PDF Universidad Nacional Del Centro Del Peru Facultad De Ingeniería ... - Uncp

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FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

TESIS

DISEÑO ESTRUCTURAL DE ACERO DEL TECHO PARABÓLICO DEL COLISEO POLIDEPORTIVO

CIUDAD UNIVERSITARIA DE PATURPAMPA- UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICA

PRESENTADA POR EL BACHILLER:

CESAR FELIX QUINTO PALOMARES

PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:

INGENIERO MECÁNICO

HUANCAYO - PERÚ

2012

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J

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ASESOR:

lng. VALERIANO MÁXIMO HUAMAN ADRIANO

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DEDICATORIA

A mi madre Doña Rosa por el apoyo incondicional en mi formación profesional y a mis hijos Sebastian y Shantal por su apoyo incondicional en la obtención del título profesional.

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CONTENIDO

CARATULA ... i

ASESOR: ... ii

DEDICATORIA ... iii

CONTENIDO ... iv

ÍNDICE DE TABLAS ... ix

ÍNDICE DE FIGURAS ... x

AGRADECIMIENTO ... XV RESUMEN ... xvi

ABSTRAC ... xviii

INTRODUCCIÓN ... , ... XX Capítulo 1: PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO ... 1

1.1 TEMA DE INVESTIGACIÓN ... ~ ... 1

1.2 PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN ... 1

1.3 PROBLEMA GENERAL ... 2

1.4 OBJETIVO GENERAL ... 2

1.5 OBJETIVOS ESPECIFICOS ... 3

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1.6 JUSTIFICACION ... 3

1.6.1 Logros alcanzados ... 3

1.6.2 Beneficios ... 4

1.6.3 Alcances ... 4

1.6.4 Limitaciones ... 5

Capítulo 2: MARCO TE O RICO ... 6

2.1 ANTECEDENTES ... 6

2.2 BASES TEÓRICAS ... 7

2.2.1 Acero como material estructural ... 7

2.2.2 Cargas ... 9

2.2.3 Tipos de armaduras o cerchas ... 1 O 2.2.4 Enfoque de diseño ... 12

2.2.5 Cargas sobre las estructuras ... 15

2.3 MARCO CONCEPTUAL ... 28

2.3.1 Definiciones conceptuales ... 28

Capítulo 3: METODOLOGIA ... 29

3.1 INTRODUCCION ... 29

3.2 TIPO Y NIVEL DE INVESTIGACION ... 29

3.2.1 Investigación descriptiva ... 30

3.3 DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN ... 30

3.3.1 Tipo de investigación ... 30

3.3.2 Nivel de investigación ... 30

3.3.3 Diseño de la investigación ... 30

3.4 OBJETOS DE LA INVESTIGACIÓN ... 31

3.5 OPERATIVIZACIÓN DE VARIABLES ... 31

(6)

3.6 DATOS PARA EL DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DE ACER0 ... 32

3.6.1 Tipos de techo ... 32

3.6.2 Características geométricas ... 33

3.6.3 Consideraciones a tener en cuenta para el diseño de los elementos estructurales ... 34

3.7 .ANALISIS DE LAS ARMADURAS ... 39

3.8 CALCULO DE CARGAS ... 40

3.8.1 Cargas en Viga Principal "A" ... 41

3.8.2 Cargas en Viga Principal "B" ... 49

3.8.3 Cargas en Viga Principal "C" ... 53

3.8.4 Cargas en Viga Principal "D" ... 61

3.8.5 Cargas en Cerchas metálicas C-01 ... 66

3.8.6 Cargas en Cerchas metálicas C-02 ... 70

Capítulo 4: PRESENTACIÓN DE RESULTADOS ... 75

4.1 RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN ... 75

4.2 VIGA PRINCIPAL "B" ... 75

4.2.1 Modelo Estructural ... 75

4.2.2 Verificación de los resultados del SAP ... 78

4.2.3 Deflexión de la viga ... 79

4.2.4 Verificación de la estructura ... 79

4.2.5 Diseño final de los elementos de la viga ... 81

4.3 VIGA PRINCIPAL "A" ... 81

(7)

4.4 VIGA PRINCIPAL "C" ... 87

4.5 VIGA PRINCIAPL "D" ... 92

4.6 CERCHA METÁLICA C- 01 ... 98

4.6.2 Deflexión de la cercha ... 100

4.6.4 Diseño final de los elementos de la cercha ... 102

4.7 CERCHA METÁLICA C- 02 ... 103

4. 7. 1 Modelo Estructural ... 1 03 4. 7.2 Verificación de los resultados del SAP ... 105

4.7.3 Deflexión de la cercha ... 106

4. 7.4 Verificación de la estructura ... 1 07 4.7.5 Diseño final de los elementos de Cercha ... 108

(8)

4.8 RESULTADOS REFERENTE A LAS CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS108 4.8.1 Dimensiones de los elementos estructurales ... 109 4.8.2 Planos finales de diseño ... 109 4.8.3 Sobre el montaje ... 11 O CONCLUSIONES ... 111 RECOMENDACIONES ... 113 BIBLIOGRAFIA ... 115

(9)

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 4. 1: Elementos de la viga Principal "B" ... 81

Tabla 4. 2: Elemento de la Viga Principal "A" ... 87

Tabla 4. 3: Elementos de la Viga Principal "C" ... 92

Tabla 4. 4: Elementos de la Viga Principal "D" ... 97 Tabla 4. 5: Elemento de la Cercha Metálica C- 01 ... 1 02 Tabla 4. 6: Elementos de la Cercha Metálica C- 01 ... 1 08

(10)

ÍNDICE DE FIGURAS

Fig. 1. 1: Esfuerzo- Deformación ... 8

Fig. 1. 2: Armadura en arco- eje neutro ... 1 O Fig. 1. 3: Armadura en arco- Línea poligonal ... 1 O Fig. 1. 4: Armadura prolongadas ... 11

Fig. 1. 5: Armadura con Tirante ... 11

Fig. 1. 6: Armadura parabólica ... 12

Fig. 1. 7: Mapa Eólico del Perú ... 17

Fig. 1. 8: Designación de lados para análisis de cargas viento ... 19

Fig. 1. 9: Coeficientes de ráfaga ... 19

Fig. 1. 10: Plancha TR-40 Curvo ... 20

Fig. 1. 11: Viguetas de acero de alma abierta ... 22

Fig. 2. 1: Esfuerzo- Deformación ... 8

Fig. 2. 2: Armadura en arco -eje neutro ... 1 O Fig. 2. 3: Armadura en arco- Línea poligonal ... 1 O Fig. 2. 4: Armadura prolongadas ... 11

Fig. 2. 5: Armadura con Tirante ... 11

(11)

Fig. 2. 6: Armadura parabólica ... 12

Fig. 2. 7: Mapa Eólico del Perú ... 17

Fig. 2. 8: Designación de lados para análisis de cargas viento ... 19

Fig. 2. 9: Coeficientes de ráfaga ... 19

Fig. 2. 10: Plancha TR-40 Curvo ... 20

Fig. 2. 11: Viguetas de acero de alma abierta ... 22

Fig. 3. 1: Vista frontal de Viga Principal "A" ... 37

Fig. 3. 2: Vista frontal de Viga Principal "B" ... 37

Fig. 3. 3: Vista frontal de Viga Principal "C" ... 38

Fig. 3. 4: Vista frontal de Viga Principal "O" ... 38

Fig. 3. 5: Vista frontal de la Cercha Metálica C-01 y C-02 ... 39

Fig. 3. 6: Modelo estructural de la Viga Principal "A" ... .41

Fig. 3. 7: Modelo estructura de la Viga Principal "8" ... .49

Fig. 3. 8: Modelo estructural de la Viga Principal C ... 53

Fig. 3. 9: Modelo estructural de la Viga Principal D ... 61

Fig. 3. 1 O: Modelo estructural de Cercha metálica C - O 1 ... 66

Fig. 3. 11: Modelo estructural de Cercha metálica C- 02 ... 70

Fig. 4. 1: Vista en plano XZ Eleación Transversal de la viga Principal "B" ... 76

Fig. 4. 2: Asignación de perfiles para verificar los esfuerzos originados en los nudos respectivos de la viga Principal "B" ... 76

Fig. 4. 3: Cargas puntuales asignadas en los nudos de la brida superior (lado barlovento) de la viga Principal "B" ... 77

Fig. 4. 4: Verificación de la estructura con las cargas de cada nudo de la viga P . . 1 "B" nnc1pa ... ⁷⁷·

Fig. 4. 5: Verificación de resultados del SAP de la viga Principal "B" ... 78

(12)

Fig. 4. 6: Deflexión vertical máxima al centro de la luz de la armadura de la

. P . . 1 "B" 79

v1ga nnc1pa ... . Fig. 4. 7: Combinaciones de carga de la Viga Principal "B" ... 80 Fig. 4. 8: Vista en plano XZ Eleación Transversal de la Viga Principal "A" ... 82 Fig. 4. 9: Asignación de perfiles para verificar los esfuerzos originados en los

nudos respectivos de la Viga Principal "A" ... 82 Fig. 4. 10: Cargas puntuales asignadas en los nudos de la brida superior

(lado barlovento) de la Viga Principal "A" ... 83 Fig. 4. 11: Verificación de la estructura con las cargas de cada nudo de la

Viga Principal "B" ... 83 Fig. 4. 12:Verificación de los resultado del SAP de la Viga Principal "A" ... 84 Fig. 4. 13: Deflexion vertical maxima al centro de la luz de la armadura de la

V. 1ga nnc1pa ^p·· ^. 1 "A" ... . 85 Fig. 4. 14: Combinaciones de carga de la Viga Principal "A" ... 86 Fig. 4. 15: Vista en plano XZ Eleación Transversal de la Viga Principal "C".87 Fig. 4. 16: Asignación de perfiles para verificar los esfuerzos originados en

los nudos respectivos de la Viga Principal "C" ... 88 Fig. 4. 17: Cargas puntuales asignadas en los nudos de la brida superior

(lado barlovento) de la Viga Principal "C" ... 88 Fig. 4. 18: Verificación de la estructura con las cargas de cada nudo de la

V. 1ga nnc1pa P. . 1 "C" ... . 89 Fig. 4. 19: Verificación de resultados del SAP de la Viga Principal "C" ... 90 Fig. 4. 20: Deflexión vertical máxima al centro de la luz de la armadura de la

Viga Principal "C" ... 90 Fig. 4. 21: Combinaciones de carga de la Viga Principal "C" ... 91

(13)

Fig. 4. 22: Vista en plano XZ Eleación Transversal Viga Principal "D" ... 93 Fig. 4. 23: Asignación de perfiles para verificar los esfuerzos originados en

los nudos respectivos Viga Principal "D" ... 93 Fig. 4. 24: Cargas puntuales asignadas en los nudos de la brida superior

(lado barlovento) Viga Principal "D" ... 94 Fig. 4. 25: Verificación de la estructura con las cargas en cada nudo Viga

Principal "D" ... 94 Fig. 4. 26: Verificación de resultado del SAP de la viga Principal "0" ... 95 Fig. 4. 27: Deflexión vertical máxima al centro de la luz de la armadura de la

Viga Principal "D" ... 96 Fig. 4. 28: Combinaciones de carga de la viga principal "D" ... 97 Fig. 4. 29: Vista en plano XZ Eleación Transversal de C- 01 ... 98 Fig. 4. 30: Asignación de perfiles para verificar los esfuerzos originados en

los nudos respectivos de

e -

01 ... 98 Fig. 4. 31: Cargas puntuales asignadas en los nudos de la brida superior de

e-

01 ... : ... 99 Fig. 4. 32: Cargas puntuales con medidas de C- 01 ... 99 Fig. 4. 33:Verificación de los resultados del SAP de C- 01 ... 100 Fig. 4. 34: Deflexión vertical máxima al centro de la luz de la armadura de C

- 01 .. · ... 101 Fig. 4. 35: Diseño de la estructura de combinaciones de carga de C- 01 .1 02 Fig. 4. 36: Vista en plano XZ Eleación Transversal de C- 02 ... 1 03 Fig. 4. 37: Asignación de perfiles para verificar los esfuerzos originados en

los nudos respectivos de C - 02 ... 104

(14)

Fig. 4. 38: Cargas puntuales asignadas en los nudos de la brida superior de

e-

02 ... 104 Fig. 4. 39: Verificación de la estructura con las cargas en cada nudo de C -

02 ... 105 Fig. 4. 40: Verificado de resultado en SAP de C- 02 ... 1 06 Fig. 4. 41: Deflexión vertical máxima al centro de la luz de la armadura de C

- 02 ... 106 Fig. 4. 42: Combinaciones de carga de la Cercha Metálica C- 02 ... 107

(15)

AGRADECIMIENTO

A la Universidad Nacional de Huancavelica

(16)

RESUMEN

La formación profesional de los estudiantes dentro en la Universidad debe ser en forma integral y es necesaria la construcción de áreas deportivas.

El diseño de la Estructura de Acero del Techo Parabólico del Coliseo Polideportivo Ciudad Universitaria de Paturpampa - Universidad Nacional de Huancavelica, objeto de presente proyecto de tesis, se tiene como objetivo determinar las características técnicas, para lo cual se cuenta con el apoyo del programa SAP2000 V.1 0.1, con la cual se analizara los diferentes elementos que componen dicha estructura.

La estructura a diseñar es para dos coberturas de las siguientes dimensiones: 37.78 m de ancho por 44.55 m de largo haciendo un total de 1,683.10 m2 y 25.02m de ancho por 47.55m de largo haciendo un total de 1,189.70 m2.

(17)

La estructura es de acero ASTM A-706 Grado 60 con uniones soldadas con electrodo E60 y E70, siendo la cobertura con planchas TR-40 CURVO de acero zincadalum ASTMA792. AZ 150.

El costo de los principales elementos estructurales de acero y la cobertura es de SI. 1'218,749.34, donde se incluye gastos generales, utilidad e IGV, de acuerdo a precios del mercado actual.

Autor: César Félix Quinto Palomares

Palabras claves: Estructura de Acero, Cobertura Metálica, SAP 2000, reglamento LRFD99

(18)

ABSTRAC

< The professional training of the students inside in the University must be in integral form and the construction of sports areas is necessary.

The design of the Structure of Steel of the Parabolic Roof of the Polysports Coliseum University City of Paturpampa - National University of Huancavelica, object of present project of dissertation, takes as a target to determine the technical characteristics, for which one is provided with the support of the program SAP2000 V.1 0.1, with which there will be analyzed the different elements that compase the above mentioned structure.

The structure to design is for two coverages of the following dimensions:

37.78 m wide per 44.55 m long doing a whole of 1,683.10 m2 and 25.02m of breadth por4 7.55 m of length doing a whole of 1, 189.70 m2.

The structure is of steel ASTM A-706 Grade 60 with unions welded with electrode E60 and E70, being the coverage with plates TR-40 1 CURL of steel zincadalum ASTMA792. AZ 150.

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The cost of the principal structural elements of steel and the coverage is of SI!. 1 '218,749.34, where general expenses, utility and IGV is included, in accordance with prices of the current market.

Key words: Structure of Steel, Metallic Coverage, SAP 2000, regulation LRFD99

Author: César Félix Quinto Palomares

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INTRODUCCIÓN

La presente tesis está orientado a determinar las características técnicas de la Estructura de Acero del Techo Parabólico del Coliseo Polideportivo Ciudad Universitaria de Paturpampa - Universidad Nacional de Huancavelica cuyas dos coberturas tienen las siguientes dimensiones: 37.78 m de ancho por 44.55 m de largo haciendo un total de 1,683.1 O m2 y 25.02 m de ancho por 47.55 m de largo haciendo un total de 1,189.70 m²^.

Y en cumplimiento a la estructura de trabajo de investigación, la presente tesis se dividida en cuatro capítulos, la cual sirve para una adecuada organización del objetivo marcado en esta tesis.

Capítulo 1: Planteamiento del Estudio, donde se recoge la información genérica que motiva la realización de esta tesis y el objetivo del mismo durante su ejecución. Capítulo 11: Marco Teórico, se realizará una presentación breve de los conocimientos teóricos previos que se requiere para el desarrollo de la tesis. Capítulo 111: Metodología, se realizara los

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procedimientos necesarios de diseño, cálculo estructural y las distintas expresiones matemáticas- analíticas aplicables según la normativa vigente.

Capítulo IV: Presentación de resultados: se presentara todas las características técnicas del diseño de la estructura de acero del techo parabólico del Coliseo Polideportivo.

EL AUTOR.

(22)

PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO

1.1 TEMA DE INVESTIGACIÓN

La tesis consiste en diseñar la estructura de acero del techo parabólico a partir de las necesidades y exigencias de los usuarios, del coliseo polideportivo de la Ciudad Universitaria de Paturpampa - Universidad Nacional de Huancavelica.

1.2 PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN

En la actualidad la Universidad Nacional. de Huancavelica, no cuenta con infraestructura, equipamiento y asistencia adecuada para las actividades deportivas, lo que impide cumplir con la función de educación integral de los estudiantes de pre-grado, post- grado, docentes, no docentes y público en general.

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Los diferentes eventos culturales (03 eventos entre danzas, canto y ferias), deportivos (22 eventos deportivos, 02 por cada escuela académica profesional y 01 evento de la Institución) y recreativos, contemplados durante el año académico, son realizados fuera del campus universitario, alquilando áreas adecuadas para dichos eventos, las cuales conllevan a que la Universidad Nacional de Huancavelica, incurra en mayores gastos.

Los alumnos, en general, de la UNH, no hacen uso de las losas deportivas, especialmente en épocas de lluvias, que tienen una duración de 5 a 6 meses en la Región Andina. Esto conlleva a que la UNH, no cuente con deportistas calificados para representarla a nivel regional, nacional ni mucho menos a nivel internacional en las olimpiadas universitarias, respectiva.

1.3 PROBLEMA GENERAL

¿Cómo diseñar la Estructura de Acero del Techo Parabólico del Coliseo Polideportivo Ciudad Universitaria de Paturpampa Universidad Nacional de Huancavelica?.

1.4 OBJETIVO GENERAL

Diseñar la Estructura de Acero del Techo Parabólico, tomando en cuenta los factores de carga y resistencia (LFRD), Software de Cálculos, el Reglamento Nacional de Edificaciones y Selección de Cobertura por Catálogos, del Coliseo Polideportivo Ciudad Universitaria de Paturpampa - Universidad Nacional de Huancavelica.

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1.5 OBJETIVOS ESPECIFICOS

Diseñar los elementos de la Estructura Metálica (vigas, viguetas, tensores, bridas, diagonales, transversales), tomando en cuenta la intervención de cargas muertas y cargas muertas que intervendrán.

Seleccionar el tipo de cobertura por catálogo

1.6 JUSTIFICACION

1.6.1 Logros alcanzados

El proyecto se justifica por cuanto se garantiza un mejor servicio y bienestar a la Comunidad Universitaria, constituye un atractivo más de la oferta y a degenerar rentabilidad económica a la Institución. Al no contar con programas para el tiempo libre, el cual conlleva a la baja autoestima de la juventud huancavelicana, poca sociabilización, limitado desarrollo de habilidades, aburrimiento, por lo tanto se tiene el incremento de los índices de problemas sociales de la juventud.

El diagnóstico realizado, revela que sólo el 31.41% de los estudiantes de la UNH practican el Futbol, natación el 9.19%, vóley 18.94%, ajedrez 9.66%, otras actividades 22.16% y ningún deporte 8.64%.

Por otro lado, los planes y/o programas de deporte, son elaborados por la DIRECCION UNIVERSITARIA DE BIENESTAR, sin las estrategias necesarias, tanto dentro como fuera de la UNH, para la participación en campeonatos, asociaciones y ligas de la federación deportiva.

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Las características que se pretende modificar con el presente proyecto son las limitadas áreas deportivas y culturales, a causa de limitadas infraestructuras deportivas, el cual conlleva a una práctica deportiva de bajo rendimiento (enseñanza práctica y entrenamiento) debido a que los jóvenes en su tiempo libre se ven obligados a concurrir a bares y discotecas, generando problemas sociales que repercuten en el desarrollo del capital humano en la Universidad Nacional de Huancavelica Razones que motivan la investigación.

1.6.2 Beneficios

La presente investigación beneficiará a toda la Comunidad Universitaria de la Universidad Nacional de Huancavelica, del mismo modo, a toda la población de la ciudad de Huancavelica y alrededores, quienes harán uso de dichas instalaciones en las diferentes actividades de índole deportivo o cultural que pudieran desarrollarse a futuro.

1.6.3 Alcances

•Alcance la p.resente investigación beneficiara a toda la comunidad universitaria de la Universidad Nacional de Huancavelica, del mismo modo a toda la población de la ciudad de Huancavelica y alrededores, quienes harán uso de dichas instalaciones en las diferentes actividades de índole deportivo o cultural que se desarrollaran.

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1.6.4 Limitaciones

Las limitaciones se presentarán dentro del proceso de ejecución de la presente investigación (sea en costos de personal, materiales, equipos herramientas, tratamientos anticorrosivos y otros). Por otra parte, el clima ha de constituir un obstáculo para la ejecución de la obra

(27)

Capítulo 2:

MARCO TEORICO

2.1 ANTECEDENTES

Ccente Antonio, R. (2011, HYO PERÚ), en su estudio titulado Diseño Cobertura Metálica para el complejo deportivo del Distrito del Nuevo Occoro - Huancavelica, llego a las siguientes conclusiones:

La armadura tipo arco semiparabólico tiene una excelente predisposición para la resistencia de varios tipos de cargas, porque dadas las condiciones de carga no presenta ningún elemento sobre esforzado.

Las cargas vivas y muertas, empleados para el análisis de la estructura son una buena medida, para estimar las cargas que pueden o no actl,Jar sobre ella, las cargas muertas con una factor de combinación de 6, son constantes en las armaduras, resaltando así el de las cargas

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vivas con una factor de combinación 3, en donde estas pueden variar de una zona a otra, para ello dependerá ya del mismo constructor tomar las medidas necesarias para la determinación de las fuerzas actuantes en la estructura.

El modelamiento de la cobertura metálico a través de programas de análisis estructural como el SAP2000, permiten una mayor comprensión acerca de la interacción de todos los elementos, así como de las colocaciones de cargas y otros factores que también pueden influir.

V.O. Techo Parabólico.

V. l. Estructura de Acero

2.2 BASES TEÓRICAS

2.2.1 Acero como material estructural

Ventajas:

Alta resistencia, Uniformidad, Elasticidad, Durabilidad, Ductilidad, Tenacidad

Propiedades diversas

a) Gran facilidad para unir diversos miembros por medio de varios tipos de conexión como son la soldadura, los tornillos y los remaches;

b) Posibilidad de prefabricar los miembros.

(29)

e) Rapidez de montaje.

d) Gran capacidad para laminarse en una gran cantidad de tamaños y formas.

e) Resistencia a la fatiga.

f) Reutilización posible después de desmontar una estructura.

g) La ductilidad y fragilidad se observa con mayor objetividad en el diagrama Esfuerzo- Deformación ( Fig.1.1)

---- material frágil

material dúctil

Fig. 2. 1: Esfuerzo- Deformación

Desventajas

Costo de mantenimiento, porque son susceptibles a la corrosión al estar expuestos al aire y al agua y deben pintarse periódicamente. El uso de aceros intemperizados para ciertas aplicaciones, tiende a eliminar este costo.

(30)

Costo de la protección contra el fuego, la estructura de acero de una construcción debe protegerse mediante materiales con ciertas características aislantes.

Susceptibilidad al pandeo, cuanto más largos y esbeltos sean los miembros a compresión, tanto mayor es el peligro de pandeo.

Fatiga, es que su resistencia puede reducirse si se somete a un gran número de inversiones del sentido del esfuerzo,

o

bien, a un gran número de cambios de la magnitud del esfuerzo de tensión. (Se tienen problemas de fatiga sólo cuando se presentan tensiones.) Fractura frágil, bajo ciertas condiciones, el acero puede perder su ductilidad y la falla frágil puede ocurrir en lugares de concentración de esfuerzos. Las cargas que producen fatiga y muy bajas temperaturas agravan la situación.

El acero estructural a usarse es el acero dulce designado como ASTM A-706 Grado 60, cuya curva de esfuerzo vs deformación es la presentada en la Fig. 1.1 y cuyas propiedades de tensión son:

Limite de fluencia

Resistencia a la tracción 2.2.2 Cargas

=

4500 Kg/cm2

= 561 O Kg/cm2

Cargas muertas: son de magnitud constante que permanecen fijas en un mismo lugar. Éstas son el peso propio de la estructura y otras cargas permanentemente unidas a ella.

(31)

Cargas vivas: son aquellas que pueden cambiar de lugar y magnitud.

Dicho simplemente, todas las cargas que no son muertas, causadas al construir, viento, lluvia, sismo, voladuras, suelos y cambios de temperatura.

2.2.3 Tipos de armaduras o cerchas

a) Armadura en Arco: el arco es una viga cuyo eje neutro toma la forma de una curva o una línea poligonal. La hipótesis de cálculo de estas vigas es que la distancia entre los apoyos ha de ser siempre la misma. (Fig. 1.2)

~

^{' .}^.^, ^,^•^.^• ^{• . •} ^• ^. ^. ^{! •}^·. ^.^•

.

^.^: ^• ^4'^.. ^' ^.,^{' .}^.. ^•· ^.^'¹^' ^{. . ·.} ^~

1!- ' . ' • ! .

• ¡¡- > 'f •

. . . . -. ^~- ··- --·-

(!!1 ~

Fig. 2. 2: Armadura en arco- eje neutro

Fig. 2. 3: Armadura en arco- Línea poligonal

b) Armaduras Prolongadas. Siempre que una cubierta a dos aguas se halla prolongada en voladizo por ambos pilares, es preferible hacer solidarias a la armadura central y a las aledañas asegurando la continuidad de los pares más allá de los pilares.(Fig.1.4)

(32)

Fig. 2. 4: Armadura prolongadas

e) Armadura con Tirante. Son armaduras conformadas de vigas compuestas, cuyos arranques están unidos entre sí por un tirante de hierro redondo provisto de un tensor de regulación, el tirante se soporta en su mitad por una varilla de hierro redondo.

El tirante en lugar de hallarse unido a los arranques, a veces se une a un punto cualquiera del cordón.(Fig.1.5)

Fig. 2. 5: Armadura con Tirante

d) Armadura parabólica. Son Armaduras construidas por arcos reticulados de sección variable las que permiten construir grandes luces y bajar el peso de la estructura con relación a una viga a dos vertientes. (Fig.1.6)

(33)

T

h

1

L

,...---'-!

Fig. 2. 6: Armadura parabólica

2.2.4 Enfoque de diseño

Diseño por factores de carga y resistencia (LRFD)

El diseño con factores de carga y resistencia se basa en los conceptos de estados límite. El término estado límite se usa para describir una condición en la que una estructura o parte de ella deja de cumplir su pretendida función. Existen dos tipos de estados límite:

los de resistencia y los de servicio.

Los estados límite de resistencia se basan en la seguridad o capacidad de carga de las estructuras e incluyen las resistencias plásticas, de pandeo, de fractura, de fatiga, de volteo, etc.

Los estados límite de servicio se refieren al comportamiento de las estructuras bajo cargas normales de servicio y tienen que ver con aspectos asociados con el uso y ocupación, tales como deflexiones excesivas, deslizamientos, vibraciones y agrietamientos.

(34)

El AISC ha introducido el método LRFD no con el propósito específico de obtener ventajas económicas inmediatas, sino porque ayuda a proporcionar una confiabilidad más. uniforme para todas las estructuras de acero, sean cuales sean las cargas.

En el método de diseño por esfuerzos permisibles (DEP) se usaba el mismo factor de seguridad para las cargas muertas y para las vivas, en tanto que en el método del diseño por factores de carga y resistencia (LRFD) se usa un factor de carga o de seguridad mucho menor para las cargas muertas (ya que éstas se pueden determinar con mayor exactitud que las vivas). En consecuencia, la comparación del peso que se obtiene para una estructura diseñada con ambos métodos depende necesariamente de la relación entre cargas vivas y muertas.

2.2.4.1 Factores de carga y resistencias usados en la especificación AISC

La ecuación de resistencias vs. Cargas puede escribirse de la forma:

(2.1)

Dónde:

A¡ = un efecto de carga (una fuerza o un momento)

Q = un factor de carga

<I>

=

la resistencia nominal de la componente bajo consideración

(35)

Rn = factor de resistencia

Las combinaciones de cargas por consideración se dan en el capítulo

"A"- "General Provisions", de las especificaciones "AISC" como:

1,4D(A4-1)

1,20 + 1,6L + 0,5(Lr o S o R) (A 4-2)

1,20 + 1,6(Lr o S o R) + (0,5L o 0,8W)(A 4-3)

1,20 + 1,3W + 0,5L + 0,5(Lr o S o R) (A 4-4)

1,20 +/- 1,0E + 0,5L + 0,2S (A 4-5)

0,90 +/- (1,3W o 1,0E) (A 4-6)

Dónde:

D =Carga muerta

L = Carga viva debido al equipo y ocupación

Lr = Carga viva de techo

S= Carga de nieve

R = Carga de lluvia o hielo

W = Carga de viento

E = Carga de sismo

(36)

El factor de resistencia

0

para cada tipo de resistencia está dado por el "AISC" en el capítulo de las especificaciones que trata con esa resistencia, esos factores varían en el valor de 0,75 a 1,0.

2.2.5 Cargas sobre las estructuras

El ingeniero estructuralista debe determinar la forma, tamaño y posición del miembro para que soporte con seguridad las cargas que se espera soporte la estructura. El peso de la estructura, debe ser estimado de antemano, junto con todo el equipo permanentemente unido a ella, ésta se denomina carga muerta. Especialmente en edificios muy altos y en estructuras de gran luz, es importante revisar el diseño final respecto a los pesos muertos estimados inicialmente.

La carga viva consiste en material almacenado, gente, vehículos, nieve, hielo, viento, cargas explosivas, agua en movimiento, presión de la tierra, impacto, efectos sísmicos, etc.

Todas estas cargas dependen del tipo de estructura, su uso pretendido y la ubicación geográfica. Las cargas pueden ocurrir en combinación y la probabilidad de tales combinaciones así como la magnitud de las cargas debe de ser consideradas. Las cargas vivas sobre estructuras tipo estándar, son por lo general especificadas por los diversos códigos de construcción. Las estructuras de forma poco usual pueden requerir pruebas de modelos en túneles de viento para determinar la magnitud y distribución de la carga. Similarmente, las cargas inducidas por sismo pueden basarse en requisitos de los códigos de construcción para estructuras convencionales pero

(37)

pueden requerir análisis dinámicos y/o pruebas dinámicas de modelos en el caso de estructuras poco comunes.

Con respecto al diseño de estructuras para edificios, las cargas se obtienen de los códigos locales de construcción. Esos códigos locales se derivan de códigos modelo regionales como el UniformBuildingCode o el SouthernBuildingCode o el código nacional de cargas conservado por la American Society of Civil Engineers.

2.2.5.1 Diseño de cargas por viento

La ocurrencia de presiones o succiones "p" debidas al viento en superficies verticales y horizontales o inclinadas de una edificación serán consideradas simultáneamente y se supondrán perpendiculares a la superficie sobre la cual actúan. La carga de viento depende de la forma. Dicha sobrecarga "p" sobre la unidad de superficie es un múltiplo de la presión dinámica y se expresa de la siguiente manera:

(2.2)

Dónde:

Cp

=

Coeficiente de Presión Cr = Coeficiente de Ráfaga

q

=

Intensidad de la acción dinámica del Viento.

Donde tenemos que la fórmula de la Intensidad Dinámica del viento es:

(38)

q = 0.005v² (kg 1 m2) _(2.3)

Dónde:

v

=

Velocidad del Viento.

Esta velocidad del viento se basa en las cargas de diseño para edificios y otras estructuras, la climatología del área geográfica, rugosidad del terreno, aspectos de la topografía local, altura del edificio a diseñarse y el nivel aceptable del riesgo a exceder la carga de diseño. Para referencia del valor de la velocidad del viento tomamos el dato del mapa Eolico, de acuerdo a la siguiente figura, son velocidades extremas de viento en KPH a 1 O m del suelo. En ningún caso se tomarán presiones dinámicas menores de

q =15kg/m² ^.

·e•~ , ... 77' ,.... .,. 1' 69•

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Fig. 2. 7: Mapa Eólico del Perú

(39)

2.2.5.1.1 Presiones interiores

Cuando el porcentaje de abertura "n" de alguna de las paredes de la construcción sea mayor de 30% de la parte de área expuesta que corresponde a dicha planta, en adición a las presiones o succiones exteriores se deberán considerar presiones o succiones calculadas según la ecuación de "p" con valores Cpi siguientes:

Si la abertura se encuentra del lado del barlovento: Cpi

=

^0,8

Si la abertura se encuentra del lado del sotavento: Cpi

=

^-0,5

Para valores de "n" menores de 30%, se considerarán para el cálculo de las presiones internas los valores de Cpi más desfavorables entre los especificados a continuación:

Si la abertura está aliado de barlovento: Cpi = O,Sn/30 ± (1-n/30) Si la abertura se encuentra al lado de sotavento: Cpi = -0,5n/30 ± (1-n/30)

Si la construcción no tiene aberturas, se tomará: Cpi

=

^{± 0,3}

2.2.5.1.2 Coeficientes de ráfaga

Es recomendable usar un coeficiente de ráfaga: Cr

=

1, 7 Para estructuras cuya esbeltez o dimensiones horizontales reducidas las hacen sensibles a las ráfagas de corta duración y cuyos períodos largos favorecen a la ocurrencia de oscilaciones importantes (Fig.1.8)

(40)

El

Altura

Base

q

Dirección del

2':~'

Viento

E

D

Fig. 2. 8: Designación de lados para análisis de cargas viento

Fig. 2. 9: Coeficientes de ráfaga

2.2.5.2 Cobertura metálica

F

B Longitud

La cubierta es la parte de la nave, que constituye el cierre superior o tejado de la misma. Dentro de las diferentes marcas y clases de coberturas consideramos las que fabrica la Empresa Ondulit Italiana, a continuación presentamos algunos de los detalles de fabricación así como de los materiales, propiedades y diferentes usos que tienen este tipo de cobertura.

2.2.5.2.1 Propiedades y especificaciones físicas de cobertura

Nombre de Producto: Cubierta aislante en acero con protección multiestrato TR-40 Curvo de acero zincadalum ASTMA792. AZ 150

(41)

Espesor de lámina: 0.60mm. (especificaciones técnicas).

Ancho útil: O. 95 m.

Ancho total: 1.00 m.

Largo de lámina: 5.45 m.

Longitud de traslape: 0.1 O m.

Peso por metro cuadrado: 5.26 kg/m2

Colores: Rojo, marfil, verde y otros. (Fig.2.1 O)

Ondulit

Mlllti;ayer protected stee! sheets with sinusoidal p~ofi!e

Fig. 2. 10: Plancha TR-40 Curvo

A continuación se hace una breve descripción de las diferentes aplicaciones que tiene la cobertura designada.

(42)

a) Cocheras :

El uso de translúcidas en cocheras crea un ambiente iluminado y acogedor.

b) Invernaderos

El uso de las planchas translúcidas se aplica en proyectos especiales de investigación como son los invernaderos, viveros, etc., utilizados para crear un microclima favorable para el cultivo de las diferentes especies de flores, hortalizas, etc., como es el caso del proyecto de invernaderos ejecutados en distintas ciudades.

e) Playas de estacionamiento

El uso de la amplia gama de colores en las que se comercializa las coberturas posibilita al proyectista diversas combinaciones en la arquitectura que se complementa con los colores de agrado del cliente.

d) Coliseo

La combinación entre coberturas opacas y translúcidas de variados colores posibilita proyectos de coliseos, estadios, centros deportivos y recreativos, etc.

e) Depósitos en general

La combinación entre cobertura opaca y traslúcida nos permite el uso de la luz natural para la iluminación en horario diurno, brindando ahorro en el consumo de energía eléctrica.

(43)

f) Pesqueras

Las planchas no son corrosivas ni tienen insumas contaminantes que pueden afectar a la Industria Alimentaria en sus procesos de fabricación, ideal para empresas pesqueras, industrias alimenticias, etc.

g) Naves industriales

Este tipo de cobertura es óptima para su uso en zonas de alta polución industrial por su alta resistencia a la concentración de ácido sulfúrico (90% en volumen).

2.2.5.3 Viguetas de acero de alma abierta

Las viguetas de acero de alma abierta son armaduras prefabricadas del tipo mostrado en la figura: (Fig.11)

= · ¡

Fig. 2. 11: Viguetas de acero de alma abierta

Muchas de las viguetas menores usan una barra circular continua para formar los miembros del alma y son llamadas comúnmente viguetas de barras. Ellas son usadas en sistemas de piso y techo en una amplia variedad de estructuras. Para un claro dado, una vigueta de alma abierta será más ligera en peso que un perfil laminado y la ausencia de un alma maciza permite el paso de duetos y conductos eléctricos.

(44)

Dependiendo de la longitud del claro, las viguetas de alma abierta pueden ser más económicas. que los perfiles laminados, aunque no hay directrices generales para hacer esta determinación.

Las viguetas de alma abierta son hechas por varios fabricantes en peraltes y capacidades de carga estándar. Algunas viguetas de alma

abi~rta son diseñadas para funcionar como viguetas de piso o techo y otras son diseñados para funcionar como trabes que soporten las reacciones concentradas de largueros. Las especificaciones de la American lnstitute of Steel lnstitute (AISC), no tratan las viguetas de acero de alma abierta, una organización aparte, el Steel Joistlnstitute (SJI), existe para este propósito. Todos los aspectos del uso de viguetas de acero, incluido su diseño y fabricación, son tratados en la publicación Estándar Specifications, Load Tables, and Weightablesfor Steel JoistGirders (SJI, 1994).

Para cada combinación de claro y vigueta, se da un par de valores de carga. El número superior es la capacidad de carga total de servicio en lbf/ft y el número inferior es la carga viva de servicio por pie que produce una deflexión de 1/360 del claro.

Aunque las cargas en las tablas son capacidades por carga de servicio, las tablas pueden adaptarse fácilmente para usarse con el enfoque LRFD. Las viguetas de acero de alma abierta que se diseñan para funcionar como viguetas de piso o techo (en contraste con las trabes) se tienen disponibles como viguetas de acero de alma abierta (Serie K, tanto estándar como KCS), viguetas de acero de gran claro

(45)

(Serie LH) y viguetas de acero de gran peralte y claro (Serie DLH).

Las tablas estándar de carga están dadas para cada una de éstas categorías (SJI, 1994).

Entre más arriba lee uno en una serie, más grande son las longitudes de los claros disponibles y las capacidades de carga. Con excepción de las viguetas KCS, todas las viguetas de acero de alma abierta están diseñadas como armaduras simplemente apoyadas con cargas uniformemente distribuidas sobre la cuerda superior. Esta carga somete a la cuerda superior a flexión así como a compresión axial, por lo que la cuerda superior se diseña como viga-columna. Las viguetas KCS están diseñadas para soportar cargas concentradas y cargas distribuidas (incluidas distribuciones no uniformes). Para . seleccionarse una vigueta KCS, el ingeniero debe calcular un momento máximo y una fuerza cortante máxima en la vigueta) y entrar a las tablas KCS con esos valores. Las viguetas KCS están diseñadas para resistir un momento uniforme y una fuerza cortante. Si las cargas concentradas deben ser soportadas por una vigueta LH o una DLH, deberá requerirse un análisis especial del fabricante.

Ambas cuerdas de las viguetas de la Serie K deben estar hechas de acero con un esfuerzo de fluencia de 50 ksi y los miembros del alma pueden tener un esfuerzo de fluencia de 36 o de 50 ksi.

Todos los miembros de las viguetas de las Series LH y DLH pueden hacerse con aceros de cualquier esfuerzo de fluencia entre 36 ksi y 50 ksi inclusive.

(46)

La capacidad de carga de las viguetas de la Serie K debe verificarse por el fabricante por medio de pruebas y deberá evidenciarse un factor mínimo se seguridad de 1,65; tal programa de pruebas no se requiere para las viguetas de las series LH o DLH.

Las trabes viguetas están diseñadas para soportar viguetas de acero de alma abierta (Series K, LH, y DLH). El ingeniero designa una trabe vigueta especificando su peralte, el número de espacios entre viguetas y la carga es kips en cada punto cargado de la cuerda superior de la trabe - vigueta.

Un procedimiento simple para usar las tablas estándar de carga en el contexto del LRFD se da por el SJI (1994) y se muestra aquí en forma ligeramente modificada, considerando primero la relación básica del AISC.

(2.4)

Escribiendo la última ecuación para una carga uniformemente distribuida como.

(2.5) Donde:

w.<Ji = carga uniformemente factorizada.

wl'!

=

resistencia nominal por carga uniforme de la vigueta.

(47)

Usando la razón promedio de la resistencia nominal a la resistencia permisible de 1 ,65; podemos expresar la resistencia nominal como:

(2.6)

Luego sustituyendo el valor:

Pudiendo escribir la ecuación anterior de la siguiente manera:

(2.8)

Para fines de diseño, se puede expresa la relación anterior como:

(2.9)

2.2.5.4 Vigas y trabes armadas

Las vigas son miembros estructurales que soportan cargas transversales y quedan por lo tanto sometidas principalmente a flexión. Si está presente también una cantidad considerable de carga axial, al miembro se le llama viga columna. Las vigas están usualmente orientadas horizontalmente y sometidas a cargas verticales, pero esto no es necesariamente siempre el caso. Se consideran que un miembro estructural es una viga si está cargado de manera que se genere flexión en él.

Los perfiles compuestos por placas son considerados como trabes armadas, pero las especificaciones de la AISC distinguen las vigas de

(48)

las trabes armadas con base en la razón de ancho a espesor del alma.

Si la razón ancho - espesor es:

h 970

- < - -

tw-

.jF;

^{(2.1 O)}

El miembro debe tratarse como una viga, independientemente de que sea un perfil rolado o compuesto.

Si la razón ancho espesor es:

h 970 - > - -

tw-

.[F;

^(2.11)

El miembro debe tratarse como trabe armada. La mayoría de los perfiles compuestos se clasifican como trabes armadas, pero algunos son vigas de acuerdo con la definición del AISC.

Para vigas, la relación básica entre los efectos de las cargas y de resistencia es:

(2.12)

Donde:

Mu = combinación gobernante de momentos por cargas factorizadas.

<l>b =factor de resistencia para vigas= 0,90

(49)

Mn

=

resistencia nominal por momento

2.3 MARCO CONCEPTUAL

2.3.1 Definiciones conceptuales

El presente trabajo de investigación se compone de una variable dependiente: techo parabolice del Coliseo Polideportivo y la variable independiente que es la estructura de acero.

VI: Estructura de acero

VD: Techo Parabólico de Coliseo Polideportivo, configuración de la estructura, elaboración de planos de diseño y la especificación de trabajo correspondiente

(50)

Capítulo 3:

METODOLOGIA

3.1 INTRODUCCION

De acuerdo a los objetivos planteados, el presente trabajo está orientado a describir las características de las estructuras de acero del techo del coliseo polideportivo de la Universidad Nacional de Huancavelica cuyas áreas techadas son: 37.78 m de ancho por 44.55 m de largo haciendo un total de 1,683.1 O m2 y 25.02 m de ancho por 47.55 m de largo haciendo un total de 1,189.70 m2. Todas las estructuras se diseñarán de acuerdos a las normas MTE - 030 Diseño sismo - resistente.

3.2 TIPO Y NIVEL DE INVESTIGACION

El trabajo corresponde al nivel básico y tipo descriptivo porque a través del estudio se determinarán las características técnicas de la estructura

(51)

de acero del techo del coliseo polideportivo, así mismo se describirán las cargas de viento, lluvia, sismo, porque estos parámetros son importantes 'para un buen diseño y selección de la cobertura.

3.2.1 Investigación descriptiva

La presente investigación es de este tipo, debido a que se determinara las características técnicas de la estructura de acero del techo parabólico del coliseo polideportivo de la Universidad Nacional de Huancavelica.

3.3 DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN

Corresponde a un estudio de los sistemas estructurales parabólicos en acero.

3.3.1 Tipo de investigación

Básica

3.3.2 Nivel de investigación

Descriptivo Simple

3.3.3 Diseño de la investigación

Donde: "M", es el objeto de la investigación o muestra y "O" es la observación de la muestra.

(52)

3.4 OBJETOS DE LA INVESTIGACIÓN

El objeto de la investigación es la estructura de acero cuya características serán descritas como: resistencia de la estructura, esfuerzo permisible de la estructura y deformación de la estructura.

3.5 OPERATIVIZACIÓN DE VARIABLES

Variables

Variable dependiente:

Techo Parabólico

Variable independiente:

Estructura de acero

Definición conceptual Definición operacional Un techo parabólico es Consiste en realizar una estructura todas las etapas de conformada por arcos programación cálculo reticulados, de sección y diseño de la variable que resiste las estructura.

cargas y fuerzas exteriores y que permite construir grandes luces y bajar el peso de la cubierta.

Se sujetan a las normas Diseño análisis y y documentos técnicos configuración de la correspondientes. estructura; elaboración de planos y las especificaciones

técnicas

correspondientes.

Fuente: Elaboración propia

(53)

3.6 DATOS PARA EL DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DE ACERO

3.6.1 Tipos de techo

El Diseño de las estructuras contempla principalmente para cubrir dos techos de tipo 1 y de tipo 2 que varian en área a techar, las mismas que cubrirán los ambientes arquitectónicos necesarios y básicos que está compuesto por lo siguiente

1er Piso

- 01 Salón para ajedrez -01 Salón de tenis de mesa - 02 losa multideportivas - 01 escenario

- 03 ambientes para depósitos - 02 ambientes de espera - 01 ambiente para tópico -Graderías para tribuna -Graderías de acceso

- Rampa para personas con discapacidad física -Pasadizos

(54)

2do Piso

- 01 Salón para artes marciales - 01 Salón para danza y aeróbicos

- 01 Vestuario y S. H. para salón de artes marciales -01 Vestuario y S. H. para salón de danza y aeróbicos -01 Batería de SS.HH. Damas

- 01 vestuario y duchas para damas -01 Batería de SS.HH. Varones -01 vestuario y duchas para varones - 01 boletería

-Pasadizos

Antes de diseñar los instrumentos de recolección de datos, es necesario definir los sujetos a quienes se les aplicará los instrumentos.

3.6.2 Características geométricas

Las características geométricas de la cobertura metálica a proyectar se basa en una luz mayor de 35.60, y 23.25 Y altura mayor de la cobertura de 17.28 m).

(55)

3.6.3 Consideraciones a tener en cuenta para el diseño de los elementos estructurales.

a) Referencias estructurales

El terreno es de aporte para la educación, deporte y otros eventos, la construcción del mencionado proyecto se basa en un proyecto integral elaborado el departamento de Infraestructura de la Universidad Nacional de Huancavelica que corresponde a la formula de estructuras de concreto y estructuras metálicas para el funcionamiento de todas la instalaciones que alberga, la cobertura, estructura metálica, vigas de concreto, columnas de concreto, muros armados, zapatas y plateas respectivamente.

b) Consideraciones climáticas de la zona

De acuerdo a las condiciones topográficas observadas en el campo dicha cobertura debe satisfacer ciertas condiciones climáticas como el viento, lluvia, granizo, nieve y sismo, (además de tener la resistencia requerida para soportar dichas cargas) que serán datos importantes para el diseño y selección de la estructura.

e) Descripción de las estructuras metálicas

El Proyecto estructural de la cobertura contempla las siguientes obras: Conformada por:

(56)

Viga collarín de concreto armado, sobre las cuales se apoyaran las vigas principales de la estructura metálica, así mismo debe cumplir la función de transmitir las cargas de la cobertura a las columnas principales del coliseo ..

SUPER ESTRUCTURA, conformada por:

Techo formado por una estructura metálica de vigas principales, vigas secundarias, viguetas de arriostre, correas y cobertura.

d) Normas y reglamentos aplicados al diseño de la estructura metálica

Las Normas utilizadas son las siguientes:

- Todas las estructuras están referida a las Normas NTE -030 Diseño Sismo resistente.

- Norma Técnica de edificaciones E030-89 - Norma de Carga E020

- Norma Americana para el diseño de estructuras de acero, por el American lnstitute of Steel Construction- AISC.

- Diseño por esfuerzos permisible, ASD-1989

- Diseño por factores de carga y resistencia, LFRD-1993 - Reglamento NTC- Metálicas (México)

(57)

e) Parámetros para diseño de las estructuras metálicas

Características de los materiales acero corrugado:

Límite de Fluencia mínimo= 4200 kg/cm2

Resistencia a la Tracción = 621 O kg/crn2

Alargamiento en 203 mm

Diámetros:

Soldabilidad = Buena soldabilidad

f) Ángulos estructurales A-36:

Propiedades mecánicas:

Límite de Fluencia mínimo= 2530 kg/cm2

Resistencia a la Tracción = 4080 - 5620 kg/crn2

Alargamiento en 200 mm

Espesores:

2.5 mm, 3.0mm y 1/8" 12.5% mínimo

4.5 mm 14.5% mínimo

3/16" = 15.0% mínimo

6,0 mm = 17.0 % mínimo

Soldabilidad = Buena soldabilidad

(58)

A continuación se observa la selección de la viga principal denominado VP - "A" que es parte de la estructura metálica que compondrá la cobertura, la misma que tendrá una longitud total de 38.32 m.

Fig. 3. 1: Vista frontal de Viga Principal "A"

3.6.3.2 Viga principal "B"

A continuación se observa la selección de la viga principal denominado VP-"B" que es parte de la estructura metálica que compondrá la cobertura, la misma que tendrá una longitud total de 38.32

m

Fig. 3. 2: Vista frontal de Viga Principal "B"

(59)

A continuación se observa la selección de la viga principal denominado VP-"C" que es parte de la estructura metálica que compondrá la cobertura, la misma que tendra una longitud total de 24.70

m

Fig. 3. 3: Vista frontal de Viga Principal "C"

3.6.3.4 Viga principal "O"

A continuación se observa la selección de la viga principal denominado VP-"0" que es parte de la estructura metálica que compondrá la cobertura, la misma que tendrá una longitud total de 24.70

m

Fig. 3. 4: Vista frontal de Viga Principal "D"

(60)

3.6.3.5 Cerchas metálicas C-01 y C-02

Para cumplir con los objetivos planteados para el presente trabajo es necesario seleccionar las cerchas que componente la estructura metálica integral, se observa en la figura. 3.5. Una de las cerchas con su nomenclatura respectiva de cercha metálica C-01 y C - 02, las mismas que tendrá una longitud total de 8.45 m

\ZV\7\1\/\/\/\l\l\l\l\/\l\/:;J\l\7\7\li/

Fig. 3. 5: Vista frontal de la Cercha Metálica C-Ol y C-02

3.7 .ANALISIS DE LAS ARMADURAS

Al elegir la armadura con la que se constituirá el techo, procedemos al análisis de cada uno de los elementos que componga la armadura (estructuras), para lo cual usamos el Software de análisis estructural . SAP2000 V.1 0.1 el cual tiene los lineamientos para el diseño en acero estipulados por el AISC-ASD89. Conjuntamente con el reglamento LRFD99 de combinaciones de carga, los diseños se elaboraron en el Autocad2006, posterior a ello se realizó la importación al Software de análisis estructural SAP2000 V.1 0.1, la selección del material para las estructuras de la VP "A", VP "B", VP "C", VP "D", C-01 y C-02, son las mismas, es decir fierro corrugado ASTM A-706 Grado 60, cuyas dimensiones varían de 0 1 ", 0 %", 0 5/8", 0 %"y 0 3/8".

(61)

Para armadura de tipo arco semiparabolico, dadas las estas condiciones de carga y las restricciones, no presenta ningún elemento sobre esforzado.

3.8 CALCULO DE CARGAS

Para el metrado de cargas se consideraron todas las cargas necesarias de acuerdo a la Normas Técnicas de Edificación; Norma E-020 de Cargas.

Para las solicitaciones sísmicas se utilizo las cargas del diseño estático de acuerdo a la Norma E-030 de Diseño Sismoresistente.

Para lo cual se tomó como datos generales:

Cobertura con planchas TR-40 CURVO de acero zincadalum ASTMA792. AZ 150:

Espesor de lámina

=

^{0.60 mm}

Ancho útil = 0.95 m

Ancho total

=

^{1.00 m}

Largo de lámina

=

^{5.45 m}

Longitud de traslape

=

^0.1^O^m

Longitud entre correajes

=

^{1. 75 m}

Peso por metro cuadrado

=

5.26 Kg/m2 Propiedades mecánicas del acero estructural:

(62)

Peso de acero = 7850 Kg/m3

ASTM A-706 Grado 60

Límite de fluencia

=

4500 Kg/cm2 Resistencia a la tracción = 561 O Kg/cm2

3.8.1 Cargas en Viga Principal "A"

Fig. 3. 6: Modelo estructural de la Viga Principal "A".

Ancho tributario

=

^{7.00 m}

Distancia promedio = 7.00 m

Longitud total de la viga = 38.32 m

Cargas de servicio:

Peso de accesorios aprox.

=

^{1.00 Kg/m}

Peso de las viguetas

Peso de cobertura

Peso del falso cielo

=

24.67 Kg/m

= 5.26 Kg/m2

=

0.00 Kg/m2

(63)

Peso de luminaria/otros = 5.00 Kg/m2

Sobrecarga = 50.00 Kg/m2 (para techos curvos)

Carga de Nieve

Tenemos:

Peso mínimo

=

150.00 Kg/m2

altura de diseño

=

0.1 O m Por tratarse de techo curvo 15.00 Kg/m2

Carga exterior de viento

Tenemos:

Carga mínimo de viento= 15.00 Kg/m2 (Según mapa eólica del Perú)

Velocidad del viento= 65.00 Km/h (Según registro en la Región y mapa eólica del Perú)

Altura de diseño = 18.25 m (medido del plano)

Para alturas h>10m:

Vh = V(h/1 0)"0.22

Vh = 7 4.20 Km/h

Presión del viento: Ph = 0.005 C Vh²

Factores de forma C:

(64)

Arcos y cubiertas cilíndricas

e=

0.80 fachada a barlovento

e=-

0.50 fachada a sotavento

Ph = 22.02 Kg/m2Lado Barlovento

Ph

=

-13.76Kg/m2Lado Sotavento

Cargas puntuales en los nudos de la viga brida superior

Longitud de carga

=

^{0.4000 m}

Ancho tributario

=

^{7.0000 m}

Carga Muerta (Dead)

Accesorios = O .4000 Kg

Viguetas

=

^{9.8680 Kg}

Cobertura

=

14.7280 kg Cielorraso u otros

=

^{0.0000 Kg}

Luminárias = 14.0000 Kg

Total

=

38.9960 Kg

Pd

=

19.4980 Kg (c/nudo) Carga Viva (Live)

50kg/m2*0.610m*5.22m

=

140.0000 Kg

(65)

PI= 70.0000 Kg (c/nudo) Carga de Nieve (Snow)

22.5kg/m2*0.61 m*5.22m = 42.0000 Kg Ps = 21.0000 Kg (c/nudo)

Carga de Viento (Win)

Angula de inclinación = 0.9774 rad Lado del barlovento

24.38kg/m2*0.61*5.22m = 61.6596 Kg Pwb = 30.8298

Pwb h= 17.2397 Kg (c/nudo) Pwb v= 25.5591 Kg (c/nudo) Lado del sotavento

15.24kg/m2*0.61 m*5.22m =- 38.5372 kg Pws = -19.2686

Pwb h = -10.7748 Kg (e /nudo) Pwb v = -15.9744 Kg (c/nudo) Carga vertical de Sismo (Quake) Por precaución se tomara el 1 0% Pd

(ángulo elev= 34°)

(66)

Pq = 1.9498 Kg (c/nudo)

Cargas puntuales en los nudos de la viga brida supérior

Longitud de carga= 0.3400 m Ancho tributario= 7.0000 m Carga Muerta (Dead)

Accesorios Viguetas Cobertura

= 0.3400 Kg

= 8.3878 Kg

= 12.5188 Kg Cielorraso u otros = 0.0000 Kg Luminárias

Total

= 11.9000 Kg

= 33.1466 Kg Pd = 16.5733 Kg (c/nudo) Carga Viva (Live)

50kg/m2*0.61 Om*5.22m = 119.0000 Kg PI= 59.5000 Kg (c/nudo)

Carga de Nieve (Snow)

22.5kg/m2*0.61 m*5.22m = 35.7000 Kg Ps = 17.8500 Kg (c/nudo)

(67)

Carga de Viento (Win)

Angula de inclinación = 1.3090 rad Lado del barlovento

24.38kg/m2*0.61 *5.22m = 52.4106 Kg Pwb = 26.2053

Pwb h= 6.7824 Kg (c/nudo) Pwb v= 25.3124 Kg (c/nudo) Lado del sotavento

-15.24kg/m2*0.61 m*5.22m = -32.7566 kg Pws = -16.3783

Pwb h =- 4.2390 Kg (c/nudo) Pwb v =- 15.8203 Kg (c/nudo) Carga vertical de Sismo (Quake) Por precaución se tomara el 1 0% Pd Pg = 1.6573 Kg (c/nudo)

Carga lateral de sismo Calculo del peso total:

Tenemos:

(ángulo elev= 15°)

(68)

Longitud total de la viga = 38.32 m Ancho tributario = 7.00 m Peso de la viga = 397.48 kg Peso de las viguetas = 484.00 kg peso de cobertura = 180.38 kg Peso del falso cielo = 0.00 kg Peso de luminaria y otros = 518.69 kg s/c del techo (al 50%) = 6,706.18 kg Peso = 8,286. 73 kg

Masa= 844.72 kg-s²/m

Calculo del periodo fundamental:

Aplicando una fuerza lateral a la estructura de 1,000kg, tenemos un desplazamiento lateral de: 0.24 cm

K = 416,666.67 kg/m T = 0.28 S

Calculo de la cortante basal:

Tenemos: Z = 0.30 zona 2 S = 1 .20 tipo S2

(69)

Tp = 0.60 s calculo de

e

e= 2.5o 5.30

U

=

^1.30categoría B R = 6.00 acero

Entonces: V

=

(ZUSe/R)xP V

=

1 , 615.91 kg

V xml = 42.17 kg/m V g = 7.17 Kg (c/nudo)

Deflexión vertical máxima al centro de la luz de la armadura (Trans 3)

~ = -2.18 cm< L/200 OK Verificación de la estructura

Reglamento LRFD - 99 Diseño por factores de carga y esfuerzos de colapso.

La verificación de coeficiente Ratio, según los resultados obtenidos se tiene como máximo 0.961, con el cual se demuestra que la estructura cumple con las condiciones necesarias exigidas en las normas vigentes para diseño de estructuras de acero LRFD - 99.

Diseño final de los elementos de la viga:

(70)

Brida superior 2 Foco de 0 1 ", brida inferior 2 Foco de 0 3/4", diagonales Foco de 0 5/8" y conectores de Foco de 0 1/2"

3.8.2 Cargas en Viga Principal "8"

Fig. 3. 7: Modelo estructura de la Viga Principal "B".

Ancho tributario = 7.00 m Distancia promedio = 7.00 m Longitud total de la viga = 38.32 m Carga de servicio:

Peso de accesorios aprox. = 1.00 Kg/m Peso de las viguetas = 24.67 Kg/m Peso de cobertura = 5.26 Kg/m2 Peso del falso cielo = 0.00 Kg/m2 Peso de luminaria/otros = 5.00 Kg/m2

(71)

Sobrecarga == 50.00 Kg/m2 (para techos curvos) Carga de Nieve:

Tenemos:

Peso mínimo == 150·. 00 Kg/m2

Altura de diseño == 0.1 O m Por tratarse de techo curvo 15.00 Kg/m2