UNIVERSIDAD DE ORIENTE NCLEO DE BOLVAR ESCUELA DE CIENCIAS DE LA TIERRADEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL APLICACION DEL MTODO DE DISEO LRFD (LOADREDUCTION, FACTOR DESIGN) CONTEMPLADO EN NORMACOVENIN 1618-1998 CON UTILIZACION DEL PROGRAMASAP2000 AL DISEO ESTRUCTURAL DE UNA NAVEINDUSTRIAL PARA PLANTA PILOTO DE PRODUCCIN DEARRABIO Y/O HRD, EN C.V.G FERROMINERA ORINOCO,C.A. PUERTO ORDAZ, ESTADO. BOLVAR. TRABAJO FINAL DE GRADOPRESENTADO POR EL BACHILLERJUAN C., CARVAJAL G. PARAOPTAR AL TTULO DE INGENIEROCIVILCIUDAD BOLIVAR, JUNIO DEL 2010HOJA DE APROBACINEste trabajo de grado, titulado APLICACIN DEL MTODO DE DISEOLRFD (LOAD REDUCTION, FACTOR DESIGN) CONTEMPLADO ENNORMA COVENIN 1618-1998 CON UTILIZACION DEL PROGRAMASAP2000 AL DISEO ESTRUCTURAL DE UNA NAVE INDUSTRIAL PARAPLANTA PILOTO DE PRODUCCIN DE ARRABIO Y/O HRD, EN C.V.GFERROMINERA ORINOCO, C.A. PUERTO ORDAZ, ESTADO. BOLVAR,presentado por la bachiller JUAN CARLOS CARVAJAL GUZMAN, ha sidoaprobada de acuerdo a los reglamentos de la Universidad de Oriente, por el juradointegrado por los profesores:Nombres:Firmas:_________________________Profesor Carlos Grus(Asesor acadmico)_________________________________________________________________________________________________________________________________Profesor Jacques EdlibiJefe del Departamento de Ingeniera CivilCiudad Bolvar, Junio del 2010iiDEDICATORIADoy gracias en primer lugar A MI DIOS, sin su gua hubiese sido imposiblecumplir y alcanzar m meta principal.A la Memoria de mi hermano Jos Joel Carvajal Guzmn, se que te hubiesegustado estar conmigo en este momento tan maravilloso y hubiese estado orgullosode mi. A tu memoria dedico mi trabajo de grado y desde el cielo se que estas feliz ycuidndome. Te amar por siempre y en mis pensamientos siempre estars.A Mis Padres, Juan Carvajal y Yajaira de Carvajal, por ser los roblesfundamentales de mi vida y fuentes de inspiracin, gracias por todos los apoyos quedieron oportunamente en el transitar de mi vida, los amo.A Mi Hermano, Jair Jess Carvajal, por haberme guiado y dado apoyo en todoslos momentos que mas necesitaba. Te quiero mucho.Juan CarvajaliiiAGRADECIMIENTOSA Dios Todopoderoso nuevamente, por guiarme y acompaarme en todomomentoA la Casa ms Alta, la Universidad de Oriente, Ncleo Bolvar, por laeducacin adecuada que me brind.A la empresa CVG FERROMINERA ORINOCO C.A., por haber permitidorealizar este Trabajo de Grado modalidad pasanta en sus instalaciones.A mi Tutor Acadmico, profesor Carlos Grus, por ayudarme diligentemente,con sus conocimientos y experiencia que contribuyeron para la buena ejecucin deltrabajo de grado.A mis Amigos el Ingeniero Hctor Gonzlez y Ingeniero Gabriel Navas eIngeniera Olimar Bolvar, Licenciada Lesly Mendoza y Karla Basanta, gracias portodo lo recibido.Finalmente, a todas aquellas personas que de alguna u otra maneracontribuyeron, me motivaron y ayudaron a finalizar mi trabajo de grado.ivRESUMEN Este trabajo de investigacin tiene como objetivo general Aplicar el mtodo dediseo LRFD(load reduction, factor design) contemplado en la Norma COVENIN1618-1998 con la utilizacin del programa SAP2000 al diseo estructural de una naveindustrial para planta piloto de produccin de arrabio y/o HRD, en C.V.GFERROMINERA ORINOCO, C.A. Puerto Ordaz, Estado. Bolvar, cumplindose asu vez una serie de objetivos especficos. La investigacin se llev a cabo de acuerdo a los parmetros de diseo deinvestigacin documental de campo y tipo de investigacin proyectiva por que seintenta plantear alternativas que optimicen un diseo integral y seguro, implementadoa la nave industrial para la produccin de Arrabio y/o HRD mediante la utilizacindel programa Sap2000. Se establecieron los parmetros necesarios para lassolicitaciones de carga as como las caractersticas principales de los distintos tipos demateriales utilizados en la estructura; tambin se determinaron los parmetrosrequeridos por el programa Sap2000 para establecer el modelo matemtico y a su vezaplicar este software para el diseo estructural, se realizo el diseo de las fundacionesde la nave industrial, cuyo dimensionado de zapata fueron de 2,40x1,80x0,30m y0,80x0,60x3m de pedestal para fundaciones aisladas tipo F1. Las fundaciones aisladastipo F2 le corresponde a la zapata el dimensionado siguiente 1,00x1, 00x0, 30m y0,60x0, 30x0, 90m para el pedestal.vCONTENIDOHOJA DE APROBACIN ................................................................................................................ IIDEDICATORIA............................................................................................................................. IIIAGRADECIMIENTOS.................................................................................................................... IVRESUMEN ................................................................................................................................... VCONTENIDO ............................................................................................................................... VILISTA DE FIGURAS ....................................................................................................................... XLISTA DE TABLAS ....................................................................................................................... XIIINTRODUCCIN........................................................................................................................... 1CAPTULO I ................................................................................................................................. 4SITUACON A INVESTIGAR ............................................................................................................ 41.1.-PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA......................................................................................................... 41.2.- OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIN ........................................................................................................ 71.2.1.-Objetivo general .................................................................................................................. 71.2.2.-Objetivos especficos ........................................................................................................... 81.3.- JUSTIFICACIN ................................................................................................................................ 81.4.- ALCANCE DEL TRABAJO ..................................................................................................................... 9CAPTULO II................................................................................................................................ 10GENERALIDADES ........................................................................................................................ 102.1 UBICACIN GEOGRFICA DE LA EMPRESA ............................................................................................. 102.2 ACCESO AL REA.............................................................................................................................. 122.3 RESEA HISTRICA ........................................................................................................................... 122.4.- FILOSOFA DE GESTIN.................................................................................................................... 142.4.1 Poltica de la Calidad........................................................................................................... 142.4.2 Misin ................................................................................................................................. 142.4.3 Visin .................................................................................................................................. 15vi2.4.4 Valores ................................................................................................................................ 152.5 OBJETIVOS DE LA EMPRESA ................................................................................................................ 152.5.1 Objetivo general ................................................................................................................. 152.5.2 Objetivos especficos ........................................................................................................... 152.6.- ESTRUCTURA ORGANIZATIVA DE LA EMPRESA ...................................................................................... 162.7DESCRIPCIN DEL ENTORNO DE LA EMPRESA C.V.G. FERROMINERA ORINOCO, C.A. PUERTO ORDAZ ........... 182.7.1 Caracterizacin Fsico-Natural del entorno de la Empresa C.V.G. Ferrominera Orinoco, C.A.Puerto Ordaz ................................................................................................................................ 182.8PROCESO DE PRODUCCIN ............................................................................................................. 212.8.1 Planta procesamiento de Mineral de Hierro (PMH). Puerto Ordaz. ................................... 21CAPTULO III............................................................................................................................... 23MARCO TERICO ....................................................................................................................... 233.1 ANTECEDENTES DEL ESTUDIO.............................................................................................................. 233.2 PROYECTO ESTRUCTURAL .................................................................................................................. 253.2.1 Especificaciones y cdigos de construccin ........................................................................ 273.2.2 Cargas ................................................................................................................................. 283.2.3 Tipos de cargas ................................................................................................................... 283.2.4 Acciones sobre edificios ...................................................................................................... 303.3 SELECCIN DE MATERIALES ESTRUCTURALES .......................................................................................... 323.3.1 El acero estructural ............................................................................................................. 323.3.2 El Concreto armado ............................................................................................................ 383.4 MTODO DE LOS ESTADOS LMITES ...................................................................................................... 433.4.1 Diseo de estado lmite de agotamiento resistente ........................................................... 433.4.2 Mtodo de estado lmite de servicio ................................................................................... 473.5 ELEMENTOS DE SUJECIN .................................................................................................................. 503.5.1 Perfiles de acero estructural ............................................................................................... 513.5.2 Material de conexin .......................................................................................................... 523.5.3 Soldaduras .......................................................................................................................... 523.6 TRANSFERENCIA DE ESFUERZO DE LAS COLUMNAS A LAS ZAPATAS .............................................................. 543.7 SISTEMA DE VENTILACIN .................................................................................................................. 553.7.1 El Diseo de un sistema de ventilacin de humos y/o disipador de altas temperaturas .... 57viiCAPTULO IV .............................................................................................................................. 60METODOLOGA DE TRABAJO ...................................................................................................... 604.1 TIPO DE INVESTIGACIN .................................................................................................................... 604.2 DISEO DE INVESTIGACIN ................................................................................................................ 614.3 POBLACIN .................................................................................................................................... 614.4 MUESTRA ...................................................................................................................................... 624.5 TCNICAS DE RECOLECCIN DE DATOS .................................................................................................. 624.5.1 Revisin bibliogrfica .......................................................................................................... 624.5.2 Entrevista no estructuradas ................................................................................................ 624.5.3 Observacin directa ............................................................................................................ 634.6 TCNICAS DE PROCESAMIENTO Y ANLISIS DE DATOS ............................................................................... 634.6.1 Tcnicas de procesamiento de datos .................................................................................. 634.6.2 Anlisis de datos ................................................................................................................. 644.7 PROCEDIMIENTO PARA LA REALIZACIN DE LA INVESTIGACIN .................................................................. 644.7.1. Etapa I ................................................................................................................................ 644.7.2 Etapa II ................................................................................................................................ 654.7.3 Etapa III ............................................................................................................................... 654.8 FLUJOGRAMA DE METODOLOGA DEL TRABAJO....................................................................................... 65CAPTULO V ............................................................................................................................... 67ANLISIS E INTERPRETACIN DE LOS RESULTADOS ...................................................................... 675.1 ESTABLECIMIENTO DE LOS PARMETROS NECESARIOS PARA SOLICITACIONES DE CARGA BAJO LAS CUALES ESTARSOMETIDA LA ESTRUCTURA ......................................................................................................................675.1.1 Solicitaciones de carga para acero estructural ................................................................... 675.1.2 Solicitaciones de carga para concreto estructural .............................................................. 695.1.3 Peso especifico de los materiales utilizados en el diseo del galpn .................................. 705.1.4 Carga vivas.......................................................................................................................... 705.1.5 Carga por sismo .................................................................................................................. 715.1.6 Carga de viento ................................................................................................................... 715.1.7 Cargas reales de viento ....................................................................................................... 725.1.8 Estudios de suelo................................................................................................................. 725.2 DESCRIBIR LAS CARACTERSTICAS PRINCIPALES DE LOS DISTINTOS TIPOS DE MATERIALES A UTILIZAR ................... 73viii5.2.1 Acero ................................................................................................................................... 735.2.2 Concreto.............................................................................................................................. 775.3 DETERMINAR LOS PARMETROS REQUERIDOS POR EL SOFTWARE SAP200 PARA ESTABLECER EL MODELOMATEMTICO PARA EL CLCULO ESTRUCTURAL ............................................................................................825.3.1 Parmetros exigidos por el programa SAP2000 ................................................................. 825.3.1 Planteamiento del modelo matemtico para el clculo estructural ................................... 845.4 APLICACIN DEL SOFTWARE SAP200 PARA EL DISEO ESTRUCTURAL SEGN LAS SOLICITACIONES Y PARMETROSDEL MODELO MATEMTICO. ....................................................................................................................875.5 DETERMINAR EL DISEO DE FUNDACIONES............................................................................................ 945.6 ELABORAR LOS PLANOS ESTRUCTURALES Y DE FUNDACIONES DE LA NAVE INDUSTRIAL .................................... 965.6.1 Plano estructural................................................................................................................. 965.6.2 Plano de fundaciones .......................................................................................................... 97CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ....................................................................................... 986.1 CONCLUSIONES ............................................................................................................................... 986.2 RECOMENDACIONES ......................................................................................................................... 99REFERENCIAS ........................................................................................................................... 101ixLISTA DE FIGURASFIGURA 2.1 UBICACIN GEOGRFICA DE LA EMPRESA A NIVEL MUNDIAL (FERROMINERA, 2008). . 11FIGURA 2.2 UBICACIN GEOGRFICA DE LA EMPRESA A NIVEL NACIONAL (FERROMINERA, 2008). 11FIGURA 2.3 ESTRUCTURA ORGANIZATIVA DE LA EMPRESA (FERROMINERA, 2008). ....................... 17FIGURA 3.1. ESTRUCTURAS METLICAS.(CVG FERROMINERA 2009). ............................................. 34FIGURA 3.2. PERFILES LAMINADOS DE ACERO DISPONIBLES EN VENEZUELA (SIDOR, 1998). ........... 35FIGURA 3.3.PERFILES ARMADOS EN BASE A PLACAS DE ACERO (SIDOR, 1998). ............................. 35FIGURA 3.4. DIAGRAMA DE ESFUERZO-DEFORMACIN ................................................................ 36DEL ACERO (WIKIPEDIA, 2007). ................................................................................................... 36FIGURA 3.5. SECCIONES TRANSVERSALES EN CONCRETO ARMADO............................................... 42(CONSTRUAPRENDE, 2007). ........................................................................................................ 42FIGURA 3.6 DIMENSIONADO DE UN VENTILADOR ROBERTSON. ................................................... 59FIGURA 3.7 FUNCIONAMIENTO DE UN VENTILADOR ROBERTSON. ............................................... 594.1 FLUJOGRAMA DE TRABAJO. .................................................................................................. 66FIGURA 5.1 PARMETROS DE CARGAS EXIGIDOS POR EL PROGRAMA SAP2000............................. 84FIGURA 5.2 CARGA VIVA (CV) APLICADAS A LA ............................................................................ 85FORMA ESTRUCTURAL. ............................................................................................................... 85FIGURA 5.3 CARGA DE VIENTO EN EJE X ...................................................................................... 85(VX) APLICADA A LA FORMA ....................................................................................................... 85ESTRUCTURAL. ........................................................................................................................... 85FIGURA 5.4 CARGA DE VIENTO EN EJE X (VX) APLICADA A ............................................................ 86LA FORMA ESTRUCTURAL, SECCIN TRANSVERSAL. ..................................................................... 86FIGURA 5.5 CARGA DE VIENTO EN EL EJE Y ( VY ) APLICADAS A LA ................................................ 86xFORMA ESTRUCTURAL. ............................................................................................................... 87FIGURA 5.6 CARGA DE VIENTO EN EL EJE Y ( VY ) APLICADAS A LA FORMA .................................... 87ESTRUCTURAL, SECCIN LONGITUDINAL. .................................................................................... 87FIGURA 5.7 FACHADA PRINCIPAL LUEGO DEL ANLISIS DE CARGAS. ............................................. 88FIGURA 5.8 ELEMENTOS DE UNA SECCIN TRANSVERSAL APORTICADA. ....................................... 88FIGURA 5.9 CHEQUEO DEL ROBERTSON BAJO LAS COMBINATORIAS DE CARGA, VISTA FRONTAL. .. 89FIGURA 5.10 ANLISIS DE LOS VOLADIZOS DE ENTRADAS DE AIRE BAJO LAS SOLICITACIONES DECARGA. ...................................................................................................................................... 89FIGURA 5.11 COLUMNAS SECUNDARIAS, VIGAS SECUNDARIAS Y ARRIOSTRAMIENTO LATERALCOTEJADOS. ............................................................................................................................... 90FIGURA 5.12 COLUMNAS SECUNDARIAS, VIGAS SECUNDARIAS Y ARRIOSTRAMIENTO LATERAL. .... 90FIGURA 5.13 DISEO FINAL DE LAS FACHADAS LATERALES. .......................................................... 91FIGURA 5.14 VERIFICACIN DE VIGAS Y COLUMNAS PRINCIPALES Y VIGAS SECUNDARIAS. ............ 91FIGURA 5.15. VIGAS PRINCIPALES Y VIGAS SECUNDARIAS, VISTA LATERAL .................................... 92FIGURA 5.16 SECCIN LONGITUDINAL DEL ROBERTSON CHEQUEADO BAJO LAS SOLICITACIONES. . 92FIGURA 5.17 VISTA DE PLANTA DEL ROBERTSON COMPROBANDO LOS ELEMENTOS...................... 93FIGURA 5.18 MODELO ESTRUCTURAL FINALIZADO. ...................................................................... 94xiLISTA DE TABLASTABLA 3.1 CARACTERSTICAS DE UN PROYECTO (COVENIN, 1753-06). ........................................... 27TABLA 3.2 VALORES DE CEDENCIA PARA DIVERSOS ACEROS. ....................................................... 37(SIDOR, 1998). ............................................................................................................................ 37TABLA 3.3 FACTORES DE MAYORACIN Y CASOS DE CARGA PARA ............................................... 45ESTRUCTURAS DE ACERO. (COVENIN 1618-98). ............................................................................ 45TABLA 3.4. FACTORES DE MINORACIN EMPLEADOS EN ACERO (COVENIN 1618-98)..................... 45TABLA 3.5. FACTORES DE MAYORACIN Y CASOS DE CARGA PARA ESTRUCTURAS DE ................... 46CONCRETO ARMADO (COVENIN 1753-2006). ............................................................................... 46TABLA 3.6 FACTORES DE MINORACIN EMPLEADOS EN CONCRETO ARMADO .............................. 47(COVENIN 1753-2006)................................................................................................................. 47TABLA 3.7. FLECHAS ADMISIBLES PARA CARGA VARIABLE. (COVENIN 1618-98). ............................ 49TABLA.3.8. FLECHAS ADMISIBLES PARA CARGA VARIABLE. (COVENIN-MINDUR 1753-06). ............. 50TABLA 3.9 DIFERENTES SUPERFICIES DE SALIDA DE HUMOS Y/O TEMPERATURA. .......................... 56xiiINTRODUCCINC.V.G. Ferrominera Orinoco est comprometida con el desarrollo integral,humanista y sustentable del pas, como actor fundamental del sector siderrgiconacional, fortaleciendo este liderazgo en el trabajo, calidad, competitividad yresponsabilidad. En su proceso de extraccin, procesamiento y comercializacin anivel nacional e internacional del mineral del hierro, soportado en un personal cuyasactuaciones estn regidas en estricto apego a la disciplina, honestidad, tica y respeto.En gran parte, el diseo estructural es una arte basado en la habilidad creativa,imaginacin y experiencia del diseador. Siempre que el diseo estructural tengaestas cualidades ser un arte. Sin embargo, no debe permanecer como un arte puro, yaque el usuario debe recibir los mayores beneficios dentro de sus posibilidadeseconmicas. Esto requiere el desarrollo de nuevos tipos de estructuras y nuevastcnicas de construccin, a las que a menudo necesitan soluciones ms cientficas yrigurosas, as pues, la mecnica y el anlisis econmico debe intervenir en el arte decrear mejores edificios, puentes, maquinas y equipos.El propsito fundamental de un diseador de estructuras es lograr un prototipoeconmico y seguro y que cumpla con ciertos requisitos funcionales y estticos. Paraalcanzar esta meta, el diseador debe tener un conocimiento completo de laspropiedades de los materiales, del comportamiento estructural, de la mecnica yanlisisestructuralydelarelacinentrela12distribucin y la funcin de una estructura, debe tener tambin, una apreciacinclara de los valores estticos con objeto de trabajar en la colaboracin con otrosespecialistas y contribuir as al desarrollo de las cualidades funcionales y ambintalesdeseados en una estructura.El objetivo de la instalacin de la Nave Industria es disear las estructuras yfundaciones de manera de proporcionar unas estructuras que satisfaga losrequerimientos a tales solicitaciones de carga y proporcionar un buen servicio yresguardo en el rea de produccin de Arrabio y/0 HRH, ubicado en las instalacionesde CVG FERROMINERA ORINOCO, con la finalidad de garantizar la buenaejecucin del proyecto.Finalmente, la informacin que se obtendr del Diseo de las estructuras yfundaciones, contribuir a delinear el modelo estructural, a implantar en el presenteproyecto estructural. Es importante reconocer que el diseo de modelos estructurales,se llevarn a cabo por medio de las especificaciones tcnicas de CVGFERROMINERA ORINOCO, as como de las normas COVENIN 1618-98. NormaVenezolana. Estructuras de Acero para Edificaciones., Load Resistance FactorDesign (LRFD), donde se establecen valores predeterminados de acuerdo al uso de laedificacin.EL diseo se realizar bajo el siguiente esquema estructural:FASE I: verificar el rea destinada por la Jefatura de Proyectos para constatarsi el sitio destinado a la construccin de la nave industrial es el ms idneo y lasconsideraciones atmosfricas expuestas.FASE II: realizar los estudios de las solicitaciones de carga de las estructurascomo el de las fundaciones.3FASE III: analizar y comparar los datos obtenidos de manera de plantear lasolucin ms adecuada y proporcionar los planos y detalles tcnicos necesarios parala buena ejecucin del proyecto.Esta investigacin consta de cinco captulos, estos se refieren:Captulo I. Situacin a investigar: en donde se presentan el planteamiento delproblema, los objetivos de la investigacin, la justificacin y, los alcances de lainvestigacin.Captulo II. Generalidades: explica la ubicacin e historia de la empresa, suestructura organizativa, as como caractersticas fsicas y naturales del rea de estudioal igual que la va de acceso.Captulo III. Marco terico: se presentan los antecedentes de la investigacin,as como, el conjunto de aspectos tericos, que permiten proporcionar una baseconceptual del tema investigado.Captulo IV. Metodologa de trabajo: en el cual se seala el tipo y diseo de lainvestigacin, las tcnicas e instrumentacin de recoleccin de datos, tcnicas deprocesamiento y anlisis de datos, as como el flujograma de la metodologa, el cualdescribe el proceso investigativo.Captulo V. Anlisis e interpretacin de los resultados: donde se presenta elanlisis de los objetivos planteados por medio de un conjunto de tablas y figuras.Finalmente se presentan las conclusiones y recomendaciones, producto de lainvestigacin, los apndices y anexos que amplan an ms la informacin de lapresenteinvestigacin.CAPTULO ISITUACON A INVESTIGAR1.1.-Planteamiento del problemaComo estructura vanguardista y reconocida como unas de las maravillashechas por el hombre, podemos comenzar por La torre Eiffel. Construida al final delsiglo XIX,es el desafo de un ingeniero a la arquitectura tradicional. Por susmateriales: porque se utilizan el vidrio y el acero. Por sus dimensiones: 300m dealtura que sobrepasa con mucho al panten. Durante mucho tiempo, la torre fue laconstruccin ms alta del mundo. Y por su concepcin: los cimientos son dehormign, si bien la caracterstica de los tres pisos es la ligereza. Su peso de 700toneladas es inferior al peso de la masa de aire que corta.Ya para mediados de la dcada de los 60 tenemos las torres gemelas de 110pisos del World Trade Center, dominaban el perfil del sur de Manhattan. El enormepeso de cada edificiolo sostenian una estructura de acero,que priva a lostrabajadores del Centro de grandes ventanas. Solo desde lo alto del edificio puedencontemplarse espectaculares vistas. Construido entre 1966 y 1977, el complejoconstaba de cinco edificios de oficinas y un hotel, comunicados por una enorme redsubterrnea de tiendas y restaurantes.45En Mxico para 1950 podemos referirnos a La imponente edificacin ubicadaen el Parque Cedros Jalisco en el pintoresco Tlaquepaque fue construida en un reatotal de 33 mil metros cuadrados ante la necesidad de aglutinar en un solo espacio losprocesos de produccin y venta de una de las firmas de suplementos alimenticios msconocidas en todo el orbe. La modernidad est presente en el diseo de esta magnaobra y ello se aprecia a primera vista, toda vez que el despacho de MigdalArquitectos, integrado por Jaime Varon, Abraham Metta y Alex Metta tuvo el aciertode cumplir con los requerimientos de una nave industrial tradicional y,simultneamente, imprimir su sello en el diseo, la esttica y la funcionalidad de lasformas. En especial, sobresalen diferentes formas de aceros utilizados en loselementos estructurales de la edificacin.En Venezuela como obra de alta trascendencia La Casa Zingg construy susede en Caracas en 1940. El Edificio Zingg, diseado por el ingeniero Oskar Herz ylevantado por la Oficina Tcnica Blaschitz, fue el primer edificio de acero contratemblores en Caracas. Los transentes se asombraban al ver elevarse una jaulametlica. El edificio defini un largo frente interior de comercios: 40 elegantestiendas "alineadas a ambos lados del sendero". La nueva va pblica buscabadescongestionar las vas vecinas paralelas, contando con las ventajas que representabael caminar por la sombra.Se buscaba "brindar al pblico en el centro de Caracas un ambiente simptico,atractivo y novedoso". Lo novedoso consista en la insercin, dentro de un tipo deedificacin del siglo XIX, de elementos que representaban la tecnologa msavanzada. La escalera mecnica, por ejemplo, una de las primeras instaladas enCaracas, se convertira a travs de los aos en un icono, que an hoy sorprende por sufuncionamiento, en un pas en el que las cosas caducan con rapidez.6Para CVG Ferrominera Orinoco C.A. empresa del Estado Venezolano que seposiciona como principal explotadora y procesadora del mineral del hierro a escalanacional. Se encuentra ubicada especficamente en el estado Bolvar y cuenta con doscentros de operaciones: Ciudad Piar: donde se encuentran los principales yacimientosde mineral del hierro y Puerto Ordaz donde se encuentra la planta de procesamientodel mineral del hierro, el muelle y las oficinas principales.CVG Ferrominera Orinoco C.A. cuenta con grandes reservas de mineral dehierro de bajo tenor, las cuales no poseen las caractersticas necesarias para cumplircon los estndares comerciales, esta empresa se ha planteado la necesidad deaprovechar el mineral de hierro para satisfacer la demanda de la industria siderrgicanacional y emprendido mltiples estudios y anlisis de tecnologas que permitan elaprovechamiento de este tipo de reserva.Con base a los anlisis realizados se origin el proyecto diseo, construccin,instalacin, puesta en marcha y operacin de plantas industriales que permitan elaprovechamiento de estas reservas, este proyecto consta de dichas fases.Fase I, Comprende la investigacin, utilizando mineral de hierro de bajotenor, mediante el uso del proceso de produccin de arrabio y de reduccindirecta.Fase II, La fase de Planta .Comprende el Diseo y Clculo de una plantacon una capacidad de produccin de 30.000 toneladas anuales de arrabio y/oHRD para establecer parmetros que permitan el diseo de plantas a nivelindustrial.7Fase III, La fase Industrial. En marco la Construccin, Instalacin Puestaen marcha y operacin de planta industrial para Arrabio y/o HRD, con base alos resultados que se obtengan de la fase anterior.En la actualidad se encuentra concluida la fase I del proyecto con resultadossatisfactorios, se han comenzado los estudios relativos a iniciar la Fase II, quecontiene la instalacin de una planta piloto con capacidad de produccin de 30.000toneladas anuales de Arrabio y/o HRD as como realizar todos los estudios y anlisisnecesarios para establecer un proceso eficiente y efectivo, que permita el diseo deuna planta a una escala mayor de produccin; De all la importancia del diseoestructural de una nave industrial para planta piloto para la produccin de arrabio y/oHRD, en C.V.G Ferrominera Orinoco, C.A. Puerto Ordaz Edo. Bolvar.En la realizacin del proyecto se tomaron en cuenta los requisitos que seexigen en: las Normas Covenin para el diseo de la estructura, entre ellas 1618-1998,2002-1988, 1756- 01, 1753- 2006 y 2003-1989.1.2.- Objetivos de la investigacin1.2.1.-Objetivo generalAplicar el mtodo de diseo LRFD (load reduction, factor design) contempladoen la Norma COVENIN 1618-1998 con la utilizacin del programa SAP2000 aldiseo estructural de una nave industrial para planta piloto de produccin de arrabioy/o HRD, enBolvar.C.V.G FERROMINERA ORINOCO, C.A. Puerto Ordaz, Estado.81.2.2.-Objetivos especficos1.Establecer los parmetros necesarios para solicitaciones de carga bajo lascuales estar sometida la estructura.2.a utilizar.Describir las caractersticas principales de los distintos tipos de materiales3.Determinar los parmetros requeridos por el software SAP200 paraestablecer el modelo matemtico para el clculo estructural.4.Aplicar el software SAP200 para el diseo estructural segn lassolicitaciones y parmetros del modelo matemtico.5.Determinar el diseo de Fundaciones.6.Elaborar los planos estructurales y de fundaciones de la nave industrial.1.3.- JustificacinEste Diseo estructural de la nave industrial para la planta piloto surge por lanecesidad que presenta la empresa C.V.G. FERROMINERA C.A. Puerto Ordaz Edo.Bolvar para aprovechar las reservas de bajo tenor para la obtencin del proceso deProduccin del material de arrabio y/o HRD, esto permitir el aprovechamiento de lasreservas calculadas y as abarcar mayor mercado siderrgico Nacional.91.4.- Alcance del trabajoTodo el estudio arrojar una serie de resultados, ser de gran trascendenciainterpretarlos correctamente, ya que se manejarn datos de toda ndole y variables queincidirn en cada una de ellas.El factor tiempo jugara un papel importante en el estudio, ya que la Fase II delproyecto de la planta piloto con capacidad de 30.000 toneladas anuales, va a permitirestablecer los parmetros de diseo para las posteriores plantas a niveles industriales.Por otro lado, ser necesario desarrollar para interpretacin de los resultados delsoftware de gran importancia a la hora de analizar los resultados que son el ejeprincipal del estudio.CAPTULO IIGENERALIDADES2.1 Ubicacin geogrfica de la empresaC.V.G. Ferrominera Orinoco C.A. (FMO), se encuentra ubicada en Venezuela(Amrica del Sur), especficamente en el estado Bolvar. Se encuentra distribuidaentre Ciudad Piar y Ciudad Guayana (Puerto Ordaz- San Flix). Las operacionesmineras (incluyendo las actividades de exploracin geolgica de reservas de mineralde hierro, planificacin, desarrollo, explotacin de minas y transporte hacia lospuertos de procesamiento), se ejecutan en el Distrito Ferrfero Piar; el almacenaje,procesamiento y despacho de mineral de hierro y sus derivados en los puertos dePuerto Ordaz y Pala ubicados en las riberas del ro Orinoco y ro Caron.En las figuras 2.1 y 2.2 se muestra la ubicacin geogrfica de la empresa a nivelmundial y la ubicacin de la empresa a nivel nacional nivel. FMO es una de lasempresas pioneras en la explotacin y exportacin del mineral del hierro, la ubicacinde sus instalaciones concuerda estratgicamente con los principales yacimientosferriferos del pas y con las riberas del ro Orinoco y ro Caron.1011Figura 2.1 Ubicacin geogrfica de la empresa a nivel mundial (Ferrominera,2008).Figura 2.2 Ubicacin geogrfica de la empresa a nivel nacional (Ferrominera,2008).122.2 Acceso al reaEl acceso terrestre al rea se ejecuta primeramente por la Av. Principal Caracas(Portn N 1 de C.V.G. Ferrominera Orinoco C.A.), seguido de una carreteraasfaltada de aproximadamente 15 Km. de longitud, para luego conectar con una vade pavimentada de 3 Km. de longitud que permite el paso directo al rea de P.M.H.Para acezar al rea de ferrocarril y planta de briquetas, se ingresa por el portn N 1de C.V.G. Ferrominera Orinoco y en el kilometro 12 de la carretera asfaltada yamencionada, se conecta con una va 1 Km aproximadamente, y al final de esta dellado izquierdo se ubican los talleres de ferrocarril y del lado derecho se localizaplanta de briquetas.2.3 Resea histricaFerrominera Orinoco C.A., es una de las Empresas Bsicas del grupo C.V.G.,pertenecientes al estado Venezolano y tuvo su origen en:1926, A travs del Descubrimiento del Cerro El Pao. El seor Arturo Vera,quien tena un fundo en Las Adjuntas, encuentra un canto rodado de una roca negra,brillante, dura y pesada, que lleva a su casa y utiliza para amolar machetes. SimnPiero, empleado de la Firma Boccardo y Cia. de Ciudad Bolvar, acompaa mastarde a Vera hasta el Cerro Florero, donde obtienen muestras suficientes para enviar alos Estados Unidos.1933, La Bethlehem Steel Co. hace las primeras perforaciones y se constituye laIron Mines Company of Venezuela.131939, Como resultado del potencial ferrfero de la regin, el ejecutivo decretazona reservada para la exploracin y explotacin del mineral de hierro los distritosPiar y Roscio del Estado Bolvar y el Territorio Federal Delta Amacuro.1945, La Oliver Iron Mining Co., subsidiaria de la U.S. Steel, inicia laexploracin al este del Caron, bajo la direccin del gelogo Mack C. Lake.1947, Folke Kihlstedt y Victor Paulik, exploran y obtienen el ttulo del CerroLa Parida, nombre cambiado en 1948 por el de Cerro Bolvar. Exploran igualmentelos Cerros Rondn y Arimagua.1949, Se funda la Orinoco Mining Company, subsidiaria de la U.S. SteelCorporation, de los Estados Unidos. El seor Mack C. Lake es designado como suprimer presidente.1950, El 24 de julio, el primer tren cargado de mineral efecta el recorrido entreEl Pao y Pala.1954, Se inauguran las operaciones de la Orinoco Mining Co. El 9 de enerozarpa el buque Tosca con el primer cargamento comercial de mineral de hierro condestino a Fairless Works (U.S.A). Ese ao se exportan 3 millones de toneladas.1968, Se inicia la construccin de la planta de briquetas de la Orinoco MiningCompany.1975, El 1ero de enero queda nacionalizada la industria del hierro en Venezuela.El 3 de enero, zarpa el buque Tyne Ore con una carga de 17.417 toneladas de mineralde hierro con destino a Estados Unidos, el primer embarque despus de la14nacionalizacin. El 10 de diciembre, se constituye formalmente la C.V.G.Ferrominera Orinoco C.A.1976, C.V.G. Ferrominera Orinoco C.A. inicia sus operaciones como empresaresponsable de la explotacin y aprovechamiento del mineral de hierro en todo elterritorio nacional.2.4.- Filosofa de gestin2.4.1 Poltica de la CalidadEs poltica de C.V.G. FERROMINERA ORINOCO, C.A. producir ysuministrar mineral de hierro con los niveles de calidad exigidos, en la oportunidadrequerida, para lograr la satisfaccin de sus clientes.La empresa est comprometida a establecer y mantener un sistema de la calidadque responda a los requerimientos de la NORMA COVENIN - ISO 9002, y sirva deplataforma para su mejoramiento continuo. El cumplimiento de sta poltica estbasado en el compromiso y el apoyo de todos sus trabajadores dentro de un ambienteque promueva su participacin, desarrollo y bienestar.2.4.2 MisinExplotar la industria del mineral de hierro y derivados con productividad,calidad y competitividad, de forma sostenible y sustentable, para abastecer oportuna ysuficientemente a laindustria siderrgicanacionaly aquellos mercadosinternacionales que resulten econmicos y estratgicamente atractivos, garantizandola rentabilidad de la empresa y contribuir al desarrollo econmico del pas.152.4.3 VisinSer una empresa que satisface y responde oportunamente a las necesidades delmercado siderrgico mundial, creando valor para el accionista, calidad de vida parasus trabajadores y bienestar para la comunidad.2.4.4 ValoresC.V.G. Ferrominera Orinoco est comprometida con el desarrollo integral,humanista y sustentable del pas, como actor fundamental del sector siderrgiconacional, fortaleciendo este liderazgo en el trabajo, calidad, competitividad yresponsabilidad, soportado en un personal cuyas actuaciones estn regidas en estrictoapego a la disciplina, honestidad, tica y respeto.2.5 Objetivos de la empresa2.5.1 Objetivo generalExtraer, procesar y suministrar mineral del hierro al mercado nacional einternacional.2.5.2 Objetivos especficos1.Adquirir el control pleno de la industria extractiva del mineral del hierro.2.Asegurar el nivel precio satisfactorio.3.Explorar, explotar, extraer y procesar el mineral de todos sus yacimientoscon el fin de obtener un mximo aprovechamiento de los recursos mineralesexistentes.164.Garantizar los volmenes de produccin y suministro del mineral dehierro requerido por el mercado nacional e internacional.5.ambiente.6.Minimizar los efectos negativos que pueda generar los procesos al medioLa poltica de venta del mineral de hierro de la empresa, contemplafundamentalmente la satisfaccin de los requerimientos del mercado a nivel nacional,norteamericano, europeo y asitico.2.6.- Estructura organizativa de la empresaCon el fin de asegurar el logro de sus objetivos, C.V.G. FERROMINERAORINOCO, C.A. cuenta con una junta directiva, una presidencia, cinco GerenciasGenerales y veinte Gerencias operativas, administrativas y de apoyo. En la figura 2.3se muestra la estructura de la empresa17Junta DirectivaPresidenciaConsultora JurdicaOficina Puerto Ordaz AuditoraGeneral Interna Coord. Gral PlanesEspeciales de comprasCoordinacin General de Getin Patrimonial Gerencia de RelacionesIntitucionalesCentro de Admon. De Documentacin e InformacinGerencia dePlanificacinCoorporativaOficina CaracasCoordinacin General de PeletizacinCoordinacin General de Desarrollo SocialGerencia General de Operaciones Gerencia General deCiomerializacin y Ventas Gerencia General deAdmiistracin y FinanzasGerencia General de Personal Gerencia General deProyecto y construccinGerencia de Servicios Gerencia deComercializacin Gerencia deAdministracinGerencia de Recursos HumanosJefatura de ProyectosGerencia de MineraGerencia de VentasGerencia de Finanzas Gerencia deRelaciones IndustrialesJefatura de ProyectosGerencia de Ferrocarril Gerencia deOperaciones FluvialesGerencia deSuministrosGerencia de control de RiesgosJefatura de Proyectos Gerencia deProcesamiento deMineral de hierroCoordinacin General de Operaciones Reduccin DirectaGerencia de SistemasGerencia de Servicios MdicosGerencia de CalidadGerencia de IngenieraFigura 2.3 Estructura organizativa de la empresa (Ferrominera, 2008).182.7Descripcin del entorno de la empresa C.V.G. Ferrominera Orinoco, C.A.Puerto OrdazLa empresa C.V.G. Ferrominera Orinoco se ubica en la Zona IndustrialMatanzas, Sector Punta de Cuchillo, Puerto Ordaz, en Jurisdiccin del MunicipioCaron en el Estado Bolvar.2.7.1 Caracterizacin Fsico-Natural del entorno de la Empresa C.V.G.Ferrominera Orinoco, C.A. Puerto OrdazEl rea de operaciones de la Empresa Ferrominera Orinoco, C.A./Puerto Ordaz,se encuentra localizada al Sur del ro Orinoco, en las proximidades de su confluenciacon las aguas del ro Caron, en una zona clasificada, segn Holdrige (Ewel, Madriz yTosi. Zonas de Venezuela. 1976.) como Bosque Seco Tropical (bs-T), caracterizadopor presentar un promedio anual de temperatura que vara entre 25,2 y 27,7 C, conprecipitaciones medias anuales entre 1000 y 1500 mm. La temporada de lluviacomprende los meses de Mayo a Noviembre, mientras que el perodo seco estdefinido por los meses de Enero a Abril. La evaporacin al sol medida en tina tipo Aarroja un valor promedio de 1850 y 2000 mm por ao.Esta zona est fuertemente influenciada por su posicin respecto a los rosOrinoco y Caron,afectada por el fenmeno de convergencia intertropical quedetermina la caracterizacin del clima y por tormentas locales muy frecuentes en losmeses de Junio y Octubre con precipitaciones de corta duracin pero de altaintensidad. La humedad promedio anual en la zona es de 82%, la radiacin solarpromedio anual es de 380 cal/cm.da, la insolacin promedio anual alcanza 62 horas ypredominan los vientos en direccin ENE (Este Noreste) y NE (Noreste), convelocidades de 6,5 Km./hora.19En general, el rea se caracteriza por constituir un paisaje de llanuras de erosiny alteracin, de origen netamente deposicional, con pendientes bajas que oscilan entre1 y 10%, predominando los relieves muy suavemente ondulados, con amplias reasde topografa plana, rectilnea y sin desniveles significativos. Constituye un mediomorfodinamicamente activo, en el cual predomina la erosin de tipo laminardiscontinua y localizada, con acumulacin de sedimentos en las partes planas, segnHoldrige (Ewel, Madriz y Tosi.Se aprecian dos niveles geomorfolgicos caractersticos: uno de planicieinundable, prximo a la margen derecha del ro Orinoco, correspondiente a sus vegas;y otro, de planicie poco disecada, que termina en escarpes inclinados en la zona surdel rea. En particular, el rea ocupada por la planta, constituye una terraza dependientes bajas con direccin de drenaje hacia la planicie inundable del ro Orinocoy hacia el ro Caron.Los suelos son de textura arenosa a franco arcillo arenosas, de espesor irregular,generalmente profundos, de color oscuro en la superficie y rojizo en profundidad, debaja fertilidad y buen drenaje debido a la alta permeabilidad que presentan; perfil delsuelo desarrollado por las rocas cuarzo feldespticas.La red hidrogrfica del rea de estudio est limitada por la inundacin del roorinoco y del ro Caron. No existen cauces definidos, salvo por los pequeos ejes dedrenajes y canales construidos que desembocan en la zona de lagunas adyacentes a lamargen derecha del plano de inundacin del ro Orinoco (Laguna Acapulco yCogollal) o en algunos casos directamente al ro Orinoco.La vegetacin caracterstica de la zona ms cercana a donde se localiza lasinstalaciones de esta empresa, est representada por una formacin boscosa deciduaasociada con matorrales bajos deciduos. Presentan un solo estrato denso y continuo,20entre 3 y 5 m de altura compuesto bsicamente por especie como Yopo (piptadenisobliqua), Sup (Pereskia guamacho), Cuj clavellino (Callianra stipulacea), entreotras, que ocupan la mayor parte de los alrededores inmediatos a la planta, segnHoldrige (Ewel, Madriz y Tosi.Por su parte el bosque denso en algunos sectores presenta en su estadosucesional ms avanzado, tres estratos: uno superior constituido por rboles como elAceite (Copaiba officinalis), Camacho, Cardn (Cereus Hexagonus), Guatacaro(Borreris cumanenses) y Araguaney (Tabeuia chrysantha), el intermedio constituidopor arbustos de menor tamao (entre 4 y 6 m) con especies como Aceite (Copaibaofficinalis), Barba de Caballero (Albizzia lebbek), Alcornoques (Bowdichiavirgilioides),Canapiare(Crotonrhannifolius)ySangreDrago(Crotongossypiifolius); y el estrato inferior, es dominado por Bromelia crysantha y juvenilesde otros estratos. Tambin se localizan reas ocupadas por herbazales secos, queconstituyen una densa capa de 0,6 m de altura, en algunos casos asociados conarbustos leosos tales como Canapiare, Tortolitos, Copaibas, Alcornoques yCardones, de alturas que varan entre 6 y 10 m.Los bosques semideciduos es una formacin vegetal transicional entre elbosque deciduo y el bosque inundable, caracterizados por el desarrollo de especiestales como Algarrobo (Hiemenea courboriel), Lechero (Sapium sp.) y el Araguaney(Tabeuia sp.), Sierrita (Cuartea sp.). Pico e`guaro (Zygia ampla). En los bosquesinundables predominan el Caracate negro (Piranthe trifoleata), Caramacate Blanco(Homallium rasemosum), Guatero (Lonchocarous sp.), y en las zonas ms altas selocalizan especies de Ceiba (Ceiba pentandra), Jobo (Spondias Bombin), Algarrobo(Hymanaea courbarial) y Chaparros de Agua (Symmeria paniculada), Lechero(Sapum sp.) y Paraguantan (Sickingia erythroxilon).212.8Proceso de produccinEl proceso se inicia en las minas a cielo abierto, de donde es extrado elmineral de hierro, y posteriormente embarcado hacia la Planta de Procesamiento deMineral de Hierro (PMH) en la ciudad de Puerto Ordaz.2.8.1 Planta procesamiento de Mineral de Hierro (PMH). Puerto Ordaz.Al llegar el tren a Puerto Ordaz, el Departamento de Control de Calidad decidela distribucin de los vagones para seleccionarlos por grupos, de acuerdo a losrequerimientos de las pilas de mineral homogeneizado.Luego, los vagones son empujados individualmente y por medio del volteadorde vagones, vacan su carga en el molino o triturador primario. Esta operacin serealiza a razn de 50 vagones por hora; utilizando la gravedad como elemento deimpulso para el vaciado.Esta planta permite reducir el tamao mximo del mineral de 10 cm. a 3,2 cm.de acuerdo con los requerimientos de las plantas modernas de la industriasiderrgica.Asimismo permite homogeneizar el mineral para lograr una composicinqumica y fsica invariable y clasificarlos en dos tamaos: gruesos de 3,2 a 1,0 cm., yfinos de menos de 1,0 cm.2.8.1.1 Molino terciario: se reduce el mineral de 10 cm. a un tamao mximo de 3,2cm. a una rata de 4.000 toneladas por hora.222.8.1.2 Pilas de homogeneizacin: del molino terciario el mineral pasa a las dos pilasde mezcla y homogeneizacin con capacidad de 150.000 T.M. cada una.2.8.1.3 Planta de secado: el mineral natural tiene una humedad variable de 6 a 10 porciento que dificulta su manejo y trasporte, sobre todo en pocas de lluvia. Por estemotivo es necesario reducir la humedad aproximadamente al 5 por ciento con el finde lograr un eficiente proceso de cernido en la Planta de Clasificacin. Los secadoresfuncionan con gas natural y estn provistos de un eficiente sistema de remocin depolvo, capaz de retener ste en un 99 por ciento evitando as la contaminacinatmosfrica.2.8.1.4 Planta de clasificacin (Panel 10): de los secadores, el mineral pasa a la plantade clasificacin. Esta consiste en cinco tolvas alimentadoras y cinco grandes tamices.El mineral es separado en la parte fina menos de 1,0 cm. y la fraccin gruesa entre 3,2y 1,0 cm.Al igual que los secadores, la Planta de Clasificacin est provista de unsistema de control y remocin de polvo.2.8.1.5 Pilas de almacenamiento de mineral clasificado: las pilas de almacenamientode mineral clasificado tienen capacidad para 1.200.000 toneladas mtricasaproximadamente, donde el mineral grueso y fino es depositado de acuerdo con sutipo por medio de apiladores tubulares.2.8.1.6 Sistema de embarque: su embarque se realiza por medio de un recuperador decangilones con una capacidad de 5000 t/h y correas transportadoras. El mineral pasapor la casa de muestras donde cada 4000t se va analizando qumica y fsicamente.Luego el mineral pasa por una romana incorporada a los rodillos de la correatransportadora, la cual permite registrar la cantidad de mineral despachado.CAPTULO IIIMARCO TERICO3.1 Antecedentes del estudioCaas, D (2001), Diseo Y Calculo de Galpn Para Mantenimiento MecnicoDe Camiones Roqueros De 240 Toneladas C.V.G. Ferrominera Orinoco C.A. PuertoOrdaz Estado Bolvar, Estructuralmente la propuesta se basa en un galpn de trescerchas de las cuales dos estn simplemente apoyadas y poseen dimensiones de20,40m de luz, y otra de 7m de luz en volado. Como rea total del galpn tenemos52,50 m x 36 m, y su distribucin consta de tres naves de 12 m. (p 5)En este trabajo se presentan los clculos de cada uno de los elementos queintegran dicho galpn (correas, arriostramientos, puente gra, columnas, pedestal,fundaciones, trampas de aceites, canales, rea de oficinas, instalaciones sanitarias,etc.)que fueron diseados de acuerdo a las normas y exigencias del usuario.Finalmente se presentan las especificaciones generales para su construccin, lasestimaciones de costos del proyecto y cada uno de los detalles constructivosreflejados en los planos.Diguez, M (2003), Propuesta Para El Diseo De Un Galpn ParaMantenimiento Preventivo Y Correctivo De Las Maquinas Alineadoras YNiveladoras De Rieles C.V.G Ferrominera Orinoco C. A.-Puerto Ordaz, este trabajoconsisteenlaelaboracindel2324diseo y clculo de un galpn de mantenimiento preventivo y correctivo paralas Mquinas Alineadoras y Niveladoras de Rieles. Dicho diseo est basado en lasdemandas hechas por el usuario y contiene cada una de las instalaciones necesariaspara hacer de este galpn una estructura suficientemente adecuada para elmantenimiento de estos equipos, para ello se tom en cuenta que dentro del galpnatraviesan dos vas frreas que cumplen con las Normas rea. (p 5)Una vez realizado el diseo preliminar, fue discutido con el usuario hastaobtener su aprobacin para dar comienzo a los clculos estructurales. Inicialmente seanaliz el comportamiento de la edificacin para cargas laterales y obtenida lamagnitud de la accin ante el techo se dio comienzo a los clculos de cada uno de loselementos estructurales. La estructura del techo es de forma aporticada. Las columnassoportan las diferentes cargas producidas por la estructura y el puente gra concapacidad de Diecisis Toneladas, las mismas estarn protegidas por un pedestal deconcreto armado.Las fundaciones fueron calculadas segn las cargas producidas por lasuperestructura y las condiciones del suelo. La elaboracin de un proyecto dirigido aldiseo y clculo de un rea techada, acondicionada, liviana y econmica que cumplacon ciertas condiciones exigidas por el usuario. El diseo debe incluir dos seccionesde vas frreas colocadas en paralelo y que garanticen espacio suficiente para trabajarlateralmente.Baute, U (2006), Revisin del diseo estructural de la Nave del Taller/ Almacnde la Planta de Concentracin de Mineral de Hierro a construir en Ciudad Piar,Edo. Bolvar, perteneciente a la empresa C.V.G Ferrominera Orinoco. Debido a loserrores y defectos cometidos en las fases de diseo y fabricacin de la naveestructural del edificio taller/almacn se ha requerido nuevo arreglo del montaje de laestructura.(p 5)25En el siguiente informe se efectu la revisin de la nave estructural del edificioTaller/Almacn. El estudio fue realizado aplicando el diseo no experimental. Paraesto se realizo la revisin rigurosa de planos, memoria de clculo y documentacincontractual relacionada con dicha nave estructural; se realizaron inspecciones visualespara determinarlos elementos estructurales mas crticos de acuerdo a los defectos quepresentaron sus uniones soldadas; se model el elemento estructural a estudiarutilizando el programa SOLID EDGE V 17 y se simul el comportamiento de laestructura es estudio bajo las condiciones de carga mas crticas utilizando el programaANSYS WORKBENCH, paraluego determinar el nivel de aceptacin de laestructura basndose en los clculos correspondientes; se sugiri la alternativa desolucin para el perfil de la cubierta del techo De los resultados se pudo determinar lacondicin aprobatoria de la memoria de clculo de los prticos y placa de anclaje;se estableci la condicin de no aceptacin del perfil ZF 200 2,5 como correa de lacubierta del techo, proponindose como alternativa de 5 -solucin utilizar el perfilIPE 200 el cual cumple a las condiciones de carga mas desfavorables.3.2 Proyecto estructuralEl diseo detallado de las estructuras incluye la determinacin de la forma ytamao de los miembros y de sus conexiones y el principal requisito es que lasestructuras deben soportar con seguridad todas las cargas que se le apliquen. Por lotanto, para el proceso de de diseo es indispensable conocer todas las cargas mximasprobables y sus combinaciones. Los ingenieros especialistas en estructuras debendeterminar las combinaciones racionales de cargas que pueden producir los mximosesfuerzos o deformaciones de las diferentes partes de la estructura. No es factibledisear las estructuras ordinarias para que resistan todas las combinaciones de cargasconcebibles, ni las fuerzas excepcionalmente grandes; por lo tanto el proyecto esnecesariamente incierto. Se puede hacer una evaluacin estadstica y probabilstica delas intensidades de las cargas y del funcionamiento estructural, calculando las26perdidas econmicas y daos causados a seres humanos, pero en la actualidad no seconsideran a plenitud estos factores. En vez de eso, se establecen las magnitudes delas cargas y sus combinaciones crticas por medio de criterios basados en laexperiencia, en medidas y en la lgica. Para simplificar el proyecto de las estructurascomunes, los reglamentos de construccin especifican las cargas mnimas de diseospara los diferentes usos de la estructura. Las magnitudes de las cargas de diseo sehan fijado a travs de muchos aos de prctica y, en menor grado, por medio deexperimentacin e investigacin.Por otro lado, el proyectista debe aprender a distribuir y a proporcionar laspartes de las estructuras de manera que tengan suficiente resistencia, su montaje seaprctico y sean econmicas, en la tabla 3.1 se muestran las caractersticas que debetener un proyecto.27Tabla 3.1 Caractersticas de un proyecto (COVENIN, 1753-06).temSeguridadCaractersticas Las estructuras no solo deben soportar las cargasimpuestas (Edo. lmite de falla),sino que adems las deflexionesy vibraciones resultantes, no sean excesivas alarmando a losocupantes, o provoquen agrietamientos (Edo. lmite de servicio)El proyectista debe siempre procurar abatir los costos deconstruccin sin reducir la resistencia, algunas ideas queCostopermiten hacerlo son usando secciones estndar haciendodetallado simple de conexiones y previendo un mantenimientosencillo.Las estructuras diseadas deben fabricarse y montarse sinproblemas, por lo que el proyectista debe adecuarse al equipo einstalaciones disponibles debiendo aprender como se realiza laFactibi fabricacin y el montaje de las estructuras para poder detallarlaslidadadecuadamente, debiendo aprender tolerancias de montaje,dimensiones mximas de transporte, especificaciones sobreinstalaciones; de tal manera que el proyectista se sienta capaz defabricar y montar la estructura que esta diseando.3.2.1 Especificaciones y cdigos de construccinLas especificaciones de diseo de estructuras no se han desarrollado pararestringir al ingeniero sino para proteger al usuario de estas. No todo se encuentra enlos reglamentos as que sin impactar los cdigos o especificaciones empleados, laresponsabilidad final de la estructura (seguridad) recae en el ingeniero estructural.283.2.2 CargasUna de las tareas ms importantes del diseo estructural es determinar de lamanera ms precisa posible el valor de las cargas que soportar la estructura durantesu vida til, as como su posicin y tambin determinar las combinaciones msdesfavorables que de acuerdo a las normas COVENIN-MINDUR 2002-88 NormaVenezolana. Criterios y Acciones Mnimas para el Proyecto de Edificaciones,COVENIN-MINDUR 2003-89. Norma Venezolana. Acciones del Viento sobre lasConstrucciones, COVENIN-MINDUR 1756-:2001. Edificaciones Sismorresistentes.Parte 1.3.2.3 Tipos de cargasUsualmente las cargas se clasifican en dos grupos; cargas muertas (CM) ycargas vivas (CV). Las cargas muertas, son aquellas cuya magnitud y posicin,permanecen prcticamente constantes durante la vida til de la estructura (pesopropio, instalaciones, empujes de rellenos definitivos, cargas debidas a deformacionespermanentes); las cargas vivas, son cargas variables en magnitud y posicin debidasal funcionamiento propio de la estructura (personal, mobiliario, empujes de cargas dealmacenes).3.2.3.1 Cargas muertas: las cargas muertas incluyen todo el peso de los componentespermanentes de una estructura, como vigas, columnas, losas de piso, techos ycubiertas de puentes. Tambin incluyen componentes arquitectnicos, como cielosrasos, herrajes de ventanas y muros divisorios de cuartos. Generalmente a losmuebles o equipos fijos se les clasifica por separado, pero el efecto es el mismo quelos de las cargas muertas.29La carga muerta es quizs el tipo de carga ms sencilla que hay que manejar,porque puede calcularse con facilidad a partir de las dimensiones dadas y lasdensidades conocidas del material. Sin embargo, las dimensiones estructurales no seconocen durante las fases inciales del proyecto, y deben hacerse estimaciones quepueden estar sujetas a cambios posteriores, al ir determinando las proporcionesestructurales. Con alguna experiencia, y con las tcnicas de anlisis aproximados, sepuede estimar rpidamente un diseo preliminar con el cual puedan calcularse cargasmuertas razonables. En los casos que no son de rutina, puede ser necesariocontemplar este mtodo con una revelacin de la carga muerta y un rediseo de laestructura. Las cargas muertas se calculan de manera conservadora, lo que a menudoofrece como resultado que las estimaciones queden un poco antes del lmite deseguridad, de manera que no es necesario redisear a causa de cambios de pocaimportancia en las proporciones finales. Sin embargo, este procedimiento debe usarsecon cuidado porque se presentan muchos casos es los cuales las cargas muertasayudan a contrarrestar la carga viva.3.2.3.2 Cargas viva: se llaman cargas vivas o de ocupacin son todas las originadasdirectamente por las personas, maquinas u objetos mviles. Generalmente estascargas actan solo durante una fraccin de vida de la estructura, pero, de cualquiermanera es necesario considerarlas en el diseo con valores moderadamente elevados.Hasta ahora no se ha logrado obtener una definicin verdaderamente racionalde las cargas de ocupacin. Para ayudar al diseador en las especificaciones por logeneral se prescriben cargas vivas uniformemente distribuidas en edificios. Lascargas de ocupacin suelen ser moderadas. La falla de un piso debida a unasobrecarga, es excepcionalmente rara. Los efectos dinmicos de la mayor parte de lascargas vivas no se consideran explcitamente, ya que hacer un anlisis dinmicocompleto llevara mucho tiempo. Las cargas vivas son suficientemente conservadoras30como para tomar en cuenta el aumento de los esfuerzos, producidos por la vibracinde la estructura.Para anlisis estructural, cualquier carga pertenece a una de estas tres clases:cargas concentradas, que son fuerzas aisladas que actan sobre una superficierelativamente pequea; cargas lineales, que actan sobre una lnea; cargasdistribuidas, que actan en el rea de una superficie. La mayor parte de las cargas sondistribuidas o se consideran como tales.3.2.4 Acciones sobre edificiosSegn lo especifican las Normas Venezolanas COVENIN Criterios y AccionesMnimas para el Proyecto de edificaciones 2002-1988, las acciones son fenmenosque producen cambios en el estado de tensiones y deformaciones en los elementos deuna edificacin, como las cargas, los asentamientos, los efectos de temperatura ygeologa y otros.El requisito principal para el diseo de estructuras es que la forma y el tamaode los miembros y conexiones sean tales que puedan soportar con seguridad todas lasacciones que se les apliquen. En este sentido, podemos decir que es indispensablepara el proceso de diseo conocer y estimar todas las acciones y sus posiblescombinaciones a las que podr estar expuesta la edificacin. Por lo tanto, para elproceso de diseo es indispensable conocer todas las cargas mximas probables y suscombinaciones. Las acciones se clasifican en: permanentes, variables, accidentales yextraordinarias.3.2.4.1 Acciones permanentes: son aquellas que actan continuamente sobre laedificacin y cuya magnitud no vara con el tiempo. Estas acciones representan lascargas gravitatorias debidas al peso de todos los componentes estructurales y no31estructurales, tales como: muros, pisos, techo, tabiques, equipos de servicio unidos alas estructura, pavimentos, rellenos, paredes, frisos, otros.3.2.4.2 Acciones variables: son aquellas cargas originadas por la ocupacin y el usohabitacional del edificio. Generalmente estas cargas actan solo durante una fraccinde vida del edificio con una magnitud variable en el tiempo, pero de cualquier maneraes necesario considerarlas en el diseo con valores moderadamente elevados.Acciones extraordinarias: son aquellas que por lo general no se espera queacten durante la vida til de la edificacin, sin embargo, pueden presentarse en casosexcepcionales y ocasionar catstrofes, pueden ser: explosiones, incendios, otras.Acciones accidentales: tienen una pequea probabilidad de ocurrencia en lavida til de la edificacin y poseen breves lapsos de duracin, entre ellas seencuentran las acciones ssmicas y acciones de viento.3.2.4.3 Acciones de viento: estas cargas dependen de la ubicacin de la estructura, desu altura, del rea expuesta y de la posicin. Las cargas de viento se manifiestancomo presiones y succiones y se determinan segn las Normas VenezolanasCOVENIN-MINDUR 2003-89. Norma Venezolana. Acciones del Viento sobre lasConstruccionesEn general ni se especifican normas de diseo para el efecto de huracanes otornados, debido a que se considera incosteable el diseo contra estos efectos; sinembargo, se sabe que el detallado cuidadoso del refuerzo, y la unin de refuerzos enlos sistemas de piso con muros mejora notablemente su comportamiento.3.2.4.4 Acciones de sismo: estas cargas inducidas en las estructuras estn en relacina su masa y elevacin a partir del suelo; as como de las aceleraciones del terreno y de32la capacidad de la estructura para disipar energa; estas cargas se pueden determinarcomo fuerzas estticas horizontales aplicadas a las masas de la estructura, aunque enocasiones debido a la altura de los edificios o esbeltez se hace necesario un anlisisdinmico para determinar las fuerzas mximas a que estar sometida la estructura.3.3 Seleccin de materiales estructuralesA la hora de seleccionar los materiales a utilizar es conveniente chequear quelos mismos satisfagan las siguientes caractersticas: elevada relacin resistencia/peso,alta deformabilidad, una alta capacidad de deformacin plstica puede compensaralguna deficiencia en la resistencia, baja degradacin, es deseable utilizar un sistemaestructural que exhiba una baja degradacin en resistencia y rigidez ante cargasrepetidas; alta uniformidad, deber evitarse la separacin de los elementosestructurales cuando estn expuestos a sismos, costos razonables, ya que un excesivocosto puede hacer que el proyecto sea poco factible.Entre los sistemas comnmente utilizados se encuentran las estructuras de aceroestructural, estructuras compuestas de acero estructural y concreto armado yestructuras de concreto armado; estructuras de madera, estructuras de concretoreforzado vaciado in situ, estructuras de concreto prefabricado, estructuras deconcreto presforzado y estructuras de mampostera reforzada.3.3.1 El acero estructuralAntes de proceder a una evaluacin de las estructuras metlicas debe tenersesiempre presente los siguientes trminos:3.3.1.1 Lmite de fluencia o cedencia (FY): es el esfuerzo unitario, al cual la curvaesfuerzo deformacin unitaria exhibe un aumento bien definido en deformacin si33aumenta en el esfuerzo. Muchas reglas de diseo se basan en los limites de defluencia de los aceros.3.3.1.2 Resistencia a la tensin o ltima resistencia: es el esfuerzo unitario mximoque puede alcanzar en un ensayo a la tensin.3.3.1.3 Mdulo de elasticidad (E): Es la pendiente de la curva esfuerzo deformacinunitaria en el rango elstico, se calcula dividiendo el esfuerzo unitario, entre ladeformacin unitaria.3.3.1.4 Ductilidad: es la capacidad del material para ser sometido a deformacionesinelsticas sin fracturas. En general se mide mediante el porcentaje de elongacin enuna probeta de longitud especifica comnmente de 2 a 8 pulgadas. El aceroestructural tiene ductilidad considerable, lo que se reconoce en muchas reglas dediseo.3.3.1.5 Soldabilidad: es la capacidad del espacio para soldarse sin cambiar suspropiedades mecnicas bsicas. Sin embargo, los materiales soldados, losprocedimientos y las tcnicas empleadas deben basase en los mtodos aprobados paracada acero. En general, lamanganeso.soldabilidad decrece con el aumento del carbono y3.3.1.6 Dureza: refleja la capacidad de un espcimen liso de absorber energa, comose ha caracterizado por el rea bajo la curva de esfuerzo deformacin.3.3.1.7 Resistencia a la corrosin: se basan en las pendientes de la curva de prdidaspor corrosin (reduccin del espesor) contra el tiempo. Por lo general, la referencia decomparacin es la resistencia a la corrosin del acero al carbono sin cobre. Por lotanto el acero constituye uno de los materiales estructurales por excelencia. Se usa en34gran variedad de tipos y formas en casi cualquier estructura. Desde enormescolumnas hasta los pequeos clavos. El acero estructural es un materialcompletamente industrializado y esta sujeto a estrecho control de su composicin yde los detalles de su moldeo y fabricacin. En la figura 3.1 se muestra la estructurametlicas de un galpn.Figura 3.1. Estructuras metlicas.(CVG Ferrominera 2009).Las estructuras metlicas, sin embargo, deben ser cuidadosamente protegidascontra la corrosin y la accin destructiva de la humedad y ambientes corrosivos, ascomo tambin de la accin del fuego, por lo cual deben ser recubiertas de concreto, ousarse pinturas epxicas adecuadas. Las uniones, por otra parte, constituyen lospuntos dbiles de las estructuras metlicas, y su ejecucin y mantenimiento exigen unestricto control peridico.Por ltimo, es conveniente recordar que en el acero existe la dificultad dematerializar estructuras hiperestticas vinculadas, ya que sus uniones no permiten, al35usar cierto tipo de conectores, una perfecta continuidad. Su costo, adems, puederesultar elevado, competitivo solo en pases altamente industrializados.El acero es empleado en todo tipo de construccin, desde clavos para obras demadera hasta barras de refuerzo para estructuras de concreto armado. Particularmenteel acero estructural corresponde al empleo de perfiles laminados.El diseo de estructuras de acero implica la seleccin de perfiles estndarlaminados en caliente, esta es la forma mas empleada del acero estructural.Adicionalmente, cuando la disponibilidad del tamao necesario para el diseo no esposible, se fabrican perfiles a partir de lminas de acero, soldadas o apernadas en lasfiguras 3.2 y 3.3 (Ambrose, 1998; Galambos, Lin y Johnston, 1999; McCormac,1996).Figura 3.2. Perfiles laminados de acero disponibles en Venezuela (SIDOR, 1998).Figura 3.3.Perfiles armados en base a placas de acero (SIDOR, 1998).

363.3.1.8 Fases de deformacin del acero: durante la deformacin de un material, desdeque se aplica una fuerza por primera vez, hasta que el material se rompe, atraviesa porvarias fases, ver figura 3.4, sern explicadas a continuacin:Figura 3.4. Diagrama de esfuerzo-deformacindel acero (Wikipedia, 2007).Zona elstica: durante esta fase, cualquier fuerza que deforme al material lohar elsticamente, esto significa que al retirar la fuerza, el material regresar a suforma original. Dentro de la zona elstica la razn entre el esfuerzo y la deformacines constante hasta llegar al lmite de proporcionalidad, donde la razn deja de serconstante, la deformacin continuar hasta llegar al esfuerzo de fluencia*Plasticidad perfecta o fluencia: durante esta fase el material se deformaraplsticamente, con lo que al retirar la fuerza ya no regresara a su forma original.Durante esta fase suele referirse al material como perfectamente plstico.37*Endurecimiento por deformacin: al pasar la fase de fluencia, ser posibleresistir una mayor fuerza (mayor esfuerzo) hasta llegar al ltimo esfuerzo.Estriccin: durante esta fase el material comienza a deformarse sobre unaregin especfica con lo que se vera ms angosto en esa regin y por ser ms angostola fuerza soportada disminuir y finalmente llegara a la fractura (fallo), el esfuerzo defractura.De acuerdo a la grfica de esfuerzo-deformacin un material puede serclasificado como dctil si muestra deformaciones relativamente grandes o de locontrario se considera material frgil.3.3.1.9 Propiedades: del diagrama de esfuerzo deformacin practicado en el acero, seobtienen diversos valores correspondientes al esfuerzo de cedencia que varan segnel tipo de acero y se indican en la tabla 3.2. Por otra parte, el mdulo de elasticidad(E) es el mismo para todos los tipos de acero y es igual a 2,1x10 kg/cm o 2x10 MPaen unidades del Sistema Internacional (de Mattos, 2006; Galambos, Lin y Johnston,1999; McCormac, 1996).625Tabla 3.2 Valores de cedencia para diversos aceros.(SIDOR, 1998). Fy(kgf/cm2)2500 3230 -3515Tipo de aceroASTM A36 ASTM A500grado CFy (MPa)248317-345383.3.1.10 Mtodo de construccin: La construccin de estructuras de acero implica poruna parte la unin de las piezas y por otra el alzado de ellas para ser colocadas en ellugar especificado. La conexin de las piezas es de especial cuidado ya que debegarantizar el comportamiento como un sistema estructural; estas conexiones puedenser hechas mediante soldaduras, pernos o remaches.En cuanto a la colocacin los elementos de acero, se debe tener cuidado, ya queel alzado puede implicar inversin de las fuerzas de diseo. Adems debe tomarse encuenta colocar arriostramientos para dar estabilidad a la estructura durante laconstruccin (Galambos, Lin y Johnston, 1999).3.3.2 El Concreto armadoEn la construccin, la palabra concreto se usa para describir una gran cantidadde materiales que tienen un elemento en comn: el uso de un agente aglutinante oaglomerante para formar una masa slida a partir de un agregado suelto inerteordinario. Los tres ingredientes bsicos del concreto ordinario son agua, agenteaglomerante (cemento) y un gran volumen de agregados sueltos (arena, grava). En elproducto finalpuede haber enormes variaciones mediante el uso de diferentesaglomerantes, agregados y con el uso de qumicos especiales y agentes espumosos,productores de burbujas de aire-vaco.El concreto es casi el nico material de construccin que llega en bruto a laobra. Esta caracterstica hace que sea muy til en construccin, ya que puedemoldearse de muchas formas. Presenta una amplia variedad de texturas y colores y seutiliza para construir muchos tipos de estructuras, como autopistas, calles, puentes,tneles, presas, grandes edificios, pistas de aterrizaje, sistemas de riego ycanalizacin, rompeolas, embarcaderos y muelles, aceras, silos o bodegas, factoras,casas e incluso barcos.39Otras caractersticas favorables del concreto son su resistencia, su bajo costo ysu larga duracin. Si se mezcla con los materiales adecuados, el concreto puedesoportar fuerzas de compresin elevadas. Su resistencia longitudinal es baja, peroreforzndolo con acero y a travs de un diseo adecuado se puede hacer que laestructura sea tan resistente a las fuerzas longitudinales como a la compresin. Sularga duracin se evidencia en la conservacin de columnas construidas por losegipcios hace ms de 3.600 aos.Los componentes principales del concreto son pasta de cemento Portland, aguay aire, que puede entrar de forma natural y dejar unas pequeas cavidades o se puedeintroducir artificialmente en forma de burbujas. Los materiales inertes puedendividirse en dos grupos: materiales finos, como puede ser la arena, y materialesbastos, como grava, piedras o escoria. En general, se llaman materiales finos si suspartculas son menores que 6,4 mm y bastos si son mayores, pero segn el grosor dela estructura que se va a construir el tamao de los materiales bastos vara mucho. Enla construccin de elementos de pequeo grosor se utilizan materiales con partculaspequeas, de 6,4 mm. En la construccin de presas se utilizan piedras de 15 cm. dedimetro o ms. El tamao de los materiales bastos no debe exceder la quinta partede la dimensin ms pequea de la pieza de hormign que se vaya a construir.Al mezclar el cemento Portland con agua, los compuestos del cementoreaccionan y forman una pasta aglutinadora. Si la mezcla est bien hecha, cadapartcula de arena y cada trozo de grava queda envuelta por la pasta y todos loshuecos que existan entre ellas quedarn rellenos. Cuando la pasta se seca y seendurece, todos estos materiales quedan ligados formando una masa slida.En condiciones normales el concreto se fortalece con el paso del tiempo. Lareaccin qumica entre el cemento y el agua que produce el endurecimiento de la40pasta y la compactacin de los materiales que se introducen en ella requiere tiempo.Esta reaccin es rpida al principio pero despus es mucho ms lenta. Si hayhumedad, el concreto sigue endurecindose durante aos.Cuando la superficie del concreto se ha endurecido requiere un tratamientoespecial, ya sea salpicndola o cubrindola con agua o con materiales que retengan lahumedad, capas impermeables, capas plsticas, arpillera hmeda o arena. Tambinhay pulverizadores especiales. Cuanto ms tiempo se mantenga hmedo el hormign,ser ms fuerte y durar ms. En poca de calor debe mantenerse hmedo por lomenos tres das, y en poca de fro no se debe dejar congelar durante la fase inicial deendurecimiento. Para ello se cubre con una lona alquitranada o con otros productosque ayudan a mantener el calor generado por las reacciones qumicas que seproducen en su interior y provocan su endurecimiento.3.3.2.1 Caractersticas fsicas: a continuacin e indican valores aproximados:Densidad: en torno a 2350 kg/m3Resistencia a la compresin: de 150 a 500 kg/cm2 (15 a 50 MPa) para elhormign ordinario. Existen hormigones especiales de hasta 2000 kg/cm2 (200 MPa).Resistencia a la traccin: proporcionalmente baja, generalmentedespreciable en el clculo global, del orden de un dcimo de la resistencia a lacompresin.Tiempo de fraguado: dos horas, aproximadamente, en funcin de latemperatura y la humedad del ambiente exterior.41Tiempo de endurecimiento: progresivo, en funcin de la temperatura,humedad y otros parmetros.De 24 a 48 horas, la mitad de la resistencia mxima, en una semana 3/4partes y en 4 semanas prcticamente la resistencia total.Hay que resaltar que el hormign se dilata y contrae en magnitudessemejantes al acero, pues tienen parecido coeficiente de dilatacin, por lo que resultamuy til su uso simultneo en la construccin, adems el hormign, recubrindolo,protege al acero de la oxidacin.3.3.2.2 Usos corrientes: es un material con buenas caractersticas de resistenciaante esfuerzos de compresin, sin embargo, tanto su resistencia a traccin como alesfuerzo cortante son relativamente bajas, por lo cual se debe utilizar en situacionesdonde las solicitaciones por traccin o cortante sean muy bajas.Para superar este inconveniente, se "arma" el concreto introduciendo barras deacero, conocido como concreto armado, o concreto reforzado, permitiendo soportarlos esfuerzos cortantes y de traccin con las barras de acero, en la figura 3.5 semuestran algunas secciones de concreto armado. Es usual, adems, disponer barras deacero reforzando zonas o elementos fundamentalmente comprimidos, como es el casode columnas. Los intentos de compensar las deficiencias del concreto a traccin ycortante originaron el desarrollo de una nueva tcnica constructiva a principios delsiglo XX, la del concreto armado.Posteriormente se investig la conveniencia de introducir tensiones en el acerode manera deliberada y previa al fraguado del hormign de la pieza estructural,desarrollndose las tcnicas del concreto pretensado.42El concreto pretensado ha eliminado muchos obstculos en cuanto a laenvergadura y las cargas que soportan las estructuras de concreto para ser viablesdesde el punto de vista econmico. La funcin bsica del acero pretensado es reducirlas fuerzas longitudinales en ciertos puntos de la estructura. El pretensado se lleva acabo tensando acero de alta resistencia para inducir fuerzas de compresin alconcreto. El efecto de esta fuerza de compresin es similar a lo que ocurre cuandoqueremos transportar una fila de libros horizontalmente; si aplicamos suficientepresin en los extremos, inducimos fuerzas de compresin a toda la fila, y podemoslevantar y transportar toda la fila, aunque no se toquen los libros de la parte central.Estas fuerzas compresoras se inducen en el concreto pretensado a travs de latensin de los refuerzos de acero antes de que se endurezca el concreto, aunque enalgunos casos el acero se tensa cuando ya se ha secado. En el proceso de pretensado,el acero se tensa antes de verter el concreto. Cuando el concreto se ha endurecidoalrededor de estos refuerzos tensados, se sueltan las barras de acero; stas se encogenun poco e inducen fuerzas de compresin al concreto. En otros casos, el concreto sevierte alrededor del acero, pero sin que entre en contacto con l; cuando el concretose ha secado se ancla un extremo del refuerzo de acero al concreto y se presiona porel otro extremo con gatos hidrulicos. Cuando la tensin es la requerida, se ancla elotro extremo del refuerzo y el concreto queda comprimido. En la figura 3.5 semuestran las secciones en concreto armado.Figura 3.5. Secciones transversales en concreto armado (Construaprende, 2007).433.4 Mtodo de los estados lmitesEn la norma venezolana COVENIN - MINDUR 2002 se define el estado lmitecomo la situacin ms all de la cual una estructura, miembro o componenteestructural queda intil para su uso previsto, sea por su falla resistente,deformaciones, vibraciones excesivas, inestabilidad, deterioro, colapso o cualquierotra causa. Para mantener suficientemente pequea la probabilidad de alcanzar unestado lmite, el criterio de diseo establecido en las normas debe asegurar que lademanda representada por las solicitaciones multiplicadas por sus correspondientesfactores de mayoracin no exceda las capacidades o resistencias tericas minoradas.El mtodo de estados lmites segn las nuevas normas COVENIN-MINDURpara estructuras de concreto armado y acero estructural, puede estar relacionado conla prdida de la capacidad de carga o con el deterioro gradual que hace que laestructura no cumpla con la funcin asignada o con la fatiga del material. El estadolmite indica una condicin en la cual la estructura deja de cumplir con una funcindeseada.Las normas COVENIN-MINDUR estipulan dos tipos estados lmites, estadolmite de agotamiento resistente y estado lmite de servicio. El estado lmite deagotamiento resistente, que define la seguridad ante acciones extremas durante la vidatil esperada de la estructura, y el estado lmite de servicio el cual define losrequisitos funcionales.3.4.1 Diseo de estado lmite de agotamiento resistenteEl estado lmite de agotamiento resistente, se basa en la capacidad de carga dela estructura, analizando la estructura en el punto donde alcanza su mxima capacidad44portante y emplea el esfuerzo como parmetro de medida, el criterio fundamentalpara el diseo de estado lmite de agotamiento resistente segn la COVENIN 1618-98. Norma Venezolana. Estructuras de Acero para Edificaciones. Mtodo de losEstados Lmites est dado por la siguiente expresin simplificada (la normaCOVENIN - MINDUR 2004-98 Terminologa de las Normas VenezolanasCOVENIN - MINDUR de Edificaciones hace una formulacin ms rigurosa)iQi RnDonde:(3.1)Qi = Efecto de la carga.i = Factor de mayoracin de carga Q que debe ser mayor a 1.Rn = Resistencia nominal del material.= Factor de resistencia que debe ser menor a 1.La ecuacin 3.1 dice que el diseo consiste en trabajar con cargas mayores a lasesperadas actuando sobre un material con una resistencia menor a la supuesta. Laresistencia supuesta de un material o esfuerzo ltimo para efectos de diseo se diceque es el esfuerzo de cedencia, ya que, una estructura con un comportamiento msall del lmite elstico es lo que se considera para la mayora de los casos como unestado no deseado en la estructura por las implicaciones de las deformacionespermanentes y la prdida de la relacin lineal entre el esfuerzo y la deformacin.3.4.1.1 Acero estructural: segn especificaciones de la norma COVENIN 1618-98.Estructuras de Acero para Edificaciones. Mtodo de los Estados Lmites, los factoresde mayoracin del estado lmite de agotamiento de la resistencia aplicado a cada45carga as como las combinaciones de carga a ser consideradas en las estructuras deaceros se indican en la tabla 3.3.Asimismo, en la tabla 3.4 estn indicados los factores de minoracin de laresistencia que debe emplearse para el diseo de elementos estructurales de acero.Tabla 3.3 Factores de mayoracin y casos de carga paraestructuras de acero. (COVENIN 1618-98). Caso decarga U1U2U3U4U5U6U7Donde: CP = Acciones permanentes debido al peso propio. Definidas enCOVENIN MINDUR 2002 Criterios y Acciones Mnimas para el Proyecto deEdificaciones.CV = Acciones variables debidas al uso. Definidas en COVENIN MINDUR2002. CVt= Acciones variables en techos y cubiertas. Definidas en COVENIN MINDUR 2002. W = Acciones debidas al viento. COVENIN MINDUR 2003. S= Acciones debidas al sismo. COVENIN MINDUR 1756 98. Tabla 3.4. Factores de minoracin empleados en acero (COVENIN 1618-98).Factores de mayoracin1.4 CM 1.2 CM + 1.6 CV + 0.5 CVt1.2 CM + 1.6 CVt + (0.5 CV o 0.8 W)1.2 CM + 1.3 W +0.5 CV+ 0.5 CVt0.9 CM 1.3 W1.2 CM + 1.6 CV S0.9 CM SFactorCaractersticas46Aplastamiento en reas proyectantes de pasadores, fluencia1,00del alma bajo cargas concentradas, cortante en tornillos en juntastipo friccinVigas sometidas a flexin y corte, filetes de soldadura con0,90esfuerzos paralelos al eje de la soldadura, soldaduras de ranura enel metal base0,85Columnas, aplastamiento del alma, distancias al borde ycapacidad de aplastamiento en agujeros3.4.1.2 Concreto armado: los factores de mayoracin del estado lmite de agotamientode la resistencia aplicados a cada carga as como las combinaciones de carga a serconsiderados en las estructuras de concreto armado y los factores de minoracin de laresistencia que deben emplearse para el diseo de elementos estructurales de concretoarmado se indican en las tablas 3.5 y 3.6.Tabla 3.5. Factores de mayoracin y casos de carga para estructuras deconcreto armado (COVENIN 1753-2006).Caso de carga U1U2U3U4U5U6U7U8Factores de Mayoracin 1.4 (CM + CF)1.2 (CM +CF + CT ) + 1.6 (CV + CE) + 0.5 CVt 1.2 CM + 1.6 CVt + (1.6 CV 0.8 W) 1.2 CM 1.6 W + 1.6 CV + 0.5 CVt 1.2 CM + 1.6 CV S 0.9 CM 1.6 W 0.9 CM S 0.9 CM 1.6 CECuando sean importantes, tambin se considerarn las siguientes acciones:Acciones debidas a empujes de tierra, materiales granulares y agua.47EDefinidas COVENIN - MINDUR 2002 Acciones debidas a fluidos. Definidas en COVENIN MINDUR 2002.Acciones geolgicas o trmicas, asentamientos diferenciales. DefinidasCOVENIN-MINDUR 2002.FTEl factor de combinacin de solicitaciones debidas a las acciones variables enlas combinaciones ser 1.00, excepto en pisos y terrazas de edificaciones destinadas avivienda en que se tomar como 0.50.Tabla 3.6 Factores de minoracin empleados en concreto armado(COVENIN 1753-2006).Factores deresistencia 0,900,70SituacionesFlexin y traccinColumnas con armadura transversalhelicoidalColumnas con armadura transversalcerradaCorte y torsin0,650,753.4.2 Mtodo de estado lmite de servicioSe refiere al comportamiento de la estructura bajo cargas normales o deservicio, se relaciona con la carga variable y controla las deformaciones en laestructura. El criterio del estado lmite de servicio es prevenir la interrupcin en el48uso funcional y daos a las estructuras durante su uso normal diario. Si bien un malfuncionamiento no resulta en colapso de la estructura o prdida de vida o lesiones,puede ser un serio perjuicio o menoscabo al usufructo de la estructura y conducir areparaciones costosas.En una estructura flexible es inaceptable despreciar las condiciones de servicio.Hay esencialmente tres tipos de comportamiento estructural que puede llevar alestado lmite de servicio:Excesivo dao local por cedencia, pandeo, deslizamiento, o agrietamiento quepuede requerir un excesivo mantenimiento u ocasionar corrosin.Excesiva flecha o rotacin que puede afectar la apariencia, funcin, o drenajede la estructura, o que puede causar daos a componentes no estructurales y susconexiones.Vibracin excesiva producida por viento o cargas variables transigentes queafectan el bienestar de los ocupantes de la estructura o la operacin de equiposmecnicos.La verificacin del estado lmite de servicio concierne al adecuado desempeode las condiciones de solicitacin. Si bien se supone comportamiento elstico,algunos componentes estructurales debern ser estudiados con respecto a sucomportamiento bajo las acciones que actan a largo plazo.Es difcil especificar valores limites de desempeo estructural basado enconsideraciones de servicio porque depende de una gran gama de tipos de estructura,su uso, y las reacciones fisiolgicas subjetivas, por ejemplo, el movimientoestructural en hospitales deber ser claramente menor al de un edificio industrial. La49percepcin humana de los niveles de movimiento estructural estn muy lejos de losmovimientos que pueden causar algn dao estructural. Las solicitaciones y susapropiadas combinaciones as como los valores lmites aceptables deben serdeterminados cuidadosamente por el ingeniero estructural tomando en consideracinla