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“MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE
HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909.
GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC
GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA
SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS
“Año de la universalización de la salud”
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1. MEMORIA DE CALCULO-
ESTRUCTURAS METALICAS
(I.E.S.T HAQUIRA)
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MEMORIA DE CÁLCULO
1. CARGAS DE DISEÑO.
Las edificaciones y todas sus partes deberán ser capaces de resistir las cargas que se
les imponga como consecuenciade su uso previsto. Estas actuarán en las combinaciones
prescritas y no causarán esfuerzos que excedan los admisibles señalados para cada
material estructural en su norma de diseño específica. En ningún caso las cargas
asumidas serán menores que los valores mínimos establecidos en esta Norma. (1)
1.1 CARGAS MUERTAS.
Son cargas de magnitud constante que permanecen en un mismolugar; constan del peso
propio de la estructura y de otras cargas que están permanentemente unidas a ella.
Para diseñar una estructura es necesario estimar los procesos o cargas muertas de las
diversas partes para considerarlas en el diseño. Los pesos obtenidos en el diseño se
comparan con los pesos estimados. Si se encuentran grandes discrepancias, se repite el
análisis estimando mejor los pesos.
1.2 CARGAS ACCIDENTALES.
1.2.1 CARGAS DE VIENTO.
La estimación de las cargas de ninguna manera puede considerarse como una ciencia
exacta. Las magnitudes de las cargas del viento varían con la localidad geográfica, la
altura sobre el terreno, el tipo de terreno que rodea el edificio, incluyendo otras estructuras
aledañas y con otros factores.
La estructura, los elementos de cierre y los componentes exteriores de todas las
edificaciones expuestas a la acción del viento, serán diseñados para resistir las cargas
(presiones y/o succiones) exteriores e interiores debidas al viento, suponiendo que éste
actúa en dos direcciones horizontales perpendiculares entre sí. En la estructura la
ocurrencia de presiones y/o succiones exteriores serán consideradas simultáneamente.
(2)
1.2.1.1 VELOCIDAD DE DISEÑO DEL VIENTO.
La velocidad de diseño del viento hasta 10m de altura será la velocidad máximaadecuada
a la zona de ubicación de la edificación, pero no menos de 75 Km/h. La velocidad de
diseño del viento en cada altura de la edificación se obtendrá de la siguiente expresión.
  22
.
0
10
h
V
Vh  (2.1)
Donde:
Vh = es la velocidad de diseño en la altura h en Km/h
V = es la velocidad de diseño hasta 10m de altura en Km/h
h = es la altura sobre el terreno en metros
1.2.1.2 CARGA EXTERIOR DE VIENTO.
La carga exterior (presión o succión) ejercida por el viento se supondrá estática y
perpendicular a la superficie sobre la cual se actúa. Se calculará de la expresión:
1 Reglamento Nacional deEdificaciones (RNE) normas E020
2 Reglamento Nacional deEdificaciones (RNE) normas E020
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2
005
.
0 h
h V
C
P  (2.2)
Donde:
Ph = es la presión o succión del viento a una altura h en Kg/m2
C = es un factor de forma adimensional indicado en la Tabla 2.1
Vh = es la velocidad de diseño a la altura h, en Km/h
Tabla 2.1. Factores de forma (Fuente: RNE norma E020)
CONSTRUCCIÓN BARLOVENTO SOTAVENTO
Arcos y cubiertas cilíndricas con un ángulo de inclinación
que no exceda 45°
0.8 -0.5
Superficies inclinadas a 15° o menos
0.3
-0.6
-0.7
Superficies inclinadas entre 15° y 60°
0.7
-0.6
-0.3
Superficies inclinadas entre 60° y la vertical 0.8 -0.6
* El signo positivo indica presión y el negativo succión.
1.2.2. CARGAS SÍSMICAS
Un sismo ocasiona aceleraciones en la superficie del terreno. Estas aceleraciones
pueden descomponerse en sus componentes verticales y horizontales. Normalmente la
componente vertical es insignificante pero la horizontal puede ser de magnitud
considerable.
El efecto de la aceleración horizontal crececon la distancia por encimadel terreno debido
al efecto vibratorio del sismo, por lo que las cargas de diseño deben incrementarse
proporcionalmente.
Se empleará la siguiente fórmula para calcular la fuerza horizontal debido a la carga de
sismo según la norma E- 030.
V = Z U C S P/ R
Debiendo considerarse para C/R el siguiente valor mínimo:
125
.
0

R
C
(2.4)
Z = Factor De Zonificación Sísmica
S = Factor de suelo
SO = Roca Dura
S1 = Roca o Suelos muy Rígidos
S2 = Suelos Intermedios
S3 = Suelos Blandos
S4 = Condiciones Excepcionales
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U = Factor De Uso E Importancia
A= Edificaciones Esenciales: (1.5)
A1: Establecimientos de salud del SectorSalud (públicos y privados) del segundo y tercer
nivel, según lo normado por el Ministerio de Salud.
A2: Edificaciones esenciales cuya función no debería interrumpirse inmediatamente
después de que ocurra un sismo severo tales como:
- Establecimientos de salud no comprendidos en la categoría A1.
- Puertos, aeropuertos, locales municipales, centrales de comunicaciones. Estaciones de
bomberos, cuarteles de las fuerzas armadas y policía.
- Instalaciones de generación y transformación de electricidad, reservorios y plantas de
tratamiento de agua.
Todas aquellas edificaciones que puedan servir de refugio después de un desastre, tales
como instituciones educativas, institutos superiores tecnológicos y universidades.
Se incluyen edificaciones cuyo colapso puede representar un riesgo adicional, tales como
grandes hornos, fábricas y depósitos de materiales inflamables o tóxicos.
Edificios que almacenen archivos e información esencial del Estado.
B= Edificaciones Importantes: (1.3)
Edificaciones donde se reúnen gran cantidad de personas tales como cines, teatros,
estadios, coliseos, centros comerciales, terminales de pasajeros, establecimientos
penitenciarios, o que guardan patrimonios valiosos como museos y bibliotecas.
También se considerarán depósitos de granos y otros almacenes importantes para el
abastecimiento.
C= Edificaciones Comunes: (1)
Edificaciones comunes tales como: viviendas, oficinas, hoteles, restaurantes, depósitos e
instalaciones industriales cuya falla no acarree peligros adicionales de incendios o fugas
de contaminantes.
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C = Factor De Amplificación Sísmica
De acuerdo a las características de sitio, se define el factor de amplificación sísmica (C)
por las siguientes expresiones:
Este coeficiente se interpreta como el factor de amplificación de la aceleración estructural
respecto de la aceleración en el suelo.
T = Período fundamental
R = Factor de Reducción de Solicitaciones Sísmicas.
Los sistemas estructurales se clasificarán según los materiales usados y el sistema de
estructuración sismorresistente predominante en cada dirección.
Según la clasificación que se haga de una edificación se usará un coeficiente de
reducción de fuerza sísmica (R).
Tabla 2.2. (RNE norma E030)
P = Peso Total De La Edificación
El peso (P), se calculará adicionando a la carga permanente y total de la Edificación un
porcentaje de la carga viva o sobrecarga que se determinará de la siguiente manera:
 En edificaciones de las categorías A y B, se tomará el 50% de la carga viva.
 En edificaciones de la categoría C, se tomará el 25% de la carga viva.
 En depósitos, el 80% del peso total que es posible almacenar.
 En azoteas y techos en general se tomará el 25% de la carga viva.
 En estructuras de tanques, silos y estructuras similares se considerará el 100%
de la carga que puede contener.
1.2.3. CARGA DE NIEVE.
Art. 11 RNE2006 E-020 CARGAS
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CARGA DE NIEVE SOBRE LS TECHOS (Qs)
El valor mínimo de la carga de nieve sobre el suelo Qs, sera de 0.40 KPa (40 Kgf/m2),
que equivalen a .40 m de nieve fresca (peso específico de 1KN/m3 (100 Kgf/m3)) o a 0.20
m de nieve compactada (peso específico de 2KN/m3 (200 Kgf/m3))
11.3 CARGA DE NIEVE SOBRE LOS TECHOS (Qt)
1.2.4. CARGAS VIVAS DE TECHO.
Es el peso de todos los ocupantes, materiales, equipos, muebles y otros elementos
movibles soportados por la edificación.
Pueden variar en magnitud y localización y pueden sercausadas por los pesos de objetos
colocados temporalmente sobre una estructura, por vehículos en movimiento o por
fuerzas naturales.
 Para los techos con una inclinación hasta de 3° con respecto a la horizontal, (100
kg/ m2
).
 Para techos con inclinación mayor de 3°, 100 kg/m2
reducida en 5 kg/m2
, por cada
grado de pendiente por encima de 3°, hasta un mínimo de 50 kg/m2
.
 Para techos curvos, 50 kg/m2
.
 Para techos concoberturas livianas de asbesto - cemento, calamina, fibrocemento
o tela y para toldos y doseles, cualquiera sea su pendiente, 30kg/m2
, excepto
cuando puede haber acumulación de nieve en cuyo casola carga seráestablecida
por el proyectista, justificándola ante las autoridades competentes.
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2. ESPECIFICACIONES AISC-LRFD
Tabla2.3. Fórmulas E090.
Fórmula Combinación de Carga AISC-LRFD
Máxima posibilidad de carga en la vida
útil de 50 años
(A4. 1) 1.4 D Carga muerta D durante la construcción
(A4.2) 1.2 D + 1.6 L + 0.5 ( S ó Lr ó R ) Carga viva L
(A4.3) 1.2 D + 1.6 ( Lr ó S ó R ) +( 0.8 W ó
0.5 L )
Carga en el techo
(A4.4) 1.2 D + 1.3 W + 0.5 L +0.5 ( Lr ó S ó R
)
Carga de viento W aditiva a la carga
muerta
(A4.5) 1.2 D + 1.5 E + ( 0.5 L ó 0.2 S ) Carga de sismo aditiva a la carga muerta
(A4.6) 0.9 D - ( 1.3 W ó 1.5 E ) WóEopuesta a la carga muerta
2.1. FACTOR DE RESISTENCIA Φ.
Es el valor que sirve de base para asegurar que los efectos factorizados sobre la estructura
son menores que la resistencia confiable de sus miembros, la resistencia nominal para un
tipo de esfuerzo de un elemento estructural puede tener una dispersión estadística de
su comportamiento comprobado por estudios teóricos y de laboratorio, lo que se toma en
cuenta por el llamado factor de Resistencia Φ es menor que la unidad y sus valores para
determinado tipo de solicitación estarán definidos por el conocimiento que se tenga del
comportamiento real del miembro o la conexión considerada.
Tabla 2.4. Valores de miembros a diferentes esfuerzos.
3. MÉTODOS DE ANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL.
Para el análisis y diseño de las estructuras de la cubierta del coliseo se han empleado
criterios, modelos matemáticos y métodos concordantes con las estructuras particulares
de este proyecto. (Método de Elementos finitos, LRFD)
Los métodos de análisis estructural que se aplicaron en el desarrollo de este proyecto,
satisfacen los principios básicos de la estática y de la mecánica estructural. Estos
principios básicos son: Resistencia, Estabilidad y Rigidez.
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3.1. NORMAS Y REGLAMENTOS
En el desarrollo del proyecto estructural se utilizaron las siguientes normas y reglamentos
de diseño:
 Reglamento Nacional de Edificación del Perú (EDICIÓN VIGENTE).
 Norma Técnica E.020 “Cargas” (2006).
 Norma Técnica E.030 “Diseño Sismorresistente” (2018).
 Norma Técnica E.090 “Estructuras Metálicas” (2006).
 Normas del Instituto Americano de Construcción en Acero (AISC)
 Código para Soldadura en Construcciónde Edificios de la Sociedad Americana de
Soldadura (AWS) (AWS D1.1) (AWSD1.3) Códigos para Estructuras.
 Normas A.S.T.M. (Sociedad Americana de Pruebas y Cargas). (ASTM 165)
 A.S.N.T (Sociedad Americana de Ensayos No Destructivos). Practica
recomendada para END.
3.2. MATERIALES.
3.2.1 PERFILES
NormaTécnicade los perfiles laminados seráde aceroal carbonofabricadosegún la norma
ASTM A-500
Norma técnica, calidad estructural, conforme a la Norma ASTM A-1011 GRADO 36.
Las propiedades mecánicas mínimas de estos aceros se indican a continuación:
- Esfuerzo de Fluencia (Kg/mm²) :25.3-27
- Resistencia en tensión (Kg/mm²) :37
- Alargamiento de rotura (%) :18-25%
3.2.2 PLANCHAS
Norma Técnica de las planchas será de acero al carbono fabricado según la norma ASTM
A-36
Norma técnica equivalente DIN 17100 St 37-2 / St 44-2
Las propiedades mecánicas mínimas de estos aceros se indican a continuación:
- Esfuerzo de Fluencia (Kg/mm²) :25.3
- Resistencia en tensión (Kg/mm²) :41/56
- Alargamiento de rotura (%) :20%
3.2.3 CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS DEL ACERO.
Los valores fundamentales para el diseño de las piezas de acero son:
- Módulo de Elasticidad: E 210 GPa
- Módulo de Rigidez: G 81 GPa
- Coeficiente de Poisson: ν 0.3
- Coeficiente de dilatación térmica: α 1.2 10-5 (ºC) -1
- Densidad: ρ 7.850 kg/m3
3.2.4 PERNOS
Todos los pernos serán de cabeza y tuerca hexagonal, y sus propiedades se ajustarán a lo
indicado en las Norma ASTM A325 para el caso de pernos de alta resistencia, y a lo
indicado en la Norma ASTM A307 para el caso de pernos corrientes de baja resistencia.
Las dimensiones de los pernos y sus tuercas estarán de acuerdo a lo indicado en las
Normas ANSI B18.2.1-1981 y ANSI B18.2.2-1972 respectivamente. Las características de
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la rosca se ajustarán a lo indicado en la Norma ANSI B1.1-1982 para roscas de la serie
UNC (gruesa), clase 2A.
3.2.5 SOLDADURA.
La soldadura será de arco eléctrico. El material de los electrodos será del tipo E6010 ó
E6011 o E7018 con una resistencia mínima a la tensión (Fu) de 4,200 kg/cm2
. El material
de soldadura deberá cumplir con los requerimientos prescritos en las Normas AWS D1.1 y
D1.3 de la American Welding Society, la soldadura se efectúa por el método de arco
metálico protegido.
4. DISEÑO DE ESTRUCTURAMETALICA BLOQUE 08 (CANCHA DEPORTIVA)
4.1. CARGAS ACTUANTES EN LA ESTRUCTURAMETALICA
4.1.1. CARGAS DE VIENTO (W)
De acuerdo al mapa eólico la provincia de Abancay presenta una velocidad de viento de
60 Km/h, sin embargo, propondremos velocidades de viento de 75 km/h comolímite para
fines de diseño y normativa.
La altura máxima de la cubierta es de 13.3 Mt. La incidencia de las cargas de viento es
perpendicular, en este caso están repartidas directamente sobre la cobertura y
posteriormente sobre las correas y estructura principal, la cual produce una carga de
presión (barlovento) y succión (Sotavento):
Vh=V(h/10)0.22
Ph=0.005CVh2
Ph: presión o succión del viento a una altura h (Kgf/m2
)
C: Factor de forma adimensional (tabla de RNE, superficies inclinadas entre 15° y 60°)
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CASO 1: (+x)
Vh= 79.4 km/hr
C= +0.7 barlovento; C= -0.6 sotavento
Ph= 22.1 kgf/m2
Presión;
Ph= -18.9 kgf/m2
Succión;
CASO 2: (-x)
Vh= 79.8 km/hr
C= +0.7 barlovento; C= -0.6 sotavento
Ph= 22.1 kgf/m2
Presión;
Ph= -18.9 kgf/m2
Succión;
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CASO 3: (-y)
Vh= 79.8 km/hr
C= +0.7 barlovento; C= -0.6 sotavento
Ph= -18.9 kgf/m2
Succión
4.1.2. CARGAS DE LLUVIA Y DE GRANIZO (R).
Asumimos una altura de acumulación de agua de 5 mm. ()
R= (Peso específico del agua) (altura de acumulación)
R=1000(Kg/m3
)0.005m
R = 5 Kg/m2
4.1.3. CARGA VIVA DE TECHO (Lr).
El RNE E020 para techos curvos asigna una carga viva de techo de 30 kg/m2
, para techos
con coberturas livianas, la cual es una carga considerablemente elevada y suficiente para
cálculos ya que podría compararse inclusive con las cargas de nieve.
Lr =30Kg/m2
DISTRIBUCION DE FUERZAS CARGA POR LLUVIA O GRANIZO
(Lr=5 kg/m2),
CARGA 5 Kg/m2
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4.1.4. CARGA DE NIEVE (S).
Las variaciones de pendientes de la cobertura determinarán las cargas actuantes en la
estructura. La estructura al ser irregular tendrá diferentes cargas de nieve según el grado
de inclinación y según RNE. (Ver Art. 11 RNE2006 E-020 CARGAS) Qs = 40 Kg/m2
Qt= (Peso específico de nieve fresca 100 Kg/m3 RNE E020) (altura de acumulación).
La estrutura metalica se ha diseñado para pendientes mayores o iguales a 17° para
alcanzar pesos acumulados según E020 de:
Para techos a una o dos aguas con inclinacines comprendidas entre 15° y 30° la carga
de diseño Qt sobre la proyeccion horizontal será:
Qt=0.8 Qs
4.1.5. CARGA DE SISMO (E):
CONSIDERACIONES:
Para el eje X, la estructura presenta dos columnas y una armadura. Dicha armadura se
podría idealizar como una estructura isostática que está apoyada en las columnas en
voladizo y asumiendo a que no hay una continuidad entre las columnas y la armadura, no
se podría asumir como pórticos. Sin embargo, para dicho sistema estructural la norma
E.030 no especifica un valor para el factor de reducción básico. Para ello se puede tomar
el factor 𝑹=5 de la Tabla 2.2. (RNE norma E030) Ya que las vigas de Acero A36/A500
CARGA VIVA DE TECHO Lr 30 Kg/m2
DISTRIBUCION DE FUERZAS CARGA VIVAS EN TECHOS RNE
E020 (Lr=30 kg/m2)
DISTRIBUCION DE FUERZAS CARGA DE NIEVE EN TECHO
mayor a 15° Qt=0.8Qs (altura de acumulacion 0.32 Mt =32 kg/m2)
CARGA DE NIEVE 32 Kg/m2
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incursionan al menos a una limitada capacidad de deformación inelástica en sus
elementos y conexiones y que las columnas que se plantearán corresponden al tipo A53
que ofrecen mayor resistenciacuando la viga/cercha principal pueda incursionar al menos
en la zona de endurecimiento por deformación.
Para el eje Y, la estructura presenta un sistemade pórticos intermedios considerando que
las columnas ofrecen una mayor resistencia y el sistema posee una limitada capacidad
de deformación inelástica en sus elementos y conexiones, para el cual se tiene un factor
𝑹=5 Tabla 2.2. (RNE norma E030)
De acuerdo a la norma E030-2018 de Diseño Sismorresistente, tenemos:
ANÁLISIS ESTÁTICO.
Representa las solicitaciones sísmicas mediante un conjunto de fuerzas horizontales
actuando en cada nivel.
V = Z U C S P/ R
Donde:
V: Fuerza cortante en la base de la estructura (Kg/m).
Z: Factor de Zona (0.25). (Ver Figura De Zonas Sísmicas)
U: Coeficiente de uso e importancia (1.3), Categoría B- Edificaciones Importantes. (Si
bien es una estructura que forma parte de un instituto, este no será habitado de forma
constante, por ello deberá ser tratado como una estructura del tipo importante, como lo
es un cine, teatro, coliseo, etc. según E030 RM-355-218)
S: Factor de suelo (1.2, S2).
R: Coeficiente de reducción de solicitaciones sísmicas (IMFx 5, IMFY 5).
C: Factor de amplificación sísmica (2.5).
TP: Periodo que define la plataforma del espectro para cada tipo de suelo (0.6)
TL: Periodo que define la plataforma del espectro para cada tipo de suelo (2)
T: Periodo fundamental de la estructura (Tx=0.4125, Ty =0.3290) Calculado mediante
Software SAP2000V19
hn: Altura de la edificación (13.3mt).
P: Peso total de la estructura (CP+50%LIVE).
CP: Carga permanente (DEAD+SCP).
Lr: Sobrecarga techos (30 Kg/m2 RNE E030).
T: Periodo fundamental de la estructura en X, Y con 90% de masa participativa como
mínimo (RNE E030):
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C: Factor de amplificación sísmica.
Cx: 2.5
Cy : 2.5
Cálculo del Coeficiente Basal:
TABLE: Modal Participating Mass Ratios
OutputCase StepType StepNum Period UX UY SumUX SumUY
Text Text Unitless Sec Unitless Unitless Unitless Unitless
MODAL Mode 1 0.412516 0.969 1.634E-15 0.969 1.634E-15
MODAL Mode 2 0.387275 2.546E-15 0.894 0.969 0.894
MODAL Mode 3 0.329009 1.454E-15 0.081 0.969 0.975
MODAL Mode 4 0.257223 3.171E-07 3.026E-16 0.969 0.975
MODAL Mode 5 0.252288 1.712E-14 0.015 0.969 0.99
MODAL Mode 6 0.234137 0.000001763 2.221E-15 0.969 0.99
MODAL Mode 7 0.232756 7.381E-13 2.651E-07 0.969 0.99
MODAL Mode 8 0.229822 0.0000928 1.428E-17 0.969 0.99
MODAL Mode 9 0.222189 1.809E-13 0.0001309 0.969 0.99
X Y
Z 0.250 0.250
U 1.300 1.300
C 2.500 2.500
S 1.200 1.200
R 5.000 5.000
V=COEF BASAL 0.1950 0.1950
K 1.000 1.000
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Fuerza de sismo en el eje X y eje Y:
ANÁLISIS DINÁMICO.
(ver anexos)
TABLE: Auto Seismic - User Coefficient
LoadPat Dir PercentEcc EccOverride UserZ C K WeightUsed BaseShear
Text Text Unitless Yes/No Yes/No Unitless Unitless Kgf Kgf
SISMOX X 0.05 No No 0.195 1 31020.55 6049.01
SISMOY Y 0.05 No No 0.195 1 31020.55 6049.01
0.000
0.500
1.000
1.500
2.000
2.500
0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00
SA
DIR
X-X
PERIODO T(S)
ESPECTRODEPSEUDO - ACELERACIONES X-X
Sa Dir X-X
TP
TL
0.000
0.500
1.000
1.500
2.000
2.500
0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00
SA
DIR
Y-Y
PERIODO T(S)
ESPECTRODEPSEUDO- ACELERACIONES Y-Y
Sa Dir Y-Y
TP
TL
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COMPARACIÓN SISMO DINÁMICO Y ESTÁTICO
EJE X (Kg) EJE Y (Kg)
SISMO DINAMICO (Kg) 5862.26 5571.31
SISMO ESTATICO (Kg) 6049.01 6049.01
PORCENTAJE % 0.97 0.92
4.2. ASIGNACIÓN DE CARGAS.
Las cargas serán asignadas directamente sobre la cobertura y estas sobre las correas, y
éstas transmitirán a los demás componentes estructurales. Se calcularán analíticamente
las fuerzas actuantes y las deformaciones por el método de los elementos finitos (MEF);
método directo que serán comprobadas por el software SAP 2000, la cual será validada
para los siguientes cálculos más complejos. Los elementos estructurales serán
calculados por el método analiticos y LRFD las cuales son consideradas por la norma
E090 del RNE.
4.2.1. RESUMEN DE CARGAS
El cuadro N° 1, muestra el resumen de cargas que se tendrán en cuenta en el diseño.
CARGAS DESCRIPCIÓN Kg/m2
CARGAS
MUERTAS (D)
Por peso de la vigueta (CVIG.)/según programa -
Por peso de la cobertura y accesorios(SC) 3.5/1.7
Por peso de la estructura (CEST.) /según programa -
CARGAS VIVAS
Cargas vivas en techos (Lr.) 30
Por viento (W.)
Barlovento (WB.) 22.1
Sotavento (WS.) -18.9
Por nieve (S.) 32
Por lluvia o granizo (R). 5
Por sismo dinámico (Ex.) 5862.26 Kg
Por sismo dinámico (Ey.) 5571.31 Kg
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4.2.2. COMBINACIÓN DE CARGAS
La combinación de cargas consideradas son las que se estipulan en la Norma E090,
donde se utiliza las siguientes abreviaturas:
COMBINACIÓN DE CARGAS MÉTODO LRFD
ITEM FORMULA DESCRIPCIÓN COMBINACIÓN
1 LRFD-A4-1 U = 1,4D U = 1,4D
2 LRFD-A4-2 U = 1,2D + 1,6L + 0,5(Lr o S o R)
U = 1,2D + 0,5Lr
U = 1,2D + 0,5S
3 LRFD-A4-3 U = 1,2D + 1,6(Lr o S o R) + (0,5L o
0,8W)
U = 1,2D + 1,6Lr + 0,8W
4 LRFD-A4-4 U = 1,2D + 1,3W + 0,5L + 0,5(Lr o S o R) U = 1,2D + 1,3W + 0,5Lr
5 LRFD-A4-5 U = 1,2D +/- 1E + 0,5L + 0,2S U = 1,2D +/- 1E + 0,2S
6 LRFD-A4-6 U = 0,9D +/- (1,3W o 1E)
U = 0,9D + 1,3W
U = 0,9D + 1E
Usaremos la adecuada combinación crítica. Las combinaciones 4 y 5, puesto que la
combinación 3 estaría siendo diseñada para un evento de nieve permanente y esto
sobredimensionarían la estructura. Las combinaciones seleccionadas serán las que nos
permitan diseñar las estructuras del proyecto.
4.3. ANÁLISIS Y DISEÑO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES.
4.3.1. DISEÑO DE CORREAS:
La disposición será:
La distribución de fuerzas sobre la correa más crítica en la vista seleccionada
aleatoriamente será donde el viento incide perpendicularmente en barlovento
adicionándose las cargas de peso propio (PERMANENTE)
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S
SELECCIÓN DE PERFIL PARA CORREA:
Perfil 80x40x2mm
Propiedades de perfil
Propiedades de perfil
DISEÑO POR MÓDULO DE SECCIÓN REQUERIDO
Mmax = 5907 kg-cm
σpermisible = 0.9σy (Recomendado por la AISC-LRFD)
σy = 2530 Kg/cm2
σperm = 2277 Kg/cm2
Sreq= 2594.20 mm3
< S
Diseño por Deflexión de la viga
Flecha Max = 0.018 m;
Recomendación (AISC) L/180= 0.028 cm
1.8 cm. < 2.8 cm
perm
req
M
S

max

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S
Diseño a Flexión de vigas determinado por el estado límite de fluencia, es φb Mn.
Propiedades de la correa superior
Peso/longitud: 3.56 kg/m
Momento de inercia mayor I3: 389738.7 mm4
Módulo elástico de la sección S3: 9365.47 mm3
Módulo plástico de la sección Z3: 11156 mm3
φb=0.9 Factor de resistencia AISC LRFD
Mn=Mp Momento plástico
Fy=2530x104
kg/m2
Esfuerzo de Fluencia ASTM A-36
La viga debe cumplir con la siguiente condición:
(0.9)(Fy)(Z3) ≤ (1.5) (Fy) (S3)
(0.9)(2530x104
kg/m2
)(12016x10-9
m3
) ≤ (1.5) (2530x104
kg/m2
) (9743.46 x10-9
m3
)
273.6 kg m ≤ 369.76 kg m
Usar Tubo rectangular de 80x40x2 mm
4.3.2. DISEÑO DE COLUMNAY CERCHAPRINCIPAL:
Las posibles fallas por carga axial y momentos están concentradas en los arranques de
cada arco principal, además en la sección de cambio de geometría de la cercha
principal 01 y 02.
El diseño está establecido para una combinación de cargas en sus tres variantes de
acuerdo a la disposición del viento, la cual se unifica en una envolvente.
U = 1,2D + 1,3W + 0,5L + 0,5(Lr o S o R)
DISEÑO POR RESISTENCIAEN COMPRESION PARAPANDEO POR FLEXION
Diseño del elemento más crítico método LRFD. La resistencia de diseño para pandeo
por flexión en miembros comprimidos en lo que sus elementos tienen una relación
ancho-espesor.
En el caso de las alas de una sección rectangular se tiene la relación límite:
λala=
𝑏
𝑡
< λp =1.12√
𝐸
𝐹𝑌
En el caso de las almas de una sección rectangular se tiene la relación límite:
λalma=
ℎ
𝑡
< λp =2.42√
𝐸
𝐹𝑌
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S
En el caso de secciones circulares se tiene la relación límite:
λalma=
𝐷
𝑡
< λp =0.07
𝐸
𝐹𝑌
Diseño de elemento estructural más cargado en cercha principal:
CASO II
PU=-3459.31 Kg
M3=-2606.7 kg-m
M2=-800.08 kg-m
CASO I
PU=3014.5 Kg
M3=41.2 kg-m
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S
SELECCIÓN DE PERFIL PARA ELEMENTO ESTRUCTURAL:
CASO I: Perfil tubo rectangular 100x50x3mm
Propiedades de perfil
Propiedades de perfil
λala=
41
3
< λp =1.12√
2100000 𝑘𝑔𝑓/𝑐𝑚2
2530 𝑘𝑔𝑓/𝑐𝑚2
13.66 < 32.26 ok
λalma=
91
3
< λp =2.42√
2100000 𝑘𝑔𝑓/𝑐𝑚2
2530 𝑘𝑔𝑓/𝑐𝑚2
30.33 < 69.72 ok
Los perfiles seleccionados son compactas y no propician el pandeo local.
2
/
2530 cm
kgf
Fy 
2
64
.
8 cm
Ag 
4
3 12
.
112 cm
I 
4
2 44
.
37 cm
I 
cm
r 60
.
3
3 
cm
r 08
.
2
2 
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cm
L 20

PANDEO FLEXIONANTE:
E
F
r
kL y
c
*
2

 
c
 : Parámetro de esbeltez de la columna.
k : Factor de longitud efectiva (K=1)
kL: Longitud efectiva de una columna.
r : Radio de giro que controla la esbeltez
61
.
9
08
.
2
/
20
*
1
/ 2 

r
kL (Usamos la mayor)
55
.
5
60
.
3
/
20
*
1
/ 3 

r
kL
2
2
2
/
2100000
*
/
2530
61
.
9
cm
kgf
cm
kgf
c

 
5
.
1
106
.
0 

c
 Para este valor tenemos la siguiente fórmula:
  y
F
Fcr c
2
658
.
0 
 para 5
.
1

c
 (AISC LRFD)
Fcr: Esfuerzo crítico.
  2
106
.
0
/
2530
*
658
.
0
2
cm
kgf
Fcr 
2
/
08
.
2518 cm
kgf
Fcr 
Área total mínima requerida a compresión, puede determinarse con la ecuación:
Fcr
Pu
Ag
c *


Pu: Resistencia axial.
Ag : Área total.
c
 : Factor de resistencia para la compresión.
2
/
08
.
2518
*
85
.
0
5
.
3014
cm
kgf
kgf
Ag 
2
40
.
1 cm
Ag 
NOTA: El elemento brida inferior y superior quedan diseñados con tubos rectangulares
de 100x50x3mm según la carga axial 3014.5 kgf con (Ag=8.64cm2
)
8.64 cm2
> 1.40 kg cm2
Usar Tubo rectangular de 100x50x3 mm
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CASO II: Perfil tubo circular SCH40 8”x8.18 mm
Propiedades de perfil
Propiedades de perfil
λala=
219.1
8.18
< λp =0.07
2100000 𝑘𝑔𝑓/𝑐𝑚2
2100 𝑘𝑔𝑓/𝑐𝑚2
26.78 < 70 ok
Los perfiles seleccionados son compactas y no propician el pandeo local.
2
/
2100 cm
kgf
Fy 
2
20
.
54 cm
Ag 
4
2
3 69
.
3018 cm
I y 
cm
r y 4628
.
7
2
3 
)
(
600 efectiva
longitud
cm
L 

PANDEO FLEXIONANTE:
E
F
r
kL y
c
*
2

 
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I
C
A
S
c
 : Parámetro de esbeltez de la columna.
k : Factor de longitud efectiva (K=1)
kL: Longitud efectiva de una columna.
r : Radio de giro que controla la esbeltez.
39
.
80
4628
.
7
/
600
*
1
/ 3
2 

y
r
kL
2
2
2
/
2100000
*
/
2100
39
.
80
cm
kgf
cm
kgf
c

 
5
.
1
8092
.
0 

c
 Para este valor tenemos la siguiente fórmula:
  y
F
Fcr c
2
658
.
0 
 para 5
.
1

c
 (Ecuación AISC LRFD)
Fcr: Esfuerzo crítico.
  2
892
.
0
/
2530
*
658
.
0
2
cm
kgf
Fcr 
2
/
50
.
1596 cm
kgf
Fcr 
Área total mínima requerida a compresión, puede determinarse con la ecuación:
Fcr
Pu
Ag
c *


Pu: Resistencia axial.
Ag : Área total.
c
 : Factor de resistencia para la compresión.
2
/
50
.
1596
*
85
.
0
31
.
3459
cm
kgf
kgf
Ag 
2
55
.
2 cm
Ag 
NOTA: Las columnas quedan parcialmente diseñadas con tubos circular SCH40 Φ8”
x8.18 mm según la carga axial -3459.31 kgf que se presenta en la columna
(Ag=54.20cm2
)
54.20 cm2
> 2.55 kg cm2
DISEÑO POR RESISTENCIACON ADECUADO SOPORTE LATERAL
Para el adecuado soporte lateral deberá cumplir:
Lb≤ Lp
Lb= 600 cm
ry = 7.4628 cm (radio de giro)
Lp=1.76ry √
𝐸
Fy
Lp=415.35 cm
Lb≤ Lp (reducir espaciamiento)
Cálculo del Momento Nominal:
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M
E
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A
L
I
C
A
S
Eje x= Eje y: (SECCION CIRCULAR DE 8”)
Mn=Mp=FyZx ≤ 1.5Mx
Mx= FySx
Mx= (2100 kgf/cm2
) (275.5541 cm3
)
Mx= 578663.61 kgf cm
Mnx= (2100 kgf/cm2
) (364.0881 cm3
)
Mnx= 764585.01 ≤ 1.5Mx
Mnx= 764585.01 ≤ 867995.415
ΦbMnx= (0.9) (867995.415)
ΦbMnx= 781195.87
ΦbMny = 781195.87
DISEÑO POR FLEXION COMPUESTA
Pu = 3459.31 kgf/cm2
Fcr = 1596.50 kgf/cm2
φc Pn = φcFcrAg = 0.9 (1596.50)54.20 = 77877.27 kgf = 77.87 ton
Para 2
.
0
<
n
c
u
P
P

0.045 < 0.2
0
.
1
2











ny
b
uy
nx
b
ux
n
c
u
M
M
M
M
P
P



Esta ecuación relaciona la carga requerida sobre la resistencia nominal calculada
anteriormente
Pu: Carga requerida = -3459.31 kgf = -3.45 ton (mayor carga axial en las columnas)
Mux: -800.08 kg-m
Muy : -2606.7 kg-m
0
.
1
2











ny
b
uy
nx
b
ux
n
c
u
M
M
M
M
P
P



Mientras mayor sea los requerimientos por carga axial, menor será la resistencia a la
flexión.
Pu 3459.31
2ΦcPn155754.54
Mux 800.08
Muy 2606.7
Φb 0.9
Mnx 867995.415
Mny 867995.415
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0.02657≤ 1.0
NOTA: Las columnas quedan diseñadas con tubos circular SCH40 Φ8” x8.18 mm
54.20 cm2
> 2.55 kg cm2
0.02657 ≤ 1.0
Usar Tubo SCH40 Φ8” x 8.18 mm
Diseño de todo el conjunto estructural. Los esfuerzos mayores están concentrados en
los cambios de geometría de las cerchas principales y en los arranques. Se ha
analizado dichas cargas y el resumen de perfiles se representa en los planos de
fabricación.
ANALISIS DE
COLUMNA EJE 02
SOFWARE
ANALISIS DE
DIAGONAL EJE 02
SOFWARE
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ANALISIS DE PERFIL
BASE EJE 03
SOFWARE
ANALISIS DE PERFIL
BORDE DE BRIDA
SUPERIOR EJE 035
SOFWARE
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ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE COLUMNADE CERCAPRINCIPAL EJE 02, SEGÚN
AISC – LRFD
AISC-LRFD STEEL SECTION CHECK
Combo : ENVOLVENTE B
Units : Kgf, m, C
Frame : 1944 Design Sect: TUBO SCH40 8"
X Mid : 23.800 Design Type: Column
Y Mid : 5.050 Frame Type : Moment Resisting Frame
Z Mid : 2.430 Sect Class : Compact
Length : 3.960 Major Axis : 0.000 degrees counterclockwise from local 3
Loc : 0.000 RLLF : 1.000
Area : 0.005 SMajor : 2.756E-04 rMajor : 0.075 AVMajor: 0.003
IMajor : 3.019E-05 SMinor : 2.756E-04 rMinor : 0.075 AVMinor: 0.003
IMinor : 3.019E-05 ZMajor : 3.641E-04 E : 21000000000
Ixy : 0.000 ZMinor : 3.641E-04 Fy : 25000000.000
STRESS CHECK FORCES & MOMENTS
Location Pu Mu33 Mu22 Vu2 Vu3 Tu
0.000 -3549.308 2606.701 -800.080 -566.582 336.912 -1.548
PMM DEMAND/CAPACITY RATIO
Governing Total P MMajor MMinor Ratio Status
Equation Ratio Ratio Ratio Ratio Limit Check
(H1-1b) 0.351 = 0.018 + 0.318 + 0.098 0.950 OK
AXIAL FORCE DESIGN
Pu phi*Pnc phi*Pnt
Force Capacity Capacity
Axial -3549.308 99914.859 121956.080
MOMENT DESIGN
Mu phi*Mn Cm B1 B2 K L Cb
Moment Capacity Factor Factor Factor Factor Factor Factor
Major Moment 2606.701 8191.983 0.730 1.000 1.000 1.000 1.000 2.187
Minor Moment -800.080 8191.983 0.873 1.000 1.000 1.000 1.000
SHEAR DESIGN
Vu phi*Vn Stress Status Tu
Force Capacity Ratio Check Torsion
Major Shear 1085.059 36623.492 0.030 OK 0.000
Minor Shear 344.638 36623.492 0.009 OK 0.000
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ANÁLISISESTRUCTURAL DEDIAGONAL DECERCAPRINCIPAL EJE02,SEGÚNAISC – LRFD
AISC-LRFD STEEL SECTION CHECK
Combo : ENVOLVENTE B
Units : Kgf, m, C
Frame : 474 Design Sect: TUBO 50X50X2
X Mid : 10.269 Design Type: Brace
Y Mid : 5.050 Frame Type : Moment Resisting Frame
Z Mid : 11.476 Sect Class : Compact
Length : 1.918 Major Axis : 0.000 degrees counterclockwise from local 3
Loc : 0.959 RLLF : 1.000
Area : 3.840E-04 SMajor : 5.908E-06 rMajor : 0.020 AVMajor: 2.000E-04
IMajor : 0.000 SMinor : 5.908E-06 rMinor : 0.020 AVMinor: 2.000E-04
IMinor : 0.000 ZMajor : 6.916E-06 E : 21000000000
Ixy : 0.000 ZMinor : 6.916E-06 Fy : 25300000.000
STRESS CHECK FORCES & MOMENTS
Location Pu Mu33 Mu22 Vu2 Vu3 Tu
0.959 -2649.970 1.094 0.000 0.000 0.000 1.770
PMM DEMAND/CAPACITY RATIO
Governing Total P MMajor MMinor Ratio Status
Equation Ratio Ratio Ratio Ratio Limit Check
(H1-1a) 0.532 = 0.523 + 0.009 + 0.000 0.950 OK
AXIAL FORCE DESIGN
Pu phi*Pnc phi*Pnt
Force Capacity Capacity
Axial -2649.970 5065.378 8743.680
MOMENT DESIGN
Mu phi*Mn Cm B1 B2 K L Cb
Moment Capacity Factor Factor Factor Factor Factor Factor
Major Moment 1.605 157.477 1.000 1.467 1.000 1.000 1.000 1.316
Minor Moment 0.000 157.477 1.000 1.467 1.000 1.000 1.000
SHEAR DESIGN
Vu phi*Vn Stress Status Tu
Force Capacity Ratio Check Torsion
Major Shear 0.000 2732.400 0.000 OK 0.000
Minor Shear 0.000 2732.400 0.000 OK 0.000
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ANÁLISISESTRUCTURAL DEPERFIL BASE DECERCAPRINCIPAL EJE03,SEGÚN AISC – LRFD
AISC-LRFD STEEL SECTION CHECK
Combo : ENVOLVENTE B
Units : Kgf, m, C
Frame : 2070 Design Sect: TUBO 100X50X3
X Mid : 0.300 Design Type: Beam
Y Mid : 10.100 Frame Type : Moment Resisting Frame
Z Mid : 5.450 Sect Class : Compact
Length : 0.600 Major Axis : 0.000 degrees counterclockwise from local 3
Loc : 0.600 RLLF : 1.000
Area : 8.640E-04 SMajor : 2.242E-05 rMajor : 0.036 AVMajor: 6.000E-04
IMajor : 1.121E-06 SMinor : 1.498E-05 rMinor : 0.021 AVMinor: 3.000E-04
IMinor : 0.000 ZMajor : 2.780E-05 E : 21000000000
Ixy : 0.000 ZMinor : 1.700E-05 Fy : 25300000.000
STRESS CHECK FORCES & MOMENTS
Location Pu Mu33 Mu22 Vu2 Vu3 Tu
0.600 -413.984 -332.660 39.811 766.127 -67.889 -1.086
PMM DEMAND/CAPACITY RATIO
Governing Total P MMajor MMinor Ratio Status
Equation Ratio Ratio Ratio Ratio Limit Check
(H1-1b) 0.640 = 0.012 + 0.525 + 0.103 0.950 OK
AXIAL FORCE DESIGN
Pu phi*Pnc phi*Pnt
Force Capacity Capacity
Axial -413.984 17808.159 19673.280
MOMENT DESIGN
Mu phi*Mn Cm B1 B2 K L Cb
Moment Capacity Factor Factor Factor Factor Factor Factor
Major Moment -332.660 633.097 0.589 1.000 1.000 1.000 1.000 2.040
Minor Moment 39.811 387.181 0.651 1.000 1.000 1.000 1.000
SHEAR DESIGN
Vu phi*Vn Stress Status Tu
Force Capacity Ratio Check Torsion
Major Shear 766.127 8197.200 0.093 OK 0.000
Minor Shear 67.889 4098.600 0.017 OK 0.000
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ANÁLISISESTRUCTURAL DEPERFIL BORDEDEBRIDASUPERIOR DECERCAPRINCIPAL EJE05,
SEGÚNAISC – LRFD
AISC-LRFD STEEL SECTION CHECK
Combo : ENVOLVENTE B
Units : Kgf, m, C
Frame : 2262 Design Sect: TUBO 150X50X3
X Mid : -0.600 Design Type: Column
Y Mid : 20.200 Frame Type : Moment Resisting Frame
Z Mid : 5.564 Sect Class : Slender
Length : 0.229 Major Axis : 0.000 degrees counterclockwise from local 3
Loc : 0.229 RLLF : 1.000
Area : 0.001 SMajor : 4.152E-05 rMajor : 0.052 AVMajor: 9.000E-04
IMajor : 3.114E-06 SMinor : 2.161E-05 rMinor : 0.022 AVMinor: 3.000E-04
IMinor : 0.000 ZMajor : 5.315E-05 E : 21000000000
Ixy : 0.000 ZMinor : 2.405E-05 Fy : 25300000.000
STRESS CHECK FORCES & MOMENTS
Location Pu Mu33 Mu22 Vu2 Vu3 Tu
0.229 -2209.960 571.195 -47.267 -3272.481 112.863 -33.832
PMM DEMAND/CAPACITY RATIO
Governing Total P MMajor MMinor Ratio Status
Equation Ratio Ratio Ratio Ratio Limit Check
(H1-1b) 0.734 = 0.084 + 0.472 + 0.178 0.950 OK
AXIAL FORCE DESIGN
Pu phi*Pnc phi*Pnt
Force Capacity Capacity
Axial -2209.960 13182.073 26504.280
MOMENT DESIGN
Mu phi*Mn Cm B1 B2 K L Cb
Moment Capacity Factor Factor Factor Factor Factor Factor
Major Moment 571.195 1210.317 0.735 1.000 1.000 4.818 1.000 1.000
Minor Moment -47.478 266.459 1.000 1.004 1.000 5.086 2.076
SHEAR DESIGN
Vu phi*Vn Stress Status Tu
Force Capacity Ratio Check Torsion
Major Shear 3272.481 12295.800 0.266 OK 0.000
Minor Shear 174.574 4098.600 0.043 OK 0.000
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5.3.3 DISEÑO POR DETERMINACIÓN DE DESPLAZAMIENTOS LATERALES
(DERIVAS LIMITES DE DISTORSION)
Para estructuras regulares, los desplazamientos laterales se calcularán multiplicando por
0,75 Rlos resultados obtenidos del análisis lineal y elástico conlas solicitaciones sísmicas
reducidas.
Para estructuras irregulares, los desplazamientos laterales se calcularán multiplicando
por 0.85 R los resultados obtenidos del análisis lineal elástico.
h
R
L
y
mx )
75
.
0
)(
( /


h
R
L y
mx )
85
.
0
)(
( /


Mayores desplazamientos en eje y
Ry= 0.75x5
h=6.25
Δ=0.0067 (DESPLAZAMIENTO MAYOR EN COLUMNA PRINCIPAL EJE Y)
L= 0.0047
L= 0.0047<0.010
Mayores desplazamientos en eje x
Rx=0.75x5
TABLE: Joint Displacements
Joint OutputCase CaseType StepType U1 U2 U3
Text Text Text Text m m m
1368 SDY LinRespSpec Max 0.000383 0.007014 0.00003
1369 SDY LinRespSpec Max 0.001188 0.006995 0.00000562
1370 SDY LinRespSpec Max 0.001133 0.006728 0.000004906
1371 SDY LinRespSpec Max 0.000823 0.006866 0.000009093
1372 SDY LinRespSpec Max 0.000865 0.006884 0.000008963
TABLE: Joint Displacements
Joint OutputCase CaseType StepType U1 U2 U3
Text Text Text Text m m m
453 SDX LinRespSpec Max 0.006596 0.000011 0.000018
454 SDX LinRespSpec Max 0.006039 0.00000892 0.000018
455 SDX LinRespSpec Max 0.006842 0.00001 0.00002
456 SDX LinRespSpec Max 0.007056 0.000009301 0.000022
457 SDX LinRespSpec Max 0.006297 0.000008947 0.00002
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h=6.25
Δ=0.0068 (DESPLAZAMIENTO MAYOR EN COLUMNA PRINCIPAL EJE X)
L= 0.0041
L= 0.0041<0.010
METODO DE CÁLCULO:
El cálculo de ha desarrollado por el método de elementos finitos MEF, la discretización
en las cantidades necesarias, los resultados de diseño se han calculado por el método
AISC - LRFD que contempla el RNE vigente E090.
Para el análisis y diseño de las estructuras de la cubierta (cancha deportiva BLOQUE 08)
se han empleado criterios, modelos matemáticos y métodos concordantes con las
estructuras particulares de este proyecto. (Método de Elementos finitos)
Los métodos de análisis estructural que se aplicaron en el desarrollo de este proyecto,
satisfacen los principios básicos de la estática y de la mecánica estructural. Estos
principios básicos son: Resistencia, Estabilidad y Rigidez.
Como resultados finales la estructura está diseñada con los siguientes perfiles.
RESUMEN DE PERFILES (CUBIERTADE LOSA MULTIUSO)
ESTRUCTURAMETALICA
COLUMNAS METALICAS
Columnas Metálicas : Tubo Circular SCH40 8”x8.18mm ASTM A53
Plancha Base Inferior : Plancha Metálica ASTM A36 1/2”
Plancha Base Superior : Plancha Metálica ASTM A36 3/8”
Perno : Perno de alta resistencia ASTM A325 Ø 5/8"
CERCHAPRINCIPAL TIPO L=25.15 M
Bridas superiores : tubo rectangular LAC 100x50x2.5mm ASTM A500
: tubo rectangular LAC 150x50x3mm ASTM A500
Bridas inferiores : tubo rectangular LAC 100x50x3mm ASTM A500
Montantes y diagonales : tubo rectangular LAC 50x50x2mm ASTM A500
Plancha Metálica : ASTM A36, e=1/4”
VIGUETALONGITUDINAL TIPO 01 L=5.05 M
Bridas superiores : tubo rectangular LAC 80x40x2mm ASTM A500
Bridas inferiores : tubo rectangular LAC 80x40x2mm ASTM A500
Montantes : tubo rectangular LAC 40x40x2mm ASTM A500
Diagonales : tubo rectangular LAC 25x25x2mm ASTM A500
VIGUETALONGITUDINAL TIPO 02 L=5.05 M
Bridas superiores : tubo rectangular LAC 70x50x2mm ASTM A500
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Bridas inferiores : tubo rectangular LAC 70x50x2mm ASTM A500
Montantes : tubo rectangular LAC 50x25x2mm ASTM A500
VIGUETALONGITUDINAL TIPO 03 L=5.05 M
Bridas superiores : tubo rectangular LAC 70x50x2mm ASTM A500
Bridas inferiores : tubo rectangular LAC 70x50x2mm ASTM A500
Montantes : tubo rectangular LAC 50x25x2mm ASTM A500
ARRIOSTRE LATERAL TUBO CUADRADO 40X40X2mm
Correas Metálicas : tubo cuadrado LAC 40x40x2mm ASTM A500
CORREAS METALICAS TUBO RECTANGULAR 80X40X2mm
Correas Metálicas : tubo rectangular LAC 80x40x2mm ASTM A500
4.3.3. DISEÑO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES
4.3.3.1. DISEÑO DE LA PLACA DE APOYO DE LA ESTRUCTURA.
Para el diseño de la placa base de la armadura tenemos el siguiente gráfico:
Pu=3459.31 kgf (Fuerza de aplastamiento sobre la plancha en el pórtico principal a partir
de las reacciones)
fp=
𝑃𝑢
𝐴
A=1600 cm2
Se considera una plancha CUADRADA de 40 cm de diámetro (Ver planos)
fp=
3041.02
1600
=1.90 kgf/cm2
Fp=0.6(Fy) = 0.6 (2530 kg/cm2
) = 1518 kg/cm2
fp < Fp
ISOMET
RIA
ESC:S/ E
PERNO DE ANCLAJE
BARRA LISA Ø3/ 4",Ca nt. 6
ORIENTADO AL CENTRO
DE LA ESTRUCTURA
CARTELA
TIPO B
COLUMNA
SCH40 Ø8"
PLANCHA BASE
420X420mm , e=1/ 2"
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Pu = La carga axial última 3459.31
N = Largo de la placa base cm 40
B = Ancho de la placa base cm 40
bf = Ancho de la estructura/columna 21
d = Peralte de la estructura/columna 21
Φf = Factor de resistencia a la flexión 0.9
Fy = Esfuerzo de fluencia especificado para la placa base 2530
t = Espesor mínimo requerido en la placa base
𝑡𝑚𝑖𝑛 = 2𝑚√
𝑃𝑢
Φ𝑓𝐹
𝑦𝐴
𝑚 =
𝑁 − 0.95𝑑
2
m = 9.71
n = 11.6
tmin= 0.89 cm
Usar PL: 1/2’’ (ó 12 mm)
4.3.3.2. CÁLCULO DE PERNOS DE ANCLAJE
Placa metálica CUADRADA de 0.4m y espesor de 1/2’’
Detalles de la placa de apoyo
60°
Ø310
PLANCHA BASE
420X420mm, e=1/ 2" 1/4''
420
420
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Con la tabla de cortantes en las bases en todas las direcciones podemos calcular la
resultante de la cortante máxima y dimensionar los anclajes.
F1=-1085.06 Kgf
F2= 344.64 Kgf
F3= 3549.31 Kgf
M2= 1399.28 Kgf-m (Fm=12720.72 kgf)
FV= fuerza cortante resultante: (sqrt (F1+F2))
FV= 1138.47 kgf
FN= fuerza normal resultante: (F3+Fm)
FN=15761.74 Kgf
El esfuerzo rasante efectivo que debe ser absorbido por los pernos de anclaje
μ : Coeficiente de rozamiento entre acero - hormigón, cemento, arena.
μ=(0.2-0.4)
R=V- μ N
R=- 5867.00 kgf
Por las dimensiones de la placa y la separación entre pernos se propone usar 06 pernos
en total, (Ver detalles en planos)
Fuerza que debe soportar 01 perno R/6 r=977.83 Kgf
TABLE: Joint Reactions
Joint OutputCase CaseType StepType F1 F2 F3 M1 M2 M3
Text Text Text Text Kgf Kgf Kgf Kgf-m Kgf-m Kgf-m
617 ENVOLVENTE B Combination Max 999.23 394.17 2886.99 991.08 2578.18 35.13
617 ENVOLVENTE B Combination Min -471.11 -387.71 1066.11 -1001.39 -1289.89 -5.83
619 ENVOLVENTE B Combination Max 566.58 344.64 3549.31 787.89 1399.28 1.55
619 ENVOLVENTE B Combination Min -1085.06 -336.91 985.07 -800.08 -2606.7 -34.02
727 ENVOLVENTE B Combination Max 976.68 388.15 2834.73 995.33 2528.67 15.2
727 ENVOLVENTE B Combination Min -494.36 -388.94 1028.79 -992.67 -1338.79 -23.2
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El material de los pernos de anclaje será de acero liso según norma SAE 1045 O
SIMILAR
Esfuerzo de fluencia σy mínimo= 4280 kgf/cm2
Resistencia a la tracción σr = 6320 kgf/cm2
La máxima resistencia a cortante está dada por
ζ = σr/√3 , ζ = 3648.85
La carga de rotura del perno será
Qr = ζ A
Qr: carga de rotura del perno
Qadm: carga admisible del perno afectado por un factor de seguridad de 5
Longitud del perno que debe tener embebida a la columna
Fa: Factor de agrietamiento (0.3-0.5)
Fd: Factor de desprendimiento (0.3-0.5)
Fs: factor de seguridad (3-4)
L= r / ΠD* Esfuerzo de adherencia
Le=(L/(fa*fd))fs
Esfuerzo de adherencia 105 kgf/cm2
Le = 69.15 cm
Usaremos 06 pernos de 3/4'' y longitud 80 cm.
4.3.4. CÁLCULO DE LA SOLDADURA.
Los esfuerzos en uniones soldadas sujetas a flexión se presentan principalmente en las
columnas metálicas, se detalla el cálculo por flexión y cortante con la columna metálica
izquierda de cercha principal 01.
Diámetro Área(cm2)
Q
r (kgf) Qadm(kgf)
3/8'' 0.71 2590.68613 518.137226
1/2'' 1.27 4634.0442 926.80884
5/8'' 1.98 7224.73033 1444.94607
3/4'' 2.85 10399.233 2079.84661
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Las mayores cargas actuantes en la columna metálica: (coordenadas globales)
M
V
P
FUERZASACTAUNTESEN COLUMNA
R84
V = 1085.06 kg
M = 1399.28kg-m (1399.28) x (100) kg-cm
Se realizará una soldadura de filete todo el alrededor.
TABLE: Joint Reactions
Joint OutputCase CaseType StepType F1 F2 F3 M1 M2 M3
Text Text Text Text Kgf Kgf Kgf Kgf-m Kgf-m Kgf-m
617 ENVOLVENTE B Combination Max 999.23 394.17 2886.99 991.08 2578.18 35.13
617 ENVOLVENTE B Combination Min -471.11 -387.71 1066.11 -1001.39 -1289.89 -5.83
619 ENVOLVENTE B Combination Max 566.58 344.64 3549.31 787.89 1399.28 1.55
619 ENVOLVENTE B Combination Min -1085.06 -336.91 985.07 -800.08 -2606.7 -34.02
727 ENVOLVENTE B Combination Max 976.68 388.15 2834.73 995.33 2528.67 15.2
727 ENVOLVENTE B Combination Min -494.36 -388.94 1028.79 -992.67 -1338.79 -23.2
TABLE: Joint Reactions
Joint OutputCase CaseType StepType F1 F2 F3 M1 M2 M3
Text Text Text Text Kgf Kgf Kgf Kgf-m Kgf-m Kgf-m
819 ENVOLVENTE4 Combination Max 480.61 0.14 3041.02 0.29 2034.51 6.45
819 ENVOLVENTE4 Combination Min -712.72 -1.27 888.27 -0.03906 -2775.74 -1.49
V2=-1085.06Kg
M3= 1399.28 kg-m
P= 3041.02 kg
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V (Cortante) 1085.06 kg
M (M flector) 139928 kg-cm
h (garganta cm) 0.3
r (cm) 10.955 8"
c (cm) 5.4775
A 14.59936392 cm2
Iu (momento de inercia) 4130.361215 cm3
I 876.0496137 cm3
ζ'‘ (esfuerzo a cortante) 74.32241611 kg/cm2
ζ' (esfuerzo a flexion) 874.8997865 kg/cm2
R (resultante) 878.05 kg/cm2
Para un electrodo E70XX
Esfuerzo permisible = Φ(0.6 Sy)
ΦFw = 0.75(0.6)(70) = 31.5 KSI 2214.639 kg/cm2
Φ: Factor de Resistencia LRFD
ELECTRODO E70XX
ΦFw > R
2214.67 kg/cm2 >878.05 kg/cm2 OK
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NOTA: Para las uniones de planchas en columnas se deberá usar electrodo celulósico
E60xx (01 pase de Raíz) para garantizar la penetración y posterior a ello E70xx (02
pases de Relleno). Se recomienda como mínimo el tamaño de soldadura sea 1/4".
Resistencia de Diseño al corte soldadura de filete Electrodo protegido {3}
RESUMEN:
Para los ELEMENTOS SECUNDARIOS Usar electrodo E60xx (montantes y diagonales),
con altura de h=1/8”
Para los ELEMENTOS PRINCIPALES Usar electrodo E60xx (uniones entre bridas
inferiores y superiores), con altura de h=1/8”, en algunos casos se deberá usar planchas
adicionales como se especifican en planos.
Para efectos de montaje se debe usar electros E70xx con altura de h=1/8”
5. DISEÑO DE ESTRUCTURAMETALICA BLOQUE 06 (SALA DE USO MULTIPLE)
5.1. CARGAS ACTUANTES EN LA ESTRUCTURAMETALICA
El cálculo de ha desarrollado por el método de elementos finitos MEF, la discretización
en las cantidades necesarias, los resultados de diseño se han calculado por el método
LRFD que contempla el RNE actualizado.
Para el análisis y diseño de las estructuras de la cubierta (BLOQUE 06) se han empleado
criterios, modelos matemáticos y métodos concordantes con las estructuras particulares
de este proyecto. (Método de Elementos finitos, LRFD)
Los métodos de análisis estructural que se aplicaron en el desarrollo de este proyecto,
satisfacen los principios básicos de la estática y de la mecánica estructural. Estos
principios básicos son: Resistencia, Estabilidad y Rigidez.
5.1.1. CARGAS DE VIENTO (W)
De acuerdo al mapa eólico la provincia de Cotabambas presenta una velocidad de viento
de 65 Km/h, sin embargo, propondremos velocidades de viento de 75 km/h como límite
para fines de diseño y normativa.
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La altura máxima de la cubierta es de 10 Mt. La incidencia de las cargas de viento es
perpendicular, en este caso están repartidas directamente sobre la cobertura y
posteriormente sobre las correas y estructura principal, la cual produce una carga de
presión (barlovento) y succión (Sotavento):
Vh=V(h/10)0.22
Ph=0.005CVh2
Ph: presión o succión del viento a una altura h (Kgf/m2
)
C: Factor de forma adimensional (tabla de RNE, supericies inclinadas entre 15°y 60°)
CASO 1: (+x)
Vh= 75 km/hr
C= +0.7 barlovento; C= -0.6 sotavento
Ph= 19.7 kgf/m2
Presión;
Ph= -16.9 kgf/m2
Succión;
CASO 2: (-x)
Vh= 75 km/hr
C= +0.7 barlovento; C= -0.6 sotavento
Ph= 19.7 kgf/m2
Presión;
Ph= -16.9 kgf/m2
Succión;
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5.1.2. CARGAS DE LLUVIA Y DE GRANIZO (R).
Asumimos una altura de acumulación de agua de 5 mm. ()
R= (Peso específico del agua) (altura de acumulación)
R=1000(Kg/m3
)0.005m
R = 5 Kg/m2
5.1.3. CARGA VIVA DE TECHO (Lr).
El RNE E020 para techos con cobertura no ligeras asigna una carga viva de techo de 50
kg/m2
, la cual es una carga considerablemente elevada y suficiente para cálculos ya que
podría compararse inclusive con las cargas de nieve.
Lr =50Kg/m2
DISTRIBUCION DE FUERZAS CARGA POR LLUVIA O GRANIZO
(Lr=5 kg/m2),
CARGA 5 Kg/m2
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5.1.4. CARGA DE SISMO (E):
De acuerdo a la norma E030-2018 de Diseño Sismorresistente, tenemos:
ANÁLISIS ESTÁTICO.
Representa las solicitaciones sísmicas mediante un conjunto de fuerzas horizontales
actuando en cada nivel.
V = Z U C S P/ R
Donde:
V: Fuerza cortante en la base de la estructura (Kg/m).
Z: Factor de Zona (0.25). (Ver Figura De Zonas Sísmicas)
U: Coeficiente de uso e importancia (1.5), Categoría 2- Edificaciones Esenciales.
S: Factor de suelo (1.2, S2).
R: Coeficiente de reducción de solicitaciones sísmicas (IMFx 5, IMFY 5).
C: Factor de amplificación sísmica (2.5).
TP: Periodo que define la plataforma del espectro para cada tipo de suelo (0.6)
TL: Periodo que define la plataforma del espectro para cada tipo de suelo (2)
T: Periodo fundamental de la estructura (Tx=0.019, Ty =0.093) Calculado mediante
Software SAP2000V19
hn: Altura de la edificación (10.0mt).
P: Peso total de la estructura (CP+50%LIVE).
CP: Carga permanente (DEAD+SCP).
Lr: Sobrecarga techos (50 Kg/m2 RNE E030).
T: Periodo fundamental de la estructura en X, Y con 90% de masa participativa como
mínimo (RNE E030):
CARGA VIVA DE TECHO Lr 50 Kg/m2
DISTRIBUCION DE FUERZAS CARGA VIVAS EN TECHOS RNE
E020 (Lr=50 kg/m2)
TABLE: Modal Participating Mass Ratios
OutputCase StepType StepNum Period UX UY SumUX SumUY
Text Text Unitless Sec Unitless Unitless Unitless Unitless
MODAL Mode 6 0.09725 0.012 0.039 0.056 0.366
MODAL Mode 7 0.093409 0.0009246 0.558 0.057 0.923
MODAL Mode 8 0.081352 8.736E-08 0.000001601 0.057 0.923
MODAL Mode 9 0.081257 9.529E-07 2.799E-07 0.057 0.923
MODAL Mode 10 0.080158 0.0002264 0.023 0.057 0.947
MODAL Mode 97 0.019266 0.033 0.000004784 0.917 0.986
MODAL Mode 98 0.019171 0.00001995 0.00005059 0.917 0.986
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C: Factor de amplificación sísmica.
Cx: 2.5
Cy : 2.5
Cálculo del Coeficiente Basal:
Fuerza de sismo en el eje X y eje Y:
5.2. ASIGNACIÓN DE CARGAS.
Las cargas serán asignadas directamente sobre la cobertura y estas sobre las correas, y
éstas transmitirán a los demás componentes estructurales. Se calcularán analíticamente
las fuerzas actuantes y las deformaciones por el método de los elementos finitos (MEF);
método directo que serán comprobadas por el software SAP 2000, la cual será validada
para los siguientes cálculos más complejos. Los elementos estructurales serán
calculados por el método ASD y LRFD las cuales son consideradas por la norma E090
del RNE.
X Y
Z 0.25 0.25
U 1.5 1.5
C 2.5 2.5
S 1.2 1.2
R 5 5
V=COEF BASAL 0.225 0.225
K 1 1
TABLE: Auto Seismic - User Coefficient
LoadPat Dir PercentEcc EccOverride UserZ C K WeightUsed BaseShear
Text Text Unitless Yes/No Yes/No Unitless Unitless Kgf Kgf
SISMOX X 0.05 No No 0.225 1 17188.69 3867.46
SISMOY Y 0.05 No No 0.225 1 17188.69 3867.46
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5.2.1. RESUMEN DE CARGAS
El cuadro N° 1, muestra el resumen de cargas que se tendrán en cuenta en el diseño.
CARGAS DESCRIPCIÓN Kg/m2
CARGAS
MUERTAS (D)
Por peso de la vigueta (CVIG.)/según programa -
Por peso de la cobertura y accesorios(SC) 10
Por peso de la estructura (CEST.) /según programa -
CARGAS VIVAS
Cargas vivas en techos (Lr.) 50
Por viento (W.)
Barlovento (WB.) 19.7
Sotavento (WS.) -16.9
Por nieve (S.) 32
Por lluvia o granizo (R). 5
Por sismo estático (Ex.) 3867.46
Por sismo estático (Ey.) 3867.46
5.2.2. COMBINACIÓN DE CARGAS
La combinación de cargas consideradas son las que se estipulan en la Norma E090
donde se utiliza las siguientes abreviaturas:
COMBINACIÓN DE CARGAS MÉTODO LRFD
ITEM FORMULA DESCRIPCIÓN COMBINACIÓN
1 LRFD-A4-1 U = 1,4D U = 1,4D
2 LRFD-A4-2 U = 1,2D + 1,6L + 0,5(Lr o S o R)
U = 1,2D + 0,5Lr
U = 1,2D + 0,5S
3 LRFD-A4-3 U = 1,2D + 1,6(Lr o S o R) + (0,5L o
0,8W)
U = 1,2D + 1,6Lr + 0,8W
4 LRFD-A4-4 U = 1,2D + 1,3W + 0,5L + 0,5(Lr o S o R) U = 1,2D + 1,3W + 0,5Lr
5 LRFD-A4-5 U = 1,2D +/- 1E + 0,5L + 0,2S U = 1,2D +/- 1E + 0,2S
6 LRFD-A4-6 U = 0,9D +/- (1,3W o 1E)
U = 0,9D + 1,3W
U = 0,9D + 1E
Usaremos la adecuada combinación crítica. Las combinaciones 4 y 5, puesto que la
combinación 3 estaría siendo diseñada para un evento de nieve permanente y esto
sobredimensionarían la estructura. Las combinaciones seleccionadas serán las que nos
permitan diseñar las estructuras del proyecto.
5.3. ANÁLISIS Y DISEÑO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES.
5.3.1. DISEÑO DE CORREAS:
La disposición será:
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La distribución de fuerzas sobre la correa más crítica en la vista seleccionada
aleatoriamente será donde el viento incide perpendicularmente en barlovento
adicionándose las cargas de peso propio (PERMANENTE)
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SELECCIÓN DE PERFIL PARA CORREA:
Perfil tubo rectangular 100x50x2mm
Propiedades de perfil
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Propiedades de perfil
DISEÑO POR MÓDULO DE SECCIÓN REQUERIDO
Mmax = 13500 kg-cm
σpermisible = 0.9σy (Recomendado por la AISC-LRFD)
σy = 2530 Kg/cm2
σperm = 2277 Kg/cm2
Sreq= 5928.85 mm3
< S
Diseño por Deflexión de la viga
Flecha Max = 0.013 m;
Recomendación (AISC) L/180= 0.028 cm
1.3 cm. < 2.8 cm
Diseño a Flexión de vigas determinado por el estado límite de fluencia, es φb Mn.
Propiedades de la correa superior
Momento de inercia mayor I3: 389738.7 mm4
Módulo elástico de la sección S3: 9365.47 mm3
Módulo plástico de la sección Z3: 11156 mm3
φb=0.9 Factor de resistencia AISC LRFD
Mn=Mp Momento plástico
Fy=2530x104
kg/m2
Esfuerzo de Fluencia ASTM A-36
La viga debe cumplir con la siguiente condición:
(0.9)(Fy)(Z3) ≤ (1.5) (Fy) (S3)
(0.9)(2530x104
kg/m2
)(19016x10-9
m3
) ≤ (1.5) (2530x104
kg/m2
) (15503.6 x10-9
m3
)
432.99 kg m ≤ 588.36 kg m
Usar Tubo rectangular de 100x50x2 mm
5.3.2. DISEÑO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES:
Las posibles fallas por carga axial y momentos están concentradas en los arranques de
cada tijeral principal, en las cumbreras, etc.
perm
req
M
S

max

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El diseño está establecido para una combinación de cargas en sus tres variantes de
acuerdo a la disposición del viento, la cual se unifica en una envolvente.
U = 1,2D + 1,3W + 0,5L + 0,5(Lr o S o R)
DISEÑO INTEGRAL DE ELEMENTOS:
DISEÑO DE BRIDAINFERIOR EJE 04
BRIDA INFERIOR
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DISEÑO DE BRIDASUPERIOR EJE 05
DISEÑO DE COLUMNAEJE 02
BRIDA INFERIOR
COLUMNA
“MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE
HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909.
GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC
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SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS
“Año de la universalización de la salud”
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DISEÑO DE BRIDAINFERIOR EJE 04
AISC-LRFD STEEL SECTION CHECK
Combo : ENVOLVENTE A
Units : Kgf, m, C
Frame : 1661 Design Sect: TUBO 100X50X3
X Mid : 0.376 Design Type: Brace
Y Mid : 3.900 Frame Type : Moment Resisting Frame
Z Mid : 3.175 Sect Class : Compact
Length : 0.600 Major Axis : 0.000 degrees counterclockwise from local 3
Loc : 0.600 RLLF : 1.000
Area : 8.640E-04 SMajor : 2.242E-05 rMajor : 0.036 AVMajor: 6.000E-04
IMajor : 1.121E-06 SMinor : 1.498E-05 rMinor : 0.021 AVMinor: 3.000E-04
IMinor : 0.000 ZMajor : 2.780E-05 E : 21000000000
Ixy : 0.000 ZMinor : 1.700E-05 Fy : 25300000.000
STRESS CHECK FORCES & MOMENTS
Location Pu Mu33 Mu22 Vu2 Vu3 Tu
0.600 -8665.322 -152.389 -12.755 33.981 -19.372 -7.480
PMM DEMAND/CAPACITY RATIO
Governing Total P MMajor MMinor Ratio Status
Equation Ratio Ratio Ratio Ratio Limit Check
(H1-1a) 0.730 = 0.487 + 0.214 + 0.029 0.950 OK
AXIAL FORCE DESIGN
Pu phi*Pnc phi*Pnt
Force Capacity Capacity
Axial -8665.322 17808.159 19673.280
MOMENT DESIGN
Mu phi*Mn Cm B1 B2 K L Cb
Moment Capacity Factor Factor Factor Factor Factor Factor
Major Moment -152.389 633.097 0.850 1.000 1.000 1.000 1.000 1.611
Minor Moment -12.755 387.181 0.640 1.000 1.000 1.000 1.000
SHEAR DESIGN
Vu phi*Vn Stress Status Tu
Force Capacity Ratio Check Torsion
Major Shear 242.408 8197.200 0.030 OK 0.000
Minor Shear 19.669 4098.600 0.005 OK 0.000
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DISEÑO DE BRIDASUPERIOR EJE 05
AISC-LRFD STEEL SECTION CHECK
Combo : ENVOLVENTE A
Units : Kgf, m, C
Frame : 1756 Design Sect: TUBO 100X50X2.5
X Mid : 10.758 Design Type: Brace
Y Mid : 7.800 Frame Type : Moment Resisting Frame
Z Mid : 7.909 Sect Class : Non-Compact
Length : 0.600 Major Axis : 0.000 degrees counterclockwise from local 3
Loc : 0.000 RLLF : 1.000
Area : 7.250E-04 SMajor : 1.903E-05 rMajor : 0.036 AVMajor: 5.000E-04
IMajor : 0.000 SMinor : 1.281E-05 rMinor : 0.021 AVMinor: 2.500E-04
IMinor : 0.000 ZMajor : 2.347E-05 E : 21000000000
Ixy : 0.000 ZMinor : 1.441E-05 Fy : 25300000.000
STRESS CHECK FORCES & MOMENTS
Location Pu Mu33 Mu22 Vu2 Vu3 Tu
0.000 -204.279 -9.458 -0.910 -29.248 -3.256 -2.485
PMM DEMAND/CAPACITY RATIO
Governing Total P MMajor MMinor Ratio Status
Equation Ratio Ratio Ratio Ratio Limit Check
(H1-1b) 0.030 = 0.008 + 0.018 + 0.005 0.950 OK
AXIAL FORCE DESIGN
Pu phi*Pnc phi*Pnt
Force Capacity Capacity
Axial -204.279 13200.264 16508.250
MOMENT DESIGN
Mu phi*Mn Cm B1 B2 K L Cb
Moment Capacity Factor Factor Factor Factor Factor Factor
Major Moment -9.458 534.383 0.850 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000
Minor Moment -0.910 193.547 1.000 1.004 1.000 1.000 1.999
SHEAR DESIGN
Vu phi*Vn Stress Status Tu
Force Capacity Ratio Check Torsion
Major Shear 29.248 6831.000 0.004 OK 0.000
Minor Shear 3.256 3415.500 0.001 OK 0.000
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DISEÑO DE COLUMNAEJE 02
AISC-LRFD STEEL SECTION CHECK
Combo : ENVOLVENTE A
Units : Kgf, m, C
Frame : 1957 Design Sect: TUBO 150X50X3
X Mid : 0.000 Design Type: Column
Y Mid : -3.555 Frame Type : Moment Resisting Frame
Z Mid : 2.524 Sect Class : Slender
Length : 1.000 Major Axis : 0.000 degrees counterclockwise from local 3
Loc : 0.000 RLLF : 1.000
Area : 0.001 SMajor : 4.152E-05 rMajor : 0.052 AVMajor: 9.000E-04
IMajor : 3.114E-06 SMinor : 2.161E-05 rMinor : 0.022 AVMinor: 3.000E-04
IMinor : 0.000 ZMajor : 5.315E-05 E : 21000000000
Ixy : 0.000 ZMinor : 2.405E-05 Fy : 25300000.000
STRESS CHECK FORCES & MOMENTS
Location Pu Mu33 Mu22 Vu2 Vu3 Tu
0.000 -2437.548 73.734 1.222 89.222 1.229 -0.588
PMM DEMAND/CAPACITY RATIO
Governing Total P MMajor MMinor Ratio Status
Equation Ratio Ratio Ratio Ratio Limit Check
(H1-1b) 0.120 = 0.054 + 0.061 + 0.005 0.950 OK
AXIAL FORCE DESIGN
Pu phi*Pnc phi*Pnt
Force Capacity Capacity
Axial -2437.548 22422.763 26504.280
MOMENT DESIGN
Mu phi*Mn Cm B1 B2 K L Cb
Moment Capacity Factor Factor Factor Factor Factor Factor
Major Moment 73.734 1210.317 0.589 1.000 1.000 1.752 1.000 1.860
Minor Moment 1.222 266.459 0.904 1.000 1.000 1.000 1.000
SHEAR DESIGN
Vu phi*Vn Stress Status Tu
Force Capacity Ratio Check Torsion
Major Shear 89.222 12295.800 0.007 OK 0.000
Minor Shear 1.229 4098.600 0.000 OK 0.000
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RESUMEN DE PERFILES (CUBIERTASALADE USO MULTIPLE SUM)
ESTRUCTURAMETALICA
CERCHAPRINCIPAL TIPO 01
Columnas Principales : tubo rectangular LAC 150x50x3mm ASTM A500
Diagonales de Columnas : tubo rectangular LAC 150x50x3mm ASTM A500
Montantes de columnas : tubo rectangular LAC 150x50x3mm ASTM A500
Bridas superior de cercha : tubo rectangular LAC 100x50x2.5mm ASTM A500
Bridas inferior de cercha : tubo rectangular LAC 100x50x3mm ASTM A500
Montantes de cercha : tubo cuadrado LAC 50x50x2mm ASTM A500
Diagonales de cercha : tubo cuadrado LAC 40x40x2mm ASTM A500
CERCHAPRINCIPAL TIPO 02
Columnas Principales : tubo rectangular LAC 150x50x3mm ASTM A500
Diagonales de Columnas : tubo rectangular LAC 150x50x3mm ASTM A500
Montantes de columnas : tubo rectangular LAC 150x50x3mm ASTM A500
Bridas superior de cercha : tubo rectangular LAC 100x50x2.5mm ASTM A500
Bridas inferior de cercha : tubo rectangular LAC 100x50x3mm ASTM A500
Montantes de cercha : tubo cuadrado LAC 50x50x2mm ASTM A500
Diagonales de cercha : tubo cuadrado LAC 40x40x2mm ASTM A500
CERCHAPRINCIPAL TIPO 03
Columnas Principales : tubo rectangular LAC 100x50x2mm ASTM A500
Diagonales de Columnas : tubo cuadrado LAC 40x40x2mm ASTM A500
Montantes de columnas : tubo cuadrado LAC 50x50x3mm ASTM A500
Bridas superior de cercha : tubo rectangular LAC 100x50x2.5mm ASTM A500
Bridas inferior de cercha : tubo rectangular LAC 100x50x3mm ASTM A500
Montantes de cercha : tubo cuadrado LAC 50x50x2mm ASTM A500
Diagonales de cercha : tubo cuadrado LAC 40x40x2mm ASTM A500
CERCHAPRINCIPAL TIPO 04
Bridas superior de cercha : tubo rectangular LAC 100x50x2.5mm ASTM A500
Bridas inferior de cercha : tubo rectangular LAC 100x50x3mm ASTM A500
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Montantes de cercha : tubo cuadrado LAC 50x50x2mm ASTM A500
Diagonales de cercha : tubo cuadrado LAC 40x40x2mm ASTM A500
CORREAS METALICAS TUBO RECTANGULAR 100X50X2mm
Correas Metálicas : tubo rectangular LAC 100x50x2mm ASTM A500
6. DISEÑO DE ESTRUCTURA METALICA BLOQUE 01 (AULAS DE
AGROPECUARIAS, INFORMATICA Y LAB. INFORMATICAS) Y ESCALERA 01 Y
02
6.1. CARGAS ACTUANTES EN LA ESTRUCTURAMETALICA
El cálculo de ha desarrollado por el método de elementos finitos MEF, la discretización
en las cantidades necesarias, los resultados de diseño se han calculado por el método
LRFD que contempla el RNE actualizado.
Para el análisis y diseño de las estructuras de la cubierta (BLOQUE 01) y escalera tipo
01 y 02 se han empleado criterios, modelos matemáticos y métodos concordantes con
las estructuras particulares de este proyecto. (Método de Elementos finitos, LRFD)
Los métodos de análisis estructural que se aplicaron en el desarrollo de este proyecto,
satisfacen los principios básicos de la estática y de la mecánica estructural. Estos
principios básicos son: Resistencia, Estabilidad y Rigidez.
6.1.1. CARGAS DE VIENTO (W)
De acuerdo al mapa eólico la provincia de Cotabambas presenta una velocidad de viento
de 65 Km/h, sin embargo propondremos velocidades de viento de 75 km/h como límite
para fines de diseño y normativa.
La altura máxima de la cubierta es de 10 Mt. La incidencia de las cargas de viento es
perpendicular, en este caso están repartidas directamente sobre la cobertura y
posteriormente sobre las correas y estructura principal, la cual produce una carga de
presión (barlovento) y succión (Sotavento):
Vh=V(h/10)0.22
Ph=0.005CVh2
Ph: presión o succión del viento a una altura h (Kgf/m2
)
C: Factor de forma adimensional (tabla de RNE, supericies inclinadas entre 15°y 60°)
CASO 1: (+x)
Vh= 75 km/hr
C= +0.7 barlovento; C= -0.6 sotavento
Ph= 19.7 kgf/m2
Presión;
Ph= -16.9 kgf/m2
Succión;
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CASO 2: (-x)
Vh= 75 km/hr
C= +0.7 barlovento; C= -0.6 sotavento
Ph= 19.7 kgf/m2
Presión;
Ph= -16.9 kgf/m2
Succión;
6.1.2. CARGAS DE LLUVIA Y DE GRANIZO (R).
Asumimos una altura de acumulación de agua de 5 mm. ()
R= (Peso específico del agua) (altura de acumulación)
R=1000(Kg/m3
)0.005m
R = 5 Kg/m2
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6.1.3. CARGA VIVA DE TECHO (Lr).
El RNE E020 para techos con cobertura no ligeras asigna una carga viva de techo de 50
kg/m2
, la cual es una carga considerablemente elevada y suficiente para cálculos ya que
podría compararse inclusive con las cargas de nieve.
Lr =50Kg/m2
6.2. ASIGNACIÓN DE CARGAS.
Las cargas serán asignadas directamente sobre la cobertura y estas sobre las correas, y
éstas transmitirán a los demás componentes estructurales. Se calcularán analíticamente
las fuerzas actuantes y las deformaciones por el método de los elementos finitos (MEF);
método directo que serán comprobadas por el software SAP 2000, la cual será validada
para los siguientes cálculos más complejos. Los elementos estructurales serán
calculados por el método ASD y LRFD las cuales son consideradas por la norma E090
del RNE.
6.2.1. RESUMEN DE CARGAS
El cuadro N° 1, muestra el resumen de cargas que se tendrán en cuenta en el diseño.
CARGAS DESCRIPCIÓN Kg/m2
CARGAS
MUERTAS (D)
Por peso de la vigueta (CVIG.)/según programa -
Por peso de la cobertura y accesorios(SC) 12.2
Por peso de la estructura (CEST.) /según programa -
CARGAS VIVAS
Cargas vivas en techos (Lr.) 50
Por viento (W.)
Barlovento (WB.) 19.7
Sotavento (WS.) -16.9
Por nieve (S.) -
Por lluvia o granizo (R). 5
DISTRIBUCION DE FUERZAS CARGA POR LLUVIA O GRANIZO (Lr=5 kg/m2),
CARGA 5 Kg/m2
CARGA VIVA DE TECHO Lr 50 Kg/m2
DISTRIBUCION DE FUERZAS CARGA VIVAS EN TECHOS RNE E030
(Lr=50 kg/m2)
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6.2.2. COMBINACIÓN DE CARGAS
La combinación de cargas consideradas son las que se estipulan en la Norma E090
donde se utiliza las siguientes abreviaturas:
COMBINACIÓN DE CARGAS MÉTODO LRFD
ITEM FORMULA DESCRIPCIÓN COMBINACIÓN
1 LRFD-A4-1 U = 1,4D U = 1,4D
2 LRFD-A4-2 U = 1,2D + 1,6L + 0,5(Lr o S o R)
U = 1,2D + 0,5Lr
U = 1,2D + 0,5S
3 LRFD-A4-3 U = 1,2D + 1,6(Lr o S o R) + (0,5L o
0,8W)
U = 1,2D + 1,6Lr + 0,8W
4 LRFD-A4-4 U = 1,2D + 1,3W + 0,5L + 0,5(Lr o S o R) U = 1,2D + 1,3W + 0,5Lr
5 LRFD-A4-5 U = 1,2D +/- 1E + 0,5L + 0,2S U = 1,2D +/- 1E + 0,2S
6 LRFD-A4-6 U = 0,9D +/- (1,3W o 1E)
U = 0,9D + 1,3W
U = 0,9D + 1E
Usaremos la adecuada combinación crítica.
6.3. ANÁLISIS Y DISEÑO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES.
CORREA
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DISEÑODE
DCORREAS
DISEÑODE
BRIDAS
BRIDA SUPERIOR
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DISEÑO DE CORREAS:
AISC-LRFD STEEL SECTION CHECK
Combo : ENVOLVENTE 3
Units : Kgf, m, C
Frame : 1215 Design Sect: TUBO 100X50X2.5
X Mid : -2.763 Design Type: Beam
Y Mid : 15.775 Frame Type : Moment Resisting Frame
Z Mid : 1.042 Sect Class : Non-Compact
Length : 5.050 Major Axis : 0.000 degrees counterclockwise from local 3
Loc : 2.755 RLLF : 1.000
Area : 7.250E-04 SMajor : 1.903E-05 rMajor : 0.036 AVMajor:
5.000E-04
IMajor : 0.000 SMinor : 1.281E-05 rMinor : 0.021 AVMinor:
2.500E-04
IMinor : 0.000 ZMajor : 2.347E-05 E : 21000000000
Ixy : 0.000 ZMinor : 1.441E-05 Fy : 25300000.000
STRESS CHECK FORCES & MOMENTS
Location Pu Mu33 Mu22 Vu2 Vu3 Tu
2.755 -0.153 330.894 37.557 24.025 8.317 -0.008
PMM DEMAND/CAPACITY RATIO
Governing Total P MMajor MMinor Ratio Status
Equation Ratio Ratio Ratio Ratio Limit Check
(H1-1b) 0.813 = 0.000 + 0.619 + 0.194 0.950 OK
AXIAL FORCE DESIGN
Pu phi*Pnc phi*Pnt
Force Capacity Capacity
Axial -0.153 1940.252 16508.250
MOMENT DESIGN
Mu phi*Mn Cm B1 B2 K L Cb
Moment Capacity Factor Factor Factor Factor Factor Factor
Major Moment 330.894 534.383 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.136
Minor Moment 37.557 193.547 0.850 1.000 1.000 1.000 1.000
SHEAR DESIGN
Vu phi*Vn Stress Status Tu
Force Capacity Ratio Check Torsion
Major Shear 24.025 6831.000 0.004 OK 0.000
Minor Shear 8.317 3415.500 0.002 OK 0.000
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DISEÑO DE BRIDAS:
AISC-LRFD STEEL SECTION CHECK
Combo : ENVOLVENTE 3
Units : Kgf, m, C
Frame : 1014 Design Sect: TUBO 100X50X2.5
X Mid : 1.370 Design Type: Brace
Y Mid : 18.300 Frame Type : Moment Resisting Frame
Z Mid : 1.605 Sect Class : Non-Compact
Length : 0.795 Major Axis : 0.000 degrees counterclockwise from local 3
Loc : 0.795 RLLF : 1.000
Area : 7.250E-04 SMajor : 1.903E-05 rMajor : 0.036 AVMajor: 5.000E-04
IMajor : 0.000 SMinor : 1.281E-05 rMinor : 0.021 AVMinor: 2.500E-04
IMinor : 0.000 ZMajor : 2.347E-05 E : 21000000000
Ixy : 0.000 ZMinor : 1.441E-05 Fy : 25300000.000
STRESS CHECK FORCES & MOMENTS
Location Pu Mu33 Mu22 Vu2 Vu3 Tu
0.795 -103.886 -162.948 -0.004 249.394 0.005 4.643E-04
PMM DEMAND/CAPACITY RATIO
Governing Total P MMajor MMinor Ratio Status
Equation Ratio Ratio Ratio Ratio Limit Check
(H1-1b) 0.309 = 0.004 + 0.305 + 0.000 0.950 OK
AXIAL FORCE DESIGN
Pu phi*Pnc phi*Pnt
Force Capacity Capacity
Axial -103.886 13597.570 16508.250
MOMENT DESIGN
Mu phi*Mn Cm B1 B2 K L Cb
Moment Capacity Factor Factor Factor Factor Factor Factor
Major Moment -162.948 534.383 1.000 1.002 1.000 1.000 2.358 1.000
Minor Moment -0.004 193.547 1.000 1.001 1.000 1.000 1.195
SHEAR DESIGN
Vu phi*Vn Stress Status Tu
Force Capacity Ratio Check Torsion
Major Shear 356.752 6831.000 0.052 OK 0.000
Minor Shear 0.005 3415.500 1.596E-06 OK 0.000
“MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE
HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909.
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RESUMEN DE PERFILES
TIJERAL TIPO L=10.70 M
Bridas superior e inferior : tubo rectangular LAC 100x50x2.5mm ASTM A500
Montantes : tubo rectangular LAC 100x50x2mm ASTM A500
Diagonales : tubo cuadrado LAC 50x50x2mm ASTM A500
Anclaje : Angular A36 3”x3”, e=1/4”
CORREAS METALICAS TUBO RECTANGULAR 100X50X2mm
Correas Metálicas : tubo rectangular LAC 100x50x2.5mm ASTM A500
7. DISEÑO DE ESTRUCTURAMETALICA BLOQUE 02 (AULAS INFORMATICA,
CENTRO DE COMPUTO Y BIBLIOTECA)
7.1. CARGAS ACTUANTES EN LA ESTRUCTURAMETALICA
El cálculo de ha desarrollado por el método de elementos finitos MEF, la discretización
en las cantidades necesarias, los resultados de diseño se han calculado por el método
LRFD que contempla el RNE actualizado.
Para el análisis y diseño de las estructuras de la cubierta (BLOQUE 02) se han empleado
criterios, modelos matemáticos y métodos concordantes con las estructuras particulares
de este proyecto. (Método de Elementos finitos, LRFD)
Los métodos de análisis estructural que se aplicaron en el desarrollo de este proyecto,
satisfacen los principios básicos de la estática y de la mecánica estructural. Estos
principios básicos son: Resistencia, Estabilidad y Rigidez.
7.1.1. CARGAS DE VIENTO (W)
De acuerdo al mapa eólico la provincia de Cotabambas presenta una velocidad de viento
de 65 Km/h, sin embargo propondremos velocidades de viento de 75 km/h como límite
para fines de diseño y normativa.
La altura máxima de la cubierta es de 10 Mt. La incidencia de las cargas de viento es
perpendicular, en este caso están repartidas directamente sobre la cobertura y
posteriormente sobre las correas y estructura principal, la cual produce una carga de
presión (barlovento) y succión (Sotavento):
Vh=V(h/10)0.22
Ph=0.005CVh2
Ph: presión o succión del viento a una altura h (Kgf/m2
)
C: Factor de forma adimensional (tabla de RNE, supericies inclinadas entre 15°y 60°)
CASO 1: (+x)
Vh= 75 km/hr
C= +0.7 barlovento; C= -0.6 sotavento
Ph= 19.7 kgf/m2
Presión;
Ph= -16.9 kgf/m2
Succión;
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CASO 2: (-x)
Vh= 75 km/hr
C= +0.7 barlovento; C= -0.6 sotavento
Ph= 19.7 kgf/m2
Presión;
Ph= -16.9 kgf/m2
Succión;
7.1.2. CARGAS DE LLUVIA Y DE GRANIZO (R).
Asumimos una altura de acumulación de agua de 5 mm. ()
R= (Peso específico del agua) (altura de acumulación)
R=1000(Kg/m3
)0.005m
R = 5 Kg/m2
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7.1.3. CARGA VIVA DE TECHO (Lr).
El RNE E020 para techos con cobertura no ligeras asigna una carga viva de techo de 50
kg/m2
, la cual es una carga considerablemente elevada y suficiente para cálculos ya que
podría compararse inclusive con las cargas de nieve.
Lr =50Kg/m2
7.2. ASIGNACIÓN DE CARGAS.
Las cargas serán asignadas directamente sobre la cobertura y estas sobre las correas, y
éstas transmitirán a los demás componentes estructurales. Se calcularán analíticamente
las fuerzas actuantes y las deformaciones por el método de los elementos finitos (MEF);
método directo que serán comprobadas por el software SAP 2000, la cual será validada
para los siguientes cálculos más complejos. Los elementos estructurales serán
calculados por el método ASD y LRFD las cuales son consideradas por la norma E090
del RNE.
7.2.1. RESUMEN DE CARGAS
El cuadro N° 1, muestra el resumen de cargas que se tendrán en cuenta en el diseño.
CARGAS DESCRIPCIÓN Kg/m2
CARGAS
MUERTAS (D)
Por peso de la vigueta (CVIG.)/según programa -
Por peso de la cobertura y accesorios(SC) 12.2
Por peso de la estructura (CEST.) /según programa -
CARGAS VIVAS
Cargas vivas en techos (Lr.) 50
Por viento (W.)
Barlovento (WB.) 19.7
Sotavento (WS.) -16.9
Por nieve (S.) 32
Por lluvia o granizo (R). 5
DISTRIBUCION DE FUERZAS CARGA POR LLUVIA O GRANIZO (Lr=5 kg/m2),
CARGA 5 Kg/m2
CARGA VIVA DE TECHO Lr 50 Kg/m2
DISTRIBUCION DE FUERZAS CARGA VIVAS EN TECHOS RNE E030
(Lr=50 kg/m2)
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7.2.2. COMBINACIÓN DE CARGAS
La combinación de cargas consideradas son las que se estipulan en la Norma E090
donde se utiliza las siguientes abreviaturas:
COMBINACIÓN DE CARGAS MÉTODO LRFD
ITEM FORMULA DESCRIPCIÓN COMBINACIÓN
1 LRFD-A4-1 U = 1,4D U = 1,4D
2 LRFD-A4-2 U = 1,2D + 1,6L + 0,5(Lr o S o R)
U = 1,2D + 0,5Lr
U = 1,2D + 0,5S
3 LRFD-A4-3 U = 1,2D + 1,6(Lr o S o R) + (0,5L o
0,8W)
U = 1,2D + 1,6Lr + 0,8W
4 LRFD-A4-4 U = 1,2D + 1,3W + 0,5L + 0,5(Lr o S o R) U = 1,2D + 1,3W + 0,5Lr
5 LRFD-A4-5 U = 1,2D +/- 1E + 0,5L + 0,2S U = 1,2D +/- 1E + 0,2S
6 LRFD-A4-6 U = 0,9D +/- (1,3W o 1E)
U = 0,9D + 1,3W
U = 0,9D + 1E
Usaremos la adecuada combinación crítica.
7.3. ANÁLISIS Y DISEÑO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES.
CORREA
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DISEÑODE
DCORREAS
DISEÑODE
BRIDAS
BRIDA SUPERIOR
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DISEÑO DE CORREAS:
AISC-LRFD STEEL SECTION CHECK
Combo : ENVOLVENTE 3
Units : Kgf, m, C
Frame : 67 Design Sect: TUBO 100X50X2.5
X Mid : -1.727 Design Type: Beam
Y Mid : 7.575 Frame Type : Moment Resisting Frame
Z Mid : 1.643 Sect Class : Non-Compact
Length : 5.050 Major Axis : 0.000 degrees counterclockwise from local 3
Loc : 2.525 RLLF : 1.000
Area : 7.250E-04 SMajor : 1.903E-05 rMajor : 0.036 AVMajor: 5.000E-04
IMajor : 0.000 SMinor : 1.281E-05 rMinor : 0.021 AVMinor: 2.500E-04
IMinor : 0.000 ZMajor : 2.347E-05 E : 21000000000
Ixy : 0.000 ZMinor : 1.441E-05 Fy : 25300000.000
STRESS CHECK FORCES & MOMENTS
Location Pu Mu33 Mu22 Vu2 Vu3 Tu
2.525 -11.694 307.254 35.514 0.000 -0.002 0.047
PMM DEMAND/CAPACITY RATIO
Governing Total P MMajor MMinor Ratio Status
Equation Ratio Ratio Ratio Ratio Limit Check
(H1-1b) 0.761 = 0.003 + 0.575 + 0.183 0.950 OK
AXIAL FORCE DESIGN
Pu phi*Pnc phi*Pnt
Force Capacity Capacity
Axial -11.694 1940.252 16508.250
MOMENT DESIGN
Mu phi*Mn Cm B1 B2 K L Cb
Moment Capacity Factor Factor Factor Factor Factor Factor
Major Moment 307.254 534.383 1.000 1.002 1.000 1.000 1.000 1.136
Minor Moment 35.514 193.547 0.850 1.000 1.000 1.000 1.000
SHEAR DESIGN
Vu phi*Vn Stress Status Tu
Force Capacity Ratio Check Torsion
Major Shear 0.000 6831.000 0.000 OK 0.000
Minor Shear 0.002 3415.500 0.000 OK 0.000
Memoria de calculo
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Memoria de calculo

  • 1. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S 1. MEMORIA DE CALCULO- ESTRUCTURAS METALICAS (I.E.S.T HAQUIRA)
  • 2. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S MEMORIA DE CÁLCULO 1. CARGAS DE DISEÑO. Las edificaciones y todas sus partes deberán ser capaces de resistir las cargas que se les imponga como consecuenciade su uso previsto. Estas actuarán en las combinaciones prescritas y no causarán esfuerzos que excedan los admisibles señalados para cada material estructural en su norma de diseño específica. En ningún caso las cargas asumidas serán menores que los valores mínimos establecidos en esta Norma. (1) 1.1 CARGAS MUERTAS. Son cargas de magnitud constante que permanecen en un mismolugar; constan del peso propio de la estructura y de otras cargas que están permanentemente unidas a ella. Para diseñar una estructura es necesario estimar los procesos o cargas muertas de las diversas partes para considerarlas en el diseño. Los pesos obtenidos en el diseño se comparan con los pesos estimados. Si se encuentran grandes discrepancias, se repite el análisis estimando mejor los pesos. 1.2 CARGAS ACCIDENTALES. 1.2.1 CARGAS DE VIENTO. La estimación de las cargas de ninguna manera puede considerarse como una ciencia exacta. Las magnitudes de las cargas del viento varían con la localidad geográfica, la altura sobre el terreno, el tipo de terreno que rodea el edificio, incluyendo otras estructuras aledañas y con otros factores. La estructura, los elementos de cierre y los componentes exteriores de todas las edificaciones expuestas a la acción del viento, serán diseñados para resistir las cargas (presiones y/o succiones) exteriores e interiores debidas al viento, suponiendo que éste actúa en dos direcciones horizontales perpendiculares entre sí. En la estructura la ocurrencia de presiones y/o succiones exteriores serán consideradas simultáneamente. (2) 1.2.1.1 VELOCIDAD DE DISEÑO DEL VIENTO. La velocidad de diseño del viento hasta 10m de altura será la velocidad máximaadecuada a la zona de ubicación de la edificación, pero no menos de 75 Km/h. La velocidad de diseño del viento en cada altura de la edificación se obtendrá de la siguiente expresión.   22 . 0 10 h V Vh  (2.1) Donde: Vh = es la velocidad de diseño en la altura h en Km/h V = es la velocidad de diseño hasta 10m de altura en Km/h h = es la altura sobre el terreno en metros 1.2.1.2 CARGA EXTERIOR DE VIENTO. La carga exterior (presión o succión) ejercida por el viento se supondrá estática y perpendicular a la superficie sobre la cual se actúa. Se calculará de la expresión: 1 Reglamento Nacional deEdificaciones (RNE) normas E020 2 Reglamento Nacional deEdificaciones (RNE) normas E020
  • 3. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S 2 005 . 0 h h V C P  (2.2) Donde: Ph = es la presión o succión del viento a una altura h en Kg/m2 C = es un factor de forma adimensional indicado en la Tabla 2.1 Vh = es la velocidad de diseño a la altura h, en Km/h Tabla 2.1. Factores de forma (Fuente: RNE norma E020) CONSTRUCCIÓN BARLOVENTO SOTAVENTO Arcos y cubiertas cilíndricas con un ángulo de inclinación que no exceda 45° 0.8 -0.5 Superficies inclinadas a 15° o menos 0.3 -0.6 -0.7 Superficies inclinadas entre 15° y 60° 0.7 -0.6 -0.3 Superficies inclinadas entre 60° y la vertical 0.8 -0.6 * El signo positivo indica presión y el negativo succión. 1.2.2. CARGAS SÍSMICAS Un sismo ocasiona aceleraciones en la superficie del terreno. Estas aceleraciones pueden descomponerse en sus componentes verticales y horizontales. Normalmente la componente vertical es insignificante pero la horizontal puede ser de magnitud considerable. El efecto de la aceleración horizontal crececon la distancia por encimadel terreno debido al efecto vibratorio del sismo, por lo que las cargas de diseño deben incrementarse proporcionalmente. Se empleará la siguiente fórmula para calcular la fuerza horizontal debido a la carga de sismo según la norma E- 030. V = Z U C S P/ R Debiendo considerarse para C/R el siguiente valor mínimo: 125 . 0  R C (2.4) Z = Factor De Zonificación Sísmica S = Factor de suelo SO = Roca Dura S1 = Roca o Suelos muy Rígidos S2 = Suelos Intermedios S3 = Suelos Blandos S4 = Condiciones Excepcionales
  • 4. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S U = Factor De Uso E Importancia A= Edificaciones Esenciales: (1.5) A1: Establecimientos de salud del SectorSalud (públicos y privados) del segundo y tercer nivel, según lo normado por el Ministerio de Salud. A2: Edificaciones esenciales cuya función no debería interrumpirse inmediatamente después de que ocurra un sismo severo tales como: - Establecimientos de salud no comprendidos en la categoría A1. - Puertos, aeropuertos, locales municipales, centrales de comunicaciones. Estaciones de bomberos, cuarteles de las fuerzas armadas y policía. - Instalaciones de generación y transformación de electricidad, reservorios y plantas de tratamiento de agua. Todas aquellas edificaciones que puedan servir de refugio después de un desastre, tales como instituciones educativas, institutos superiores tecnológicos y universidades. Se incluyen edificaciones cuyo colapso puede representar un riesgo adicional, tales como grandes hornos, fábricas y depósitos de materiales inflamables o tóxicos. Edificios que almacenen archivos e información esencial del Estado. B= Edificaciones Importantes: (1.3) Edificaciones donde se reúnen gran cantidad de personas tales como cines, teatros, estadios, coliseos, centros comerciales, terminales de pasajeros, establecimientos penitenciarios, o que guardan patrimonios valiosos como museos y bibliotecas. También se considerarán depósitos de granos y otros almacenes importantes para el abastecimiento. C= Edificaciones Comunes: (1) Edificaciones comunes tales como: viviendas, oficinas, hoteles, restaurantes, depósitos e instalaciones industriales cuya falla no acarree peligros adicionales de incendios o fugas de contaminantes.
  • 5. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S C = Factor De Amplificación Sísmica De acuerdo a las características de sitio, se define el factor de amplificación sísmica (C) por las siguientes expresiones: Este coeficiente se interpreta como el factor de amplificación de la aceleración estructural respecto de la aceleración en el suelo. T = Período fundamental R = Factor de Reducción de Solicitaciones Sísmicas. Los sistemas estructurales se clasificarán según los materiales usados y el sistema de estructuración sismorresistente predominante en cada dirección. Según la clasificación que se haga de una edificación se usará un coeficiente de reducción de fuerza sísmica (R). Tabla 2.2. (RNE norma E030) P = Peso Total De La Edificación El peso (P), se calculará adicionando a la carga permanente y total de la Edificación un porcentaje de la carga viva o sobrecarga que se determinará de la siguiente manera:  En edificaciones de las categorías A y B, se tomará el 50% de la carga viva.  En edificaciones de la categoría C, se tomará el 25% de la carga viva.  En depósitos, el 80% del peso total que es posible almacenar.  En azoteas y techos en general se tomará el 25% de la carga viva.  En estructuras de tanques, silos y estructuras similares se considerará el 100% de la carga que puede contener. 1.2.3. CARGA DE NIEVE. Art. 11 RNE2006 E-020 CARGAS
  • 6. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S CARGA DE NIEVE SOBRE LS TECHOS (Qs) El valor mínimo de la carga de nieve sobre el suelo Qs, sera de 0.40 KPa (40 Kgf/m2), que equivalen a .40 m de nieve fresca (peso específico de 1KN/m3 (100 Kgf/m3)) o a 0.20 m de nieve compactada (peso específico de 2KN/m3 (200 Kgf/m3)) 11.3 CARGA DE NIEVE SOBRE LOS TECHOS (Qt) 1.2.4. CARGAS VIVAS DE TECHO. Es el peso de todos los ocupantes, materiales, equipos, muebles y otros elementos movibles soportados por la edificación. Pueden variar en magnitud y localización y pueden sercausadas por los pesos de objetos colocados temporalmente sobre una estructura, por vehículos en movimiento o por fuerzas naturales.  Para los techos con una inclinación hasta de 3° con respecto a la horizontal, (100 kg/ m2 ).  Para techos con inclinación mayor de 3°, 100 kg/m2 reducida en 5 kg/m2 , por cada grado de pendiente por encima de 3°, hasta un mínimo de 50 kg/m2 .  Para techos curvos, 50 kg/m2 .  Para techos concoberturas livianas de asbesto - cemento, calamina, fibrocemento o tela y para toldos y doseles, cualquiera sea su pendiente, 30kg/m2 , excepto cuando puede haber acumulación de nieve en cuyo casola carga seráestablecida por el proyectista, justificándola ante las autoridades competentes.
  • 7. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S 2. ESPECIFICACIONES AISC-LRFD Tabla2.3. Fórmulas E090. Fórmula Combinación de Carga AISC-LRFD Máxima posibilidad de carga en la vida útil de 50 años (A4. 1) 1.4 D Carga muerta D durante la construcción (A4.2) 1.2 D + 1.6 L + 0.5 ( S ó Lr ó R ) Carga viva L (A4.3) 1.2 D + 1.6 ( Lr ó S ó R ) +( 0.8 W ó 0.5 L ) Carga en el techo (A4.4) 1.2 D + 1.3 W + 0.5 L +0.5 ( Lr ó S ó R ) Carga de viento W aditiva a la carga muerta (A4.5) 1.2 D + 1.5 E + ( 0.5 L ó 0.2 S ) Carga de sismo aditiva a la carga muerta (A4.6) 0.9 D - ( 1.3 W ó 1.5 E ) WóEopuesta a la carga muerta 2.1. FACTOR DE RESISTENCIA Φ. Es el valor que sirve de base para asegurar que los efectos factorizados sobre la estructura son menores que la resistencia confiable de sus miembros, la resistencia nominal para un tipo de esfuerzo de un elemento estructural puede tener una dispersión estadística de su comportamiento comprobado por estudios teóricos y de laboratorio, lo que se toma en cuenta por el llamado factor de Resistencia Φ es menor que la unidad y sus valores para determinado tipo de solicitación estarán definidos por el conocimiento que se tenga del comportamiento real del miembro o la conexión considerada. Tabla 2.4. Valores de miembros a diferentes esfuerzos. 3. MÉTODOS DE ANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL. Para el análisis y diseño de las estructuras de la cubierta del coliseo se han empleado criterios, modelos matemáticos y métodos concordantes con las estructuras particulares de este proyecto. (Método de Elementos finitos, LRFD) Los métodos de análisis estructural que se aplicaron en el desarrollo de este proyecto, satisfacen los principios básicos de la estática y de la mecánica estructural. Estos principios básicos son: Resistencia, Estabilidad y Rigidez.
  • 8. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S 3.1. NORMAS Y REGLAMENTOS En el desarrollo del proyecto estructural se utilizaron las siguientes normas y reglamentos de diseño:  Reglamento Nacional de Edificación del Perú (EDICIÓN VIGENTE).  Norma Técnica E.020 “Cargas” (2006).  Norma Técnica E.030 “Diseño Sismorresistente” (2018).  Norma Técnica E.090 “Estructuras Metálicas” (2006).  Normas del Instituto Americano de Construcción en Acero (AISC)  Código para Soldadura en Construcciónde Edificios de la Sociedad Americana de Soldadura (AWS) (AWS D1.1) (AWSD1.3) Códigos para Estructuras.  Normas A.S.T.M. (Sociedad Americana de Pruebas y Cargas). (ASTM 165)  A.S.N.T (Sociedad Americana de Ensayos No Destructivos). Practica recomendada para END. 3.2. MATERIALES. 3.2.1 PERFILES NormaTécnicade los perfiles laminados seráde aceroal carbonofabricadosegún la norma ASTM A-500 Norma técnica, calidad estructural, conforme a la Norma ASTM A-1011 GRADO 36. Las propiedades mecánicas mínimas de estos aceros se indican a continuación: - Esfuerzo de Fluencia (Kg/mm²) :25.3-27 - Resistencia en tensión (Kg/mm²) :37 - Alargamiento de rotura (%) :18-25% 3.2.2 PLANCHAS Norma Técnica de las planchas será de acero al carbono fabricado según la norma ASTM A-36 Norma técnica equivalente DIN 17100 St 37-2 / St 44-2 Las propiedades mecánicas mínimas de estos aceros se indican a continuación: - Esfuerzo de Fluencia (Kg/mm²) :25.3 - Resistencia en tensión (Kg/mm²) :41/56 - Alargamiento de rotura (%) :20% 3.2.3 CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS DEL ACERO. Los valores fundamentales para el diseño de las piezas de acero son: - Módulo de Elasticidad: E 210 GPa - Módulo de Rigidez: G 81 GPa - Coeficiente de Poisson: ν 0.3 - Coeficiente de dilatación térmica: α 1.2 10-5 (ºC) -1 - Densidad: ρ 7.850 kg/m3 3.2.4 PERNOS Todos los pernos serán de cabeza y tuerca hexagonal, y sus propiedades se ajustarán a lo indicado en las Norma ASTM A325 para el caso de pernos de alta resistencia, y a lo indicado en la Norma ASTM A307 para el caso de pernos corrientes de baja resistencia. Las dimensiones de los pernos y sus tuercas estarán de acuerdo a lo indicado en las Normas ANSI B18.2.1-1981 y ANSI B18.2.2-1972 respectivamente. Las características de
  • 9. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S la rosca se ajustarán a lo indicado en la Norma ANSI B1.1-1982 para roscas de la serie UNC (gruesa), clase 2A. 3.2.5 SOLDADURA. La soldadura será de arco eléctrico. El material de los electrodos será del tipo E6010 ó E6011 o E7018 con una resistencia mínima a la tensión (Fu) de 4,200 kg/cm2 . El material de soldadura deberá cumplir con los requerimientos prescritos en las Normas AWS D1.1 y D1.3 de la American Welding Society, la soldadura se efectúa por el método de arco metálico protegido. 4. DISEÑO DE ESTRUCTURAMETALICA BLOQUE 08 (CANCHA DEPORTIVA) 4.1. CARGAS ACTUANTES EN LA ESTRUCTURAMETALICA 4.1.1. CARGAS DE VIENTO (W) De acuerdo al mapa eólico la provincia de Abancay presenta una velocidad de viento de 60 Km/h, sin embargo, propondremos velocidades de viento de 75 km/h comolímite para fines de diseño y normativa. La altura máxima de la cubierta es de 13.3 Mt. La incidencia de las cargas de viento es perpendicular, en este caso están repartidas directamente sobre la cobertura y posteriormente sobre las correas y estructura principal, la cual produce una carga de presión (barlovento) y succión (Sotavento): Vh=V(h/10)0.22 Ph=0.005CVh2 Ph: presión o succión del viento a una altura h (Kgf/m2 ) C: Factor de forma adimensional (tabla de RNE, superficies inclinadas entre 15° y 60°)
  • 10. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S
  • 11. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S CASO 1: (+x) Vh= 79.4 km/hr C= +0.7 barlovento; C= -0.6 sotavento Ph= 22.1 kgf/m2 Presión; Ph= -18.9 kgf/m2 Succión; CASO 2: (-x) Vh= 79.8 km/hr C= +0.7 barlovento; C= -0.6 sotavento Ph= 22.1 kgf/m2 Presión; Ph= -18.9 kgf/m2 Succión;
  • 12. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S CASO 3: (-y) Vh= 79.8 km/hr C= +0.7 barlovento; C= -0.6 sotavento Ph= -18.9 kgf/m2 Succión 4.1.2. CARGAS DE LLUVIA Y DE GRANIZO (R). Asumimos una altura de acumulación de agua de 5 mm. () R= (Peso específico del agua) (altura de acumulación) R=1000(Kg/m3 )0.005m R = 5 Kg/m2 4.1.3. CARGA VIVA DE TECHO (Lr). El RNE E020 para techos curvos asigna una carga viva de techo de 30 kg/m2 , para techos con coberturas livianas, la cual es una carga considerablemente elevada y suficiente para cálculos ya que podría compararse inclusive con las cargas de nieve. Lr =30Kg/m2 DISTRIBUCION DE FUERZAS CARGA POR LLUVIA O GRANIZO (Lr=5 kg/m2), CARGA 5 Kg/m2
  • 13. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S 4.1.4. CARGA DE NIEVE (S). Las variaciones de pendientes de la cobertura determinarán las cargas actuantes en la estructura. La estructura al ser irregular tendrá diferentes cargas de nieve según el grado de inclinación y según RNE. (Ver Art. 11 RNE2006 E-020 CARGAS) Qs = 40 Kg/m2 Qt= (Peso específico de nieve fresca 100 Kg/m3 RNE E020) (altura de acumulación). La estrutura metalica se ha diseñado para pendientes mayores o iguales a 17° para alcanzar pesos acumulados según E020 de: Para techos a una o dos aguas con inclinacines comprendidas entre 15° y 30° la carga de diseño Qt sobre la proyeccion horizontal será: Qt=0.8 Qs 4.1.5. CARGA DE SISMO (E): CONSIDERACIONES: Para el eje X, la estructura presenta dos columnas y una armadura. Dicha armadura se podría idealizar como una estructura isostática que está apoyada en las columnas en voladizo y asumiendo a que no hay una continuidad entre las columnas y la armadura, no se podría asumir como pórticos. Sin embargo, para dicho sistema estructural la norma E.030 no especifica un valor para el factor de reducción básico. Para ello se puede tomar el factor 𝑹=5 de la Tabla 2.2. (RNE norma E030) Ya que las vigas de Acero A36/A500 CARGA VIVA DE TECHO Lr 30 Kg/m2 DISTRIBUCION DE FUERZAS CARGA VIVAS EN TECHOS RNE E020 (Lr=30 kg/m2) DISTRIBUCION DE FUERZAS CARGA DE NIEVE EN TECHO mayor a 15° Qt=0.8Qs (altura de acumulacion 0.32 Mt =32 kg/m2) CARGA DE NIEVE 32 Kg/m2
  • 14. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S incursionan al menos a una limitada capacidad de deformación inelástica en sus elementos y conexiones y que las columnas que se plantearán corresponden al tipo A53 que ofrecen mayor resistenciacuando la viga/cercha principal pueda incursionar al menos en la zona de endurecimiento por deformación. Para el eje Y, la estructura presenta un sistemade pórticos intermedios considerando que las columnas ofrecen una mayor resistencia y el sistema posee una limitada capacidad de deformación inelástica en sus elementos y conexiones, para el cual se tiene un factor 𝑹=5 Tabla 2.2. (RNE norma E030) De acuerdo a la norma E030-2018 de Diseño Sismorresistente, tenemos: ANÁLISIS ESTÁTICO. Representa las solicitaciones sísmicas mediante un conjunto de fuerzas horizontales actuando en cada nivel. V = Z U C S P/ R Donde: V: Fuerza cortante en la base de la estructura (Kg/m). Z: Factor de Zona (0.25). (Ver Figura De Zonas Sísmicas) U: Coeficiente de uso e importancia (1.3), Categoría B- Edificaciones Importantes. (Si bien es una estructura que forma parte de un instituto, este no será habitado de forma constante, por ello deberá ser tratado como una estructura del tipo importante, como lo es un cine, teatro, coliseo, etc. según E030 RM-355-218) S: Factor de suelo (1.2, S2). R: Coeficiente de reducción de solicitaciones sísmicas (IMFx 5, IMFY 5). C: Factor de amplificación sísmica (2.5). TP: Periodo que define la plataforma del espectro para cada tipo de suelo (0.6) TL: Periodo que define la plataforma del espectro para cada tipo de suelo (2) T: Periodo fundamental de la estructura (Tx=0.4125, Ty =0.3290) Calculado mediante Software SAP2000V19 hn: Altura de la edificación (13.3mt). P: Peso total de la estructura (CP+50%LIVE). CP: Carga permanente (DEAD+SCP). Lr: Sobrecarga techos (30 Kg/m2 RNE E030). T: Periodo fundamental de la estructura en X, Y con 90% de masa participativa como mínimo (RNE E030):
  • 15. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S C: Factor de amplificación sísmica. Cx: 2.5 Cy : 2.5 Cálculo del Coeficiente Basal: TABLE: Modal Participating Mass Ratios OutputCase StepType StepNum Period UX UY SumUX SumUY Text Text Unitless Sec Unitless Unitless Unitless Unitless MODAL Mode 1 0.412516 0.969 1.634E-15 0.969 1.634E-15 MODAL Mode 2 0.387275 2.546E-15 0.894 0.969 0.894 MODAL Mode 3 0.329009 1.454E-15 0.081 0.969 0.975 MODAL Mode 4 0.257223 3.171E-07 3.026E-16 0.969 0.975 MODAL Mode 5 0.252288 1.712E-14 0.015 0.969 0.99 MODAL Mode 6 0.234137 0.000001763 2.221E-15 0.969 0.99 MODAL Mode 7 0.232756 7.381E-13 2.651E-07 0.969 0.99 MODAL Mode 8 0.229822 0.0000928 1.428E-17 0.969 0.99 MODAL Mode 9 0.222189 1.809E-13 0.0001309 0.969 0.99 X Y Z 0.250 0.250 U 1.300 1.300 C 2.500 2.500 S 1.200 1.200 R 5.000 5.000 V=COEF BASAL 0.1950 0.1950 K 1.000 1.000
  • 16. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S Fuerza de sismo en el eje X y eje Y: ANÁLISIS DINÁMICO. (ver anexos) TABLE: Auto Seismic - User Coefficient LoadPat Dir PercentEcc EccOverride UserZ C K WeightUsed BaseShear Text Text Unitless Yes/No Yes/No Unitless Unitless Kgf Kgf SISMOX X 0.05 No No 0.195 1 31020.55 6049.01 SISMOY Y 0.05 No No 0.195 1 31020.55 6049.01 0.000 0.500 1.000 1.500 2.000 2.500 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 SA DIR X-X PERIODO T(S) ESPECTRODEPSEUDO - ACELERACIONES X-X Sa Dir X-X TP TL 0.000 0.500 1.000 1.500 2.000 2.500 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 SA DIR Y-Y PERIODO T(S) ESPECTRODEPSEUDO- ACELERACIONES Y-Y Sa Dir Y-Y TP TL
  • 17. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S COMPARACIÓN SISMO DINÁMICO Y ESTÁTICO EJE X (Kg) EJE Y (Kg) SISMO DINAMICO (Kg) 5862.26 5571.31 SISMO ESTATICO (Kg) 6049.01 6049.01 PORCENTAJE % 0.97 0.92 4.2. ASIGNACIÓN DE CARGAS. Las cargas serán asignadas directamente sobre la cobertura y estas sobre las correas, y éstas transmitirán a los demás componentes estructurales. Se calcularán analíticamente las fuerzas actuantes y las deformaciones por el método de los elementos finitos (MEF); método directo que serán comprobadas por el software SAP 2000, la cual será validada para los siguientes cálculos más complejos. Los elementos estructurales serán calculados por el método analiticos y LRFD las cuales son consideradas por la norma E090 del RNE. 4.2.1. RESUMEN DE CARGAS El cuadro N° 1, muestra el resumen de cargas que se tendrán en cuenta en el diseño. CARGAS DESCRIPCIÓN Kg/m2 CARGAS MUERTAS (D) Por peso de la vigueta (CVIG.)/según programa - Por peso de la cobertura y accesorios(SC) 3.5/1.7 Por peso de la estructura (CEST.) /según programa - CARGAS VIVAS Cargas vivas en techos (Lr.) 30 Por viento (W.) Barlovento (WB.) 22.1 Sotavento (WS.) -18.9 Por nieve (S.) 32 Por lluvia o granizo (R). 5 Por sismo dinámico (Ex.) 5862.26 Kg Por sismo dinámico (Ey.) 5571.31 Kg
  • 18. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S 4.2.2. COMBINACIÓN DE CARGAS La combinación de cargas consideradas son las que se estipulan en la Norma E090, donde se utiliza las siguientes abreviaturas: COMBINACIÓN DE CARGAS MÉTODO LRFD ITEM FORMULA DESCRIPCIÓN COMBINACIÓN 1 LRFD-A4-1 U = 1,4D U = 1,4D 2 LRFD-A4-2 U = 1,2D + 1,6L + 0,5(Lr o S o R) U = 1,2D + 0,5Lr U = 1,2D + 0,5S 3 LRFD-A4-3 U = 1,2D + 1,6(Lr o S o R) + (0,5L o 0,8W) U = 1,2D + 1,6Lr + 0,8W 4 LRFD-A4-4 U = 1,2D + 1,3W + 0,5L + 0,5(Lr o S o R) U = 1,2D + 1,3W + 0,5Lr 5 LRFD-A4-5 U = 1,2D +/- 1E + 0,5L + 0,2S U = 1,2D +/- 1E + 0,2S 6 LRFD-A4-6 U = 0,9D +/- (1,3W o 1E) U = 0,9D + 1,3W U = 0,9D + 1E Usaremos la adecuada combinación crítica. Las combinaciones 4 y 5, puesto que la combinación 3 estaría siendo diseñada para un evento de nieve permanente y esto sobredimensionarían la estructura. Las combinaciones seleccionadas serán las que nos permitan diseñar las estructuras del proyecto. 4.3. ANÁLISIS Y DISEÑO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES. 4.3.1. DISEÑO DE CORREAS: La disposición será: La distribución de fuerzas sobre la correa más crítica en la vista seleccionada aleatoriamente será donde el viento incide perpendicularmente en barlovento adicionándose las cargas de peso propio (PERMANENTE)
  • 19. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S
  • 20. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S SELECCIÓN DE PERFIL PARA CORREA: Perfil 80x40x2mm Propiedades de perfil Propiedades de perfil DISEÑO POR MÓDULO DE SECCIÓN REQUERIDO Mmax = 5907 kg-cm σpermisible = 0.9σy (Recomendado por la AISC-LRFD) σy = 2530 Kg/cm2 σperm = 2277 Kg/cm2 Sreq= 2594.20 mm3 < S Diseño por Deflexión de la viga Flecha Max = 0.018 m; Recomendación (AISC) L/180= 0.028 cm 1.8 cm. < 2.8 cm perm req M S  max 
  • 21. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S Diseño a Flexión de vigas determinado por el estado límite de fluencia, es φb Mn. Propiedades de la correa superior Peso/longitud: 3.56 kg/m Momento de inercia mayor I3: 389738.7 mm4 Módulo elástico de la sección S3: 9365.47 mm3 Módulo plástico de la sección Z3: 11156 mm3 φb=0.9 Factor de resistencia AISC LRFD Mn=Mp Momento plástico Fy=2530x104 kg/m2 Esfuerzo de Fluencia ASTM A-36 La viga debe cumplir con la siguiente condición: (0.9)(Fy)(Z3) ≤ (1.5) (Fy) (S3) (0.9)(2530x104 kg/m2 )(12016x10-9 m3 ) ≤ (1.5) (2530x104 kg/m2 ) (9743.46 x10-9 m3 ) 273.6 kg m ≤ 369.76 kg m Usar Tubo rectangular de 80x40x2 mm 4.3.2. DISEÑO DE COLUMNAY CERCHAPRINCIPAL: Las posibles fallas por carga axial y momentos están concentradas en los arranques de cada arco principal, además en la sección de cambio de geometría de la cercha principal 01 y 02. El diseño está establecido para una combinación de cargas en sus tres variantes de acuerdo a la disposición del viento, la cual se unifica en una envolvente. U = 1,2D + 1,3W + 0,5L + 0,5(Lr o S o R) DISEÑO POR RESISTENCIAEN COMPRESION PARAPANDEO POR FLEXION Diseño del elemento más crítico método LRFD. La resistencia de diseño para pandeo por flexión en miembros comprimidos en lo que sus elementos tienen una relación ancho-espesor. En el caso de las alas de una sección rectangular se tiene la relación límite: λala= 𝑏 𝑡 < λp =1.12√ 𝐸 𝐹𝑌 En el caso de las almas de una sección rectangular se tiene la relación límite: λalma= ℎ 𝑡 < λp =2.42√ 𝐸 𝐹𝑌
  • 22. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S En el caso de secciones circulares se tiene la relación límite: λalma= 𝐷 𝑡 < λp =0.07 𝐸 𝐹𝑌 Diseño de elemento estructural más cargado en cercha principal: CASO II PU=-3459.31 Kg M3=-2606.7 kg-m M2=-800.08 kg-m CASO I PU=3014.5 Kg M3=41.2 kg-m
  • 23. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S SELECCIÓN DE PERFIL PARA ELEMENTO ESTRUCTURAL: CASO I: Perfil tubo rectangular 100x50x3mm Propiedades de perfil Propiedades de perfil λala= 41 3 < λp =1.12√ 2100000 𝑘𝑔𝑓/𝑐𝑚2 2530 𝑘𝑔𝑓/𝑐𝑚2 13.66 < 32.26 ok λalma= 91 3 < λp =2.42√ 2100000 𝑘𝑔𝑓/𝑐𝑚2 2530 𝑘𝑔𝑓/𝑐𝑚2 30.33 < 69.72 ok Los perfiles seleccionados son compactas y no propician el pandeo local. 2 / 2530 cm kgf Fy  2 64 . 8 cm Ag  4 3 12 . 112 cm I  4 2 44 . 37 cm I  cm r 60 . 3 3  cm r 08 . 2 2 
  • 24. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S cm L 20  PANDEO FLEXIONANTE: E F r kL y c * 2    c  : Parámetro de esbeltez de la columna. k : Factor de longitud efectiva (K=1) kL: Longitud efectiva de una columna. r : Radio de giro que controla la esbeltez 61 . 9 08 . 2 / 20 * 1 / 2   r kL (Usamos la mayor) 55 . 5 60 . 3 / 20 * 1 / 3   r kL 2 2 2 / 2100000 * / 2530 61 . 9 cm kgf cm kgf c    5 . 1 106 . 0   c  Para este valor tenemos la siguiente fórmula:   y F Fcr c 2 658 . 0   para 5 . 1  c  (AISC LRFD) Fcr: Esfuerzo crítico.   2 106 . 0 / 2530 * 658 . 0 2 cm kgf Fcr  2 / 08 . 2518 cm kgf Fcr  Área total mínima requerida a compresión, puede determinarse con la ecuación: Fcr Pu Ag c *   Pu: Resistencia axial. Ag : Área total. c  : Factor de resistencia para la compresión. 2 / 08 . 2518 * 85 . 0 5 . 3014 cm kgf kgf Ag  2 40 . 1 cm Ag  NOTA: El elemento brida inferior y superior quedan diseñados con tubos rectangulares de 100x50x3mm según la carga axial 3014.5 kgf con (Ag=8.64cm2 ) 8.64 cm2 > 1.40 kg cm2 Usar Tubo rectangular de 100x50x3 mm
  • 25. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S CASO II: Perfil tubo circular SCH40 8”x8.18 mm Propiedades de perfil Propiedades de perfil λala= 219.1 8.18 < λp =0.07 2100000 𝑘𝑔𝑓/𝑐𝑚2 2100 𝑘𝑔𝑓/𝑐𝑚2 26.78 < 70 ok Los perfiles seleccionados son compactas y no propician el pandeo local. 2 / 2100 cm kgf Fy  2 20 . 54 cm Ag  4 2 3 69 . 3018 cm I y  cm r y 4628 . 7 2 3  ) ( 600 efectiva longitud cm L   PANDEO FLEXIONANTE: E F r kL y c * 2   
  • 26. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S c  : Parámetro de esbeltez de la columna. k : Factor de longitud efectiva (K=1) kL: Longitud efectiva de una columna. r : Radio de giro que controla la esbeltez. 39 . 80 4628 . 7 / 600 * 1 / 3 2   y r kL 2 2 2 / 2100000 * / 2100 39 . 80 cm kgf cm kgf c    5 . 1 8092 . 0   c  Para este valor tenemos la siguiente fórmula:   y F Fcr c 2 658 . 0   para 5 . 1  c  (Ecuación AISC LRFD) Fcr: Esfuerzo crítico.   2 892 . 0 / 2530 * 658 . 0 2 cm kgf Fcr  2 / 50 . 1596 cm kgf Fcr  Área total mínima requerida a compresión, puede determinarse con la ecuación: Fcr Pu Ag c *   Pu: Resistencia axial. Ag : Área total. c  : Factor de resistencia para la compresión. 2 / 50 . 1596 * 85 . 0 31 . 3459 cm kgf kgf Ag  2 55 . 2 cm Ag  NOTA: Las columnas quedan parcialmente diseñadas con tubos circular SCH40 Φ8” x8.18 mm según la carga axial -3459.31 kgf que se presenta en la columna (Ag=54.20cm2 ) 54.20 cm2 > 2.55 kg cm2 DISEÑO POR RESISTENCIACON ADECUADO SOPORTE LATERAL Para el adecuado soporte lateral deberá cumplir: Lb≤ Lp Lb= 600 cm ry = 7.4628 cm (radio de giro) Lp=1.76ry √ 𝐸 Fy Lp=415.35 cm Lb≤ Lp (reducir espaciamiento) Cálculo del Momento Nominal:
  • 27. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S Eje x= Eje y: (SECCION CIRCULAR DE 8”) Mn=Mp=FyZx ≤ 1.5Mx Mx= FySx Mx= (2100 kgf/cm2 ) (275.5541 cm3 ) Mx= 578663.61 kgf cm Mnx= (2100 kgf/cm2 ) (364.0881 cm3 ) Mnx= 764585.01 ≤ 1.5Mx Mnx= 764585.01 ≤ 867995.415 ΦbMnx= (0.9) (867995.415) ΦbMnx= 781195.87 ΦbMny = 781195.87 DISEÑO POR FLEXION COMPUESTA Pu = 3459.31 kgf/cm2 Fcr = 1596.50 kgf/cm2 φc Pn = φcFcrAg = 0.9 (1596.50)54.20 = 77877.27 kgf = 77.87 ton Para 2 . 0 < n c u P P  0.045 < 0.2 0 . 1 2            ny b uy nx b ux n c u M M M M P P    Esta ecuación relaciona la carga requerida sobre la resistencia nominal calculada anteriormente Pu: Carga requerida = -3459.31 kgf = -3.45 ton (mayor carga axial en las columnas) Mux: -800.08 kg-m Muy : -2606.7 kg-m 0 . 1 2            ny b uy nx b ux n c u M M M M P P    Mientras mayor sea los requerimientos por carga axial, menor será la resistencia a la flexión. Pu 3459.31 2ΦcPn155754.54 Mux 800.08 Muy 2606.7 Φb 0.9 Mnx 867995.415 Mny 867995.415
  • 28. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S 0.02657≤ 1.0 NOTA: Las columnas quedan diseñadas con tubos circular SCH40 Φ8” x8.18 mm 54.20 cm2 > 2.55 kg cm2 0.02657 ≤ 1.0 Usar Tubo SCH40 Φ8” x 8.18 mm Diseño de todo el conjunto estructural. Los esfuerzos mayores están concentrados en los cambios de geometría de las cerchas principales y en los arranques. Se ha analizado dichas cargas y el resumen de perfiles se representa en los planos de fabricación. ANALISIS DE COLUMNA EJE 02 SOFWARE ANALISIS DE DIAGONAL EJE 02 SOFWARE
  • 29. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S ANALISIS DE PERFIL BASE EJE 03 SOFWARE ANALISIS DE PERFIL BORDE DE BRIDA SUPERIOR EJE 035 SOFWARE
  • 30. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE COLUMNADE CERCAPRINCIPAL EJE 02, SEGÚN AISC – LRFD AISC-LRFD STEEL SECTION CHECK Combo : ENVOLVENTE B Units : Kgf, m, C Frame : 1944 Design Sect: TUBO SCH40 8" X Mid : 23.800 Design Type: Column Y Mid : 5.050 Frame Type : Moment Resisting Frame Z Mid : 2.430 Sect Class : Compact Length : 3.960 Major Axis : 0.000 degrees counterclockwise from local 3 Loc : 0.000 RLLF : 1.000 Area : 0.005 SMajor : 2.756E-04 rMajor : 0.075 AVMajor: 0.003 IMajor : 3.019E-05 SMinor : 2.756E-04 rMinor : 0.075 AVMinor: 0.003 IMinor : 3.019E-05 ZMajor : 3.641E-04 E : 21000000000 Ixy : 0.000 ZMinor : 3.641E-04 Fy : 25000000.000 STRESS CHECK FORCES & MOMENTS Location Pu Mu33 Mu22 Vu2 Vu3 Tu 0.000 -3549.308 2606.701 -800.080 -566.582 336.912 -1.548 PMM DEMAND/CAPACITY RATIO Governing Total P MMajor MMinor Ratio Status Equation Ratio Ratio Ratio Ratio Limit Check (H1-1b) 0.351 = 0.018 + 0.318 + 0.098 0.950 OK AXIAL FORCE DESIGN Pu phi*Pnc phi*Pnt Force Capacity Capacity Axial -3549.308 99914.859 121956.080 MOMENT DESIGN Mu phi*Mn Cm B1 B2 K L Cb Moment Capacity Factor Factor Factor Factor Factor Factor Major Moment 2606.701 8191.983 0.730 1.000 1.000 1.000 1.000 2.187 Minor Moment -800.080 8191.983 0.873 1.000 1.000 1.000 1.000 SHEAR DESIGN Vu phi*Vn Stress Status Tu Force Capacity Ratio Check Torsion Major Shear 1085.059 36623.492 0.030 OK 0.000 Minor Shear 344.638 36623.492 0.009 OK 0.000
  • 31. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S ANÁLISISESTRUCTURAL DEDIAGONAL DECERCAPRINCIPAL EJE02,SEGÚNAISC – LRFD AISC-LRFD STEEL SECTION CHECK Combo : ENVOLVENTE B Units : Kgf, m, C Frame : 474 Design Sect: TUBO 50X50X2 X Mid : 10.269 Design Type: Brace Y Mid : 5.050 Frame Type : Moment Resisting Frame Z Mid : 11.476 Sect Class : Compact Length : 1.918 Major Axis : 0.000 degrees counterclockwise from local 3 Loc : 0.959 RLLF : 1.000 Area : 3.840E-04 SMajor : 5.908E-06 rMajor : 0.020 AVMajor: 2.000E-04 IMajor : 0.000 SMinor : 5.908E-06 rMinor : 0.020 AVMinor: 2.000E-04 IMinor : 0.000 ZMajor : 6.916E-06 E : 21000000000 Ixy : 0.000 ZMinor : 6.916E-06 Fy : 25300000.000 STRESS CHECK FORCES & MOMENTS Location Pu Mu33 Mu22 Vu2 Vu3 Tu 0.959 -2649.970 1.094 0.000 0.000 0.000 1.770 PMM DEMAND/CAPACITY RATIO Governing Total P MMajor MMinor Ratio Status Equation Ratio Ratio Ratio Ratio Limit Check (H1-1a) 0.532 = 0.523 + 0.009 + 0.000 0.950 OK AXIAL FORCE DESIGN Pu phi*Pnc phi*Pnt Force Capacity Capacity Axial -2649.970 5065.378 8743.680 MOMENT DESIGN Mu phi*Mn Cm B1 B2 K L Cb Moment Capacity Factor Factor Factor Factor Factor Factor Major Moment 1.605 157.477 1.000 1.467 1.000 1.000 1.000 1.316 Minor Moment 0.000 157.477 1.000 1.467 1.000 1.000 1.000 SHEAR DESIGN Vu phi*Vn Stress Status Tu Force Capacity Ratio Check Torsion Major Shear 0.000 2732.400 0.000 OK 0.000 Minor Shear 0.000 2732.400 0.000 OK 0.000
  • 32. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S ANÁLISISESTRUCTURAL DEPERFIL BASE DECERCAPRINCIPAL EJE03,SEGÚN AISC – LRFD AISC-LRFD STEEL SECTION CHECK Combo : ENVOLVENTE B Units : Kgf, m, C Frame : 2070 Design Sect: TUBO 100X50X3 X Mid : 0.300 Design Type: Beam Y Mid : 10.100 Frame Type : Moment Resisting Frame Z Mid : 5.450 Sect Class : Compact Length : 0.600 Major Axis : 0.000 degrees counterclockwise from local 3 Loc : 0.600 RLLF : 1.000 Area : 8.640E-04 SMajor : 2.242E-05 rMajor : 0.036 AVMajor: 6.000E-04 IMajor : 1.121E-06 SMinor : 1.498E-05 rMinor : 0.021 AVMinor: 3.000E-04 IMinor : 0.000 ZMajor : 2.780E-05 E : 21000000000 Ixy : 0.000 ZMinor : 1.700E-05 Fy : 25300000.000 STRESS CHECK FORCES & MOMENTS Location Pu Mu33 Mu22 Vu2 Vu3 Tu 0.600 -413.984 -332.660 39.811 766.127 -67.889 -1.086 PMM DEMAND/CAPACITY RATIO Governing Total P MMajor MMinor Ratio Status Equation Ratio Ratio Ratio Ratio Limit Check (H1-1b) 0.640 = 0.012 + 0.525 + 0.103 0.950 OK AXIAL FORCE DESIGN Pu phi*Pnc phi*Pnt Force Capacity Capacity Axial -413.984 17808.159 19673.280 MOMENT DESIGN Mu phi*Mn Cm B1 B2 K L Cb Moment Capacity Factor Factor Factor Factor Factor Factor Major Moment -332.660 633.097 0.589 1.000 1.000 1.000 1.000 2.040 Minor Moment 39.811 387.181 0.651 1.000 1.000 1.000 1.000 SHEAR DESIGN Vu phi*Vn Stress Status Tu Force Capacity Ratio Check Torsion Major Shear 766.127 8197.200 0.093 OK 0.000 Minor Shear 67.889 4098.600 0.017 OK 0.000
  • 33. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S ANÁLISISESTRUCTURAL DEPERFIL BORDEDEBRIDASUPERIOR DECERCAPRINCIPAL EJE05, SEGÚNAISC – LRFD AISC-LRFD STEEL SECTION CHECK Combo : ENVOLVENTE B Units : Kgf, m, C Frame : 2262 Design Sect: TUBO 150X50X3 X Mid : -0.600 Design Type: Column Y Mid : 20.200 Frame Type : Moment Resisting Frame Z Mid : 5.564 Sect Class : Slender Length : 0.229 Major Axis : 0.000 degrees counterclockwise from local 3 Loc : 0.229 RLLF : 1.000 Area : 0.001 SMajor : 4.152E-05 rMajor : 0.052 AVMajor: 9.000E-04 IMajor : 3.114E-06 SMinor : 2.161E-05 rMinor : 0.022 AVMinor: 3.000E-04 IMinor : 0.000 ZMajor : 5.315E-05 E : 21000000000 Ixy : 0.000 ZMinor : 2.405E-05 Fy : 25300000.000 STRESS CHECK FORCES & MOMENTS Location Pu Mu33 Mu22 Vu2 Vu3 Tu 0.229 -2209.960 571.195 -47.267 -3272.481 112.863 -33.832 PMM DEMAND/CAPACITY RATIO Governing Total P MMajor MMinor Ratio Status Equation Ratio Ratio Ratio Ratio Limit Check (H1-1b) 0.734 = 0.084 + 0.472 + 0.178 0.950 OK AXIAL FORCE DESIGN Pu phi*Pnc phi*Pnt Force Capacity Capacity Axial -2209.960 13182.073 26504.280 MOMENT DESIGN Mu phi*Mn Cm B1 B2 K L Cb Moment Capacity Factor Factor Factor Factor Factor Factor Major Moment 571.195 1210.317 0.735 1.000 1.000 4.818 1.000 1.000 Minor Moment -47.478 266.459 1.000 1.004 1.000 5.086 2.076 SHEAR DESIGN Vu phi*Vn Stress Status Tu Force Capacity Ratio Check Torsion Major Shear 3272.481 12295.800 0.266 OK 0.000 Minor Shear 174.574 4098.600 0.043 OK 0.000
  • 34. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S 5.3.3 DISEÑO POR DETERMINACIÓN DE DESPLAZAMIENTOS LATERALES (DERIVAS LIMITES DE DISTORSION) Para estructuras regulares, los desplazamientos laterales se calcularán multiplicando por 0,75 Rlos resultados obtenidos del análisis lineal y elástico conlas solicitaciones sísmicas reducidas. Para estructuras irregulares, los desplazamientos laterales se calcularán multiplicando por 0.85 R los resultados obtenidos del análisis lineal elástico. h R L y mx ) 75 . 0 )( ( /   h R L y mx ) 85 . 0 )( ( /   Mayores desplazamientos en eje y Ry= 0.75x5 h=6.25 Δ=0.0067 (DESPLAZAMIENTO MAYOR EN COLUMNA PRINCIPAL EJE Y) L= 0.0047 L= 0.0047<0.010 Mayores desplazamientos en eje x Rx=0.75x5 TABLE: Joint Displacements Joint OutputCase CaseType StepType U1 U2 U3 Text Text Text Text m m m 1368 SDY LinRespSpec Max 0.000383 0.007014 0.00003 1369 SDY LinRespSpec Max 0.001188 0.006995 0.00000562 1370 SDY LinRespSpec Max 0.001133 0.006728 0.000004906 1371 SDY LinRespSpec Max 0.000823 0.006866 0.000009093 1372 SDY LinRespSpec Max 0.000865 0.006884 0.000008963 TABLE: Joint Displacements Joint OutputCase CaseType StepType U1 U2 U3 Text Text Text Text m m m 453 SDX LinRespSpec Max 0.006596 0.000011 0.000018 454 SDX LinRespSpec Max 0.006039 0.00000892 0.000018 455 SDX LinRespSpec Max 0.006842 0.00001 0.00002 456 SDX LinRespSpec Max 0.007056 0.000009301 0.000022 457 SDX LinRespSpec Max 0.006297 0.000008947 0.00002
  • 35. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S h=6.25 Δ=0.0068 (DESPLAZAMIENTO MAYOR EN COLUMNA PRINCIPAL EJE X) L= 0.0041 L= 0.0041<0.010 METODO DE CÁLCULO: El cálculo de ha desarrollado por el método de elementos finitos MEF, la discretización en las cantidades necesarias, los resultados de diseño se han calculado por el método AISC - LRFD que contempla el RNE vigente E090. Para el análisis y diseño de las estructuras de la cubierta (cancha deportiva BLOQUE 08) se han empleado criterios, modelos matemáticos y métodos concordantes con las estructuras particulares de este proyecto. (Método de Elementos finitos) Los métodos de análisis estructural que se aplicaron en el desarrollo de este proyecto, satisfacen los principios básicos de la estática y de la mecánica estructural. Estos principios básicos son: Resistencia, Estabilidad y Rigidez. Como resultados finales la estructura está diseñada con los siguientes perfiles. RESUMEN DE PERFILES (CUBIERTADE LOSA MULTIUSO) ESTRUCTURAMETALICA COLUMNAS METALICAS Columnas Metálicas : Tubo Circular SCH40 8”x8.18mm ASTM A53 Plancha Base Inferior : Plancha Metálica ASTM A36 1/2” Plancha Base Superior : Plancha Metálica ASTM A36 3/8” Perno : Perno de alta resistencia ASTM A325 Ø 5/8" CERCHAPRINCIPAL TIPO L=25.15 M Bridas superiores : tubo rectangular LAC 100x50x2.5mm ASTM A500 : tubo rectangular LAC 150x50x3mm ASTM A500 Bridas inferiores : tubo rectangular LAC 100x50x3mm ASTM A500 Montantes y diagonales : tubo rectangular LAC 50x50x2mm ASTM A500 Plancha Metálica : ASTM A36, e=1/4” VIGUETALONGITUDINAL TIPO 01 L=5.05 M Bridas superiores : tubo rectangular LAC 80x40x2mm ASTM A500 Bridas inferiores : tubo rectangular LAC 80x40x2mm ASTM A500 Montantes : tubo rectangular LAC 40x40x2mm ASTM A500 Diagonales : tubo rectangular LAC 25x25x2mm ASTM A500 VIGUETALONGITUDINAL TIPO 02 L=5.05 M Bridas superiores : tubo rectangular LAC 70x50x2mm ASTM A500
  • 36. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S Bridas inferiores : tubo rectangular LAC 70x50x2mm ASTM A500 Montantes : tubo rectangular LAC 50x25x2mm ASTM A500 VIGUETALONGITUDINAL TIPO 03 L=5.05 M Bridas superiores : tubo rectangular LAC 70x50x2mm ASTM A500 Bridas inferiores : tubo rectangular LAC 70x50x2mm ASTM A500 Montantes : tubo rectangular LAC 50x25x2mm ASTM A500 ARRIOSTRE LATERAL TUBO CUADRADO 40X40X2mm Correas Metálicas : tubo cuadrado LAC 40x40x2mm ASTM A500 CORREAS METALICAS TUBO RECTANGULAR 80X40X2mm Correas Metálicas : tubo rectangular LAC 80x40x2mm ASTM A500 4.3.3. DISEÑO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES 4.3.3.1. DISEÑO DE LA PLACA DE APOYO DE LA ESTRUCTURA. Para el diseño de la placa base de la armadura tenemos el siguiente gráfico: Pu=3459.31 kgf (Fuerza de aplastamiento sobre la plancha en el pórtico principal a partir de las reacciones) fp= 𝑃𝑢 𝐴 A=1600 cm2 Se considera una plancha CUADRADA de 40 cm de diámetro (Ver planos) fp= 3041.02 1600 =1.90 kgf/cm2 Fp=0.6(Fy) = 0.6 (2530 kg/cm2 ) = 1518 kg/cm2 fp < Fp ISOMET RIA ESC:S/ E PERNO DE ANCLAJE BARRA LISA Ø3/ 4",Ca nt. 6 ORIENTADO AL CENTRO DE LA ESTRUCTURA CARTELA TIPO B COLUMNA SCH40 Ø8" PLANCHA BASE 420X420mm , e=1/ 2"
  • 37. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S Pu = La carga axial última 3459.31 N = Largo de la placa base cm 40 B = Ancho de la placa base cm 40 bf = Ancho de la estructura/columna 21 d = Peralte de la estructura/columna 21 Φf = Factor de resistencia a la flexión 0.9 Fy = Esfuerzo de fluencia especificado para la placa base 2530 t = Espesor mínimo requerido en la placa base 𝑡𝑚𝑖𝑛 = 2𝑚√ 𝑃𝑢 Φ𝑓𝐹 𝑦𝐴 𝑚 = 𝑁 − 0.95𝑑 2 m = 9.71 n = 11.6 tmin= 0.89 cm Usar PL: 1/2’’ (ó 12 mm) 4.3.3.2. CÁLCULO DE PERNOS DE ANCLAJE Placa metálica CUADRADA de 0.4m y espesor de 1/2’’ Detalles de la placa de apoyo 60° Ø310 PLANCHA BASE 420X420mm, e=1/ 2" 1/4'' 420 420
  • 38. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S Con la tabla de cortantes en las bases en todas las direcciones podemos calcular la resultante de la cortante máxima y dimensionar los anclajes. F1=-1085.06 Kgf F2= 344.64 Kgf F3= 3549.31 Kgf M2= 1399.28 Kgf-m (Fm=12720.72 kgf) FV= fuerza cortante resultante: (sqrt (F1+F2)) FV= 1138.47 kgf FN= fuerza normal resultante: (F3+Fm) FN=15761.74 Kgf El esfuerzo rasante efectivo que debe ser absorbido por los pernos de anclaje μ : Coeficiente de rozamiento entre acero - hormigón, cemento, arena. μ=(0.2-0.4) R=V- μ N R=- 5867.00 kgf Por las dimensiones de la placa y la separación entre pernos se propone usar 06 pernos en total, (Ver detalles en planos) Fuerza que debe soportar 01 perno R/6 r=977.83 Kgf TABLE: Joint Reactions Joint OutputCase CaseType StepType F1 F2 F3 M1 M2 M3 Text Text Text Text Kgf Kgf Kgf Kgf-m Kgf-m Kgf-m 617 ENVOLVENTE B Combination Max 999.23 394.17 2886.99 991.08 2578.18 35.13 617 ENVOLVENTE B Combination Min -471.11 -387.71 1066.11 -1001.39 -1289.89 -5.83 619 ENVOLVENTE B Combination Max 566.58 344.64 3549.31 787.89 1399.28 1.55 619 ENVOLVENTE B Combination Min -1085.06 -336.91 985.07 -800.08 -2606.7 -34.02 727 ENVOLVENTE B Combination Max 976.68 388.15 2834.73 995.33 2528.67 15.2 727 ENVOLVENTE B Combination Min -494.36 -388.94 1028.79 -992.67 -1338.79 -23.2
  • 39. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S El material de los pernos de anclaje será de acero liso según norma SAE 1045 O SIMILAR Esfuerzo de fluencia σy mínimo= 4280 kgf/cm2 Resistencia a la tracción σr = 6320 kgf/cm2 La máxima resistencia a cortante está dada por ζ = σr/√3 , ζ = 3648.85 La carga de rotura del perno será Qr = ζ A Qr: carga de rotura del perno Qadm: carga admisible del perno afectado por un factor de seguridad de 5 Longitud del perno que debe tener embebida a la columna Fa: Factor de agrietamiento (0.3-0.5) Fd: Factor de desprendimiento (0.3-0.5) Fs: factor de seguridad (3-4) L= r / ΠD* Esfuerzo de adherencia Le=(L/(fa*fd))fs Esfuerzo de adherencia 105 kgf/cm2 Le = 69.15 cm Usaremos 06 pernos de 3/4'' y longitud 80 cm. 4.3.4. CÁLCULO DE LA SOLDADURA. Los esfuerzos en uniones soldadas sujetas a flexión se presentan principalmente en las columnas metálicas, se detalla el cálculo por flexión y cortante con la columna metálica izquierda de cercha principal 01. Diámetro Área(cm2) Q r (kgf) Qadm(kgf) 3/8'' 0.71 2590.68613 518.137226 1/2'' 1.27 4634.0442 926.80884 5/8'' 1.98 7224.73033 1444.94607 3/4'' 2.85 10399.233 2079.84661
  • 40. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S Las mayores cargas actuantes en la columna metálica: (coordenadas globales) M V P FUERZASACTAUNTESEN COLUMNA R84 V = 1085.06 kg M = 1399.28kg-m (1399.28) x (100) kg-cm Se realizará una soldadura de filete todo el alrededor. TABLE: Joint Reactions Joint OutputCase CaseType StepType F1 F2 F3 M1 M2 M3 Text Text Text Text Kgf Kgf Kgf Kgf-m Kgf-m Kgf-m 617 ENVOLVENTE B Combination Max 999.23 394.17 2886.99 991.08 2578.18 35.13 617 ENVOLVENTE B Combination Min -471.11 -387.71 1066.11 -1001.39 -1289.89 -5.83 619 ENVOLVENTE B Combination Max 566.58 344.64 3549.31 787.89 1399.28 1.55 619 ENVOLVENTE B Combination Min -1085.06 -336.91 985.07 -800.08 -2606.7 -34.02 727 ENVOLVENTE B Combination Max 976.68 388.15 2834.73 995.33 2528.67 15.2 727 ENVOLVENTE B Combination Min -494.36 -388.94 1028.79 -992.67 -1338.79 -23.2 TABLE: Joint Reactions Joint OutputCase CaseType StepType F1 F2 F3 M1 M2 M3 Text Text Text Text Kgf Kgf Kgf Kgf-m Kgf-m Kgf-m 819 ENVOLVENTE4 Combination Max 480.61 0.14 3041.02 0.29 2034.51 6.45 819 ENVOLVENTE4 Combination Min -712.72 -1.27 888.27 -0.03906 -2775.74 -1.49 V2=-1085.06Kg M3= 1399.28 kg-m P= 3041.02 kg
  • 41. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S V (Cortante) 1085.06 kg M (M flector) 139928 kg-cm h (garganta cm) 0.3 r (cm) 10.955 8" c (cm) 5.4775 A 14.59936392 cm2 Iu (momento de inercia) 4130.361215 cm3 I 876.0496137 cm3 ζ'‘ (esfuerzo a cortante) 74.32241611 kg/cm2 ζ' (esfuerzo a flexion) 874.8997865 kg/cm2 R (resultante) 878.05 kg/cm2 Para un electrodo E70XX Esfuerzo permisible = Φ(0.6 Sy) ΦFw = 0.75(0.6)(70) = 31.5 KSI 2214.639 kg/cm2 Φ: Factor de Resistencia LRFD ELECTRODO E70XX ΦFw > R 2214.67 kg/cm2 >878.05 kg/cm2 OK
  • 42. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S NOTA: Para las uniones de planchas en columnas se deberá usar electrodo celulósico E60xx (01 pase de Raíz) para garantizar la penetración y posterior a ello E70xx (02 pases de Relleno). Se recomienda como mínimo el tamaño de soldadura sea 1/4". Resistencia de Diseño al corte soldadura de filete Electrodo protegido {3} RESUMEN: Para los ELEMENTOS SECUNDARIOS Usar electrodo E60xx (montantes y diagonales), con altura de h=1/8” Para los ELEMENTOS PRINCIPALES Usar electrodo E60xx (uniones entre bridas inferiores y superiores), con altura de h=1/8”, en algunos casos se deberá usar planchas adicionales como se especifican en planos. Para efectos de montaje se debe usar electros E70xx con altura de h=1/8” 5. DISEÑO DE ESTRUCTURAMETALICA BLOQUE 06 (SALA DE USO MULTIPLE) 5.1. CARGAS ACTUANTES EN LA ESTRUCTURAMETALICA El cálculo de ha desarrollado por el método de elementos finitos MEF, la discretización en las cantidades necesarias, los resultados de diseño se han calculado por el método LRFD que contempla el RNE actualizado. Para el análisis y diseño de las estructuras de la cubierta (BLOQUE 06) se han empleado criterios, modelos matemáticos y métodos concordantes con las estructuras particulares de este proyecto. (Método de Elementos finitos, LRFD) Los métodos de análisis estructural que se aplicaron en el desarrollo de este proyecto, satisfacen los principios básicos de la estática y de la mecánica estructural. Estos principios básicos son: Resistencia, Estabilidad y Rigidez. 5.1.1. CARGAS DE VIENTO (W) De acuerdo al mapa eólico la provincia de Cotabambas presenta una velocidad de viento de 65 Km/h, sin embargo, propondremos velocidades de viento de 75 km/h como límite para fines de diseño y normativa.
  • 43. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S La altura máxima de la cubierta es de 10 Mt. La incidencia de las cargas de viento es perpendicular, en este caso están repartidas directamente sobre la cobertura y posteriormente sobre las correas y estructura principal, la cual produce una carga de presión (barlovento) y succión (Sotavento): Vh=V(h/10)0.22 Ph=0.005CVh2 Ph: presión o succión del viento a una altura h (Kgf/m2 ) C: Factor de forma adimensional (tabla de RNE, supericies inclinadas entre 15°y 60°) CASO 1: (+x) Vh= 75 km/hr C= +0.7 barlovento; C= -0.6 sotavento Ph= 19.7 kgf/m2 Presión; Ph= -16.9 kgf/m2 Succión; CASO 2: (-x) Vh= 75 km/hr C= +0.7 barlovento; C= -0.6 sotavento Ph= 19.7 kgf/m2 Presión; Ph= -16.9 kgf/m2 Succión;
  • 44. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S 5.1.2. CARGAS DE LLUVIA Y DE GRANIZO (R). Asumimos una altura de acumulación de agua de 5 mm. () R= (Peso específico del agua) (altura de acumulación) R=1000(Kg/m3 )0.005m R = 5 Kg/m2 5.1.3. CARGA VIVA DE TECHO (Lr). El RNE E020 para techos con cobertura no ligeras asigna una carga viva de techo de 50 kg/m2 , la cual es una carga considerablemente elevada y suficiente para cálculos ya que podría compararse inclusive con las cargas de nieve. Lr =50Kg/m2 DISTRIBUCION DE FUERZAS CARGA POR LLUVIA O GRANIZO (Lr=5 kg/m2), CARGA 5 Kg/m2
  • 45. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S 5.1.4. CARGA DE SISMO (E): De acuerdo a la norma E030-2018 de Diseño Sismorresistente, tenemos: ANÁLISIS ESTÁTICO. Representa las solicitaciones sísmicas mediante un conjunto de fuerzas horizontales actuando en cada nivel. V = Z U C S P/ R Donde: V: Fuerza cortante en la base de la estructura (Kg/m). Z: Factor de Zona (0.25). (Ver Figura De Zonas Sísmicas) U: Coeficiente de uso e importancia (1.5), Categoría 2- Edificaciones Esenciales. S: Factor de suelo (1.2, S2). R: Coeficiente de reducción de solicitaciones sísmicas (IMFx 5, IMFY 5). C: Factor de amplificación sísmica (2.5). TP: Periodo que define la plataforma del espectro para cada tipo de suelo (0.6) TL: Periodo que define la plataforma del espectro para cada tipo de suelo (2) T: Periodo fundamental de la estructura (Tx=0.019, Ty =0.093) Calculado mediante Software SAP2000V19 hn: Altura de la edificación (10.0mt). P: Peso total de la estructura (CP+50%LIVE). CP: Carga permanente (DEAD+SCP). Lr: Sobrecarga techos (50 Kg/m2 RNE E030). T: Periodo fundamental de la estructura en X, Y con 90% de masa participativa como mínimo (RNE E030): CARGA VIVA DE TECHO Lr 50 Kg/m2 DISTRIBUCION DE FUERZAS CARGA VIVAS EN TECHOS RNE E020 (Lr=50 kg/m2) TABLE: Modal Participating Mass Ratios OutputCase StepType StepNum Period UX UY SumUX SumUY Text Text Unitless Sec Unitless Unitless Unitless Unitless MODAL Mode 6 0.09725 0.012 0.039 0.056 0.366 MODAL Mode 7 0.093409 0.0009246 0.558 0.057 0.923 MODAL Mode 8 0.081352 8.736E-08 0.000001601 0.057 0.923 MODAL Mode 9 0.081257 9.529E-07 2.799E-07 0.057 0.923 MODAL Mode 10 0.080158 0.0002264 0.023 0.057 0.947 MODAL Mode 97 0.019266 0.033 0.000004784 0.917 0.986 MODAL Mode 98 0.019171 0.00001995 0.00005059 0.917 0.986
  • 46. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S C: Factor de amplificación sísmica. Cx: 2.5 Cy : 2.5 Cálculo del Coeficiente Basal: Fuerza de sismo en el eje X y eje Y: 5.2. ASIGNACIÓN DE CARGAS. Las cargas serán asignadas directamente sobre la cobertura y estas sobre las correas, y éstas transmitirán a los demás componentes estructurales. Se calcularán analíticamente las fuerzas actuantes y las deformaciones por el método de los elementos finitos (MEF); método directo que serán comprobadas por el software SAP 2000, la cual será validada para los siguientes cálculos más complejos. Los elementos estructurales serán calculados por el método ASD y LRFD las cuales son consideradas por la norma E090 del RNE. X Y Z 0.25 0.25 U 1.5 1.5 C 2.5 2.5 S 1.2 1.2 R 5 5 V=COEF BASAL 0.225 0.225 K 1 1 TABLE: Auto Seismic - User Coefficient LoadPat Dir PercentEcc EccOverride UserZ C K WeightUsed BaseShear Text Text Unitless Yes/No Yes/No Unitless Unitless Kgf Kgf SISMOX X 0.05 No No 0.225 1 17188.69 3867.46 SISMOY Y 0.05 No No 0.225 1 17188.69 3867.46
  • 47. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S 5.2.1. RESUMEN DE CARGAS El cuadro N° 1, muestra el resumen de cargas que se tendrán en cuenta en el diseño. CARGAS DESCRIPCIÓN Kg/m2 CARGAS MUERTAS (D) Por peso de la vigueta (CVIG.)/según programa - Por peso de la cobertura y accesorios(SC) 10 Por peso de la estructura (CEST.) /según programa - CARGAS VIVAS Cargas vivas en techos (Lr.) 50 Por viento (W.) Barlovento (WB.) 19.7 Sotavento (WS.) -16.9 Por nieve (S.) 32 Por lluvia o granizo (R). 5 Por sismo estático (Ex.) 3867.46 Por sismo estático (Ey.) 3867.46 5.2.2. COMBINACIÓN DE CARGAS La combinación de cargas consideradas son las que se estipulan en la Norma E090 donde se utiliza las siguientes abreviaturas: COMBINACIÓN DE CARGAS MÉTODO LRFD ITEM FORMULA DESCRIPCIÓN COMBINACIÓN 1 LRFD-A4-1 U = 1,4D U = 1,4D 2 LRFD-A4-2 U = 1,2D + 1,6L + 0,5(Lr o S o R) U = 1,2D + 0,5Lr U = 1,2D + 0,5S 3 LRFD-A4-3 U = 1,2D + 1,6(Lr o S o R) + (0,5L o 0,8W) U = 1,2D + 1,6Lr + 0,8W 4 LRFD-A4-4 U = 1,2D + 1,3W + 0,5L + 0,5(Lr o S o R) U = 1,2D + 1,3W + 0,5Lr 5 LRFD-A4-5 U = 1,2D +/- 1E + 0,5L + 0,2S U = 1,2D +/- 1E + 0,2S 6 LRFD-A4-6 U = 0,9D +/- (1,3W o 1E) U = 0,9D + 1,3W U = 0,9D + 1E Usaremos la adecuada combinación crítica. Las combinaciones 4 y 5, puesto que la combinación 3 estaría siendo diseñada para un evento de nieve permanente y esto sobredimensionarían la estructura. Las combinaciones seleccionadas serán las que nos permitan diseñar las estructuras del proyecto. 5.3. ANÁLISIS Y DISEÑO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES. 5.3.1. DISEÑO DE CORREAS: La disposición será:
  • 48. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S La distribución de fuerzas sobre la correa más crítica en la vista seleccionada aleatoriamente será donde el viento incide perpendicularmente en barlovento adicionándose las cargas de peso propio (PERMANENTE)
  • 49. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S SELECCIÓN DE PERFIL PARA CORREA: Perfil tubo rectangular 100x50x2mm Propiedades de perfil
  • 50. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S Propiedades de perfil DISEÑO POR MÓDULO DE SECCIÓN REQUERIDO Mmax = 13500 kg-cm σpermisible = 0.9σy (Recomendado por la AISC-LRFD) σy = 2530 Kg/cm2 σperm = 2277 Kg/cm2 Sreq= 5928.85 mm3 < S Diseño por Deflexión de la viga Flecha Max = 0.013 m; Recomendación (AISC) L/180= 0.028 cm 1.3 cm. < 2.8 cm Diseño a Flexión de vigas determinado por el estado límite de fluencia, es φb Mn. Propiedades de la correa superior Momento de inercia mayor I3: 389738.7 mm4 Módulo elástico de la sección S3: 9365.47 mm3 Módulo plástico de la sección Z3: 11156 mm3 φb=0.9 Factor de resistencia AISC LRFD Mn=Mp Momento plástico Fy=2530x104 kg/m2 Esfuerzo de Fluencia ASTM A-36 La viga debe cumplir con la siguiente condición: (0.9)(Fy)(Z3) ≤ (1.5) (Fy) (S3) (0.9)(2530x104 kg/m2 )(19016x10-9 m3 ) ≤ (1.5) (2530x104 kg/m2 ) (15503.6 x10-9 m3 ) 432.99 kg m ≤ 588.36 kg m Usar Tubo rectangular de 100x50x2 mm 5.3.2. DISEÑO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES: Las posibles fallas por carga axial y momentos están concentradas en los arranques de cada tijeral principal, en las cumbreras, etc. perm req M S  max 
  • 51. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S El diseño está establecido para una combinación de cargas en sus tres variantes de acuerdo a la disposición del viento, la cual se unifica en una envolvente. U = 1,2D + 1,3W + 0,5L + 0,5(Lr o S o R) DISEÑO INTEGRAL DE ELEMENTOS: DISEÑO DE BRIDAINFERIOR EJE 04 BRIDA INFERIOR
  • 52. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S DISEÑO DE BRIDASUPERIOR EJE 05 DISEÑO DE COLUMNAEJE 02 BRIDA INFERIOR COLUMNA
  • 53. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S DISEÑO DE BRIDAINFERIOR EJE 04 AISC-LRFD STEEL SECTION CHECK Combo : ENVOLVENTE A Units : Kgf, m, C Frame : 1661 Design Sect: TUBO 100X50X3 X Mid : 0.376 Design Type: Brace Y Mid : 3.900 Frame Type : Moment Resisting Frame Z Mid : 3.175 Sect Class : Compact Length : 0.600 Major Axis : 0.000 degrees counterclockwise from local 3 Loc : 0.600 RLLF : 1.000 Area : 8.640E-04 SMajor : 2.242E-05 rMajor : 0.036 AVMajor: 6.000E-04 IMajor : 1.121E-06 SMinor : 1.498E-05 rMinor : 0.021 AVMinor: 3.000E-04 IMinor : 0.000 ZMajor : 2.780E-05 E : 21000000000 Ixy : 0.000 ZMinor : 1.700E-05 Fy : 25300000.000 STRESS CHECK FORCES & MOMENTS Location Pu Mu33 Mu22 Vu2 Vu3 Tu 0.600 -8665.322 -152.389 -12.755 33.981 -19.372 -7.480 PMM DEMAND/CAPACITY RATIO Governing Total P MMajor MMinor Ratio Status Equation Ratio Ratio Ratio Ratio Limit Check (H1-1a) 0.730 = 0.487 + 0.214 + 0.029 0.950 OK AXIAL FORCE DESIGN Pu phi*Pnc phi*Pnt Force Capacity Capacity Axial -8665.322 17808.159 19673.280 MOMENT DESIGN Mu phi*Mn Cm B1 B2 K L Cb Moment Capacity Factor Factor Factor Factor Factor Factor Major Moment -152.389 633.097 0.850 1.000 1.000 1.000 1.000 1.611 Minor Moment -12.755 387.181 0.640 1.000 1.000 1.000 1.000 SHEAR DESIGN Vu phi*Vn Stress Status Tu Force Capacity Ratio Check Torsion Major Shear 242.408 8197.200 0.030 OK 0.000 Minor Shear 19.669 4098.600 0.005 OK 0.000
  • 54. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S DISEÑO DE BRIDASUPERIOR EJE 05 AISC-LRFD STEEL SECTION CHECK Combo : ENVOLVENTE A Units : Kgf, m, C Frame : 1756 Design Sect: TUBO 100X50X2.5 X Mid : 10.758 Design Type: Brace Y Mid : 7.800 Frame Type : Moment Resisting Frame Z Mid : 7.909 Sect Class : Non-Compact Length : 0.600 Major Axis : 0.000 degrees counterclockwise from local 3 Loc : 0.000 RLLF : 1.000 Area : 7.250E-04 SMajor : 1.903E-05 rMajor : 0.036 AVMajor: 5.000E-04 IMajor : 0.000 SMinor : 1.281E-05 rMinor : 0.021 AVMinor: 2.500E-04 IMinor : 0.000 ZMajor : 2.347E-05 E : 21000000000 Ixy : 0.000 ZMinor : 1.441E-05 Fy : 25300000.000 STRESS CHECK FORCES & MOMENTS Location Pu Mu33 Mu22 Vu2 Vu3 Tu 0.000 -204.279 -9.458 -0.910 -29.248 -3.256 -2.485 PMM DEMAND/CAPACITY RATIO Governing Total P MMajor MMinor Ratio Status Equation Ratio Ratio Ratio Ratio Limit Check (H1-1b) 0.030 = 0.008 + 0.018 + 0.005 0.950 OK AXIAL FORCE DESIGN Pu phi*Pnc phi*Pnt Force Capacity Capacity Axial -204.279 13200.264 16508.250 MOMENT DESIGN Mu phi*Mn Cm B1 B2 K L Cb Moment Capacity Factor Factor Factor Factor Factor Factor Major Moment -9.458 534.383 0.850 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 Minor Moment -0.910 193.547 1.000 1.004 1.000 1.000 1.999 SHEAR DESIGN Vu phi*Vn Stress Status Tu Force Capacity Ratio Check Torsion Major Shear 29.248 6831.000 0.004 OK 0.000 Minor Shear 3.256 3415.500 0.001 OK 0.000
  • 55. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S DISEÑO DE COLUMNAEJE 02 AISC-LRFD STEEL SECTION CHECK Combo : ENVOLVENTE A Units : Kgf, m, C Frame : 1957 Design Sect: TUBO 150X50X3 X Mid : 0.000 Design Type: Column Y Mid : -3.555 Frame Type : Moment Resisting Frame Z Mid : 2.524 Sect Class : Slender Length : 1.000 Major Axis : 0.000 degrees counterclockwise from local 3 Loc : 0.000 RLLF : 1.000 Area : 0.001 SMajor : 4.152E-05 rMajor : 0.052 AVMajor: 9.000E-04 IMajor : 3.114E-06 SMinor : 2.161E-05 rMinor : 0.022 AVMinor: 3.000E-04 IMinor : 0.000 ZMajor : 5.315E-05 E : 21000000000 Ixy : 0.000 ZMinor : 2.405E-05 Fy : 25300000.000 STRESS CHECK FORCES & MOMENTS Location Pu Mu33 Mu22 Vu2 Vu3 Tu 0.000 -2437.548 73.734 1.222 89.222 1.229 -0.588 PMM DEMAND/CAPACITY RATIO Governing Total P MMajor MMinor Ratio Status Equation Ratio Ratio Ratio Ratio Limit Check (H1-1b) 0.120 = 0.054 + 0.061 + 0.005 0.950 OK AXIAL FORCE DESIGN Pu phi*Pnc phi*Pnt Force Capacity Capacity Axial -2437.548 22422.763 26504.280 MOMENT DESIGN Mu phi*Mn Cm B1 B2 K L Cb Moment Capacity Factor Factor Factor Factor Factor Factor Major Moment 73.734 1210.317 0.589 1.000 1.000 1.752 1.000 1.860 Minor Moment 1.222 266.459 0.904 1.000 1.000 1.000 1.000 SHEAR DESIGN Vu phi*Vn Stress Status Tu Force Capacity Ratio Check Torsion Major Shear 89.222 12295.800 0.007 OK 0.000 Minor Shear 1.229 4098.600 0.000 OK 0.000
  • 56. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S RESUMEN DE PERFILES (CUBIERTASALADE USO MULTIPLE SUM) ESTRUCTURAMETALICA CERCHAPRINCIPAL TIPO 01 Columnas Principales : tubo rectangular LAC 150x50x3mm ASTM A500 Diagonales de Columnas : tubo rectangular LAC 150x50x3mm ASTM A500 Montantes de columnas : tubo rectangular LAC 150x50x3mm ASTM A500 Bridas superior de cercha : tubo rectangular LAC 100x50x2.5mm ASTM A500 Bridas inferior de cercha : tubo rectangular LAC 100x50x3mm ASTM A500 Montantes de cercha : tubo cuadrado LAC 50x50x2mm ASTM A500 Diagonales de cercha : tubo cuadrado LAC 40x40x2mm ASTM A500 CERCHAPRINCIPAL TIPO 02 Columnas Principales : tubo rectangular LAC 150x50x3mm ASTM A500 Diagonales de Columnas : tubo rectangular LAC 150x50x3mm ASTM A500 Montantes de columnas : tubo rectangular LAC 150x50x3mm ASTM A500 Bridas superior de cercha : tubo rectangular LAC 100x50x2.5mm ASTM A500 Bridas inferior de cercha : tubo rectangular LAC 100x50x3mm ASTM A500 Montantes de cercha : tubo cuadrado LAC 50x50x2mm ASTM A500 Diagonales de cercha : tubo cuadrado LAC 40x40x2mm ASTM A500 CERCHAPRINCIPAL TIPO 03 Columnas Principales : tubo rectangular LAC 100x50x2mm ASTM A500 Diagonales de Columnas : tubo cuadrado LAC 40x40x2mm ASTM A500 Montantes de columnas : tubo cuadrado LAC 50x50x3mm ASTM A500 Bridas superior de cercha : tubo rectangular LAC 100x50x2.5mm ASTM A500 Bridas inferior de cercha : tubo rectangular LAC 100x50x3mm ASTM A500 Montantes de cercha : tubo cuadrado LAC 50x50x2mm ASTM A500 Diagonales de cercha : tubo cuadrado LAC 40x40x2mm ASTM A500 CERCHAPRINCIPAL TIPO 04 Bridas superior de cercha : tubo rectangular LAC 100x50x2.5mm ASTM A500 Bridas inferior de cercha : tubo rectangular LAC 100x50x3mm ASTM A500
  • 57. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S Montantes de cercha : tubo cuadrado LAC 50x50x2mm ASTM A500 Diagonales de cercha : tubo cuadrado LAC 40x40x2mm ASTM A500 CORREAS METALICAS TUBO RECTANGULAR 100X50X2mm Correas Metálicas : tubo rectangular LAC 100x50x2mm ASTM A500 6. DISEÑO DE ESTRUCTURA METALICA BLOQUE 01 (AULAS DE AGROPECUARIAS, INFORMATICA Y LAB. INFORMATICAS) Y ESCALERA 01 Y 02 6.1. CARGAS ACTUANTES EN LA ESTRUCTURAMETALICA El cálculo de ha desarrollado por el método de elementos finitos MEF, la discretización en las cantidades necesarias, los resultados de diseño se han calculado por el método LRFD que contempla el RNE actualizado. Para el análisis y diseño de las estructuras de la cubierta (BLOQUE 01) y escalera tipo 01 y 02 se han empleado criterios, modelos matemáticos y métodos concordantes con las estructuras particulares de este proyecto. (Método de Elementos finitos, LRFD) Los métodos de análisis estructural que se aplicaron en el desarrollo de este proyecto, satisfacen los principios básicos de la estática y de la mecánica estructural. Estos principios básicos son: Resistencia, Estabilidad y Rigidez. 6.1.1. CARGAS DE VIENTO (W) De acuerdo al mapa eólico la provincia de Cotabambas presenta una velocidad de viento de 65 Km/h, sin embargo propondremos velocidades de viento de 75 km/h como límite para fines de diseño y normativa. La altura máxima de la cubierta es de 10 Mt. La incidencia de las cargas de viento es perpendicular, en este caso están repartidas directamente sobre la cobertura y posteriormente sobre las correas y estructura principal, la cual produce una carga de presión (barlovento) y succión (Sotavento): Vh=V(h/10)0.22 Ph=0.005CVh2 Ph: presión o succión del viento a una altura h (Kgf/m2 ) C: Factor de forma adimensional (tabla de RNE, supericies inclinadas entre 15°y 60°) CASO 1: (+x) Vh= 75 km/hr C= +0.7 barlovento; C= -0.6 sotavento Ph= 19.7 kgf/m2 Presión; Ph= -16.9 kgf/m2 Succión;
  • 58. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S CASO 2: (-x) Vh= 75 km/hr C= +0.7 barlovento; C= -0.6 sotavento Ph= 19.7 kgf/m2 Presión; Ph= -16.9 kgf/m2 Succión; 6.1.2. CARGAS DE LLUVIA Y DE GRANIZO (R). Asumimos una altura de acumulación de agua de 5 mm. () R= (Peso específico del agua) (altura de acumulación) R=1000(Kg/m3 )0.005m R = 5 Kg/m2
  • 59. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S 6.1.3. CARGA VIVA DE TECHO (Lr). El RNE E020 para techos con cobertura no ligeras asigna una carga viva de techo de 50 kg/m2 , la cual es una carga considerablemente elevada y suficiente para cálculos ya que podría compararse inclusive con las cargas de nieve. Lr =50Kg/m2 6.2. ASIGNACIÓN DE CARGAS. Las cargas serán asignadas directamente sobre la cobertura y estas sobre las correas, y éstas transmitirán a los demás componentes estructurales. Se calcularán analíticamente las fuerzas actuantes y las deformaciones por el método de los elementos finitos (MEF); método directo que serán comprobadas por el software SAP 2000, la cual será validada para los siguientes cálculos más complejos. Los elementos estructurales serán calculados por el método ASD y LRFD las cuales son consideradas por la norma E090 del RNE. 6.2.1. RESUMEN DE CARGAS El cuadro N° 1, muestra el resumen de cargas que se tendrán en cuenta en el diseño. CARGAS DESCRIPCIÓN Kg/m2 CARGAS MUERTAS (D) Por peso de la vigueta (CVIG.)/según programa - Por peso de la cobertura y accesorios(SC) 12.2 Por peso de la estructura (CEST.) /según programa - CARGAS VIVAS Cargas vivas en techos (Lr.) 50 Por viento (W.) Barlovento (WB.) 19.7 Sotavento (WS.) -16.9 Por nieve (S.) - Por lluvia o granizo (R). 5 DISTRIBUCION DE FUERZAS CARGA POR LLUVIA O GRANIZO (Lr=5 kg/m2), CARGA 5 Kg/m2 CARGA VIVA DE TECHO Lr 50 Kg/m2 DISTRIBUCION DE FUERZAS CARGA VIVAS EN TECHOS RNE E030 (Lr=50 kg/m2)
  • 60. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S 6.2.2. COMBINACIÓN DE CARGAS La combinación de cargas consideradas son las que se estipulan en la Norma E090 donde se utiliza las siguientes abreviaturas: COMBINACIÓN DE CARGAS MÉTODO LRFD ITEM FORMULA DESCRIPCIÓN COMBINACIÓN 1 LRFD-A4-1 U = 1,4D U = 1,4D 2 LRFD-A4-2 U = 1,2D + 1,6L + 0,5(Lr o S o R) U = 1,2D + 0,5Lr U = 1,2D + 0,5S 3 LRFD-A4-3 U = 1,2D + 1,6(Lr o S o R) + (0,5L o 0,8W) U = 1,2D + 1,6Lr + 0,8W 4 LRFD-A4-4 U = 1,2D + 1,3W + 0,5L + 0,5(Lr o S o R) U = 1,2D + 1,3W + 0,5Lr 5 LRFD-A4-5 U = 1,2D +/- 1E + 0,5L + 0,2S U = 1,2D +/- 1E + 0,2S 6 LRFD-A4-6 U = 0,9D +/- (1,3W o 1E) U = 0,9D + 1,3W U = 0,9D + 1E Usaremos la adecuada combinación crítica. 6.3. ANÁLISIS Y DISEÑO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES. CORREA
  • 61. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S DISEÑODE DCORREAS DISEÑODE BRIDAS BRIDA SUPERIOR
  • 62. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S DISEÑO DE CORREAS: AISC-LRFD STEEL SECTION CHECK Combo : ENVOLVENTE 3 Units : Kgf, m, C Frame : 1215 Design Sect: TUBO 100X50X2.5 X Mid : -2.763 Design Type: Beam Y Mid : 15.775 Frame Type : Moment Resisting Frame Z Mid : 1.042 Sect Class : Non-Compact Length : 5.050 Major Axis : 0.000 degrees counterclockwise from local 3 Loc : 2.755 RLLF : 1.000 Area : 7.250E-04 SMajor : 1.903E-05 rMajor : 0.036 AVMajor: 5.000E-04 IMajor : 0.000 SMinor : 1.281E-05 rMinor : 0.021 AVMinor: 2.500E-04 IMinor : 0.000 ZMajor : 2.347E-05 E : 21000000000 Ixy : 0.000 ZMinor : 1.441E-05 Fy : 25300000.000 STRESS CHECK FORCES & MOMENTS Location Pu Mu33 Mu22 Vu2 Vu3 Tu 2.755 -0.153 330.894 37.557 24.025 8.317 -0.008 PMM DEMAND/CAPACITY RATIO Governing Total P MMajor MMinor Ratio Status Equation Ratio Ratio Ratio Ratio Limit Check (H1-1b) 0.813 = 0.000 + 0.619 + 0.194 0.950 OK AXIAL FORCE DESIGN Pu phi*Pnc phi*Pnt Force Capacity Capacity Axial -0.153 1940.252 16508.250 MOMENT DESIGN Mu phi*Mn Cm B1 B2 K L Cb Moment Capacity Factor Factor Factor Factor Factor Factor Major Moment 330.894 534.383 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.136 Minor Moment 37.557 193.547 0.850 1.000 1.000 1.000 1.000 SHEAR DESIGN Vu phi*Vn Stress Status Tu Force Capacity Ratio Check Torsion Major Shear 24.025 6831.000 0.004 OK 0.000 Minor Shear 8.317 3415.500 0.002 OK 0.000
  • 63. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S DISEÑO DE BRIDAS: AISC-LRFD STEEL SECTION CHECK Combo : ENVOLVENTE 3 Units : Kgf, m, C Frame : 1014 Design Sect: TUBO 100X50X2.5 X Mid : 1.370 Design Type: Brace Y Mid : 18.300 Frame Type : Moment Resisting Frame Z Mid : 1.605 Sect Class : Non-Compact Length : 0.795 Major Axis : 0.000 degrees counterclockwise from local 3 Loc : 0.795 RLLF : 1.000 Area : 7.250E-04 SMajor : 1.903E-05 rMajor : 0.036 AVMajor: 5.000E-04 IMajor : 0.000 SMinor : 1.281E-05 rMinor : 0.021 AVMinor: 2.500E-04 IMinor : 0.000 ZMajor : 2.347E-05 E : 21000000000 Ixy : 0.000 ZMinor : 1.441E-05 Fy : 25300000.000 STRESS CHECK FORCES & MOMENTS Location Pu Mu33 Mu22 Vu2 Vu3 Tu 0.795 -103.886 -162.948 -0.004 249.394 0.005 4.643E-04 PMM DEMAND/CAPACITY RATIO Governing Total P MMajor MMinor Ratio Status Equation Ratio Ratio Ratio Ratio Limit Check (H1-1b) 0.309 = 0.004 + 0.305 + 0.000 0.950 OK AXIAL FORCE DESIGN Pu phi*Pnc phi*Pnt Force Capacity Capacity Axial -103.886 13597.570 16508.250 MOMENT DESIGN Mu phi*Mn Cm B1 B2 K L Cb Moment Capacity Factor Factor Factor Factor Factor Factor Major Moment -162.948 534.383 1.000 1.002 1.000 1.000 2.358 1.000 Minor Moment -0.004 193.547 1.000 1.001 1.000 1.000 1.195 SHEAR DESIGN Vu phi*Vn Stress Status Tu Force Capacity Ratio Check Torsion Major Shear 356.752 6831.000 0.052 OK 0.000 Minor Shear 0.005 3415.500 1.596E-06 OK 0.000
  • 64. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S RESUMEN DE PERFILES TIJERAL TIPO L=10.70 M Bridas superior e inferior : tubo rectangular LAC 100x50x2.5mm ASTM A500 Montantes : tubo rectangular LAC 100x50x2mm ASTM A500 Diagonales : tubo cuadrado LAC 50x50x2mm ASTM A500 Anclaje : Angular A36 3”x3”, e=1/4” CORREAS METALICAS TUBO RECTANGULAR 100X50X2mm Correas Metálicas : tubo rectangular LAC 100x50x2.5mm ASTM A500 7. DISEÑO DE ESTRUCTURAMETALICA BLOQUE 02 (AULAS INFORMATICA, CENTRO DE COMPUTO Y BIBLIOTECA) 7.1. CARGAS ACTUANTES EN LA ESTRUCTURAMETALICA El cálculo de ha desarrollado por el método de elementos finitos MEF, la discretización en las cantidades necesarias, los resultados de diseño se han calculado por el método LRFD que contempla el RNE actualizado. Para el análisis y diseño de las estructuras de la cubierta (BLOQUE 02) se han empleado criterios, modelos matemáticos y métodos concordantes con las estructuras particulares de este proyecto. (Método de Elementos finitos, LRFD) Los métodos de análisis estructural que se aplicaron en el desarrollo de este proyecto, satisfacen los principios básicos de la estática y de la mecánica estructural. Estos principios básicos son: Resistencia, Estabilidad y Rigidez. 7.1.1. CARGAS DE VIENTO (W) De acuerdo al mapa eólico la provincia de Cotabambas presenta una velocidad de viento de 65 Km/h, sin embargo propondremos velocidades de viento de 75 km/h como límite para fines de diseño y normativa. La altura máxima de la cubierta es de 10 Mt. La incidencia de las cargas de viento es perpendicular, en este caso están repartidas directamente sobre la cobertura y posteriormente sobre las correas y estructura principal, la cual produce una carga de presión (barlovento) y succión (Sotavento): Vh=V(h/10)0.22 Ph=0.005CVh2 Ph: presión o succión del viento a una altura h (Kgf/m2 ) C: Factor de forma adimensional (tabla de RNE, supericies inclinadas entre 15°y 60°) CASO 1: (+x) Vh= 75 km/hr C= +0.7 barlovento; C= -0.6 sotavento Ph= 19.7 kgf/m2 Presión; Ph= -16.9 kgf/m2 Succión;
  • 65. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S CASO 2: (-x) Vh= 75 km/hr C= +0.7 barlovento; C= -0.6 sotavento Ph= 19.7 kgf/m2 Presión; Ph= -16.9 kgf/m2 Succión; 7.1.2. CARGAS DE LLUVIA Y DE GRANIZO (R). Asumimos una altura de acumulación de agua de 5 mm. () R= (Peso específico del agua) (altura de acumulación) R=1000(Kg/m3 )0.005m R = 5 Kg/m2
  • 66. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S 7.1.3. CARGA VIVA DE TECHO (Lr). El RNE E020 para techos con cobertura no ligeras asigna una carga viva de techo de 50 kg/m2 , la cual es una carga considerablemente elevada y suficiente para cálculos ya que podría compararse inclusive con las cargas de nieve. Lr =50Kg/m2 7.2. ASIGNACIÓN DE CARGAS. Las cargas serán asignadas directamente sobre la cobertura y estas sobre las correas, y éstas transmitirán a los demás componentes estructurales. Se calcularán analíticamente las fuerzas actuantes y las deformaciones por el método de los elementos finitos (MEF); método directo que serán comprobadas por el software SAP 2000, la cual será validada para los siguientes cálculos más complejos. Los elementos estructurales serán calculados por el método ASD y LRFD las cuales son consideradas por la norma E090 del RNE. 7.2.1. RESUMEN DE CARGAS El cuadro N° 1, muestra el resumen de cargas que se tendrán en cuenta en el diseño. CARGAS DESCRIPCIÓN Kg/m2 CARGAS MUERTAS (D) Por peso de la vigueta (CVIG.)/según programa - Por peso de la cobertura y accesorios(SC) 12.2 Por peso de la estructura (CEST.) /según programa - CARGAS VIVAS Cargas vivas en techos (Lr.) 50 Por viento (W.) Barlovento (WB.) 19.7 Sotavento (WS.) -16.9 Por nieve (S.) 32 Por lluvia o granizo (R). 5 DISTRIBUCION DE FUERZAS CARGA POR LLUVIA O GRANIZO (Lr=5 kg/m2), CARGA 5 Kg/m2 CARGA VIVA DE TECHO Lr 50 Kg/m2 DISTRIBUCION DE FUERZAS CARGA VIVAS EN TECHOS RNE E030 (Lr=50 kg/m2)
  • 67. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S 7.2.2. COMBINACIÓN DE CARGAS La combinación de cargas consideradas son las que se estipulan en la Norma E090 donde se utiliza las siguientes abreviaturas: COMBINACIÓN DE CARGAS MÉTODO LRFD ITEM FORMULA DESCRIPCIÓN COMBINACIÓN 1 LRFD-A4-1 U = 1,4D U = 1,4D 2 LRFD-A4-2 U = 1,2D + 1,6L + 0,5(Lr o S o R) U = 1,2D + 0,5Lr U = 1,2D + 0,5S 3 LRFD-A4-3 U = 1,2D + 1,6(Lr o S o R) + (0,5L o 0,8W) U = 1,2D + 1,6Lr + 0,8W 4 LRFD-A4-4 U = 1,2D + 1,3W + 0,5L + 0,5(Lr o S o R) U = 1,2D + 1,3W + 0,5Lr 5 LRFD-A4-5 U = 1,2D +/- 1E + 0,5L + 0,2S U = 1,2D +/- 1E + 0,2S 6 LRFD-A4-6 U = 0,9D +/- (1,3W o 1E) U = 0,9D + 1,3W U = 0,9D + 1E Usaremos la adecuada combinación crítica. 7.3. ANÁLISIS Y DISEÑO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES. CORREA
  • 68. “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DEL INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO DE HAQUIRA DEL DISTRITO DE HAQUIRA, DE LA PROVINCIA DE COTABAMBAS– APURÍMAC”, CUI N° 2339909. GOBIERNO REGIONAL DE APURÍMAC GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DEFINITIVOS “Año de la universalización de la salud” M C E S T R U C T U R A S M E T A L I C A S DISEÑODE DCORREAS DISEÑODE BRIDAS BRIDA SUPERIOR
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