UNIVERSIDAD CATLICA DE SANTA MARIA

FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERIAS FSICAS Y FORMALES

PROGRAMA PROFESIONAL DE INGENIERA MECNICA ELCTRICA Y
MECATRNICA

CURSO:
DISEO DE ESTRUCTURAS Y CIMENTACION
TEMAS:

TECHO DE GRIFO 6.150 m x 4 m

PRESENTADO POR:
JIMMY MONTESINOS RODRIGUEZ
DOCENTE:
ING. JORGE CASTRO
SEMESTRE X
AREQUIPA- PER

2009

DISEO DE TECHO DE GRIFO 6*4 m2

OBJETIVOS:
La presente tiene como objetivo, presentar los clculos justifica torios para el diseo y fabricacin
de las vigas principales y elementos de importancia que conforman DISEO DE TECHO DE
GRIFO 6.150 * 4 m^2

Criterio de calculo
1. La estructura ser de acero perfiles L para los tijerales principales
2. El arreglo analizado se puede ver en el esquema adjunto, donde se han indicado los
diferentes componentes
3. La fuerza total del viento se ha distribuido en todos los nodos y a una cierta altura, estos se
encuentran principalmente en las vigas, se distribuyeron en la parte superior de los mismos
por considerar el momento mas critico.
4. El efecto del sismo no se tomo como consideracin.
5. El caso estudiado se consideran las cargas muertas cargas vivas y de viento
Velocidad del viento: 26 Km./h
6. El mtodo considerado en el programa es el AISC-LRFD 93 mtodo que presenta criterio
de clculo ms realista y su uso resulta comnmente en estructuras ms econmicas.

CAPITULO I: MARCO TEORICO

El diseo estructural de acero requiere la determinacin de las proporciones globales de la
estructura soportante as como la seleccin de las secciones transversales de los miembros
individuales.

La primera prioridad del ingeniero cuando va a disear una estructura es la seguridad, otras
consideraciones importantes son el comportamiento de la estructura respecto a los
esfuerzos que va a soportar, la esttica y desde luego la economa.
Una estructura econmica requiere un uso eficiente de los materiales y de la mano de obra. Un buen
diseo requiere la evaluacin de varias estructuras posibles, es decir de diferentes arreglos de los
miembros y sus conexiones
1.1 CARGAS DE DISEO:
A. Cargas Muertas.
Son cargas de magnitud constante que permanecen en un mismo lugar; constan del peso propio de
la estructura y de otras cargas que estn permanentemente unidas a ella.
Para disear una estructura es necesario estimar los procesos o cargas muertas de las diversas partes
para considerarlas en el diseo. Los pesos obtenidos en el diseo se comparan con los pesos
estimados. Si se encuentran grandes discrepancias, se repite el anlisis estimando mejor los pesos.
B. Cargas Vivas
Son cargas que pueden cambiar en magnitud y en posicin. Las cargas vivas que se mueven con su
propia fuente de energa, como camiones, personas y gras se denominan mviles, mientras que las
cargas que pueden ser movidas, como muebles, materiales de un almacn y la nieve se llaman
movibles.
1.2. MATERIALES DE LAS CUBIERTAS:
El material de la cubierta debe poseer las siguientes caractersticas:
Impermeabilidad.
Larga duracin.
Aislamiento trmico.
Peso reducido.
Actualmente los materiales ms comercializados son:

a) Planchas onduladas de fibro-cemento (Uralita).

La separacin entre correas oscila alrededor de 1.2 mts.
b) Planchas de acero galvanizado.
Tienen una seccin transversal con varios tipos de onda; trapezoidal, acanalada, ondulada, etc.
La separacin entre correas es funcin del espesor de la chapa y la altura de la ondulacin y oscila
entre 1.5 y 3 mts.
c) Planchas de aluminio. Son las mas duraderas, resistentes y ligeras; con gran variedad de
secciones de onda y gran largo comercial.
La separacin entre correas oscila entre 1 y 3 mts, siendo lo normal 1.5 mts.
d) Placas traslcidas. Se usan para iluminar la nave; tienen largo comercial grande y la separacin
entre correas oscila sobre 1.15 mts.
e) TECNOTECHO TR-4:
Caracterstica :
Est compuesto por cuatro trapecios, tambin denominados nervios, debido a las exigencias del
mercado este panel ha sido desarrollado para cumplir con los diseos mas exigentes de techo o
cobertura y de cerramiento lateral. Debido a su configuracin geomtrica transversal, transmite
mayor rigidez y resistencia estructural.
Las edificaciones fabricadas con este tipo de coberturas permiten una flexibilidad en l diseo que no
se obtiene con materiales convencionales de construccin.
Ventajas:
Resistencia: Debido a su perfil estructural con cuatro nervios, posee una rigidez y resistencia
flexionarte, lo que permite salvar mayores luces entre apoyos.
Facilidad de instalacin: Gracias a el empleo de herramientas sencillas, accesorios y detalles
estandarizados, as como largos continuos que minimizan la ocurrencia de traslapes.
Acabado superior. Fabricados con materiales resistentes a la corrosin y suministrados con colores
firmes y durables que contribuyen a la esttica del proyecto.
Menores Costos: Ahorro en la estructura portante, debido al reducido peso de los paneles y al mayor
espaciamiento posible entre apoyos.

FIGURA 1

Tecno techo TR-4

CARACTERISTICAS
Material

: Acero Zincalum ASTM A792, AZ 150.

Espesor

: 0.35 mm

Pintura

: Polister en polvo de espesor 50 micras.

Colores

: Verde follaje.

VENTAJAS
-

Gran resistencia estructural.

Ahorro en estructura portante

Resistencia a la corrosin.

Colores firmes y durables.

Completa lnea de accesorios, sellos y fijaciones.

Fcil y rpido de instalar.

CAPITULO II: INGENIERIA DE DISEO

CONDICIONES INICIALES:
Ubicacin: Piura
Temperatura: 21.7 C
Material: PRECOR TR 4
Viento: moderado cargado de humedad.
Lluvia: moderada

FIGURA 2

2.1 AREA DEL TERRENO

El rea del terreno ser:
Largo = 6.150 m
Ancho = 4 m
rea = Largo x Ancho = 6.150 x 4 = 24 m2
AREA total = 24.6 m2
2.2. CALCULO DE CARGAS MUERTAS
2.2.1 CARGA POR COBERTURA
De la ficha tcnica de PRECOR para coberturas

DIMENSIONES NOMINALES
LARGO ANCHO ESPESOR PESO
CARGA
PRODUCTO
(m)
(m)
(mm)
(Kg/m2.) (Kg./m2)
TR-4
3
1
0.35
3.35
34

La transmisin de las fuerzas ser de las coberturas a las viguetas y de stas a la armadura.

Peso total de la cobertura:

Nmero de LARGO
Coberturas (m)

ANCHO
(m)

PESO
PESO/Unid.
TOTAL
(Kg.)
(Kg.)
12.9
51.6

12.9

51.6

TOTAL

103.2

CANALETA

10

CARGA POR COBERTURA AREA TOTAL

Dimensiones de la cobertura = 3 x 1.10
Dimensiones tiles de la cobertura = 3 x 1
rea Total = 3m^2 x 8 coberturas = 24 m2
Para el ancho se usa 4 coberturas
Para el largo se usara 2 coberturas
Total de coberturas 4 *2 = 8 coberturas.
Peso total de coberturas en el rea

8 * 12.9 = 103.2 Kg
2.3. CARGA VIVA

11

Dato extrado del manual LRFD

S/C 5 = 30Kg/m2

Sobrecarga por Montaje:

AREA TOTAL
Longitud:

L = 6.150 m

Ancho efetivo:

A = 4.00 m

Peso sobre cada vi gueta:

CVM = S/C*L*A
CVM = 30*6.150*4 kgf.

CVM = 738 kg/m2

12

CARGAS DEBIDAS AL VIENTO:

13

Coeficientes de Presin Externa Ci

0
90

A
0.9
-0.7

B
-0.5
90

C
0.7
-0.7

D
-0.7
0.9

E
X
-1

F
-0.7
-1

Coeficiente de Barlovento
= 0

Cpe

0
-1

10
-0.8

20
-0.4

30
0

40
0.4

50
0.5

60
0.6

70
0.7

80
0.8

90
0.9

Cpe = -1
LADO A
LADO B
LADO C
LADO D

=0
0.8
-0.5
-0.5
-0.5

= 90
-0.5
-0.5
-0.5
-0.5

Largo del Techo = 6.150 m

Velocidad media = 26 Km /hr
Prec. Dinamica = P = 0.005CpV^2
P = 3.38 Kgf/m^2

14

CpE = -1
Cargas exterior del viento:
CpA = 0.9 + 0.3 = 1.12

PA = 3.38 (1.12) = 4.056 Kg/m

0.9 - 0.3 = 1.12

CpB = -0.5 + 0.3 = -0.2

PB = 3.38 (1.12) = -2.7 Kg/m

-0.5 - 0.3 = -0.8

CpC = -0.7 + 0.3 = -0.4

PC = 3.38 (1.12) = -3.38 Kg/m

-0.7 - 0.3 = -1
CpD= -0.7 + 0.3 = -0.4

PD = 3.38 (1.12) = -3.38 Kg/m

-0.7 - 0.3 = -1
CpE = -1 + 0.3 = -0.7

PE = 3.38 (1.3) = -4.394 Kg/m

-1 - 0.3 = -1.3

PE = 4.394 Kg/m x 24.6 m2

PE = 108.09 Kg
CARGAS DE DISEO LRFD
Cargas Muertas (D).rea = 6.150 m x 4.45 m = 24.6 m2
Nro de Planchas = 8 planchas TR 4
Espesor = 0.45 mm
Peso de la cubierta = 3.35 Kg/m x 3 m2 x 8

103.2 Kg.

PESO DE LAS VIGAS Y ARMADURAS

Tigerales

15

Viga 6.15
4(6.150)m x 3.16 Kg/m

= 19.43 Kg

Longitud Horizontal inferior

8(3.08)m x 3.16 Kg/m

= 77.86 Kg

Longitud inclinada superior

8(0.6)m x 3.16 Kg/m

= 15.168 Kg Vigas vertical externa

8(0.499)m x 3.16 Kg/m

= 12.615 Kg Vigas vertical media

8(0.450)m x 3.16 Kg/m

= 11.38 Kg

Vigas vertical media

8(0.406)m x 3.16 Kg/m

= 10.26 Kg

Vigas vertical interna

8(1.033)m x 3.16 Kg/m

= 26.114 Kg Vigas diagonal

8(0.996)m x 3.16 Kg/m

= 25.18 Kg

Vigas diagonal

8(0.911)m x 3.16 Kg/m

= 23.03 Kg

Vigas diagonal

TOTAL = 221.037 Kg.

Tigeral 4m
8(4)m x 3.16 Kg/m

= 101.12 Kg

Horizontales.

4 (0.499)m x 3.16 Kg/m

= 12.62 Kg

Verticales interiores

TOTAL = 497.1 Kg
8 x 4 m x 1.86 Kg/m = 59.52 Kg.

Largueros

4(0.6) x 3.16

Viga exterior

7.584 Kg

16

8(1.082) x 3.16
8(1.082) x 3.16

=
=

27.353 Kg
27.353 Kg

TOTAL

235.55 Kg.

Diagonal exterior
Diagonal interior

PESO TOTAL DE VIGAS = 456.587 Kg. (Peso total de la estructura)

CARGA POR LLUVIA:
Carga por lluvia fuerte

30mm / hr < x < 60 mm/hr

Carga por lluvia = 24 m2 (60) (0.980)

Lluvia 1411,2 Kgf/hr x hr/60 min
Lluvia 24.10 Kg.

CARGAS VIVAS
Carga viva de montaje = 30 Kg/m x 24.6 m2

Carga Viva = 738 Kg

2.4 RESUMEN DE CARGAS

Cargas Muertas
Cobertura
Vigas
Total
Cargas Vivas
Carga Viva de
Montaje
Cargas debido al
viento
Cargas
lluvias
TOTAL

por

Area Total
108.36 Kg.
456.587 Kg
564.947 Kg.

738 Kg
108.09 Kg
24.108 Kg
847.98

17

2.5 HIPTESIS O COMBINACIONES DE CARGA

La resistencia requerida de la estructura y sus elementos debe ser determinada para la
adecuada combinacin crtica de cargas factor izadas. El efecto crtico puede ocurrir cuando
uno o mas cargas no estn actuando. Para la aplicacin del mtodo LRFD, las siguientes
combinaciones deben ser investigadas:
ANLISIS DE LA ESTRUCTURA
HIPTESIS
HIPTESIS
HIPTESIS
HIPTESIS
HIPTESIS
HIPTESIS

H1 = 1.4 D
H2 = 1.2*D + 1.6*L + 0.5*(Lr o S o R)
H3 = 1.2*D + 1.6*(Lr o S o R)L + (0.5L o 0.8W)
H4 = 1.2*D + 1.3W+ 0.5L + 0.5 (Lr o S o R)
H5 = 0.9*D +/- 1.3 W

1). H1 = 1.4 (870.198)

= 1224.17 Kg.

2). H2 = 1.2 (870.198) + 0.5 (738)

= 1409.29 Kg.

3). H3 = 1.2 (870.198) + 1.6 (738) + 0.8 (108.09)

= 2285.65 Kg.

4). H4 = 1.2 (870.198) + 1.3 (108.09) + 0.5 (738)

= 1546.38 Kg.

Carga total = 2285.65 kg x 1/24m2

Carga total = 95.19 Kg /m2

2.6 ANALISIS DE RESULTADOS

18

Para un rea tributaria de 12 m2

Carga = 95.19 Kg/m2 x 12 m2

= 1142.325 Kg.
= 11191. 6 N

= 1.1 KN

19

20

21

2.7 ANALISIS DE RESULTADOS

DISEO DE LOS ELEMENTOS

2.7.1 DISEO A TRACCION BRIDA INFERIOR

El miembro ms esforzado de la estructura principal es el miembro nmero 23 con una
carga axial de: 17.89 KN = 4.022 Klbs.
Resistencia para un A 36

Fy = 36 Ksi
Fu = 58 Ksi

Pu 4.02203Klbs

t 0.90

A g requerida

Pu
4.02203

0.12414 pu lg 2
t F y 0.90 x36

22

Suponiendo un U=0.85

A n requerida

Pu
4.02203

0.091 pu lg 2
t FuU 0.90 x58 x0.85

L 1.076m 42.36 pu lg

rm

L
42.36

0.1412 pu lg
300
300

Buscamos en el catlogo de Aceros Arequipa una seccin que cumpla lo anterior

DISEO A TRACCION

L30x30x3

0.90
Ag 0.268 pu lg 2

Fu 58000 psi

Fy 36000 psi

Pn Fy Ag

Pn 0.9 x36000 x 0.268

Pn 8.6832lb
Pn Pu

Si cumple

2.7.2 DISEO A COMPRESION BRIDA SUPERIOR 2L25x25x4.5

23

El miembro ms esforzado de la estructura principal es el miembro nmero 5 con una

carga axial de:
Pu 11.026 KN 2.479 Klb

A g requerida

Pu
2.479

0.081 pu lg 2
t Fy 0.85 x36

0.85
L 1.134 m 44.646 pu lg

Ag 0.081 pu lg 2
Fy 36000 psi

rx 0.3543 pu lg

k 1
E 29000

Funcin de esbeltez
kL
r

Fy
E

1.41

Fcr 0.658 Fy

si 1.5

0.877
Fy
2

si 1.5

Fcr

Fcr 15.66 Klb

Pn Fcr Ag

Pn 0.85 x15.66 x 0.081

Pn 1.078Klb

24

Pn Pu

No cumple

Por lo tanto tendremos que redisear con un ngulo de mayor seccin

Perfil L30x30x5
L 1.134 m 44.646 pu lg

Ag 0.4309 pu lg 2
Fy 36000 psi

rx 0.0.346 pu lg

k 1
E 29000

Funcin de esbeltez
kL
r

Fy
E

1.445

Fcr 0.658 Fy

si 1.5

0.877
Fy
2

si 1.5

Fcr

Fcr 15.0187lb

Pn Fcr Ag

Pn 0.85 x15.01878 x 0.4309

Pn 5.5008 Klb
Pn Pu

Si cumple

CALCULO DE LARGUEROS:
Hallamos la carga distribuida (W):

25

W 1.2 D 1.6 L
W 1.2 53.42 4 1.6 30 4
W 448.416 kgf

300.89 lbf

pie

Hallamos los momentos mximo (M):

Clculo por Flexin

Momento mximo:
Por software: 4316.13 lbf - pie

Mu
4316.13 12

1.6 pul 3 ( de tablas 1-51)

b Fy (0.9)(36000 psi )

26

27

2.7.5 DISEO DE LA SOLDADURA Y CARTELA

El diseo se realizar para que resista la carga mxima que es de:
El metal base en esta conexin es de A36, por lo que se usarn electrodos E70XX cuyo
esfuerzo de diseo es de (0.75 x 0.6 x 70) = 31.5Ksi, y un tamao mnimo de 3/16
La capacidad por pulgada es:
0.707 w(Fw ) 0.707 x

3
x31.5 4.176
16

La capacidad del metal es:

3
0.54 yt 0.54(36)
3.645ksi
16
longitudre querida

4.022
1.1034 pu lg
3.645

3
longitud min ima 4 w 4
0.75 pu lg
16

Longitud mnima< Longitud requerida

DISEO DE LA CARTELA
U 1
0.75
Fu 58000 psi
Pu 4.022 Klb

Longitud mnima de la cartela:

Lc=4pulg

Pn Fy AgU
Ag Lcxt

Pu
4.022

0.023 pu lg
Fu LcU 0.75 x58 x 4 x1

28

Debido a que el espesor calculado es menor y por su dificultad para soldar se tomar un
espesor de 3/16 como cartela
2.6.7 DISEO DE LAS CIMENTACIONES
Las cimentaciones sern de concreto armado y sern diseadas de acuerdo al Reglamento
Nacional de Edificaciones.
Previamente se tiene que hacer un anlisis de suelo para poder calcular la capacidad
portante de la cimentacin.

CAPITULO III:
DETALLES DE INSTALACION PARA COBERTURAS TR-4

INSTALACION
1. Sistema de paneles metlicos precor.
a. Las coberturas y resbestimientos metlicos PRECOR estn fabricados a
partir de lminas de acero laminado plano. Mediante un proceso de
perfilado, denominado ROLLFORMING, se obtiene la geometra
caracterstica de cada panel. Se usara una plancha zincalum pre-pintado.
2. TECNOTECHO TR-4
Est compuesto por cuatro trapecios, tambin denominados nervios y debido a las
exigencias del mercado este panel ha sido desarrollado para cumplir con los diseos
ms exigentes de coberturas y cerramientos laterales. Debido a su configuracin
geomtrica transversal, transmiten mayor rigidez y resistencia estructural.

3. TECNOTECHO TR-4 CURVO

Es un panel preformado con radios de
de curvatura de acuerdo a los
requerimientos del proyecto, lo que le otorga un alto valor esttico y un excelente
comportamiento estructural para cubrir pequeas y grandes luces, adems de ser
utilizado como elemento de remate entre cubierta y revestimiento de fachada.

29

TRANSPORTE Y DESCARGA EN OBRA

Al seleccionar el transporte se verificara que la superficie esa lisa y libre de elementos
salientes o cortantes, para evitar posibles alabeos y deflexiones que se puedan generar
en los paneles. Es conveniente apoyar los paquetes sobre listones de madera
distanciados a 1.5 mts. Entere si
Se deber inspeccionar la carga enviada siguiendo las recomendaciones siguientes:
-

Inspeccionar globalmente la carga. Si est intacta, una inspeccin ordinaria

durante la descarga bastar normalmente para asegurarse de que los paneles se
han recibido sin daos.
Si la carga muestra indicios de haber sido maltratada, inspeccionar
cuidadosamente cada panel para observar si existen daos.
No adicionar otro tipo de carga sobre los paquetes de paneles metlicos
PRECOR

4. ALMACENAMIENTO EN OBRA
La zona de almacenaje de los paneles PRECOR, debe ser sobre una superficie
nivelada, plana y a la vez libre de humedad.
El almacenamiento debe tener una altura mxima de 1.2 mts. Y un apoyo cada 1.5
mts de distancia.

30

II.

MONTAJE INSTALACION
II.1.

PREVIO AL MONTAJE.
Debe verificarse la pendiente del techo, el cual siempre debe tener una
pendiente mayor al 5%.

II.2. ELEMENTOS DE FIJACION

II.2.1. FIJACION
Deber observarse la compatibilidad entre materiales.
El acero inoxidable, plomo, cobre y sus aleaciones nunca deben ser
utilizados para fijar el material de acero pre pintado. Lo ideal es utilizar
fijaciones de acero galvanizado y darles una mano de pintura epdica o
resina de uretano luego de ser instalados, en la brevedad posible.
El uso de arandela de neopreno es imprescindible, pero nunca neoprene que
contenga material de relleno negro de carbono.
II.2.2. TORNILLO # 10x3/4 Y ARANDELA CON NEOPRENE
Para fijacin sobre correas y nervios montantes del panel TR- 4 y TR/4
curvo.
II.3.

MONTAJE INTALACION DEL PANEL TR-4

Las fijaciones se colocaran en cada correa y sobre los nervios montantes con
tornillos #10x3/4 y arandelas con neoprene y se deber tomar las siguientes
consideraciones
o En los extremos y traslape, sobre correas, se deber colocar 4 tornillos
#10x por lado
o En las fijaciones intermedias se deber colocar 3 tornillos #10x por
lado.
o Las fijaciones sobre los nervios montantes se debern colocar mximo
cada 750 mm

31

2.3.1 FIJACION DEL PANEL TR-4

En caso de zonas muy lluviosas se recomienda el uso de cinta butil en los traslapes
longitudinales y transversales.

32

33

34

35

36