verificacion techo metálico

VERIFICACIÓN ESTRUCTURAL DE LA ESTRUCTURA METÁLICA DE LA LOSA TECHADA

PROYECTO: “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO EN EL II CICLO DE LA EBR EN EL MARCO DE LA AMPLIACIÓN DE COBERTURA DEL

PELA, EN EL CORREDOR EDUCATIVO SECTOR LA FLORIDA JURISDICCIÓN DE LA UGEL EL DORADO, REGIÓN SAN MARTIN”

CONTENIDO

CONTENIDO ........................................................................................................................... 1

I. INTRODUCCIÓN ............................................................................................................. 2

1.1. OBJETIVO ............................................................................................................... 2 1.2. UBICACIÓN DEL PROYECTO ................................................................................ 2 1.3. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO ........................................................................... 2

II. CRITERIOS DE DISEÑO................................................................................................. 3

2.1. HIPOTESIS DE ANALISIS ....................................................................................... 3 2.2. NORMAS APLICABLES .......................................................................................... 3 2.4. PARAMETROS DE DISEÑO ................................................................................... 3 2.4.1. CARGAS ................................................................................................................. 3 2.5. PARAMETROS SÍSMICOS ..................................................................................... 5 2.6. COMBINACIONES DE CARGA ............................................................................... 6

III. VERIFICACION DEL DESPLAZAMIENTO LATERAL ................................................... 7

3.1. MODELAMIENTO TRIDIMENSIONAL DE LA ESTRUCTURA ORIGINAL .............. 7 3.2. MODELAMIENTO TRIDIMENSIONAL DE LA ESTRUCTURA MODIFICADA ....... 12

IV. CONCLUSIONES .......................................................................................................... 16

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I. INTRODUCCIÓN

1.1. OBJETIVO La presente Memoria se realiza con el objetivo de verificar la resistencia y rigidez de la estructura metálica de la cobertura de la losa techada que conforma el proyecto: “Mejoramiento del Servicio Educativo en el II Ciclo de la EBR en el Marco de la Ampliación de Cobertura del PELA, en el Corredor Educativo Sector La Florida Jurisdicción de la UGEL El Dorado, Región San Martín”, de acuerdo con la norma E-030 del Reglamento Nacional de Edificaciones vigente.

1.2. UBICACIÓN DEL PROYECTO El terreno donde se ejecutará el proyecto se encuentra ubicado en.

Localidades : Ponciano, Shatoja, Amiñio, La Florida, Nuevo Bambamarca.

Distritos : Shatoja y San José de Sisa

Provincia : El Dorado.

Región : San Martín.

1.3. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO El proyecto consiste en la construcción de un patio techado para uso múltiples, en referencia a la arquitectura planteada se procedió a realizar el planteamiento estructural, el mismo que contempla la construcción una cobertura con policarbonato sobre estructura metálica.

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II. CRITERIOS DE DISEÑO

2.1. HIPOTESIS DE ANALISIS El análisis estructural se realizó con el programa SAP2000 (Versión 14). La estructura se analizó mediante un modelo tridimensional. En el análisis se supuso comportamiento lineal y elástico. Los elementos metálicos se representaron con elementos lineales. El modelo se analizó considerando sólo los elementos estructurales, sin embargo, los elementos no estructurales han sido ingresados como solicitaciones de carga debido a que aquellos no son importantes en la contribución de la rigidez y resistencia de la estructura proyectada.

2.2. NORMAS APLICABLES Norma Técnica de Edificación E.020: Cargas

Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE)

Norma Técnica de Edificación E.030: Diseño Sismorresistente Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE)

Norma Técnica de Edificación E.090: Estructuras Metálicas Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE)

2.3. PARÁMETROS DE DISEÑO Características de los Materiales

Para efectos del análisis realizado a las edificaciones se han adoptado para los elementos estructurales los valores indicados a continuación:

Concreto armado : f’c = 210 kg/cm2 (E = 217 370.6 kg/cm2) Acero de refuerzo G-60 : fy = 4200 kg/cm2 Acero estructural G-36 : Fy = 2530 kg/cm2 Acero Estructural A-500A : Fy = 2742 kg/cm2 (Cuadrado y Rectangular)

2.3.1. CARGAS

Las cargas se asignaron conforme a la Norma de Estructuras E.020 Cargas.

Cargas Muertas (D):

Los pesos de los elementos no estructurales se estimaron a partir de sus dimensiones reales con su correspondiente peso específico. A continuación se detallan las cargas muertas consideradas en el análisis:

Estructura de Concreto:

Peso propio : Calculado por SAP2000 (Pe CºAº=2400 kg/m3)

Estructura Metálica:

Peso propio : Calculado por SAP2000 (Pe Acero=7850 kg/m3)

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Peso de Cobertura : 2.00 kg/m2 (Policarbonato 8 mm + Elementos de Fijación y Otros =1.5 Kg/m2+0.50 Kg/m2)

Cargas Vivas (L):

Estructura Metálica:

Techos con coberturas livianas : 30 kg/m2

Cargas debidas al Viento (W):

Las cargas exteriores (presión o succión) ejercidas por el viento se supondrá estática y perpendicular a la superficie sobre la cual actúa. Se calculará mediante la siguiente expresión:

Ph=0.005.C.Vh2

Donde: Ph : Presión o succión del viento a una altura h en Kg/m2

C : Factor de forma adimensional Vh : Velocidad de diseño a la altura h en Km/h

Vh = V.(h/10)0.22

Donde: V : Velocidad de diseño hasta 10 m de altura en Km/h H : Altura sobre el terreno en metros.

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Para la estructura metálica (cobertura): V = 60 Km/h (Mapa eólico del Perú, para San Martín) V = 75 Km/h (Velocidad mínima según E.020) h = 6.00 m

Luego: Vh =75*(6/10).22=67.03 Km/h

Por tanto: En el lado a Barlovento, para C=+0.30/-0.70 (Superficies inclinadas a 15º o menos) Ph = +7.0 Kg/m2 (Presión) / -16.0 Kg/m2 (Succión)

En el lado a Sotavento, para C=-0.60 (Superficies inclinadas a 15º o menos) Ph = -13.5 Kg/m2 (Succión)

Cargas Símica (S)

El análisis dinámico se realizó por combinación modal espectral según lo indicado en la Norma de Estructuras E.030 Diseño Sismo resistente.

2.4. PARÁMETROS SÍSMICOS En análisis sísmico de las estructuras se realizó siguiendo los criterios de la Norma de diseño sismorresistente E.030 (2006) mediante el procedimiento de superposición modal espectral. La respuesta máxima elástica esperada (r) de los diferentes modos de vibración (i) se determinó mediante la suma del 0.25 ABS (suma de los valores absolutos) y el 0.75 SRSS (raíz cuadrada de la suma de los cuadrados):

m

ri

m

ri rrr

1

2

1

75.025.0

Los parámetros sísmicos considerados para el análisis de las estructuras son los siguientes:

Factor de zona Z = 0.30 (Zona 2) Factor de uso e importancia U = 1.30 (Categoría B) Factor de suelo S = 1.40 (Suelo S3) Periodo de Vibración Ts = 0.90 seg. (Suelo S3) Factor de amplificación sísmica C = 2.50 para periodos menores a Ts

C = 2.5.Ts/T para periodos mayores a Ts Factor de reducción R = 9.5 (estructuras metálicas)

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2.5. COMBINACIONES DE CARGA Estructuras Metálicas:

La verificación de la capacidad de los elementos metálicos se basó en el procedimiento de cargas factoradas conforme a la actual Norma de Estructuras E.090 Estructuras Metálicas.

Las combinaciones de carga analizadas fueron las siguientes:

U = 1.4 D U = 1.2 D + 1.6 L +0.5 Lr U = 1.2 D + 1.6 Lr + 0.8 W U = 1.2 D + 1.3 W + 0.5 L + 0.5 Lr U = 1.2 D ± S + 0.5 L U = 0.9 D ± 1.3 S

Dónde:

D : Cargas muertas L : Cargas vivas por ocupantes y cargas no permanentes Lr : Cargas vivas en coberturas W : Carga de viento S : Carga sísmica

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III. VERIFICACIÓN DEL DESPLAZAMIENTO LATERAL

El análisis a llevar a cabo en el proyecto, será un análisis estructural tridimensional, considerando un modelo matemático tridimensional. Se ha desarrollado para este proyecto un análisis con cargas de viento, y para el análisis sísmico se ha realizado el análisis modal espectral, utilizando es espectro de diseño de la norma técnica E-030. Para resolver el modelo matemático, se ha utilizado el programa SAP-2000, para lo cual se empleó el código de diseño AISC-LRFD 99.

3.1. MODELAMIENTO TRIDIMENSIONAL DE LA ESTRUCTURA ORIGINAL El análisis a llevar a cabo en el proyecto, será un análisis estructural tridimensional, considerando un modelo matemático tridimensional. El modelo estructural se muestra a continuación (Figuras 01, 02 y 03), en el cual se incluyeron los parámetros indicados en el capítulo anterior y se tomaron en consideración las hipótesis de análisis indicadas en el Ítem 2.1.

Los elementos estructurales tienen las siguientes dimensiones:

COLUMNA METÁLICA CM-1:

Columnas: Tubo Rectangular 100x100x3mm

TIJERAL METÁLICO TM-1:

Brida Superior: Tubo Rectangular 40x80x3mm

Brida Inferior: Tubo Rectangular 40x60x3mm

Diagonales: Tubo Cuadrado 25x25x2mm

Montantes: Tubo Cuadrado 25x25x2mm

VIGA DE ARRIOSTRE VA-1:





VIGUETAS TÍPICAS (CORREAS):

Brida Superior: 2 Ángulos L 25x25x33mm

Brida Inferior: Fierro Liso Ø1/2”

Diagonales: Fierro Liso Ø3/8”

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Figura 01: Vista del modelo estructural tridimensional

Figura 02: Vista frontal

Figura 03: Vista lateral

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Verificación de Elementos Estructurales

Las secciones propuestas para los elementos estructurales de los tijerales y columnas, son adecuadas para resistir las solicitaciones generadas por las cargas gravitacionales y sísmicas, y se presentan en la memoria de cálculo del expediente técnico aprobado.

Figura Nº 04: Diagrama de Diseño de Elementos Pórtico Principal

Modos de Vibración

La Tabla siguiente indica los resultados obtenido para períodos y frecuencias naturales.

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Tabla 01 Modos y Frecuencias de Vibración

Modo Periodo Frecuencia

(seg) (Hertz)

1 0.714861 1.3989 2 0.658124 1.5195 3 0.607421 1.6463 4 0.441929 2.2628 5 0.42002 2.3808 6 0.325773 3.0696 7 0.274622 3.6414 8 0.265906 3.7607 9 0.155148 6.4455

10 0.154756 6.4618 11 0.152415 6.561 12 0.150367 6.6504

Desplazamientos y Distorsiones

En la Tabla 02 se presenta los desplazamientos y distorsiones en planta de los nudos para el pórtico crítico (central). Estos valores fueron determinados multiplicando los resultados obtenidos en el programa de análisis por 0.75 R, conforme se especifica en la Norma E.030 Diseño Sismorresistente.

Tabla 02

Desplazamientos máximos obtenidos

Dirección X

Nudo Hi (cm) δ (cm) δ (cm) Δ (cm) Δ / Hi Deriva

(altura) (análisis) (corregido) (distorsión) (deriva) (E.030)

1 500 1.5706 11.19 11.19 0.022 0.010

Dirección Y



1 500 1.4751 10.51 10.51 0.021 0.010

De acuerdo a los resultados obtenidos relacionados con los desplazamientos relativos,

se concluye que la estructura del patio techado no cumple con los requisitos de

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desplazamiento exigidos por la Norma E.030 Diseño Sismorresistente, por lo que se

modificará las dimensiones de la columna a 150x150x3mm a fin de incrementar la

rigidez lateral en ambas direcciones.

Figura Nº 05: Desplazamiento Lateral por Carga Símica en la Dirección X

Figura Nº 06: Desplazamiento Lateral por Carga Símica en la Dirección Y

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3.2. MODELAMIENTO TRIDIMENSIONAL DE LA ESTRUCTURA MODIFICADA

Sólo se ha modificado las dimensiones de la columna de 100x100x3mm a 150x150x3mm, el resto de elementos estructurales tienen las mismas dimensiones del expediente técnico aprobado.

Los elementos estructurales tienen las siguientes dimensiones:

COLUMNA METÁLICA CM-1:

Columnas: Tubo Rectangular 150x150x3mm

TIJERAL METÁLICO TM-1:





VIGA DE ARRIOSTRE VA-1:





VIGUETAS TÍPICAS (CORREAS):

Brida Superior: 2 Ángulos L 25x25x33mm

Brida Inferior: Fierro Liso Ø1/2”

Diagonales: Fierro Liso Ø3/8”

Verificación de Elementos Estructurales

Las secciones propuestas para los elementos estructurales de los tijerales y columnas, son adecuadas para resistir las solicitaciones generadas por las cargas gravitacionales y sísmicas.

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Figura Nº 07: Diagrama de Diseño de Elementos Pórtico Principal

Modos de Vibración

Tabla 03 Modos y Frecuencias de Vibración

Modo Periodo Frecuencia

(seg) (Hertz)

1 0.489588 2.0425 2 0.385838 2.5917 3 0.364449 2.7438 4 0.309225 3.2338 5 0.295527 3.3837 6 0.262452 3.8102 7 0.232134 4.3078 8 0.223794 4.4683 9 0.146927 6.8061

10 0.135056 7.4043 11 0.134655 7.4263 12 0.133017 7.5178

Se observa que los periodos se han reducido, esto se debe a que la estructura se ha rigidizado contra desplazamiento lateral al incrementarse las dimensiones de la columna.

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Desplazamientos y Distorsiones

Tabla 04

Desplazamientos máximos obtenidos

Dirección X



1 500 0.5458 3.89 3.89 0.008 0.010

Dirección Y



1 500 0.4168 2.97 2.97 0.006 0.010

De acuerdo a los resultados obtenidos relacionados con los desplazamientos relativos,

se concluye que la estructura del patio techado con las dimensiones de las columnas

modificadas a 150x150x3mm CUMPLE con los requisitos de desplazamiento exigidos

por la Norma E.030 Diseño Sismorresistente.

Figura Nº 08: Desplazamiento Lateral por Carga Símica en la Dirección X

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Figura Nº 09: Desplazamiento Lateral por Carga Símica en la Dirección Y

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IV. CONCLUSIONES

El sistema resistente de la edificación consta principalmente de pórticos de acero estructural en ambas direcciones (X e Y).

El proyecto estructural realizado se desarrolló con el fin de proponer medidas adecuadas para el buen desempeño de las estructuras ante cargas de viento y eventos sísmicos importantes, tomando en consideración los parámetros establecidos en la actual Norma de Diseño Sismorresistente (E.030).

La estructura propuesta en el expediente técnico aprobado cumple con los requisitos de resistencia, mas no así con los requisitos de rigidez, presentando derivas superiores a la máxima permitida por la norma E-030.

Se modificó las dimensiones de las columnas metálicas de 100x100x3mm a 150x150x3mm a fin de rigidizar la estructura contra desplazamiento lateral.

La estructura con columnas modificadas, cumple con los requisitos de Resistencia y Rigidez necesarios para soportar las cargas actuantes, presentando derivas inferiores a la máxima permitida por la norma E-030.

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