MEMORIA DE CALCULO ESTRUCTURAL COBERTURA METALICA, Guías, Proyectos, Investigaciones de Calculo Dinamico de Estructuras

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MEMORIA DE CALCULO

MODELADO, CALCULO Y DISEÑO ESTRUCTURAL DE

COBERTURA METALICA

1. INTRODUCCIÓN

Esta memoria resume todos los resultados de modelado, cálculo y análisis asociados con el estudio del comportamiento estructural de la estructura metálica para soporte de cobertura, figura 1, que corresponde al proyecto “CONSTRUCCIÓN DE COBERTURA Y SERVICIOS HIGIÉNICOS Y/O VESTIDORES; EN EL(LA) CAMPO DEPORTIVO RECREACIONAL DE LA LOCALIDAD DE HUANACOPAMPA, DISTRITO DE PAUCARA, PROVINCIA ACOBAMBA, DEPARTAMENTO HUANCAVELICA”. El objetivo de esta memoria es de documentar tanto el diseño, así como también todas las técnicas de modelado y análisis desarrolladas, además, se definen las normas, los materiales, las cargas, que se ajustarán al diseño estructural de la propuesta arquitectónica. Figura 1 : Propuesta Arquitectónica de Cobertura para el Análisis Estructural “CONSTRUCCIÓN DE COBERTURA Y SERVICIOS HIGIÉNICOS Y/O VESTIDORES; EN EL(LA) CAMPO DEPORTIVO RECREACIONAL DE LA LOCALIDAD DE HUANACOPAMPA, DISTRITO DE PAUCARA, PROVINCIA

3. LISTADO DE MATERIALES UTILIZADOS

Los materiales utilizados en el análisis estructural de la estructura fueron desarrollados bajo la recomendaciones y exigencias de los diferentes reglamentos revisados y que se muestran a continuación: Cuadro 3: Listado de Materiales y sus Propiedades Mecánicas Concreto Estructural: De Acuerdo a los Requisitos de Resistencia Mecánica del Elemento Evaluado Módulo de Elasticidad Ec = (^15 000) √ f 'c Módulo de Poisson Norma E.060 Concreto

μc =0.

Módulo de Corte Gc =^

Ec

2 ( 1 + μc )

Peso Unitario de Concreto γc = 2 400 kgf / m^3

Resistencia Mecánica por Elemento:

Vigas f ' c =210.00 kgf / c m

2

Columnas f ' c =210.00 kgf / c m

2

Zapatas f ' c =210.00 kgf / c m

2 Acero de Refuerzo: Acero Corrugado ASTM A615 G-

Módulo de Elasticidad Es = 2 000 000.00 kgf / c m^2

Esfuerzo de Fluencia f y = 4 200.00 kgf / c m^2

Acero Estructural: Acero Estructural ASTM A Manual de Puentes 2.5.3.1 Aceros Estructurales

Módulo de Elasticidad Es = 2 038 902.42 kgf / c m

2

Esfuerzo de Fluencia f y = 2 952.89 kgf / c m

2 “CONSTRUCCIÓN DE COBERTURA Y SERVICIOS HIGIÉNICOS Y/O VESTIDORES; EN EL(LA) CAMPO DEPORTIVO RECREACIONAL DE LA LOCALIDAD DE HUANACOPAMPA, DISTRITO DE PAUCARA, PROVINCIA

4. CONCEPCIÓN ESTRUCTURAL Y DISEÑO BÁSICO

Las características generales que se consideraron para el diseño, tales como sección transversal, disposición de los apoyos y pre dimensionamiento de elementos principales se desarrollaron en este capítulo como se muestra a continuación. 4.1. PRE DIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES 4.1.1. PRE DIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS DE ACERO ESTRUCTURAL Para el pre dimensionamiento de estructura metálica, se realizó un modelamiento previo, figura 2 , el cual se detallará en un capítulo posterior, en dicho modelo de cálculo se consideró esfuerzos por Carga Muerta, Carga Viva y Carga de Viento, sin considerar el peso propio de la estructura (peso propio se obtiene con secciones definidas), para el cual se aplica el criterio de módulo de sección si el elemento esta principalmente sometido a flexión o capacidad de carga si los elementos están en compresión o tracción: Figura 2 : Modelo de cálculo de estructura metálica “CONSTRUCCIÓN DE COBERTURA Y SERVICIOS HIGIÉNICOS Y/O VESTIDORES; EN EL(LA) CAMPO DEPORTIVO RECREACIONAL DE LA LOCALIDAD DE HUANACOPAMPA, DISTRITO DE PAUCARA, PROVINCIA

Figura 3 : Esfuerzos previstos por flexión en cordones principales Figura 4 : Esfuerzos previstos por carga axial en cordones principales “CONSTRUCCIÓN DE COBERTURA Y SERVICIOS HIGIÉNICOS Y/O VESTIDORES; EN EL(LA) CAMPO DEPORTIVO RECREACIONAL DE LA LOCALIDAD DE HUANACOPAMPA, DISTRITO DE PAUCARA, PROVINCIA

Evaluación de diagonales y montantes: Se observo que de las figuras 6 y 7 los elementos están principalmente sometidos a esfuerzos axiales por lo que para su pre dimensionamiento se aplicó el criterio de capacidad de carga:

I =

Pdim ∙ L

2

∙ FS ∙ k

2

2

∙ E

Donde: Pdim =¿ Carga axial que actúa en el elemento, de las figuras 3 y 4:

Diagonales : Pdim =^6 169.80^ kgf

Montantes : Pdim =^10 389.64^ kgf

L =¿ Longitud del elemento no arriostrado.

Diagonales : LCS =693.00^ cm

Montantes : LCI =668.00^ cm

k =¿ Factor de esbeltez, se asumió k = 1 , para ambos elementos.

E =¿ Módulo de elasticidad del material, para acero ASTM A500, se tiene

que:

E = 2 038 902.42 kgf / cm ²

FS =¿ Factor de seguridad, los diferentes manuales recomiendan un

FS =1.

Con estas consideraciones se obtuvieron que los momentos de inercia solicitados son:

Diagonales : I dim =250.62 cm^4

Montantes : I dim =391.66 cm

4 “CONSTRUCCIÓN DE COBERTURA Y SERVICIOS HIGIÉNICOS Y/O VESTIDORES; EN EL(LA) CAMPO DEPORTIVO RECREACIONAL DE LA LOCALIDAD DE HUANACOPAMPA, DISTRITO DE PAUCARA, PROVINCIA

Evaluación de Correas: Se observo que de las figuras 9 y 10 los elementos están principalmente sometidos a esfuerzos por flexión por lo que para su pre dimensionamiento se aplicó el criterio de módulo de sección:

Sx ≥

M

σadm

Donde: M =¿ Momento estimado que actúa en los diferentes elementos

estructurales, estimaremos unos momentos iniciales con ayuda de la figura 9:

Correas Metálicas : M^ dim =236.048^ kgf^ − m

σ adm =¿ Esfuerzo admisible, del elemento estructural, dependerá de la

geometría y el material utilizado.

Además, los fabricantes recomiendan estimar el σ^ adm =0.7^ f^ y.

Para acero ASTM A500 se tiene:

fy = 3 515.35 kgf / cm ²

Con estas consideraciones se obtuvo que el módulo de sección para las correas es:

Correas : Sy =9.59 cm

3 “CONSTRUCCIÓN DE COBERTURA Y SERVICIOS HIGIÉNICOS Y/O VESTIDORES; EN EL(LA) CAMPO DEPORTIVO RECREACIONAL DE LA LOCALIDAD DE HUANACOPAMPA, DISTRITO DE PAUCARA, PROVINCIA

Figura 9 : Esfuerzos previstos por flexión en correas. Figura 10 : Esfuerzos previstos por carga axial en correas. “CONSTRUCCIÓN DE COBERTURA Y SERVICIOS HIGIÉNICOS Y/O VESTIDORES; EN EL(LA) CAMPO DEPORTIVO RECREACIONAL DE LA LOCALIDAD DE HUANACOPAMPA, DISTRITO DE PAUCARA, PROVINCIA

5. ACCIONES CONSIDERADAS Y CARGAS DE DISEÑO

Las acciones que se consideraron para la evaluación de comportamiento de la estructura, fueron consideradas de acuerdo a los reglamentos E.060 Concreto Armado y E.090 Estructuras Metálicas. 5.1. ACCIONES GRAVITATORIAS PERMANENTES a) CARGAS MUERTAS: Corresponde a las cargas impuestas por el peso propio (PP) de todos los elementos estructurales principales del puente y las cargas muertas (CM) impuestas por el peso de los elementos no estructurales. Peso Propio PP: El peso propio se obtuvo automáticamente con el Software, el cual toma en consideración los elementos modelados, tales como: vigas, losas y pilares. A continuación, se adjunta el cuadro de metrado desarrollado por el Software. Figura 13 : Modelo físico desarrollado en RSA. Cuadro 5.1: Metrado por peso propio PP para elementos tipo barra “CONSTRUCCIÓN DE COBERTURA Y SERVICIOS HIGIÉNICOS Y/O VESTIDORES; EN EL(LA) CAMPO DEPORTIVO RECREACIONAL DE LA LOCALIDAD DE HUANACOPAMPA, DISTRITO DE PAUCARA, PROVINCIA

Elemento Recuento Longitud Peso por unidad Peso de Barra Peso Total

[m] [kgf/m] [kgf] [kgf] “CONSTRUCCIÓN DE COBERTURA Y SERVICIOS HIGIÉNICOS Y/O VESTIDORES; EN EL(LA) CAMPO

 - C1-0.45X0.60m 16 5.50 576.00 3 168.00 50 688. Concreto f’c = 210kgf/cm² - V-25x45 14 5.40 270.00 1 458.00 20 412. 

• Acero A500- - HSS50.8X50.8X2 517 0.70 3.06 2.14 1 107. - HSS50.8X50.8X2 210 0.89 3.06 2.72 571. - HSS50.8X50.8X2 48 0.93 3.06 2.85 136. - HSS50.8X50.8X2 288 0.98 3.06 3.00 863. - HSS50.8X50.8X2 42 5.40 3.06 16.52 694. - HSS76.2X76.2X3.2 161 5.40 7.29 39.37 6 337. - HSS101.6X50.8X3.2 16 0.17 7.31 1.24 19. - HSS101.6X50.8X3.2 16 0.55 7.31 4.02 64. - HSS101.6X50.8X3.2 48 0.59 7.31 4.31 207. - HSS101.6X50.8X3.2 48 0.61 7.31 4.46 214. - HSS101.6X50.8X3.2 288 0.67 7.31 4.90 1 410. - HSS101.6X50.8X3.2 304 0.70 7.31 5.12 1 555. - HSS101.6X50.8X3.2 16 0.87 7.31 6.36 101.
• Acero A - Tensor 3/4'' 8 25.28 2.24 56.63 453.
  • TOTAL: 84 837.
• FUENTE: ROBOT STRUCTURAL ANALYSIS PROFESIONAL

5.2. ACCIONES GRAVITATORIAS VARIABLES

a) SOBRECARGA DE USO Corresponden a las cargas desarrolladas por la función y uso de la edificación, definida en la norma técnica E.202 – Cargas. Cuadro 5.3: Resumen de Cargas Consideradas por carga muerta CV Definición Carga Detalles

CV 1 50.00 kgf / m^2

Norma Técnica E.020:  Artículo 7.1, inciso c.

CV 2 50.00 kgf / m^2

Norma Técnica E.020:  Artículo 7.1, inciso c.  Artículo 11.3, inciso e.

CV 3 50.00 kgf / m^2

Norma Técnica E.020:  Artículo 7.1, inciso c.  Artículo 11.3, inciso e. “CONSTRUCCIÓN DE COBERTURA Y SERVICIOS HIGIÉNICOS Y/O VESTIDORES; EN EL(LA) CAMPO DEPORTIVO RECREACIONAL DE LA LOCALIDAD DE HUANACOPAMPA, DISTRITO DE PAUCARA, PROVINCIA

5.3. ACCIONES SISMICAS

Los efectos dinámicos producidos por los sismos se simularán mediante las siguientes consideraciones: 5.3.1. CONSIDERACIONES GENERALES a) Norma Utilizada: Norma Técnica E.030-Diseño Sismo Resistente (RM-355-2018) b) Método de Cálculo: Método de Análisis Dinámico Modal Espectral (Norma Técnica E.030 (2018) Artículo 29). 5.3.2. CARACTERIZACIÓN Y PARÁMETROS DE CALCULO Cuadro 5.4 Caracterización y Parámetros de Cálculo Sísmico Definición Símbolo Criterios Valor Caracterización de Sitio: Zona Sísmica (Norma Técnica E.030 (2018), Fig. 1, Anexo 1)

Z

Zona 2 Huancavelica – Acobamba

Tipo de Perfil de Suelo (Norma Técnica E.030 (2018), Articulo 12.1.4 - d)

S

Suelos Intermedios S 2

Estudio M.S.

Sistema Estructural: Coeficiente de Reducción (X) (ASCE 07-10 Sistema de Columnas en Voladizo)

R 0 x

Sistema de columnas en voladizo con refuerzo medio

Coeficiente de Reducción (Y) (Norma Técnica E.030 (2018), Tabla 7)

R 0 y Pórticos de Concreto Armado 8.

Factor de Irregularidad en Altura (Norma Técnica E.030 (2018), Tabla 8)

I a Regular en Altura 1.

Factor de Irregularidad en Planta (Norma Técnica E.030 (2014), Tabla 9)

I p Regular en Planta 1.

Estimación de Periodo Fundamental de la Estructura: Periodo Fundamental (X) (Norma Técnica E.030 (2018), Artículo 28.4.1)

T x

Modelo matemático, norma E.030 articulo 29.

Periodo Fundamental (Y) (Norma Técnica E.030 (2018), Artículo 28.4.1)

T y

Modelo matemático, norma E.030 articulo 29.

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DEPORTIVO RECREACIONAL DE LA LOCALIDAD DE HUANACOPAMPA, DISTRITO DE PAUCARA, PROVINCIA

5.3.2.1. ESPECTRO DE CALCULO

El espectro elástico de aceleraciones se obtiene con los parámetros vistos en el capítulo 5.3.2 y la siguiente expresión ( Norma Técnica E.030 (2018), Artículo 29 ):

Sae = ZUCS

Donde:

C =2.5 T < T p

C =2.

T p

T

T p ≤ T < Tl

C =2.

T p ∙T l

T

2

T l ≤ T

Es el factor de amplificación sísmica. El valor máximo de las ordenadas espectrales es: 1.31g Figura 16 : Espectro Elástico de Aceleraciones. 5.3.2.2. ESPECTRO DE CALCULO El espectro de diseño se obtiene reduciendo el espectro elástico por el coeficiente R correspondiente a cada dirección de análisis ( Norma Técnica E.030 (2018), Artículo 29.2 ). Espectro de diseño según X Espectro de diseño según Y Figura 17 : Espectro de Aceleraciones de diseño correspondiente a cada dirección. “CONSTRUCCIÓN DE COBERTURA Y SERVICIOS HIGIÉNICOS Y/O VESTIDORES; EN EL(LA) CAMPO DEPORTIVO RECREACIONAL DE LA LOCALIDAD DE HUANACOPAMPA, DISTRITO DE PAUCARA, PROVINCIA

5.4. ACCIONES DINAMICAS DE VIENTO

Se determinó el efecto que tiene las presiones ejercidas por el viento sobre las áreas expuestas de la estructura, empleando el método de respuesta dinámica en función a la geometría de la estructura para el cual se utilizaron los siguientes parámetros:

V h = V 10

(

h

10 )

Cuadro 5.5: Cálculo de Velocidad de Viento para Diseño Definición Símbolo Criterios Valor Velocidad de Diseño: (Norma Técnica E.020 (2006), Articulo 12.3) Velocidad de diseño de viento a 10.00m Anexo 2 de NTP E.020 (2006)

V 10

Mapa Eólico del Perú, figura 2. 70.00 km/h

Altura de cálculo para estructura h - 11.10 m

Figura 18 : Mapa de Vientos a 10km del suelo. Carga de Viento: “CONSTRUCCIÓN DE COBERTURA Y SERVICIOS HIGIÉNICOS Y/O VESTIDORES; EN EL(LA) CAMPO DEPORTIVO RECREACIONAL DE LA LOCALIDAD DE HUANACOPAMPA, DISTRITO DE PAUCARA, PROVINCIA