operaciones de

los lenguajes de alto nivel, como por ejemplo el lenguaje C.

2.4.4.2 Forma de ejecucin

a) Lenguajes compilados.

Un programa que se escribe en un lenguaje de alto nivel tambin debe traducirse

a un cdigo que pueda utilizar la mquina.

Los programas traductores que pueden realizar esta operacin se llaman

compiladores y su funcin es traducir un programa escrito en un determinado

lenguaje a un idioma que la computadora entienda (lenguaje mquina con cdigo

binario.

Se requiere una corrida de compilacin antes de procesar los datos de un

problema. Al usar un lenguaje compilado, el programa desarrollado nunca se

ejecuta mientras haya errores.

b) Lenguajes interpretados,

Son una alternativa diferente para traducir lenguajes de alto nivel. En lugar de

traducir el programa fuente y grabar en forma permanente el cdigo objeto que se

produce durante la corrida de compilacin, el programador slo carga el programa

fuente en la computadora junto con los datos que se van a procesar.

A continuacin, un programa intrprete convierte cada proposicin del programa

fuente en lenguaje de mquina conforme vaya siendo necesario durante el

proceso de los datos. No se graba el cdigo objeto para utilizarlo posteriormente,

48

y la prxima vez que se utilice una instruccin, se le debe interpretar otra vez y

traducir a lenguaje mquina.

2.4.5 Partes de un Programa

Todo programa consiste en tres grandes elementos de diseo:

a) Entrada de datos, Es el proceso de introduccin de informacin, los datos

que el usuario ingresa al programa.

b) Algoritmo de resolucin, Representado por medio de un diagrama de flujo,

son como se ha indicado ya, los pasos lgicos para la resolucin del

problema.

c) Salida de resultados, Representados en listas, planillas, grficos, informes,

etc.; los resultados pueden visualizarse en pantalla, grabarse en unos

dispositivos de almacenamiento de informacin o imprimirse en papel.

2.4.6 Lenguaje de Programacin (Visual Basic)

Visual Basic es un lenguaje de programacin dirigido por eventos, desarrollado por

Alan Cooper para Microsoft.

Este lenguaje de programacin es un dialecto de BASIC, con importantes

agregados. Su primera versin fue presentada en 1991, con la intencin de

simplificar la programacin utilizando un ambiente de desarrollo completamente

grfico que facilitara la creacin de interfaces grficas y, en cierta medida, tambin

la programacin misma.

En 2001 Microsoft propuso abandonar el desarrollo basado en la API Win32 y

pasar a un framework o marco comn de libreras, independiente de la versin del

sistema operativo, .NET Framework, a travs de Visual Basic .NET (y otros

49

lenguajes como C Sharp (C#) de fcil transicin de cdigo entre ellos); fue el

sucesor de Visual Basic 6.

2.4.6.1 Sentencias en Visual Basic

Los procedimientos de Visual Basic pueden probar condiciones y, dependiendo de

los resultados, realizar diferentes operaciones. Entre las estructuras que acepta

Visual Basic se incluyen las siguientes:

If...Then

Use la estructura If...Then para ejecutar una o ms instrucciones basadas en una

condicin. Puede utilizar la sintaxis de una lnea o un bloque de varias lneas:

If condicin Then Sentencias

End If

Condicin normalmente es una comparacin, pero puede ser cualquier expresin

que d como resultado un valor numrico. Visual Basic interpreta este valor como

True o False; un valor numrico cero es False y se considera True cualquier valor

numrico distinto de cero. Si condicin es True, Visual Basic ejecuta todas las

sentencias que siguen a la palabra clave Then. Puede utilizar sintaxis de una lnea

o de varias lneas para ejecutar una sentencia basada en una condicin,

If...Then...Else

Utilice un bloque If...The...Else para definir varios bloques de sentencias, uno de

los cuales se ejecutar:

Ifcondicin1 Then [bloque de sentencias 1] [ElseIfcondicin2 Then [bloque de

sentencias 2]]... [Else

50

[bloque de sentencias n]]

EndIf

Visual Basic evala primero condicin1. Si es False, Visual Basic procede a

evaluar condicin2 y as sucesivamente, hasta que encuentre una condicin True.

Cuando encuentra una condicin True, Visual Basic ejecuta el bloque de

instrucciones correspondientes y despus ejecuta el cdigo que sigue a EndIf.

Opcionalmente, puede incluir un bloque de instrucciones Else, que Visual Basic

ejecutar sin ninguna de las condiciones es True.

If...Then...ElseIfes un caso especial de If...Then...Else. Observe que puede tener

cualquier nmero de clusula ElseIfo ninguna. Puede incluir una clusula Else sin

tener en cuenta si tiene o no clusula Else If.

Select Case

Visual Basic proporciona la estructura Select Case como alternativa a

If...Then...Else para ejecutar selectivamente un bloque de sentencias entre varios

bloques. La sentencia Select Case ofrece posibilidades similares a la instruccin

If...Then...Else, pero hace que el cdigo sea ms legible cuando hay varias

opciones.

La estructura Select Case funciona con una nica expresin de prueba que se

evala una vez solamente, al principio de la estructura. Visual Basic compara el

resultado de esta expresin con los valores de cada Case de la estructura. Si hay

una coincidencia, ejecuta el bloque de sentencias asociado a ese Case:

Select Case expresin_prueba [Case lista_expresiones1 [bloque de sentencias 1]]

[Case lista_expresiones2 [bloque de sentencias 2]]

51

[Case Else

[bloque de sentencias n]]

EndSelect

Cada lista_expresioneses una lista de uno a ms valores. Si hay ms de un valor

en una lista, se separan los valores con comas. Cada bloque de sentencias

contiene cero o ms instrucciones. Si ms de un Case coincide con la expresin

de prueba, slo se ejecutar el bloque de instrucciones asociado con la primera

coincidencia. Visual Basic ejecuta las instrucciones de la clusula (opcional) Case

Else si ningn valor de la lista de expresiones coincide con la expresin de prueba.

Do...Loop

Utilice el bucle Do para ejecutar un bloque de sentencias un nmero indefinido de

veces. Hay algunas variantes en la sentencia Do...Loop, pero cada una evala una

condicin numrica para determinar si contina la ejecucin. Como ocurre con

If...Then, la condicin debe ser un valor o una expresin que d como resultado

False (cero) o True (distinto de cero).

Do While condicin

Sentencias

Loop

Cuando Visual Basic ejecuta este bucle Do, primero evala condicin. Si condicin

es False (cero), se salta todas las sentencias. Si es True (distinto de cero) Visual

Basic ejecuta las sentencias, vuelve a la instruccin Do Whiley prueba la condicin

de nuevo.

For...Next

Los bucles Do funcionan bien cuando no se sabe cuntas veces se necesitar

ejecutar las sentencias del bucle. Sin embargo, cuando se sabe que se va a

ejecutar las sentencias un nmero determinado de veces, es mejor elegir el bucle

52

For...Next. A diferencia del bucle Do, el bucle For utiliza una variable llamada

contador que incrementa o reduce su valor en cada repeticin del bucle. La

sintaxis es la siguiente:

For contador = iniciar To finalizar [Step incremento] Sentencias

Next [contador]

Dim

La sentencia Dim, adems de para declarar variables, se puede utilizar tambin

para declarar matrices. Su sintaxis es:

Dim variable [(dims)][As tipo][variable[(dims)][as tipo]]...

Variable es un identificador que nombra la matriz.

Dims es una de expresiones numricas, separadas por comas y que definen las

dimensiones de una matriz. Esta lista puede ser de la forma siguiente:

[Inferior to] superior [,[inferior to]superior]...

As tipo define el tipo de variable. Puede ser un tipo simple (integer, log, single,

double, string, etc.) o un tipo definido por el usuario.

Matrices estticas

Para declarar una matriz esttica (matriz con un nmero fijo de elementos), Visual

Basic hace tres consideraciones importantes:

Para declarar una matriz global, hgalo en la seccin de declaraciones de un

mdulo utilizando la sentencia pblic.

Public temp(59) as integer

53

Para declarar una matriz a nivel de mdulo, hgalo en la seccin declaraciones del

mdulo utilizando la sentencia Private o Dim.

Private temp(59) as integer

Para declarar una matriz local a un procedimiento, utilice la sentencia Dim o Static

dentro del propio procedimiento.

Dim temp(59) as integer

Matrices dinmicas

Cuando las dimensiones de una matriz no son siempre las mismas, la mejor forma

de especificarlas es mediante variables. Una matriz declarada de esta forma es

una matriz dinmica. El espacio necesario para una matriz esttica se asigna al

iniciarse la aplicacin y permanecer fijo.

En cambio, el espacio para una matriz dinmica ser asignado durante la

ejecucin de la aplicacin. Una matriz dinmica puede ser redimensionada en

cualquier momento durante la ejecucin. Para crear una matriz dinmica:

Declare la matriz en la seccin de declaraciones de mdulo con una sentencia

Public si se quiere global o con Private o Dim. Si la quiere al nivel del mdulo, o en

procedimiento con Static o Dim si la quiere local. Para especificar que la matriz va

a ser dinmica deje la lista de dimensiones vaca. Por ejemplo:

Dim Matriz_A ()

Asigne un nmero actual de elementos con la sentencia ReDim. Se supone que N

est definida previamente.

ReDim Matriz_A(N + 1)

54

La sentencia Redim puede aparecer solamente en un procedimiento y permite

cambiar el nmero de elementos de la matriz, no el nmero de dimensiones. Sin

embargo, no puede declarar una matriz de un tipo de datos y luego usar ReDim

para cambiar la matriz a otro tipo de datos.

Erase

Para matrices estticas, Erase asigna cero a cada elemento de las matrices

numricas y nulo ("") a cada elemento de las matrices de caracteres.

Para matrices dinmicas, Erase libera el espacio de memoria utilizado por las

matrices. Para utilizar de nuevo cualquiera de ellas, es necesario de nuevo

declarar las dimensiones de la matriz utilizando ReDim o Dim.

Erase nombre_de_la_matriz [, nombre_de_la_matriz]...

Cuando se dispone de poco espacio de memoria, resulta til la sentencia Erase

para borrar las matrices dinmicas que ya no van a ser utilizadas. Erase tambin

puede utilizarse cuando deseamos redimensionar matrices en una aplicacin.

Option Base

Se utiliza en el nivel del mdulo para definir el lmite inferior predeterminado para

los subndices de una matriz. Su sintaxis es:

Option Base n

Donde n es una expresin entera de valor 0 o 1.

El valor predeterminado es 0.Esta sentencia debe ejecutarse antes de definir

cualquier matriz y no se puede utilizar dentro de un procedimiento.

FUENTES DE CONSULTA

CASTAEDA Juan Jos, Visual Basic como debe ser, Ed Megabyte

CHUDLEY Roy, Manual de construccin de edificios, Ed. G. Gili, S.A. de C.V.

JOYANES Luis, Metodologa de la programacin, Ed. McGraw Hill

McCORMAC Jack, Diseo de estructuras de acero, 2da Ed., Editorial Alfa omega

North American Specification for the Design of Cold-Formed Steel Structural

Members, 2007 Edition

OWENS CORNING, Soluciones Constructivas Eficientes, Octubre 2008

PANEL REY, Manual de Diseo Estructural

PANEL REY, Catalogo Productos

TROGLIA Gabriel R., Estructuras metlicas proyecto por estados lmites, Cuarta

Edicin.

WEI-WEN Yu, Cold-formed Steel design, Third Edition

OBSERVACIONES

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