NSR-10. Preparado por: Ing. Luis Garza Vásquez Ing. Agustín Terreros Ing. Julián Vásquez Ing. Luis Horacio Restrepo

Transcripción

1 NSR-10 Preparado por: Ing. Luis Garza Vásquez Ing. Agustín Terreros Ing. Julián Vásquez Ing. Luis Horacio Restrepo 1

2 Características del edificio Teja Standing Seam Edificio con una puerta para camiones de 4x5m y cuatro ventanas de 2x2m en la fachada frontal. Ubicación: Biblioteca España, Medellín Longitud de cerchas: 14m Longitud de correas: 7.5m x 4 módulos = 30m Pendiente cubierta: 8 % (4.6 ) Altura de enrase de la cercha (a la canal): 12m 2

3 Geometría del edificio 3

4 Cargas muertas y vivas Cargas muertas: 1. Teja Standing seam 0.05kN/m 2 2. Instalaciones 0.05kN/m 2 3. Peso propio cerchas 0.05kN/m 2 4. Peso propio correas 0.05kN/m 2 D = 0.20kN/m 2 Cargas vivas: 1. Cubierta pendiente menor a 27% (4.7 ) 0.5kN/m 2 L = 0.5kN/m 2 4

5 Análisis con NSR-10 PROCEDIMIENTO ANALÍTICO (Incluídos decretos de correcciones) 5

6 Requisitos para le uso del método analítico El edificio o estructura es de forma regular El edificio o estructura no tiene características de respuesta que den lugar a cargas transversales de viento, generación de vórtices, inestabilidad debida a golpeteo o aleteo y que por su ubicación, tampoco deben merecer consideración especial los efectos de canalización o sacudimiento por la estela producida por las obstrucciones a barlovento. 6

7 Procedimiento de diseño a) Hallar Velocidad básica del viento V y factor de dirección K d b) Hallar factor de importancia I c) Determinar para cada dirección las categorías y coeficientes de exposición K z o K h d) Encontrar factor topográfico K zt e) Hallar el factor de ráfaga G o G f, según aplique f) Clasificar el cerramiento g) Determinar el coeficiente de presión interna Gc pi h) Determinar el coeficiente de presión externo C p o Gc pf i) Hallar la presión por velocidad q z o q h j) Determinar la carga de viento de diseño p o F 7

8 Determinación de la velocidad del viento V Esfuerzos de trabajo Estados Límite Figura B

9 Determinación del factor de direccionalidad K d Tabla B

10 Factor de importancia I Grupo IV: (Edificaciones indispensables) Hospitales, Aeropuertos, refugios, hangares, torres de control, centrales de operación y control de líneas vitales (Electricidad, agua, teléfono) Grupo III: (Edificaciones de servicio a la comunidad) Cuarteles de bomberos, policía, guarderías, escuelas, universidades, garajes de vehículos de emergencia Grupo II: (Estructuras de ocupación especial) Recintos que alberguen mas de 200 personas, almacenes y centros comerciales de mas de 500 m², edificios gubernamentales Grupo I: (Estructuras de ocupación normal) Todas la estructuras cubiertas por el alcance de este reglamento, pero con no han sido incluidas en las anteriores categorías 10

11 Factor de importancia I (162km/hr) Tabla B

12 Determinación de coeficientes de exposición K z Rugosidad del terreno: Categoría B: Áreas urbanas y suburbanas, zonas boscosas u otros terrenos con numerosas obstrucciones del tamaño de una vivienda. Categoría C: Terreno abierto con obstrucciones dispersas y alturas menores a 9.0 m. Categoría D: Áreas planas y no obstruidas y cuerpos de agua por fuera de regiones propensas a huracanes. 12

13 Determinación de coeficientes de exposición K z Categorías de exposición Exposición B: Esta se aplica cuando la rugosidad B prevalece por una distancia de al menos 800 m o 20 veces la altura del edificio, la que sea mayor Exposición C: Aplica cuando no aplican las categorias B y D Exposición D: Esta se aplica cuando la rugosidad D prevalece por mas de 1500m o 20 veces la altura del edificio en al dirección de barlovento 13

14 EXPOSICION B

15 EXPOSICION B o C

16 EXPOSICION C

17 EXPOSICION D

18 Determinación de coeficientes de exposición K z Tabla B

19 Determinación del factor topográfico K zt H: Altura de la colina o el escarpe, referida al terreno en barlovento L h : Distancia hacia barlovento medida desde la cresta hasta que la diferencia de elevación del terreno es H/2 Figura B

20 Determinación del factor topográfico K zt La colina o escarpe debe cumplir todas las siguientes condiciones La colina o escarpe esta aislada y sin obstrucciones en barlovento por otros accidentes topográficos de altura similar, separadas mas de 100 veces su altura ó 3 Km, lo que sea menor + o - H H 100H o 3Km La colina o escarpe sobresale por encima de cualquier accidente topográfico del terreno a barlovento por un factor de 2 ó mas dentro de un radio de 3 Km + de 2x 3Km x La estructura esta localizada en la mitad superior de la colina o cerca a la cresta del escarpe H/L h 0.2 H es mayor o igual a 4.5 m para la exposición C y D y 18 metros para la exposición B Si no, K zt = 1 20

21 21

22 Cálculos K zt Datos: H 1 = 1873 m H 2 = 1776 m L h = 140m X= 135 m Z= 50 m > 97/2 = 48.5m (Arriba de la mitad superior, de lo contrario, K zt = 1) H= H1 H2 = 97 H/L h = 97/140 = 0.69 > 0.5, tomarla 0.5 X/L h se toma como x/2h = 135/2/97 = 0.7 Z/L h se toma como z/2h = 50/2/97 = Tipo de topografía: Loma 2D 22

23 Determinación del factor topográfico K zt (para exposición C, no B) Figura B

24 Determinación del factor topográfico K zt para otras exposiciones Ecuaciones: 1 K 2 K zt K K K1 K 1 x 1 L 2 3 Se obtiene de la gráfica inferior K z L 2 h h 3 e Figura B

25 Determinación del factor topográfico K zt K K H L 1.30 K1 1.3 H 1.3* Lh h 0.65 H L h K K K zt x K 2 Lh z Lh 3* e K3 e K K K *0.53* x L z L h h x 0.7 2H z H 25

26 Factor de ráfaga G o G f Para estructuras rígidas el factor de ráfaga es: G=0.85 ó Para estructuras flexibles o dinámicamente sensibles Gf es: 26

27 Clasificación del cerramiento Edificio abierto: Estos edificios cuentan con aberturas de al menos el 80% del área de cada una de las paredes que conforman el cerramiento del edificio ; A o 0.8A g Edificio parcialmente cerrado: Son los edificios que cumplen las siguientes condiciones. El área total de aberturas en una pared excede por mas del 10% a la suma de las áreas de aberturas en el área restante del revestimiento del edificio El área total de aberturas en una pared que soporta cargas positivas excede 0.37 m² ó 1% del área de esa pared (la que sea menor) y el porcentaje de aberturas en el área restante del revestimiento del edificio no excede el 20% Edificio Cerrado: Son aquellos que no cumplen con las condiciones de edificios abiertos y parcialmente cerrados 27

28 Clasificación del cerramiento Tipo de cerramiento Condicionales Definiciones Edificio Abierto A o 0.8 A g A o = 4x(2x2) +4x5 = 36 m², aberturas de la cara en estudio Edificio Parcialmente cerrado Edificio cerrado A o > 1.1 A oi, 36m² > 0.0m² A o > 0.37m², 36m² > 0.37m² O A o > 0.01 A g, 36m² >1.72m² y A oi /A gi /1312= Si no es abierto o parcialmente cerrado A oi = Σ A o = 0, aberturas totales sin incluir la cara en estudio A g = 12x14 + (0.08x7)14/2=172 m², área total de la cara en estudio A gi = Σ A g = x12x x14 = 1312m 2, área total sin incluir la cara en estudio

29 Coeficiente de presión interna GC pi Notas Los signos positivos y negativos significan presiones y succiones Los valores GC pi deben ser utilizados con q z y q h Se deberán considerar los casos de carga con succión y presión Figura B

30 CARGA DE VIENTO PARA COMPONENTES Y REVESTIMIENTOS (TEJAS Y CORREAS) Áreas aferentes mayores de 65m²: Los elementos de revestimiento y componentes que tengan un área aferente de mas de 65m² se pueden diseñar con las condiciones de SPFRV. Para Teja de 0.5m de ancho y suponiendo una separación de correas de 1.6m, el ancho efectivo de la teja es el mayor de 0.5 y 1.6/3 = 0.53m. Para la correa, el mayor es 1.6 ó 7.5/3 = 2.5m. A ef teja = 1.6x0.53 = 0.85 m 2 < 65. El coeficiente de diseño sería -2.8 ó +0.3 A ef correa = 7.5x2.5 = m 2 < 65.El coeficiente de diseño sería -1.1 ó

31 Cubierta Cerrado o parcialmente cerrado Coeficientes de presión externa GC pf para componentes y revestimientos (Teja y correas) Ha > 18.0m Ha <= 18.0m Parte estructura Tipo de cerramiento Tipo de estructura Definición de figuras para calcular los Coeficientes de presión Tipo de cubierta Multiple Figura Coeficient e Cubierta a dos aguas (Positiva o negativa), inclinación Ø <= 7º Sencilla B.6.5-8B GCp Cubierta a dos aguas (Positiva o negativa), inclinación 7º < Ø <= 27º Sencilla B.6.5-8C GCp Cubierta dos aguas (Positiva o negativa), inclinación 27º < Ø <= 45º Sencilla B.6.5-8D GCp Aleros, inclinación Ø <= 7º Aleros, inclinación 7º < Ø <= 27º Aleros, inclinación 27º < Ø <= 45º Cualquiera Cualquiera Cualquiera B.6.5-8B Aleros B.6.5-8C Aleros B.6.5-8D Aleros GCp GCp GCp Cubiertas múltiples a dos aguas (Positiva o negativa), inclinación Ø <= 7º Múltiple B.6.5-8B GCp Cubiertas múltiples a dos aguas (Positiva o negativa), inclinación 7º < Ø <= 10º Múltiple B.6.5-8C GCp Cubiertas múltiples a dos aguas (Positiva o negativa), inclinación 10º < Ø <= 30º Múltiple B A GCp Cubiertas múltiples a dos aguas (Positiva o negativa), inclinación 30º < Ø <= 45º Multiple B B GCp Cubierta a una agua, inclinación Ø <= 3º Sencilla B.6.5-8B GCp Cubierta a una agua, inclinación 3º < Ø <= 10º Sencilla B A GCp Cubierta a una agua, inclinación 3º < Ø <= 10º Sencilla B B GCp Cubiertas a una agua múltiples, inclinación Ø <= 10º Multiple B.6.5-8B GCp Cubiertas a una agua multiples, inclinación 10º < Ø <= 30º Múltiple B GCp Cualquier tipo de cubierta, inclinación Ø <= 10º Cualquiera B GCp Inclinación Ø > 10º Cualquiera Igual a Ha<=18.0 GCp Cubierta a una agua Cualquiera B A C N Edificio abierto Cualquiera Cubierta a dos aguas (Positiva) Cualquiera B B C N Cerramientos y/o muros Cerrado o parcial/ cerrado Cubierta a dos aguas (Negativa) Cualquiera B C C N Ha <= 18.0m No aplica No aplica B.6.5-8A GCp Ha > 18.0m No aplica No aplica B GCp

32 Coeficiente de presión externa GC pf para componentes y revestimientos (Tejas y correas) Figura B.6.5.8B 32

33 Componentes y/o revestimientos Edificios cerrados o parcialmente cerrados Edificio bajos o con Ha <= 18.0m Edificio con Ha > 18.0m Determinación de la carga de viento Definición de ecuaciones para calcular los Coeficientes de presión Sistema Tipo de cerramiento Tipo de estructura Ecuación Definiciones q = qz, para paredes barlovento. P = q * GCp - qi * Gcpi B q = qh, para paredes a sotavento, paredes laterales y cubiertas qi = qh, para paredes a barlovento, sotavento, paredes laterales y cubiertas. Podría ser qz en algunos casos (Ver Norma) P = qh*(gcp - GCpi) B qh = Presión de velocidad evaluada a la altura media de la cubierta del edificio Edificios abiertos Todo tipo P = qh*gc N B GC N = Coeficientes de presión neta

34 Determinación de q z o q h q z es la presión por viento evaluada a cualquier altura z del edificio y q h a la altura media de la cubierta. q z =0.613K z K zt K d V²I q h =0.613K h K zt K d V²I 34

35 Reducción de q por altitud De acuerdo a B , se puede reducir el coeficiente 0.613, que corresponde a la mitad de la densidad del aire al nivel del mar, remplazándolo por el siguiente: e z/8000 Donde z es la altura sobre el nivel del mar, en nuestro caso, z = = 1826msnm e 1826/8000 =

36 Determinación de q z o q h El valor q h se hallaría a una altura: h = = 12.28m 2 El coeficiente de exposición K z, de acuerdo a la tabla B (Diapositiva 18), vale Entonces, para estados límite: q h = = 651N/m 2 Y para esfuerzos de trabajo: q h = = 402N/m 2 36

37 Determinación de la carga de viento p para teja y correas Para edificios bajos (h<18m) parcialmente cerrados, se tiene que: q h GC GC Para el diseño de la teja, por esfuerzos de trabajo: 2 p succión N m N m 400 N m * p presión Para el diseño de la correa, con estados límite: p succión p presión p * De acuerdo a B , estos valores no deben ser menores que 400N/m 2. pi en (N/m²) N N m 651 m 37

38 Diseño de la teja De acuerdo a las tablas del fabricante, dadas para esfuerzos de trabajo: D + (L r ó G) = = 550N/m 2 D + W = = 450N/m 2 D W L r ó G = = 725N/m 2 0.6D + W = = 1317N/m 2 38

39 39

40 Separación de correas Con la separación máxima de 1600mm para panel Standing Seam cal 24, y considerando 300mm para canales y muros áticos de 200mm a cada lado, la separación de las correas sería: ~ 8 espacios de 1625mm Un poco mayor entre ejes de correas, pero la luz libre sería menor tomando en cuenta el ancho de la correa. 40

41 Diseño de Correas Se deben diseñar para las cargas encontradas anteriormente (diapositiva 37) El ancho aferente más desfavorable es de 1625mm en este ejemplo. Las reacciones resultantes de las correas para esta condición de carga NO son las que se aplican a las cerchas. Las reacciones en las cerchas son las obtenidas con el análisis del SPRFV. 41

42 Diseño del SPRFV Coeficientes de presión externa Cp Los signos positivos significan presiones (hacia la superficie en estudio) y los negativos succiones (hacia afuera). Se permite interpolación Donde aparezcan 2 valores de C p significa que la estructura esta sometida a presiones y succiones y debe diseñarse para las condiciones más desfavorables, incluida la presión interna. Definición de Edificio bajo, aplicable a nuestro ejemplo

43 Edificio abierto Cerrado o parcialmente cerrado Coeficientes de presión externa C p Definición de figuras para calcular los Coeficientes de presión Parte estructura Tipo de cerramiento Tipo de estructura Tipo de cubierta Multiple Figura Coefici ente Edificio Bajo Dos aguas (Positiva o Negativa) o una agua multiples o no Cualquiera B GCp Cubierta en arco, multiples o no Cualquiera B Cp Cubierta Edificio No Bajo Dos aguas (Positiva o Negativa) o una agua multiples o no Cualquiera B Cp Cubierta en arco, multiples o no Cualquiera B Cp Cubierta a una agua Cualquiera B A C N Cualquiera Cubierta a dos aguas (Positiva) Cualquiera B B C N Cubierta a dos aguas (Negativa) Cualquiera B C C N Cerramientos y/o muros Cerrado o parcialmente cerrado Edificio Bajo No aplica No aplica B GCp Edificio No Bajo No aplica No aplica B Cp

44 Coeficiente de presión externa GC pf para SPRFV para edificios de alturas h 18 m j Figura B

45 Coeficiente de presión externa GC pf para SPRFV para edificios de alturas h 18 m Figura B

46 Coeficiente de presión externa GC pf para SPRFV para edificios de alturas h 18 m 46

47 Coeficiente de presión externa GC pf para SPRFV para edificios de alturas h 18 m Figura B

48 Edificios abiertos Edificios cerrados o parcialmente cerrados Determinación de la carga de viento Sistema SPRFV Tipo de cerramiento Definición de ecuaciones para cálculo de fuerzas de viento Tipo de estructura Ecuación Edificio P = q * GCp - qi * Gcpi Rigido, para B cualquier Ha Edificio bajo P = qh*(gcp - GCpi) B Definiciones q = qz, para paredes barlovento. q = qh, para paredes a sotavento, paredes laterales y cubiertas qi = qh, para paredes a barlovento, sotavento, paredes laterales y cubiertas. Podría ser qz en algunos casos (Ver Norma) qz = Presión de viento evaluada a la altura " Z" por encima del terreno. qh = Presión de viento evaluada a la altura media de la cubierta. GCpi = Coeficientes de presión interna. Edificio flexible Todo tipo P = q * GfCp - qi * Gcpi B P = qh*gc N B G = Factor de ráfaga para edifícios rígidos Gf = factor de ráfaga para edificios flexibles GCpi = Coeficientes de presión interna. GC N = Coeficientes de presión neta

49 Determinación de la carga de viento Para edificios bajos (h<18m) parcialmente cerrados, se tiene que: p q h GC GC Para la cubierta, se tendrán en cuenta las zonas 2,3,2E y 3E. Calculando la fuerza para la zona 2 p p max p 651 pi en (N/m²) N m² N min m 49

50 Determinación de la carga de viento Siguiendo el mismo procedimiento anterior, obtenemos Zona 3: Zona 2E: p p N N m max m max N pmax m Zona 3E: p p p N 651 m max N max m N max m De acuerdo a B , el caso de presión mínima, de 400N/m 2 para SRRFV aplica solo para presiones horizontales. 50

51 Casos de carga de viento Dirección transversal

52 Mayores succiones, dirección transversal 52

53 Casos de carga de viento Dirección longitudinal

54 Mayores succiones, dirección longitudinal 54

55 Tablas de cargas de viento sobre cada eje de correa para determinar las cargas en las cerchas A B C D E 55