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MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURASPROYECTO: " "MEJORAMIENTO DE ESPACIOS DEPORTIVOS EN LA LOCALIDAD DE ANTA DEL DISTRITO DE HUARIBAMBA - PROVINCIA DE TAYACAJA - DEPARTAMENTO DE HUANCAVELICA"”TECHO METALICO- CAMPO DEPORTIVO CON GRASS SINTETICOCONTENIDO 1. INTRODUCCIÓN.........................................

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PROYECTO:CALCULO ESTRUCTURAL TECHO METALICO

MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAS PROYECTO: " "MEJORAMIENTO DE ESPACIOS DEPORTIVOS EN LA LOCALIDAD DE ANTA DEL DISTRITO DE HUARIBAMBA - PROVINCIA DE TAYACAJA DEPARTAMENTO DE HUANCAVELICA"”

TECHO METALICO- CAMPO DEPORTIVO CON GRASS SINTETICO

MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL

PROYECTO:CALCULO ESTRUCTURAL TECHO METALICO

CONTENIDO

1. 2.1 2.2

INTRODUCCIÓN...................................................................................................................................... 3 OBJETIVO................................................................................................................................................ 3 ALCANCE................................................................................................................................................. 3

2.3 2. 2.1 2.2

CARACTERÍSTICAS DE LA ESTRUCTURA:.......................................................................................... 3 CRITERIOS DE DISEÑO.......................................................................................................................... 4 HIPOTESIS DE ANALISIS........................................................................................................................ 4 NORMAS APLICABLES............................................................................................................................ 4

2.3 2.4

ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS................................................................................................... 5 PARAMETROS DE DISEÑO..................................................................................................................... 5

2.5 2.6

PARAMETROS SÍSMICOS..................................................................................................................... 11 COMBINACIONES DE CARGA.............................................................................................................. 13

3. 3.1

ANALISIS SISMICO............................................................................................................................... 13 MODELAMIENTO SÍSMICO DEL MÓDULO.......................................................................................... 13

3.2 3.3 3.3.1 3.3.2

DESPLAZAMIENTOS Y DISTORSIONES............................................................................................. 14 DISEÑO ESTRUCTURAL DEL TECHO CURVO:.................................................................................. 15 DISEÑO DE ELEMENTOS A COMPRESION:........................................................................................15 DISEÑO DE ELEMENTOS A TRACCION:..............................................................................................15

3.3.3 DISEÑO DE COLUMNAS....................................................................................................................... 15 3.3.4 DISEÑO DE VIGUETAS:......................................................................................................................... 16 3.4 DISEÑO ESTRUCTURAL EN CONCRETO ARMADO..........................................................................17 3.4.1 CONSIDERACIONES DE DISEÑO.........................................................................................................17 3.4.2 MÉTODOS DE DISEÑO EMPLEADOS..................................................................................................17 3.4.3 DISEÑO DE COLUMNAS....................................................................................................................... 19 3.5 3.6

DISEÑO DE CIMENTACIÓN...................................................................................................................20 CONCLUSIONES FINALES...................................................................................................................21

3.7

ANEXOS................................................................................................................................................. 21

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1. INTRODUCCIÓN 1. OBJETIVO El objetivo del proyecto es el diseño estructural del techo correspondiente al proyecto: “CREACIÓN DE UN CAMPO DEPORTIVO CON GRASS SINTETICO”. El análisis permitirá

que la construcción, no sufra daños considerables y permita que las personas que se encuentren en esta no sufran la perdida de sus vidas.

2.

ALCANCE

El proyecto estructural desarrollado se basó en proponer las medidas óptimas más adecuadas para el buen desempeño del techo metálico perteneciente, sometidas a cargas de gravedad y a solicitaciones de viento. Estas techo metalico

han sido

modelada según los parámetros indicados en las actuales normas estructurales vigentes y teniendo en cuenta las hipótesis de análisis indicadas en el Acápite N° 02 de la presente memoria correspondiente a los Criterios de Diseño. 3. CARACTERÍSTICAS DE LA ESTRUCTURA: La estructura es un techo metálico curvo de 26.50 m de un conformado por tubos rectangulares de acero estructural, la estructura presenta un peralte de 0.60 m y ancho de 0.25m. Presentan como brida superior Tubos Rectangulares de 3 ½”x2 ½”4mm, como brida inferior Tubos Rectangulares L 3 ½”x2 ½”x4mm, como diagonal ángulos de Tubos Rectangulares 2 ½”x2 ½”x3mm y montantes Tubos Rectangulares de L 2 ½”x2 ½”x3mm. Presenta columnas rectangulares de acero estructural de 250x250x6.3mm, La cubierta es de calaminon. También presenta zapatas aisladas de concreto armado.

2. CRITERIOS DE DISEÑO 1. HIPOTESIS DE ANALISIS El análisis de la estructura esencial se ha realizado mediante métodos elásticos y lineales, apoyados por un análisis matricial efectuado por el programa de análisis

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estructural SAP2000, que ha sido desarrollado por Computers & Structures Inc. of Berkeley, California, USA. 2. NORMAS APLICABLES Para el análisis y diseño del proyecto se utilizaron las siguientes Normas Técnicas: Norma Técnica E.020 - Cargas Norma Técnica E.030 - Diseño Sismo Resistente Norma Técnica E.050 - Suelos y Cimentaciones Norma Técnica E.060 - Concreto Armado Norma Técnica E.060 - ESTRUCTURAS METALICAS UBC 1997 Uniform Building Code -AISC-LRFD 99 Pertenecientes al Reglamento Nacional de Edificaciones, aprobada por Decreto Supremo N° 011-2006-VIVIENDA. 3. ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS Los resultados del estudio de Mecánica de Suelos indican que, para el perfil estratigráfico en el cual se encuentra la edificación, el suelo cuenta con una capacidad portante de 0.90 kg/cm² y con una profundidad de cimentación de 1.40 m. Además este califica como un perfil de suelo S3 para solicitaciones sísmicas. 4. PARAMETROS DE DISEÑO Características de los Materiales Para efectos de los análisis realizados a las edificaciones se han adoptado para los elementos estructurales los valores indicados a continuación: Acero estructural (A-36): -Resistencia (fy): -Módulo de Elasticidad (E) : -Módulo de Poisson (u) :

2,500 Kg/cm2 (Go 36) 2’000,000 Kg/cm2 0.30

Planchas (A-36): -Resistencia (fy): -Módulo de Elasticidad (E) :

2,500 Kg/cm2 (Go 36) 2’000,000 Kg/cm2

Concreto: -Resistencia (f´c): -Módulo de Elasticidad (E): -Módulo de Poisson (u) : -Peso Específico (γc):

210 Kg/cm2 (todo) 217,000 Kg/cm2 (f´c = 210 Kg/cm2) 0.20 2400 Kg/m3 (concreto armado)

Acero corrugado (ASTM A605): -Resistencia a la fluencia (fy):

4,200 Kg/cm2 (Gº 60): MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL

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“E”:

2’100,000 Kg/cm2

Cargas de gravedad Las cargas verticales se evaluaron conforme a la Norma de Estructuras E.020 Cargas. 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 típicas (muertas, viva y de nieve) consideradas en el análisis:  Cargas Muertas (D): De acuerdo a las Normas NTE. E.020, se consideran los siguientes estados de Carga en la estructura según valores definidos en el Ítem 2.2.1.

Cargas Vivas (L): De acuerdo a las Normas NTE. E.020,se consideran los siguientes estados de Carga en la estructura según valores definidos en el Ítem 2.2.1.

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Cargas de Nieve (S): De acuerdo a las Normas NTE. E.020,se consideran los siguientes estados de Carga en la estructura según valores definidos en el Ítem 2.2.1.

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Cargas de Viento Las cargas verticales se evaluaron conforme a la Norma de Estructuras E.020 Cargas. A continuación se detallan las cargas típicas (presión y succion) consideradas en el análisis:

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Cargas de Viento (Presión - Succión):

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Cargas de Viento (Succión - Succión):

5. PARAMETROS SÍSMICOS Dada la sismicidad de la zona geográfica del proyecto (Zapallanga - Huancayo), es necesario realizar un análisis del comportamiento del edificio bajo solicitaciones sísmicas. El objetivo de este análisis es verificar si el edificio cumple con los requerimientos de la Norma E.030, en donde intervienen las irregularidades presentes en el edificio, la rigidez y el diseño de los elementos estructurales, para lo cual se realizó un predimensionamiento. Para realizar el análisis dinámico, de acuerdo con lo estipulado en la Norma E-030, se debe determinar la aceleración espectral esperada en el edificio a partir de los parámetros sísmicos indicados anteriormente. El espectro utilizado es el especificado en la Norma Sismorresistente:

Sa=

Z .U . C . S .g R

Para el ingreso de datos al programa se utilizó un archivo de texto en el cual se tiene valores de C vs Periodo(s). Posteriormente se escaló al espectro con el valor de Z.U.S.g /R. Se muestran los espectros utilizados para los distintos factores de reducción considerados para la dirección X-X e Y-Y, siendo el valor de R verificado. Con el cual se calculó el espectro de diseño de la Norma, siendo modificado este valor de R por las irregularidades presentes en la edificación verificada, según lo indicado en la norma E-030. Se empleó el método dinámico de superposición espectral para obtener la distribución de fuerzas en cada piso del edificio y las fuerzas internas en cada elemento. Se utilizó como criterio de superposición el ponderado entre la suma de absolutos y la media cuadrática (CQC) según se indica en la siguiente ecuación:

r=0. 25 ∑ |r i|+0 .75

√∑ r

i

2

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El análisis sísmico se efectuó siguiendo las indicaciones de la Norma de Diseño Sismorresistente E.030 (2016). Los parámetros empleados para definir las solicitaciones de diseño se resumen en la tabla 2.1. Edificación ubicada en Factor de Zona Sapallanga Z=0.35 Huancayo (Zona 3) Factor de Importancia Edificación Importante U=1.3 S=1.20 Perfil de Suelo Perfil de Suelo S3 Tp=1.00 TL=1..60 Factor de Reducción R Rxx= 8.00 (Porticos) Bloques Ryy= 8.00 (Porticos) Tabla 1 Parámetros Sísmicos utilizados ESPECTRO DE ACELERACIONES PORTICO R=8

ESPECTRO DE ACELERACIONES PORTICOS R=8

6. COMBINACIONES DE CARGA MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL

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La verificación de la capacidad de los elementos de concreto armado se basó en el procedimiento de cargas factoradas conforme a la actual Norma de Estructuras E.060 Concreto Armado. Las combinaciones de carga analizadas fueron las siguientes:

U =1.4 D U =1.2 D +0.5 S U=1.2 D +0.5 Lr U =1.2 D +1.6 S +0.5 W U=1.2 D +1.6 Lr +0.5 W U =1.2 D +1.3 W +0.5 S U=1.2 D +1.3 W +0.5 Lr U =0.9 D ± 1.30W Donde: D = Carga Muerta Lr = Carga Viva. S= Carga Nieve W= Carga de Viento

3. ANALISIS SISMICO 3.1 MODELAMIENTO SÍSMICO DEL MÓDULO Para el análisis sísmico del edificio se empleó un modelo tridimensional con el programa de análisis de edificios Sap2000, con tres coordenadas dinámicas por nivel, tomando en cuenta deformaciones por flexión, fuerza cortante y carga axial. Los apoyos en la base se consideraron como empotramientos, se consideraron diafragmas flexibles para los elementos del techo curvo. Se consideraron los perfiles estructurales como elemento tipo Frame, las placas como elementos tipo Shell y la cobertura como elemento tipo Membrane. A continuación se muestran Imágenes de los modelos realizados.

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Figura 03: Vista general del modelo estructural. 3.2 DESPLAZAMIENTOS Y DISTORSIONES En el cuadro siguiente indica los desplazamientos y derivas de entrepisos de los diafragmas de cada nivel. 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. Desplazamientos Máximos a) Verificación de la deriva: Se verificó por diafragma de cada nivel: * SISMO EN X TABLE: Story Drifts Story PISO 1

Load Case /Combo Desp X Max

Label

Item

1573 Max Drift X

Drift 0.0065

(Δi/hei) 0.01

Drift < (Δi/hei) ok

* SISMO EN Y TABLE: Story Drifts Story

Load Case/Comb o

Label

Item

Drift

(Δi/hei)

Drift < (Δi/hei)

1480 Max Drift Y 0.0011 0.01 ok PISO 1 Desp Y Max Los desplazamientos relativos de entrepiso en las direcciones X-X e Y-Y cumplen con el máximo permisible para esta estructura. (10/1000 para nave industrial) 3.3 DISEÑO ESTRUCTURAL DEL TECHO CURVO: MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL

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3.3.1

DISEÑO DE ELEMENTOS A COMPRESION:

De acuerdo al estudio realizado, se observaron algunos puntos críticos en la estructura, los cuales serán analizados en esta sección para determinar que se cumpla con lo exigido en el Reglamento Nacional de Edificaciones. En el ANEXO 1: DISEÑO A COMPRESION, se verifica el diseño de miembros a compresion 3.3.2

DISEÑO DE ELEMENTOS A TRACCION:

De acuerdo al estudio realizado, se observaron algunos puntos críticos en la estructura, los cuales serán analizados en esta sección para determinar que se cumpla con lo exigido en el Reglamento Nacional de Edificaciones. En el ANEXO 2: DISEÑO A TRACCION, se verifica el diseño de miembros a tracción 3.3.3

DISEÑO DE COLUMNAS

El diseño de las columnas de acero se basa en la desigualdad de la ecuación del diseño por estados límites y se presenta en la forma indicada en la Ecuación 6. La esencia de la ecuación es que la suma de los efectos de las cargas divididas entre la resistencia minorada debe ser menor o igual a la unidad

Perfiles usados para columnas:

Sección de la columna: La resistencia correspondiente a cualquier modo de pandeo no puede desarrollarse si los elementos de la sección transversal son tan delgados que se presenta un pandeo MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL

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local. Por lo tanto existe una clasificación de las secciones transversales según los valores límite de las razones ancho-espesor y se clasifican como compactas, no compactas o esbeltas. En general, dentro de los límites de los márgenes disponibles y teniendo en cuenta las limitaciones por espesor, el diseñador usa una sección con el radio de giro más grande posible, reduciendo así la relación de esbeltez e incrementando el esfuerzo crítico. Método para predimensionar la columna de acero: Para perfiles que no se encuentren en las tablas de cargas para columnas debe usarse un procedimiento de tanteos. El procedimiento general es suponer un perfil y luego calcular su resistencia de diseño. Un enfoque sistemático para hacer la selección de tanteo es como sigue: − Seleccione un perfil de tanteo. − Calcule Fcr y øcPn para el perfil de tanteo. − Revíselo con la fórmula de interacción, si la resistencia de diseño es muy cercana al valor requerido puede ensayarse el siguiente tamaño tabulado. De otra manera, repita todo el procedimiento.

3.3.4

DISEÑO DE VIGUETAS:

Para el análisis se considera que las cuerdas (parte superior e inferior de la viga) absorben el momento flector, desarrollándose unos esfuerzos axiales de valor opuesto en ellas. Para el dimensionamiento de la cabeza comprimida hay que tener en cuenta los fenómenos de la inestabilidad. El cortante es absorbido por la celosía. Esta es casi siempre del tipo Warren a 60° (triángulos equiláteros). Las diagonales se calculan como comprimidas, ya que se construyen con elementos de sección constante; por tanto también hay que tener en cuenta los fenómenos de inestabilidad.

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Los flectores y cortantes se determinarán de acuerdo a los métodos usuales de la resistencia de materiales; en la determinación de flechas se supone que la inercia es el 75% de la inercia real del elemento, para tomar en cuenta la mayor deformabilidad de la celosía en comparación con la de una pieza de alma llena. En el ANEXO 3: DISEÑO DE VIGUETAS DE ALMA ABIERTA,

se verifica el diseño de las columnas.

3.4 DISEÑO ESTRUCTURAL EN CONCRETO ARMADO 3.4.1

CONSIDERACIONES DE DISEÑO

Se empleó el Diseño por Resistencia donde la ecuación general es: Ru ≤ ɸRn Donde: Ru= Solicitación Última Rn= Resistencia Nominal ɸ = Factor de Reducción de Resistencia Para el diseño de los elementos estructurales que componen el edificio estudiado se siguieron los lineamientos indicados en la NTE.E.060 Diseño en Concreto Armado. Las acciones últimas se obtuvieron por combinación de los casos de carga muerta, viva y sismo. Las resistencias de los elementos se estimaron con los procedimientos que se muestran posteriormente.

3.4.2

MÉTODOS DE DISEÑO EMPLEADOS

Diseño por Flexión Para calcular la capacidad resistente a flexión se utilizó las siguientes expresiones:

( 2a )

φ Mn=φ . As. fy . d−

a=

As . fy 0 . 85 f ' c . b

Donde: Mn As fy d

= = = =

Momento Nominal Acero Requerido Esfuerzo de Fluencia del acero (4200kg/cm2) Peralte efectivo MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL

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a b

φ

= =

Profundidad del bloque equivalente de compresiones Ancho de la sección

=

Factor de reducción

Se garantizó el comportamiento dúctil del acero colocado manteniendo una cantidad de acero colocado menor a 0.75Asb (cuantía balanceada), en caso contrario se utilizó acero en compresión. Diseño por Corte Para calcular la capacidad a corte del elemento ( φ Vn ), tenemos:

φ Vn=φVc +φ Vs Donde: Vn Vc Vs

= = =

Resistencia Nominal a Corte Resistencia por aporte de concreto Resistencia por aporte del acero

φ

=

Factor de reducción

Para evaluar la contribución del concreto, la expresión es la siguiente:

...