DISEÑO ESTRUCTURAL DE COLESIO DE AZANGARO- F. COPA

II Congreso Nacional de Ingeniería EstructuralSísmica y Puentes

Lima, 26 y 27 de Mayo de 2006

INSTITUTO DE LA CONSTRUCCION Y GERENCIA - ICGTelefax: (01) 4217896 / [email protected] / www.construccion.org.pe

INGENIERIA PARA CONFIARINGENIERIA PARA CONFIAR

Por: Ing. Fidel Copa Pineda, Prof. Principal FIC-UNSAEgresado de Maestría PUCP

DISEÑO ESTRUCTURAL COLISEO DE AZANGARO



INTRODUCCION

Azangaro-Puno, se encuentra sometida a cargas de viento elevadas, así como también a cargas de nieve y granizo, la ciudad presenta cerros aledaños los cuales permiten atenuar la velocidad del viento, la estructura elegida para la cubierta fue la de domo esférico por su eficiencia estructural y su conveniencia económica, los domos son excelentes resistiendo cargas simétricas, pero pueden tener desbalance de esfuerzos y llegar a la falla ante carga asimétrica. Se utilizaron 32 armaduras de arco las cuales se encuentran unidas a la viga de anillo de tracción mediante apoyos de rótula y unidas al anillo de compresión en la parte superior. En el diseño del coliseo se busca que las graderías tengan una isóptica perfecta para que los espectadores puedan ver los espectáculos sin interferencias visuales y que el recinto se pueda evacuar en 5 minutos.


CARGAS

Las cargas en la estructura se tomaron teniendo en cuenta las condiciones orográficas, topografía, clima, suelo del sitio, las cargas que se tiene son:Carga Muerta.-Peso especifico del concreto armado = 24 kN/m³Peso especifico de Albañilería = 18 kN/m³Efectos térmicos variación temperatura = ± 30° C/díaPeso de la losa Aligerada h = 0.20 = 2 kPa

Carga Viva por Montaje.-Cargas en cubierta = 400 PaCarga de Sismo.-La carga de sismo de acuerdo a la norma NTE 030


CARGAS POR SISMOESPECTRO DE ACELERACION DE DISEÑO

Z 0.3:= factor de Zona 2 U 1.5:= Factor de Uso Categoria A

R 6:= R 6= Factor de Reducción edificio regula

S 1.4:= Tp 0.9:= Periodo predonominante del suelo

g 9.81:=

C T( ) C 2.5TpT

⋅←

2.5 C 2.5>if

:= (factor de Amplificacion dinamica)

Sa T( )Z U⋅ S⋅ C T( )⋅ g⋅

R:= T 0.010.3, 3..:= T

0.01

0.3

0.59

0.88

1.17

1.46

1.75

2.04

2.33

2.62

2.91

= Sa T( )2.575

2.575

2.575

2.575

1.981

1.587

1.324

1.136

0.995

0.885

0.796

=

0 0.38 0.75 1.13 1.5 1.88 2.25 2.63 30

1

2

3

4

Sa T( )

TINGENIERIA PARA CONFIARINGENIERIA PARA CONFIAR

2005,0 CVhPh =22.0)10

( hVVh =

Debido a que actualmente sólo se tiene una propuesta de norma, se utilizó el manual de cargas de viento de los EEUU, el cual contempla estructuras tipo domo. Las formulas que se uso fueron:

Donde:Vh = velocidad de diseño en la altura en km/hV = velocidad de diseño hasta 10m de altura en km/hh = altura sobre el terreno en metrosPh = presión o succión del viento a un altura h en Kg.C = factor de forma adimensional dadas en tablas

Carga de Viento.-





La importancia de la orografía del sitio por la presencia de colinas y montañas reducen la velocidad del viento


DIAGRAMA DE PRESIONES POR VIENTO

1800.4180

1350.3165

450.1150

-90-0.2135

-270-0.6120

-450-1.0105

-540-1.290

-495-1.175

-315-0.760

-450-0.145

2250.530

4050.915

4501.00

PascalGrados

PresiónCpeAngulo

0

15

30

45

607590105

120

135

150

165

180

195

210

225

240255 270 285

300

315

330

345

10

8

6

4

2

0Esc Cpe⋅ r+

r

d


MAPA EOLICO DEL PERU NTE 020-2005


.

Carga de Nieve.-

La norma NTE 020 nos indica considerar una carga de nieve de 40 kg/m2, lo que equivale a 40 cm de altura nieve; en el proyecto se ha calculado que la altura de nieve es mayor, por lo que se considera 50 kg /m2 como carga de diseño por efecto de la nieve.


CONCEPCIÓN ESTRUCTURAL

Para ello se probaron cerca de 20 modelos; primigeniamente, se tenía el modelo mostrado en el inicio el cual trabaja bien en cargas distribuidas, pero no ante cargas concentradas, la que se produce al apoyarse los arcos en el anillo intermedio, transmitiendo una carga puntual a las armaduras de arco continuas, en las cuales se produce una carga puntual al medio y su comportamiento termina asemejándose a una viga, produciéndose esfuerzos de flexión muy altos, que con la carga de nieve se incrementan aún mas.


CONCEPCIÓN ESTRUCTURAL





Modelo primigenio con el se ha fue ajustando a sus dimensiones requeridas de acuerdo a la demanda de esfuerzos. Nótese la superestructura del techo y la viga collar del medio.


Ante estas deficiencias, se probó otros modelos; el diseño se hizo de forma iterativa, hasta que se obtuvo el modelo final, el cual resulto siendo el más adecuado. Destacamos las siguientes características del modelo principal:


VIGA DE ANILLO DE TRACCIÓNEsta viga es de concreto armado, con unas dimensiones de 1.60m x 0.25m con 16 φ de 5/8”, esta se ubica a través de toda la base del domo.

Esta sirve para evitar que el domo se abra ante las cargas en dirección gravitacional y presiones, nos sirve para confinar la estructura. Además de la tracción, esta viga se encuentra sometida a flexión y torsión.


LAS ARMADURAS DE ARCO TRANSMITEN LA CARGA AL ANILLO DE TRACCIÓN.


ANILLO DE COMPRESIÓN

La viga de compresión sirve de llegada para las armaduras de arco, cada armadura de arco se halla encajonada al anillo de compresión, transmitiéndole los esfuerzos. Este también permite un proceso constructivo mejor, pues evita la intersección de las 32 armaduras de arco


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Viguetas

Las viguetas están formadas por canales en forma de C, los cuales tienen además un ángulo el cual sirve de apoyo y atiesador. A la vez se colocaron atiesadores entre las viguetas que reducen la esbeltez y fijan las viguetas, para evitar el pandeo flexo – torsional. Las viguetas se encuentran colocadas sobre los nodos de la armadura.Cabe resaltar que las últimas viguetas (más cerca de la base), tienen una forma tubular formada por 2 perfiles en C; pues al ser estas de extremo, soportan mayores esfuerzos y torsión que el resto de las viguetas.

Tensores Contravientos

Estos sirven para estabilizar la estructura ante la presencia de vientos y rigidizarla; estos se colocan en puntos debidos de acuerdo al diseño.





Armaduras de Arco

Tienen en la brida superior e inferior 2 ángulos de 2.5”x2”x1/4”, además de diagonales y montantes de 2”X2”x3/16”. Estas armaduras en arco son 32 y su sección se mantiene constante, y parten desde el apoyo articulado hasta el anillo de compresión.

Armaduras en arco

Apoyos


CONEXIÓN DE ARMADURAS DE ARCO CON EL ANILLO DE COMPRESIÓN.


Apoyos

Los apoyos de la armadura son a modo de rótulas, estas permiten el giro con respecto al pin, el cual es de 2” de diámetro. Los apoyos tienen un anclajes de acero de 1” de diámetro sobre el cual se ha colocado una placa, donde se dejan 2 hoyos para colocar el grouting (el cual es una mezcla de concreto con resina epóxica), sobre el cual se coloca una placa móvil, a la placa se fijan los pernos y la zona por donde pasará el pin se colocan 2 placas para impedir el abollamiento, las armaduras se acomodan de acuerdo a

la plancha, de esta manera se conserva la simetría.


DETALLE APOYOS


DISEÑO ESTRUCTURAL

Este se realizo de acuerdo a la norma NTE050 vigente, para el análisis se utilizó el programa SAP2000. Se usaron las siguientes combinaciones de carga de acuerdo al método del AISC por LRFD:

D = Carga muertaL = Carga vivaW = Carga de vientoS = Carga de nieveLSDU

WDUWDU

WLDUWLDU

LDUDU

4.03.12.13.19.03.19.0

3.15.02.13.15.02.1

6.12.14.1

++=−=+=

−+=++=

+==


ENSAYOS DE PANDEO DE COLUMNAS ASIMETRICAS EN DOS EJES PERFILES ANGULARES





El modelamiento de la estructura se hizo de la forma más real posible, obteniendo el siguiente modelo y los siguientes resultados:La armadura se modela tal como se encuentra en la realidad, los nodos posee sólo grados de libertad traslacional, los tensores se encuentran cada 2 viguetas y solo resisten a la tracción, las viguetas se encuentran sobre los nodos de la armadura.


El anillo de compresión se modela como una viga tubular circular, sobre la cual se transmiten esfuerzos de los arcos que llegan, se modeló por medio de elementos finitos, de acuerdo a los esfuerzos obtenidos se modificaron las dimensiones del anillo.


Con cargas simétricas la deformada es simétrica. Y ante cargas de viento, el comportamiento de la estructura es diferente pues presenta deformaciones no simétricas.


RESPUESTA DE LA ESTRUCTURA, DEFORMADA

DEL DOMO ANTE CARGAS DE VIENTO.


DEFORMADA DE LA ESTRUCTURA DEL COLISEO POR EFECTOS DE LA CARGA DE VIENTO.


Modelado de los elementos de la cúpula, los cuales se

modelaron como se muestra.





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Las graderías deben tener una isóptica perfecta es decir todos los espectadores deben ver los espectáculos sin interferencias visuales.

En caso de emergencia el Coliseo debe ser desalojado en un tiempo máximo de cinco minutos.

ANEXOS


Las graderías deben tener una isóptica perfecta es decir todos los espectadores deben ver los espectáculos sin interferencias visuales.

COLISEO DE AZANGARO

Un mismo observador debe ver el espectáculo sin ser obstruido

por algunos objetos u otras personas





INGENIERIA PARA CONFIARINGENIERIA PARA CONFIAR INGENIERIA PARA CONFIARINGENIERIA PARA CONFIAR







CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

El coliseo de Azangaro tiene un diámetro aproximado de 72m el cual tiene la forma de domo. Se plantearon diversas tipologías de estructuras en donde se consideraron la carga: muerta, viva, viento y nieve o granizo. La forma del coliseo hace que la presión del viento sea diferente al proyecto primigenio.El coliseo esta apoyado en 32 columnas de 0.40m por 0.80m y están unidas por una viga anillo de tracción de 0.25m por 1.60m de la cual arrancan 32 arcos que llegan al anillo de compresión de 5.95m de diámetro, todos estos arcos son amarrados por viguetas de tracción a cada 1.40m de distancia distribuidas en forma circular las mismas que soportan las planchas plegadas.El apoyo articulado en el extremo de apoyo permite darle flexibilidad a la estructura y mayor capacidad de resistencia a los arcos cuando se incrementan los esfuerzos debido a las cargas de nieve o granizo y/o viento.Lo esfuerzos en las columnas por flexión casi son nulos debido a la

presencia del anillo de tracción, solo transmite carga axial.


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La carga de viento debido a la presión del viento produce esfuerzos en forma asimétrica debido a que ejerce presión y succión en forma asimétrica. Nuestras normas no contemplan este tipo de cargas es importante que se consideren este tipo de estructuras en las nuevas versiones de la norma de cargas o que se elabore un norma de vientos especifica.

La carga de nieve se debe considerar debido a que en la zona delaltiplano esta es critica en todo caso el granizo también cae y alcanza alturas hasta de 25cm y nuestra normas contemplan una carga por nieve según la pendiente del techo. Hemos considerado una carga de nieve de 50 kg/m2 que es superior a lo normativo.


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Ingenieros S.R.Ltda.


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Ver detalle 3

tubo circular Ø2 " e=3mm

1/8"E1870

1/8"E1870






1/8"E1870

1/8"E1870

Ingenieros S.R.Ltda.

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