136.1-02 Norma_E090_Diseño_de_Estructuras_Metalicas.pdf

APLICACIONES PRACTICAS DE LA INGENIERIA DE CAMPO

NTE E.090 – DISEÑO DE ESTRUCTURAS METALICAS

Ing. Daniel Munares García Líder de disciplina COSAPI S. A. Miembro del comité especializado encargado de actualizar la norma E.090 The Diamond Synchrotron Lab. - Inglaterra

El objetivo general es difundir la normatividad vigente y contenida en el Reglamento Nacional de Edificaciones. El actual RNE vigente es el emitido en Junio del 2006. La institución encargada para elaborar y actualizar las normas técnicas es SENCICO a través de sus comités especializados.

Carátula del RNE de El Peruano

El objetivo específico de esta presentación es describir el contenido de la Norma Técnica de Edificación E.090. Emitida en feb-2004, describe las exigencias mínimas para diseño, fabricación y montaje de estructuras metálicas para edificaciones en el Perú.

Carátula NTE E.090

Mapa extraído del web de Provías Nacional

En un proyecto con acero estructural se tiene el diseño, el suministro, la fabricación, el pintado y el montaje. ETAPA DEL PROYECTO

CAPITULO y/o APENDICE

Estructuración, Análisis y Diseño Estructural

Capítulos del 1 al 12 y todos los apéndices. Se complementa con NTE E.020, E.030, E.060 y el AISC.

Suministro de materiales (incluye control de calidad)

Capítulo 1. Se complementa con las normas ANSI, ASTM y AWS

Fabricación de estructuras (incluye control de calidad)

Capítulo 13. Se complementa con las normas ASTM y AWS.

Protección anticorrosiva (pintado en el taller)

Capítulo 13

Montaje (incluye tolerancias y control de calidad)

Capítulo 13. Se complementa con la NTE E.120

En los trece (13) capítulos y cuatro (4) apéndices en que se divide la norma se trata de enfocar todas las etapas del proyecto.

La norma aplica a los elementos de acero estructural destinados a soportar las cargas de las edificaciones. Estos pueden ser: Viguetas Vigas Columnas Otros elementos que forman parte de la estructura de acero.

Fotografía extraída de la presentación de Estructuras Metálicas del Ing. César Aranis del año 2006

La norma no aplica para secciones dobladas en frío o perfiles y/o planchas plegadas.

Figura extraída del Manual Técnico de Precor

Para estos casos se recomienda utilizar las normas del American Iron and Steel Institute (AISI).

Figura extraída del Manual Técnico de Acero-Deck

La norma E.090 acepta bajo sus alcances tres tipos de construcciones. Tipo 2 - Pórtico simple (no restringido) Tipo 3 – Pórtico semirrígido (parcialmente restringido)

Fotografía extraída de la presentación de Estructuras Metálicas del Ing. L. Zegarra del año 2008

Tipo 1 - Pórtico rígido (pórtico continuo) Fotografía extraída de la presentación de Estructuras Metálicas del Ing. César Aranis del año 2006

Para los diseños se acepta usar el método de factores de carga y resistencia (LRFD) como criterio de diseño.

Fórmula básica del método LRFD

LRFD – Load & Resistance Factor Design

Alternativamente se permite usar el método de Esfuerzos Admisibles (ASD) como criterio de diseño.

 apl   adm 

 ult FS

Por existir aún muchos profesionales que emplean el método de Diseño por Esfuerzos Admisibles (Allowable Stress Design - ASD), la norma presenta procedimientos mínimos de diseño con este método)

En el capítulo 1 se precisan las condiciones de carga a considerar en el análisis y diseño estructural. NTE E.020

NTE E.090

D=

Carga muerta

D:

Carga muerta debida al peso propio de los elementos y los efectos permanentes sobre la estructura.

L=

Carga viva

L:

Carga viva debida al mobiliario y ocupantes.

-

Lr:

Carga viva en las azoteas.

Carga de viento

W:

Carga de viento

-

S:

Carga de nieve

Carga de sismo según NTE E.030

E:

Carga de sismo de acuerdo a NTE E.030

-

R:

R: Carga por lluvia o granizo

W=

E= T=

Acciones por cambio de temperatura, etc.

-

-

Se cumple con la NTE E.020 “Cargas”

También se precisan las combinaciones de carga a usar considerando el método LRFD. COMBINACION

NUMERAL

1.4D

(1.4-1)

1.2D + 1.6L + 0.5(Lr ó S ó R)

(1.4-2)

1.2D + 1.6(Lr ó S ó R) + (0.5L ó 0.8W)

(1.4-3)

1.2D + 1.3W + 0.5L + 0.5(Lr ó S ó R)

(1.4-4)

1.2D ± 1.0E + 0.5L + 0.2S

(1.4-5)

0.9D ± (1.3W ó 1.0E)

(1.4-6)

Estas combinaciones no aparecen en la NTE E.020 “Cargas”

Se describe como se deben obtener las combinaciones de carga usando el método ASD.

Extracto de la página 34 de la NTE E.090

En la siguiente versión de la norma se está proponiendo precisar estas combinaciones.

La norma permite incrementar los esfuerzos admisibles en un tercio cuando se usa el método ASD.

Extracto de la página 36 de la NTE E.090

Este incremento es permitido, si y solo si, se usan las combinaciones en servicio de acuerdo a NTE E.090. Si se usan las combinaciones en servicio de la NTE E.020 los esfuerzos admisibles no se debe incrementar.

Los documentos de diseño mencionados por la norma son los planos.

Documento de Diseño

NTE E.090

- Memoria Descriptiva

-

- Memoria de Cálculo

-

- Planos

Mencionado

- Especificaciones Técnicas

-

- Listas de cantidades (metrados)

-

Se indica lo mínimo que deben mostrar e indicar, precisando además el tipo de estructura usada, las conexiones y para la soldadura, simbología y longitud.

En el capítulo 2 se definen requisitos de diseño comunes a toda la norma. NUMERAL

PROPIEDAD O CARACTERISTICA A DEFINIR

2.1

ÁREA TOTAL

2.2

ÁREA NETA

2.3

ÁREA NETA EFECTIVA PARA MIEMBROS EN TRACCION

2.4

ESTABILIDAD

2.5

PANDEO LOCAL

2.6

RESTRICCIONES DE ROTACION EN PUNTOS DE APOYO

2.7

RELACIONES DE ESBELTEZ LIMITE

2.8

TRAMOS SIMPLEMENTE APOYADOS

2.9

RESTRICCION DE APOYO

2.10

DIMENSIONES DE VIGA

Estas definiciones, requisitos o restricciones se usan indistintamente en la parte concerniente a diseño.

En el capítulo 3 se definen requisitos generales para la estabilidad de la estructura como un todo.

Figuras extraídas de la presentación de “Estructuras de Acero para Edificios” de Romero Cortázar

Para asegurar la estabilidad se debe tener en cuenta los efectos de segundo orden y el arriostramiento para la estabilidad de los pórticos.

El diseño de elementos sujetos solamente a tracción axial por cargas estáticas se muestra en el capítulo 4.

Figuras extraídas del libro “Diseño Básico de Estructuras de Acero” de B. Johnston

Se describen los dos métodos de diseño, LRFD y ASD.

El capítulo 5 abarca el diseño de elementos sujetos solamente a compresión axial.

Figuras extraídas del libro “Diseño Básico de Estructuras de Acero” de B. Johnston

Para miembros con elementos esbeltos en compresión, manda al Apéndice 2.5.3. Para miembros con peralte variable manda al Apéndice 6.3 Igualmente, se describen los dos métodos de diseño, LRFD y ASD.

El capítulo 6 aplica a los elementos prismáticos compactos y no compactos sujetos a flexión. Se dan expresiones para verificar flexión y/o corte y al igual que los capítulos previos, se describen los dos métodos de diseño, LRFD y ASD.

Figura extraída del libro “Diseño Básico de Estructuras de Acero” de B. Johnston

Se ha destinado el capítulo 7 para vigas fabricadas a partir de planchas con esbeltez de alma menor a lr.

Figuras extraídas del libro “Diseño Básico de Estructuras de Acero” de B. Johnston

Se dan expresiones para verificar flexión y/o corte y también para determinar los rigidizadores transversales. Solo considera el método LRFD.

Para el caso de elementos prismáticos sometidos a fuerzas combinadas y torsión se debe usar el capítulo 8.

Figura extraída del libro “Diseño Básico de Estructuras de Acero” de B. Johnston

Se dan expresiones para los casos de flexo–tracción, torsión sola y torsión combinada con flexión, corte y/o fuerza axial, considerando ambos métodos LRFD y ASD.

La norma también considera el diseño de algunos tipos de elementos compuestos en su capítulo 9.

Figura extraída del libro “Diseño Básico de Estructuras de Acero” de B. Johnston

Estos elementos pueden ser; columnas compuestas de perfiles o tubos de acero combinados con concreto estructural y vigas de acero conectadas con losas de concreto armado.

El capítulo 10 trata sobre el diseño de conexiones sometidos a cargas estáticas.

Figuras extraídas del libro “Diseño Básico de Estructuras de Acero” de B. Johnston

Las conexiones mas conocidas en el mundo son las conexiones empernadas y las conexiones soldadas, con sus diferentes combinaciones y variantes. Se considera el método LRFD y el ASD.

El capítulo 11 cubre las consideraciones de resistencia de elementos sujetos a fuerzas concentradas.

Figuras extraídas del libro “Diseño Básico de Estructuras de Acero” de B. Johnston

También se toca brevemente en este capítulo el empozamiento de aguas y el diseño por fatiga.

El capítulo 12 provee guías de diseño para condiciones en servicio. NUMERAL

CONDICION DE SERVICIO

12.1

CONTRAFLECHA

12.2

EXPANSION Y CONTRACCION

12.3.1

DEFLEXIONES

12.3.2

VIBRACION DE PISO

12.3.3

DESPLAZAMIENTOS LATERALES

12.4

CONEXIONES DE DESLIZAMIENTO CRITICO

12.5

CORROSION

Servicio es un estado en que la función de la edificación, su apariencia, mantenimiento, durabilidad y comodidad de los ocupantes se conservan bajo condiciones de uso normal.

El capítulo 13 considera la fabricación, montaje y control de calidad. Figura extraída de la presentación de “Estructuras de Acero para Edificios” de Romero Cortázar

Una de las primeras actividades de esta etapa es la adquisición de los materiales, numerales 1.3 y 13.5.5 y la elaboración de los planos de taller por parte del fabricante, de acuerdo al numeral 13.1.

El numeral 13.2 proporciona requisitos para las diversas etapas de fabricación. NUMERAL

ETAPA DE FABRICACION

13.2.1

Contraflecha, Curvado y Enderezado

13.2.2

Corte Térmico

13.2.3

Alisado de Bordes

13.2.4

Construcción Soldada

13.2.5

Construcciones Empernadas

13.2.6

Juntas de Compresión

13.2.7

Tolerancias Dimensionales

13.2.8

Acabado de Bases de Columna

Todas estas etapas deben tener su respectivo control de calidad

El numeral 13.5 describe varias consideraciones para el control de calidad durante la fabricación. NUMERAL

CONTROL DE CALIDAD

13.5.1

Cooperación

13.5.2

Rechazos

13.5.3

Inspección de la Soldadura

13.5.4

Inspección de Conexiones con Pernos de Alta Resistencia de Deslizamiento Crítico

13.5.5

Identificación del Acero

Se complementa con las normas ASTM, ANSI y AWS.

El pintado en el taller corresponde al recubrimiento base del sistema de protección anticorrosiva.

Fotografía extraída de la web: wvdot.com/10_contractors/mcst/aspl/.../21203scefpres.ppt

No se requiere el pintado de todas las capas de la estructura a menos que esté indicado en los planos y especificaciones del proyecto.

Los requisitos para el montaje de la estructura están indicados en el numeral 13.4.

NUMERAL

ETAPA DE MONTAJE

13.4.1

Método de Montaje

13.4.2

Condiciones del Lugar de la Obra

13.4.3

Cimentaciones

13.4.4

Ejes de Edificación y Puntos de Nivel de Referencia

13.4.5

Instalación de Pernos de Anclaje y Otros

13.4.6

Material de Conexión de Campo

En todas estas etapas deben generarse protocolos de recepción y de montaje validados tanto por el constructor de obra civil, como por el montador.

El montaje propiamente dicho se debiera ejecutar sin tropiezos. NUMERAL

ETAPA DE MONTAJE

13.4.7

Apoyos Temporales de la Estructura de Acero

13.4.8

Tolerancias de la Estructuras

13.4.9

Corrección de Errores

13.4.10

Manipulación y Almacenamiento

Podemos concluir que cada parte de un proyecto de estructuras de acero para edificaciones está cubierto por la norma E.090.

Se incluye el diseño, el suministro, la fabricación y el montaje.

Carátula NTE E.090

Podemos concluir que cada parte de un proyecto de estructuras de acero para edificaciones está cubierto por la norma E.090.

Se incluye el diseño, el suministro, la fabricación y el montaje.

GRACIAS Carátula NTE E.090