DISEÑO DE ENTREPISO

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ESTUDIOS, SUPERVISIÓN Y EJECUCIÓN

DE PROYECTOS EN INGENIERÍA

ESTRUCTURAL Y GEOTÉCNIA




Ludwig Echevarría Espinoza INGENIERO CIVIL 68897

INFORME DE DISEÑO ESTRUCTURAL DE ENTREPISO DE BINGO TELEPODROMO

1. OBJETIVO

Evaluar y diseñar las estructuras metálicas de los entrepisos del Bingo Telepódromo

Silver Moon, para ello se realizó todo el protocolo de análisis y diseño de los

elementos estructurales involucrados.

2. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO ESTRUCTURAL

La estructura a evaluar consiste en un entrepiso a base de losa colaborante calibre

22, la cual se apoya sobre perfiles metálicos tubulares y perfiles de ala ancha, los

mismos que se anclarán debidamente a las columnas de concreto existentes. La

sobrecarga empleada será de 400kg/cm2.

Fig. 1: Modelo estructural del entrepiso del primer nivel.





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Fig. 2: Vista en planta del modelo, nótese los perfiles empleados.

Para el modelado de las estructuras se hizo uso del programa ETABS V.9.5 (CSI

Berkeley, USA). Nótese en la figura anterior las vigas principales que consisten en

elementos tubulares cuadrados de 300mmx150mmx4.5mm, mientras que las vigas

secundarias son elementos de ala ancha W6x25, las cuales se conectan

directamente con las tubulares.

Las vigas tubulares son ancladas a las 4 columnas existentes mientras que en el

sector derecho se tiene un volado de aproximadamente 2.3 metros.

3. NORMAS Y REGLAMENTOS

La evaluación se realizó tomando en cuenta normas y criterios estructurales

vigentes, siendo estos los siguientes:

-Norma Peruana de Estructuras.

-Norma para estructuras metálicas (E-090)

-AISC – LRFD 99





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4. PARÁMETROS USADOS

4.1 CARGAS

Las cargas usadas son las siguientes:

Piso terminado = 100 kg/m2

Sobrecarga entrepiso = 400 kg/m2

4.2 COMBINACIONES

COMBINACIÓN CM CV SISMOXX SISMOYY

COMB1 1.40 1.7 - -

COMB2 1.25 1.25 ±1.00 -

COMB3 1.25 1.25 - ±1.00

COMB4 0.90 - ±1.00 -

COMB5 0.90 - - ±1.00

SERV1 1.00 1.00 - -

Donde:

CM : Cargas Muertas

CV : Cargas Vivas

SISMO: Efectos Sísmicos en ambas direcciones principales (espectro de Seudo

aceleraciones).

4.3 MATERIALES EMPLEADOS

Para la losa colaborante, se empleará la resistencia especificada a la

compresión f’c = 210 Kg/cm2.

El acero de refuerzo de los elementos de concreto armado (malla de

temperatura) será de resistencia fy = 4200 Kg/cm2. Calidad ASTM Grado

60.

Los perfiles metálicos estructurales tubulares y de ala ancha descritos

serán de acero estructural A36.

Los pernos de anclaje serán ASTM A325.

La soldadura se hará con un pase de E6011 y otro pase E7018.





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5. CONSIDERACIONES PARA ANÁLISIS

Para realizar el análisis dinámico se consideró un espectro de aceleraciones, el cual

nos permite determinar los desplazamientos y distorsiones.

Para ello, de acuerdo a la Norma de Diseño Sismorresistente vigente (E.030-2003) se

han considerado ciertos parámetros que conducen a un espectro inelástico de

pseudo aceleraciones (Sa) definido por:

Z: Parámetro de sitio.

U: Categoría de la edificación.

S: Factor de amplificación del suelo.

R: Coeficiente de reducción de solicitaciones sísmicas

C: Factor de amplificación sísmica

g: Aceleración de la gravedad = 9.81 m/s2

Para la evaluación del peligro sísmico a nivel de superficie del terreno, se considera

que el factor de amplificación sísmica por efecto local del suelo en esta zona es S =

1.2 y el periodo natural del suelo es Ts = 0.6s

ESPECTRO DE DISEÑO

CALCULO DE LA ACELERACION ESPECTRAL

DATOS

Z= FACTOR DE ZONA Z= 0.4

U = FACTOR DE USO O IMPORTANCIA U= 1.3

S = FACTOR DEL SUELO S= 1.2

C= COEFICIENTE SISMICO R= 7

R = FACTOR DE REDUCCIÓN DE LA RESPUESTA Tp= 0.6 T= PERIODO DE VIBRACION DE LA ESTRUCTURA O DEL MODO

T C Sa

0.100 2.500 2.186

0.150 2.500 2.186

0.200 2.500 2.186

0.250 2.500 2.186

0.300 2.500 2.186

0.350 2.500 2.186

0.400 2.500 2.186

0.450 2.500 2.186

0.500 2.500 2.186

0.550 2.500 2.186

0.600 2.500 2.186





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0.650 2.308 2.018

0.700 2.143 1.874

0.750 2.000 1.749

0.800 1.875 1.640

0.850 1.765 1.543

0.900 1.667 1.457

0.950 1.579 1.381

1.000 1.500 1.312

1.050 1.429 1.249

1.100 1.364 1.192

1.150 1.304 1.141

1.200 1.250 1.093

1.250 1.200 1.049

1.300 1.154 1.009

1.350 1.111 0.972

1.400 1.071 0.937

1.450 1.034 0.905

1.500 1.000 0.874

1.550 0.968 0.846

1.600 0.938 0.820

1.650 0.909 0.795

1.700 0.882 0.772

1.750 0.857 0.750

1.800 0.833 0.729

1.850 0.811 0.709

1.900 0.789 0.690

1.950 0.769 0.673

2.000 0.750 0.656

2.050 0.732 0.640

2.100 0.714 0.625

2.150 0.698 0.610

2.200 0.682 0.596

2.250 0.667 0.583

2.300 0.652 0.570

2.350 0.638 0.558

2.400 0.625 0.547

2.450 0.612 0.535

2.500 0.600 0.525

2.550 0.588 0.514

2.600 0.577 0.505

2.650 0.566 0.495

2.700 0.556 0.486

2.750 0.545 0.477

2.800 0.536 0.468

2.850 0.526 0.460

2.900 0.517 0.452

2.950 0.508 0.445





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3.000 0.500 0.437

3.050 0.492 0.430

3.100 0.484 0.423

3.150 0.476 0.416

3.200 0.469 0.410

3.250 0.462 0.404

3.300 0.455 0.397

3.350 0.448 0.392

3.400 0.441 0.386

3.450 0.435 0.380

3.500 0.429 0.375

3.550 0.423 0.370

3.600 0.417 0.364

3.650 0.411 0.359

3.700 0.405 0.355

3.750 0.400 0.350

3.800 0.395 0.345

3.850 0.390 0.341

3.900 0.385 0.336

3.950 0.380 0.332

4.000 0.375 0.328

De esta manera, el espectro de diseño con el cual se trabajó de acuerdo a las

condiciones y características de la ubicación y tipo de suelo sobre el cual se

encuentra el presente proyecto.

El máximo desplazamiento relativo de entrepiso, calculado según el Artículo

16(16.4), no deberá exceder la fracción de la altura de entrepiso. Para este caso ver

Tabla N8, de la Norma E-030, donde indican de acuerdo al material predominante

el límite de desplazamiento relativo de entrepiso; es decir para nuestro caso el

material predominante es Concreto Armado le corresponde un Δ/he = 0.007, pues,

si bien los elementos empleados para el entrepiso son a base de perfiles metálicos,

los elementos estructurales sismorresistentes son las columnas de concreto armado

existentes.





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6. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS

Una vez sometido el modelo a la acción sísmica por medio del espectro de seudo

aceleraciones, se ha de verificar que la razón de los desplazamientos de los

entrepisos entre la altura del entrepiso (distorsiones angulares) no sobrepase los

valores límite indicados en la norma sismorresistente, el cual es de 0.007.

Fig. 3: Desplazamiento máximo por sismo de diseño en la dirección XX del edificio.





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Fig. 4: Desplazamiento máximo por sismo de diseño en la dirección YY del edificio.

Se presentan a continuación las tablas de las distorsiones angulares debido al sismo

en ambas direcciones. Los valores corresponden a los puntos extremos del entrepiso

modelado:

TABLA DE DERIVAS POR SISMO EN DIRECCION XX:

Story Load DispX DispY DriftX DriftY

STORY1 SXX 0.0043 0.0016 0.001596 0.000577

STORY1 SXX 0.0031 0.0016 0.00115 0.000587

STORY1 SXX 0.0043 0.0002 0.001592 0.000081

STORY1 SXX 0.0032 0.0002 0.001175 0.00008

STORY1 SXX 0.0043 0.0009 0 0





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STORY1 SXX 0.0032 0.0009 0 0

STORY1 SXX 0.0031 0.001 0 0

STORY1 SXX 0.0043 0.001 0 0

STORY1 SXX 0.0032 0.0004 0 0

STORY1 SXX 0.0043 0.0004 0 0

STORY1 SXX 0.0032 0.0006 0 0

STORY1 SXX 0.0043 0.0006 0 0

TABLA DE DERIVAS POR SISMO EN DIRECCION YY:

Story Load DispX DispY DriftX DriftY

STORY1 SYY 0.0005 0.0014 0.000186 0.000511

STORY1 SYY 0.0008 0.0014 0.000287 0.000524

STORY1 SYY 0.0005 0.001 0.000191 0.000361

STORY1 SYY 0.0008 0.001 0.000298 0.000361

STORY1 SYY 0.0005 0.0014 0 0

STORY1 SYY 0.0008 0.0014 0 0

STORY1 SYY 0.0008 0.0011 0 0

STORY1 SYY 0.0005 0.0011 0 0

STORY1 SYY 0.0008 0.0009 0 0

STORY1 SYY 0.0005 0.0009 0 0

STORY1 SYY 0.0008 0.0012 0 0

STORY1 SYY 0.0005 0.0012 0 0

Como se aprecia en las dos tablas anteriores se llevó un control minucioso de la

distorsión angular (deriva) en el entrepiso proyectado por efecto del sismo en

ambas direcciones (X e Y) para verificar que el diseño cumpla con los requisitos de

la norma sismorresistente E.030, la cual sostiene que la deriva máxima en cada

dirección no debe sobrepasar el valor de 0.007.

A continuación, se presentará mediante imágenes, las respuestas estructurales de

los diferentes elementos analizados. Estos se muestran dentro de un espectro de

colores que reflejan una relación de demanda entre capacidad.





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Fig. 5: Resultados del diseño de los elementos principales del entrepiso primer nivel

Fig. 6: Resultados del diseño de las viguetas del entrepiso primer nivel

En las figuras anteriores se aprecia según el espectro de colores que los elementos

trabajan por debajo del 70 % de su capacidad.





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Fig. 7: Relación demanda/capacidad de una viga metálica principal, se aprecia

que la viga trabaja al 68.2% de su capacidad.

A continuación se presenta la relación de perfiles y pesos optimizados de la parte

metálica de ambos entrepisos:

Section ElementType NumPieces TotalLength TotalWeight

VM-300X150X4.5MM Beam 7 27.8 0.787

W6X25 Beam 3 12 0.446

Total (toneladas) 1.233





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Presentamos también los resultados de los anclajes de las columnas, el análisis se

realizó por medio del programa PROKON:

Fig. 7: Unión viga metálica – columna de concreto

Fig. 8: Unión vigueta – viga principal





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9. CONCLUSIONES FINALES

Del análisis realizado se verifica los resultados del diseño estructural, el cual

muestra que cumple con todos las solicitaciones de resistencia y deflexiones

en servicio.

Las estructuras mostraron un adecuado comportamiento sismorresistente, ya

que como se aprecia en los cuadros de salidas de resultados, las distorsiones

relativas del entrepiso no superan el máximo permitido por la norma que es

0.007 de distorsión angular.

La consultoría recomienda un anclaje de viga a columna por medio de una

placa base con 4 pernos ASTM A325 como mínimo. Además debido al

desempeño por capacidad y por deflexión a la cual está trabajando el

sistema en conjunto se recomienda usar como mínimo los perfiles resultantes

del presente análisis, pues una disminución en las inercias implicaría fallas en

la estructura.

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