VERIFICACION DE LA ESTRUCTURA METALICACONSTRUCCION DE LOSA DE USOS MULTIPLES DEL DISTRITO DE CHARACATO - AREQUIPA Propietario: Proyecto: Ubicación: Municipalidad Distrital de Characato Construcción de Losa de usos Múltiples del Distrito de Characato – Arequipa Arequipa – Arequipa – Characato 1.00.- MEMORIA DESCRIPTIVA DE LA ESTRUCTURA: La configuración corresponde a una estructura irregular en planta, la cobertura ligera será en estructura metálica cubierta con calaminon y planchas de policarbonato. Los elementos de apoyo serán columnas metálicas de planchas dobladas en frio y apoyadas asimismo sobre pilares de concreto armado, existiendo a la vez elementos estructurales de albañilería según se indican en los planos estructurales (Referencia en planos E-01, E-02 y E-03 del Expediente Técnico). Fig-1. Isometría de la cobertura ligera sobre columnas de apoyo Fig-2. Perspectiva de la cobertura ligera (modelado Sap2000) 2..40.. 2. es decir de que pueden y no pueden estar.Carga Viva La carga viva está conformada por todas aquellas cargas que son aleatorias en la estructura como son las cargas por montaje.Carga de Sismo Los movimientos horizontales son los que generan en las estructuras los efectos más significativos por lo que deberán ser considerados los efectos de sismo y por encontrarnos en una zona donde se presenta este eventual fenómeno de sismo. Las columnas de apoyo son dos tubos de acero de 300mmx300mmx3mm unidas adyacentemente y soldada por una de sus caras perimetrales.Carga de Viento En el caso de las estructuras de acero. 2. Las masas para el análisis dinámico fueron consideradas concentradas en cada nudo de la estructura según el método de los elementos finitos.El tijeral (Viga Principal 101) planteado está conformado por tubos de Ø3”x3mm y Ø2”x3mm tal como se muestran en los planos de estructuras.CARGAS DE DISEÑO Las cargas de la estructura son todas aquellas para las que la estructura debe ser diseñada y ser capaz de resistir.. 2. Se considero entre las condiciones de contorno apoyos rígidos.30. 2.20.10.. 3. articulados y/o empotrados. estas pueden ser muertas.10-Analisis por Carga Muerta Se consideran las cargas por peso propio considerado los siguientes datos: Peso del Acero Estructural γa := 7850 kg m 3 Resistencia a la Fractura . Asimismo se realizo el análisis sísmico de acuerdo a la norma técnica peruana E-030 de Diseño Sismoresistente y se toman en consideración para la verificación de los elementos estructurales la norma E-090 para Estructuras Metálicas del RNE. con la forma siguiente: • • • Elementos reticulares (vigas y columnas) tipo frame considerando si se trata de una unión soldada o apoyada. Se desarrollo el modelado estructural por el método de los elementos finitos utilizando el programa comercial SAP2000 con las características geométricas y resistencia mecánica de sus elementos que se detallan en los planos de estructuras del presente proyecto. y estas a su vez se apoyan sobre pilares de concreto armado a través de planchas de ¼” y con el atiesador respectivo. viento y/o de sismo de acuerdo a la norma técnica de estructuras las cuales son con las que se realiza la presente verificación. estas vigas se apoyan sobre columnas a través de una plancha de apoyo de ¼” de espesor en un extremo el apoyo es fijo y el otro es móvil. vivas.00-ANÁLISIS Y COMBINACION DE CARGAS DE CARGAS: 3.00. por su peso propio relativamente bajo y las grandes superficies expuestas a la acción del viento. las cargas de viento pueden ser más importantes que las cargas debidas al sismo por lo que serán consideradas en la verificación de la estructura. para la determinación de la carga viva apropiada para un sistema estructural se torna complicada debido a dos factores primordiales: 1) la incertidumbre de la magnitud de la carga en sí misma y 2) el lugar sobre el que actúa la carga en cualquier instante dado..Carga Muerta Para el metrado de las cargas muertas se considera el peso real de los materiales que lo conforma y de los que deberá soportar la edificación calculados en base al peso unitario de cada material. Todo esto sujetado con pernos de anclaje de ¾” asegurando la unión entre la columna metálica y el pilar de concreto armado. 04 ⋅ Ø° − 1. C E Fx A F B Ø° D Fy 3.005 ⎛ ⎝ kg qo = 40.30-Analisis por Carga de Viento Las armaduras que conforman la estructura principal tienen un ángulo de inclinación típico de 11.00 km hr 2 ⎞ ⎛ Vo ⎞ ⎜ ⎟ 2 ⎟ km m ⎠⎜ ⎟ ⎝ hr ⎠ ángulo de inclinación velocidad del viento qo := ⎜ 0.31.-Datos: Ø° := 11.5 kg m 2 presión dinámica 3.Carga de Viento en X Coeficientes de Presión Exterior a) Superficie E CEx := 0.Fu := 4080 kg cm 2 Resistencia la Fluencia Fy := 2530 Modulo de Elasticidad kg cm 2 Eo := 2100000 Relación de Poisson kg cm 2 ν := 0. la velocidad del viento fue tomado del Mapa Eólico del Perú según el RNE norma E-020 de cargas presentes en estructuras.17° formado entre las bridas inferior y superior respectivamente..32.17 Vo ≡ 90.00 kg/m2 sobre la cobertura ligera 3.30 Modulo de Elasticidad de Corte Go := 800000 kg cm 2 Resistencia del Concreto (Verificación de falla) Fc := 210 3.20 .20-Analisis por Carga Viva kg cm 2 Se considero una sobrecarga por montaje y mantenimiento de 50. .CEx = −0.Fuerzas actuantes en la superficie F a) Fuerza en X FxF := PFx ⋅ sin ⎜ FxF = −7.655 2 m b) Superficie F PFx := qo ⋅ CFx − Cimax if CFx − Cimax > CFx + Cimax ( CFx + Cimax ) otherwise kg PFx = −40.733 m .753 b) Superficie F CFx := −0..846 b) Fuerza en Z ⎛ Ø° ⋅ π ⎞ ⎟ ⎝ 180 ⎠ 2 kg m FzF := PFx ⋅ cos ⎜ ⎛ Ø°⋅ π ⎞ ⎟ ⎝ 180 ⎠ kg 2 FzF = −39.5 2 m 3.70 Coeficientes de Presión Interior Cimax := 0.847 kg m 2.Fuerzas actuantes en la superficie E a) Fuerza en X FxE := PEx ⋅ sin ⎜ FxE = −8.263 b) Fuerza en Z ⎛ Ø°⋅ π ⎞ ⎟ ⎝ 180 ⎠ 2 kg m FzE := PEx ⋅ cos ⎜ ⎛ Ø°⋅ π ⎞ ⎟ ⎝ 180 ⎠ 2 FzE = −41.33.4.0..30 Cimin := −0.30 3.Presión sobre las Superficies a) Superficie E PEx := qo ⋅ CEx − Cimax if CEx − Cimax > CEx + Cimax ( CEx + Cimax ) otherwise kg PEx = −42.34. 00.05 0 1 2 T 3 4 5 Donde: Z : factor de zona U : factor de uso S : factor de suelo R : factor de ductilidad Tp : periodo de vibración del suelo T : periodo natural principal de la estructura (pude obtenerse del análisis dinámico) C : factor de amplificación sísmica g : aceleración de la gravedad 3.5 if 2.R.F. 0.5 ⋅ Tp Tp T 0.I.1 Sa ( T ) := otherwise T Z⋅ U ⋅ S ⋅ C ( T ) R 0. 5 ESPECTRO DE PSEUDOACELERACIONES 0.2D + 0.3.5Lr + 1.. Posteriormente del cálculo de esfuerzos para cada combinación de esfuerzos se procedió a realizar las combinaciones de carga según los factores de carga del método a la rotura del código A.Combinación de Cargas Puesto que la estructura va estar sometida a diversas cargas durante su vida útil se han considerado las siguientes condiciones de carga: Se obtendrá del análisis estructural los esfuerzos correspondientes a cada elemento para cada sección así como el diseño en acero por verificación D = Condición de Carga Muerta Lr = Condición de Carga Viva de montaje W = Condición de Carga de Viento o Sismo.1 .2D + 0. . siendo la mayor flecha la presente en el eje H.40-Analisis por Carga de Sismo Parámetros Sísmicos: Z := 0.-Verificacion de Flechas Máximas Según el análisis estructural se tienen las siguientes flechas máximas por eje considerándose solo las cargas de servicio. que especifica las siguientes combinaciones de carga a la rotura para calcular los esfuerzos: Combo1: Combo2: Combo3: Combo4: U = 1.2D + 1.5 .1.60 T := 0.00 Tp := 0.2 C ( T ) := 2.S..3W U = 1.-VERIFICACION Y RESULTADOS DEL ANALISIS ESTRUCTURAL 4.15 > 2.5 Sa( T) 0.50 S := 1.40 U := 1.5Lr .20 R := 8.C.D.50.10.3W 4..4D U = 1.5 ⋅ 2.25 0.6Lr U = 1. denominado método L. 00 0.627m De := 3.20.153mm 1 ⋅ Lo Δmax := 250 Δmax = 118.00 Nivel 1 Ux(m) 0.58 D ‐45.0068 0.8 ⋅ mm Verificacion_Deflexion := "Deflexion adecuada" if Δmax > Δh "Deflexion excesiva" Verificacion_Deflexion = "Deflexion adecuada" 4. corrigiéndose de esta manera tal exceso en el desplazamiento de la estructura.22 F ‐54.-Verificacion por Desplazamientos Horizontales Máximos Los desplazamientos considerados son los causados por los efectos de sismo. 4.-Verificacion por Esbeltez Se verifico el elemento de mayor longitud considerando sus propiedades geométricas y de resistencia estructural Verificación de la diagonal o parante en las vigas 101 Loi := 3.000 0.010 Factor de ductilidad Factor de desplazamiento Lateral en X Factor de desplazamiento Lateral en Y otherwise Ux: Desplazamiento máximo en la dirección X Uy: Desplazamiento máximo en la dirección Y H: Altura Libre N° 1.70m Δh := 57. El exceso en el desplazamiento es de 21.93 Verificación por deflexión máxima permisible Lo := 29.2⋅ mm .15 G ‐54.00in es := 3.55 A ‐11. y realizándose un análisis espectral según la norma E-030 del RNE se obtuvieron los desplazamientos máximos como se muestran a continuación: R= Øx = Øy = 8.22 E ‐54.0115 Uy(m) 0.13 C ‐28.1357 Observándose la necesidad del arriostramiento a lo largo del eje central 4 y 5 para su mejor comportamiento frente a posibles acciones sísmicas en la región.00mm Di := De − 2 ⋅ es Di = 70.Viga Principal 101 Flecha Máxima Eje (mm) I ‐34.30.98 B ‐19.25cm calculado a partir de un nuevo análisis con arriostramiento rígidos en el eje central y arriostramiento con cables flexibles en los ejes derecho e izquierdo.010 0.67 H ‐57.2285 H(m) Øx Øy Condición X OK Condición Y Verificar 12. Diagrama de cargas axiales (Verificación de diseño con la norma E-090 del RNE) Verificación de resistencia a la tracción de la diagonal o parante en las vigas 101 a) Datos: diámetro exterior Det := 3.894⋅ mm ko := 0.Ho := 1.037m −7 m 4 Verificacion_esbeltez := "Ok" if ko ⋅ Loi 300 < ro "Verificar" otherwise Verificacion_esbeltez = "Ok" 4.80m Ag := π ⋅ (De2 − Di2) 4 2 Ag = 689.00mm Dit := De − 2 ⋅ es espesor diámetro interior .00in est := 3.50 ⎡ 1 ⎡⎛ De ⎞ 4 ⎛ Di ⎞ 4⎤⎤ Io := 2 ⋅ ⎢ π ⋅ ⎢⎜ ⎟ − ⎜ ⎟ ⎥⎥ ⎣ 4 ⎣⎝ 2 ⎠ ⎝ 2 ⎠ ⎦⎦ Io = 9.40.-Verificacion de elementos por Tracción en la Viga 101 Se verifico el elemento de mayor carga a la tracción considerando sus propiedades geométricas y de resistencia estructural.257 × 10 ro := Io Ag ro = 0. 75 ⋅ Fu ⋅ Agt Carga resistente ØPn1 = 23.319m otherwise Pu := 17.Dit = 70.-Verificacion de elementos por Compresión en la Viga 101 Se verifico el elemento de mayor carga a la compresión considerando sus propiedades geométricas y de resistencia estructural.26ton Resistencia_traccion_conexion := "Ok" if Tu1 < ØPn1 "Verificar" Resistencia_traccion_conexion = "Ok" c) En zona del cuerpo otherwise ØPn2 := 0.26ton Resistencia_traccion_cuerpo := "Ok" if Tu2 < ØPn2 "Verificar" Resistencia_traccion_cuerpo = "Verificar" 4.01ton λc := ko ⋅ Lmc ro ⋅ Fy 2 Carga actuante π ⋅ Eo λc = 0.50 otherwise ØFcr := 2 ⎡⎛ ⎤ λc ⎞ ⎣⎝ 0.40.658 ⎠ ⋅ Fy⎦ if λc < 1.90 ⋅ Fy ⋅ Agt Carga resistente ØPn2 = 17.316⋅ ton Carga actuante Tu2 := 19.501 Pandeo := "Inelastico" "Elastico" Pandeo = "Inelastico" if λc < 1.325⋅ ton Resistencia_compresion := "Ok" if Pu < ØPn "Verificar" Resistencia_compresion = "Ok" otherwise .50 ⎡⎛ 0.877 ⎞ ⎤ ⎢⎜ 2 ⎟ ⋅ Fy⎥ otherwise ⎣⎝ λc ⎠ ⎦ ØFcr = 2.894⋅ mm b) En zona de conexiones ØPn1 := 0.271⋅ ton Carga actuante Tu1 := 19.2 ⋅ mm Agt := π ⋅ (Det2 − Dit2) 4 2 área neta Agt = 689. Verificación de resistencia a la compresión de la diagonal o parante en las vigas 101 a) Datos: Longitud del miembro Lmc := 3.278 × 10 ⋅ 3 kg cm 2 ØPn := ØFcr ⋅ Ag Carga resistente ØPn = 17. 00cm Ancho := Det + vol Ancho = 126.4.-Verificacion de Columnas Metálicas longitud mínima de anclaje Se verificaron las columnas metálicas considerando sus propiedades geométricas y de resistencia estructural frente a las cargas de diseño (muerta.96ton vol := 5.2⋅ mm Ancho − 0.-Verificacion de la plancha de apoyo y pernos de anclaje Se verifico la plancha de apoyo y los pernos de anclaje considerando sus propiedades geométricas y de resistencia estructural.50.60 ⋅ Fc ∧ Fcorte ≤ 0.85 ⋅ Fc ) "Verificar" otherwise Verificacion_area_plancha = "Ok" b) Verificación por corte y diámetro de la barra de anclaje in 4 Ødowells = 19.2⋅ mm Largo := Det + vol Largo = 126. Verificación de resistencia a la compresión de la diagonal o parante en las vigas 101 a) Datos: carga actuante Pud := 10.76ton Vudc Fcorte := Ndowells Fcorte = 0.75π ⋅ ⎜ ⎛ Ødowells ⎞ ⎟ ⋅ Fyr 2 ⎝ ⎠ 2 otherwise Verificacion_anclajes = "Ok" c) Longitud de anclaje Lan := 12 ⋅ Ødowells Lan = 22. .05⋅ mm Ndowells := 6 Vudc := 0. viento y sismo).75π ⋅ ⎜ "Verificar dowells" 2 ⎛ Ødowells ⎞ ⎟ 2 ⎝ ⎠ < 0. n2) 2 0.60.127⋅ ton Verificacion_anclajes := "Ok" if Ødowells := 3 diámetro de los pernos numero de pernos por apoyo fuerza de corte actuante en una columna fuerza de corte resistente de un perno Fcorte 0.639 ⋅ mm Verificacion_area_plancha := "Ok" if ( Largo) ⋅ ( Ancho ) ≥ Pud 0. viva.60 ⋅ ( 0.90( Ancho ) ⋅ ( Largo) ⋅ Fy espesor de la plancha espesor = 7.95 ⋅ Det n2 := 2 espesor := longitud del volado ancho de la plancha largo de la plancha 2 ⋅ ( Pud) ⋅ max ( n1 .86⋅ cm 4.80 ⋅ Det n1 := 2 Largo − 0. 00 -0.08 -0.69 -0.04 Verificación de resistencia de las columnas metálicas a) Verificación por carga axial radio de giro roc := 186.01 -0.56 -7.35 -5.09 0.11 -0.12 -0.09 0.44 -9.00 -0.09 0.03 -10.09 0.88 -3.43 -9.52 -8.03 -0.01 -0.04 -0.06 -10.10 -0.14 -0.96 -9.00 -0.01 -0.35m Puc := 10.56 -0.44 -9.90 -4.08 -0.98 -9.51 -0.53 -7.01 -0.05 -0.00 0.10 -0.29 -10.Propiedades de la columna metálica (Ton-mm) Columna en Ejes H-9 H-1 G-9 G-1 F-9 F-1 E-9 E-1 D-1 C-1 B-1 D-9 C-9 B-9 A-9 A-1 I-1 I-9 Cargas Actuantes Análisis Estructural P(Ton) V2(Ton) V3(Ton) -9.90 -6.04 -0.53mm Lco := 6.51 -0.12 -0.45 -0.00 -0.00 0.77 -0.38 -0.96ton longitud libre del miembro carga actuante .08 -8.06 -10.17 -0.14 -0.06 0. SUPERVISION Arequipa . .Se recomienda asegurar que las uniones soldadas sean de la mejor calidad posible asegurando la vida útil de la estructura.50 otherwise "Elastico" Pandeo = "Inelastico" ØFcrc := 2 ⎡⎛ ⎤ λc ⎞ 0. así como en la linealidad de las columnas metálicas estructurales en sus respectivos ejes.877 ⎞ ⎤ ⎢⎜ 2 ⎟ ⋅ Fy⎥ otherwise ⎣⎝ λc ⎠ ⎦ ØFcrc = 2.325⋅ ton Resistencia_compresion_col := carga resistente "Ok" if Puc < ØPnc otherwise "Verificar" Resistencia_compresion_col = "Ok" 5. y arriostramiento flexibles con cables de Ø3/8” en los ejes derecho e izquierdo evitando de esta manera giros excesivos.Enero 2011 . .278 × 10 ⋅ 3 kg cm 2 ØPnc := ØFcrc ⋅ Agc ØPn = 17.79 Pandeoc := "Inelastico" if λcc < 1.50 ⎡⎛ 0.00mm a manera de crucetas evitando desplazamientos longitudinales.658 ⎣⎝ ⎠ ⋅ Fy⎦ if λcc < 1. . .Se deberá fijar adecuadamente las planchas de apoyo y de esta manera asegurar el buen comportamiento estructural de las uniones entre la columna metálica y de concreto armado (unión de planchas con pernos de anclaje).Para efectos estéticos y visuales se deberán fijar correctamente los ejes principales y secundarios de las vigas metálicas.00. .Se deberán considerar para efectos del montaje cargas adicionales por izamiento de maquinarias u otros dispositivos de peso considerable.La observación más importante es la necesidad de realizar el arriostramiento de la estructura metálica evitando de esta manera desplazamientos excesivos que pudieran afectar el diseño inicial.10 factor de esbeltez Agc := 63857mm λcc := koc ⋅ Lco roc ⋅ 2 área neta de la sección Fy π ⋅ Eo 2 λcc = 0.Los arriostramiento se recomiendan que se realicen uno principal en el eje central rígido a través de tubos estructurales de acero de Ø2”x3.koc := 2.-CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .