Presentacion Final

CIV 244 Diseño cubierta coliseo Culpina

Estructuras metálicas y de madera 1

INDICE

1. ANTECEDENTES GENERALES

1.1 INTRODUCCION

1.1.1. HISTORIA DE LAS ESTRUCTURAS METALICAS

1.1.2. PERFILES DE ACERO CONFORMADOS EN FRÍO

1.2. ANTECEDENTES DEL PROYECTO

1.2.1. OBJETIVOS

1.2.2. UBICACIÓN

1.2.3. JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO

2. ANALISIS DE CARGAS

2.1. CARGA MUERTA

2.1.1. CARGA DE CUBIERTA

2.1.2. CARGA POR PESO DE LA ARMADURA

2.1.3. CARGA DE LOS LARGUEROS

2.2. CARGA VIVA

2.2.1 CARGA DE VIENTO

2.2.2 CARGA DE GRANIZO

3. COMBINACIONES DE CARGA

4. ANALISIS ESTRUCTURAL

4.1. MODELO ESTRUCTURAL

4.2. CARGADO EN SAP

4.2.1 CARGA MUERTA

4.2.1.1 DIAGRAMA DE FUERZAS AXIALES

4.2.2 CARGA VIVA

4.2.2.1 CARGA DE GRANIZO

4.2.2.1.1 DIAGRAMA DE FUERZAS AXIALES

4.2.2.2 CARGA DE VIENTO

4.2.2.2.1 DIAGRAMA DE FUERZAS AXIALES

5. DISEÑO A TRACCION Y COMPRESIÓN

6. PLANOS



PROYECTO

CUBIERTA COLISEO CULPINA

1. ANTECEDENTES GENERALES

1.1 INTRODUCCION.

En los últimos años en nuestro país se empezó a construir estructuras de acero, por ser

un material liviano, esbelto de alta resistencia y fácil de manipular. Para el uso de este

material el tratamiento de diseño requiere el manejo de los fenómenos de pandeo, además

de un claro conocimiento de las normas y las especificaciones existentes en esta. para el

diseño de estas estructuras se usa las normas americanas AISI para elementos en

conformados en frio, y la AISC para elementos laminados en caliente.

Los elementos de acero estructural conformados en frío son perfiles fabricados

por doblado en plegadora a partir de tiras cortadas de planchas, o por conformado en

rodillos a partir de bobinas de acero o planchas laminadas en frío o en caliente, siendo

ambas operaciones realizadas a temperatura ambiente, esto es sin el agregado

intencional de calor, tal como se requiere en el conformado en caliente.

1.2 HISTORIA DE LAS ESTRUCTURAS METALICAS.

Con la revolución industrial llegó a su vez la necesidad de utilizar el hierro como material

estructural, este material abre un mundo totalmente nuevo al ingeniero estructurista. A

partir de la invención del acero como material estructural y por la demanda de la

construcción de puentes para salvar los ríos y las depresiones, la construcción de

edificaciones de gran altura como rascacielos, se hace posible gracias al acero por ser un

material liviano, de fácil montaje, alta resistencia.



A mediados del siglo XVIII, JhonSnieston fue el que usó el hierro fundido como material

estructural; y no fue hasta el año 1779, que Abraham Darby, construyó el primer puente de

arco semicircular con fierro fundido de 30 m de longitud (Coalbrookdale).

En el año 1819, se fabrican los primeros perfiles angulares laminados en EUA, y en 1850,

se desarrolla el hierro maleable o forjado en placas que podían doblarse o unirse con

remaches.

En la construcción o edificación de una estructura metálica se deberán tratar todos los

temas concernientes a la ingeniería de estructuras, los cuales va a estar interrelacionados

entre sí, y tendrán como principal objetivo el dimensionamiento de todos los miembros

estructurales.

Con la revolución industrial llegó a su vez la necesidad de utilizar el hierro como material

estructural, este material abre un mundo totalmente nuevo para el ingeniero.

1.1.2 PERFILES DE ACERO CONFORMADOS EN FRIO

El uso de miembros conformados en frío en edificaciones comenzó en los Estados Unidos

y Gran Bretaña alrededor de la década de los 50 del siglo XIX, sin embargo, tales

miembros no fueron ampliamente usados hasta alrededor de 1940. En la actualidad es

muy común que la estructura principal de los edificios altos esté formada por perfiles

pesados laminados en caliente, en cambio, los elementos secundarios como viguetas,

paneles o cubiertas y entrepisos generalmente lo componen miembros conformados en

frío.

Durante los años 30 del pasado siglo el desarrollo y aceptación de los perfiles

conformados en frío afrontó verdaderas dificultades, entre otras cosas debido al escaso

número de especificaciones de diseño y publicaciones que abarcaran estos temas.

Conocida ya su gran importancia, en 1939 el Comité AISI (entonces llamado “Committee

on Building Codes”) patrocinó un proyecto de investigación dirigido por el profesor George

Winter de la Universidad de Cornell (Ithaca, Nueva York) el cual tenía como objetivo el

desarrollo de métodos de diseño que modelaran satisfactoriamente el comportamiento de

este tipo de miembros.



La teoría desarrollada se basó en el estudio detallado de cada uno de los elementos que

componen una sección y su comportamiento bajo la acción de fuerzas de compresión. Se

descubrió entonces que dichos elementos experimentan pandeos locales principalmente

en dependencia de sus condiciones de unión en los extremos y en la relación ancho plano

a espesor existente.

Con el objetivo de obtener un método práctico de análisis, se simplificó el problema a

extraer (no considerar) el área de la sección transversal de la zona a compresión que se

considera abollada cuando se alcanza la máxima tensión que puede solicitar dicha zona.

De esta forma, se reduce el problema en encontrar una sección efectiva que se comporte

de forma estable ante las acciones externas consideradas.

El alcance de este método se extiende solo a perfiles conformados en frío con un espesor

menor que 1 pulgada (25.4mm) y aunque se alienta el uso de aceros con denominación

ASTM listados en la Sección A3.1 de la Especificación, también se pueden utilizar otros

aceros, siempre que satisfagan los requisitos establecidos en dicha sección.

Los estudios comprueban (estudios realizados por Chajes, Britvec, Winter, Karren y Uribe

en la Universidad de Cornell en la década de 1960) que las propiedades mecánicas del

acero son modificadas por el conformado en frío, en especial la tensión de fluencia, la

resistencia a la tracción, y el alargamiento. Estas se ven incrementadas por el

endurecimiento por deformación que experimentan las curvas de las secciones, las

especificaciones de la AISI permiten tomar en cuenta este efecto bajo una serie de

requisitos y limitaciones.

tipos de perfiles a utilizar en la estructura:



Perfil conformado C Perfil conformado U

1.3 ANTECEDENTES DEL PROYECTO

I.2.1 OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

- Diseñar la estructura metálica de cubierta para el coliseo del municipio de culpina.



OBJETIVOS ESPECIFICOS

-Realizar el diseño de una estructura de cubierta metálica eficiente y económica.

- Diseñar la estructura en base a recomendaciones de la norma AISI para perfiles

conformados en frio, poniendo énfasis en los distintos procedimientos para su cálculo.

I.2.2 UBICACIÓN

PROVINCIA SUD CINTI

MUNICIPIO CULPINA

DEPARTAMENTO CHUQUISACA-BOLIVIA

1.4 JUSTIFICASION DEL PROYECTO

Este proyecto se inicia con el propósito de mejorar y modernizar la cancha principal del

municipio, ya que no se cuenta con una infraestructura adecuada para la realización de

eventos deportivos, culturales y sociales, y toda actividad se hace a la interperie y en

muchas ocasiones se tuvo que suspender la ejecución de diversas actividades.



Con la ejecución de este proyecto se pretende beneficiar a todas las personas del

municipio y otras personas que visitan la región.

También con este proyecto deportivo se pretende dar oportunidad a los jóvenes

deportistas de integrar el municipio de una forma participativa, recreativa y competitiva

entre selecciones de otras regiones.

2. ANALISIS DE CARGAS

2.1. CARGA MUERTA

Las cargas muertas son aquellas que actúan de manera continua con una intensidad que

varia muy poco con el tiempo. Estas cargas permanecen fijas y en un mismo lugar en todo

momento de la vida útil de la estructura

En un tinglado dicha carga contempla los siguientes parámetros:

2.1.1. CARGA DE CUBIERTA

La carga a considerar para el peso de cubierta es únicamente de la calamina.

A continuación se muestra dimensiones de calaminas comerciales



Descripción

Tipo

Dimensiones (m) Peso

(Kg/m²) Largo Ancho Espesor

Calamina 1,80 0,80 0,003 3,00

Nº 28 2,45 0,80 0,003 3,00

3,00 0,80 0,003 3,00

Se usara calamina Nº28 de largo de 2.45m, ya que los largueros están separados cada

2m, por lo tanto cumple a cabalidad

Peso de la calamina = 0.031KN/m2

NUDOS

AREA

TRIBUTARIA

(m2)

CARGA

PUNTUAL

CALAMINA

1 2 0.062

2 6 0.186

3 8 0.248

4 8 0.248

5 8 0.248

6 8 0.248

7 8 0.248

8 8 0.248

9 8 0.248

10 8 0.248

11 8 0.248

12 8 0.248

13 8 0.248

14 6 0.186

15 2 0.062



2.1.2 CARGAS POR PESO DE LA ARMADURA

Generalmente las dimensiones y pesos exactos de los elementos no se conocen hasta

que se hace el análisis estructural y se selecciona los miembros de la estructura. Pero con

fines de estimar de cierta manera este peso debemos predimensionar la estructura a

analizar, asumiendo posibles perfiles que se usaran.

El peso de las armaduras se lo puede estimar con cualquier perfil, esto va estrechamente

relacionado a las cargas a considerar. En el presente proyecto se estimo este peso con

perfiles canal C200x50x15x2 mm, para esto se modelo dicha sección en el paquete

estructural SAP2000 v.14.2. el cual automáticamente estimo dicho peso.

2.1.3 CARGAS DE LOS LARGUEROS.-

La carga de peso de los largueros es simplemente la carga q transmite cada larguero

referente a su peso propio. Debe estimarse de igual manera el tipo y dimensiones del

perfil que se usara.

Se considero colocarse largueros CA 80x40x15x2 (mm). De tablas se puede obtener el

peso de dicho larguero.

Para dicho larguero y dimensiones asumidas:

Peso (Kg/m) = 4.19

Convirtiendo a KN/m con fines de calculo

Peso (KN/m) = 0.041

Para los largueros, al igual que para determinación del peso de las armaduras, se

asumirán perfiles. Teniendo en los valores de cada perfil en las tablas. La carga por el

peso de los largueros por unidad de superficie será:



Peso de los largeros ( de tablas CA 80x40x15x2 mm)

Qlarguero= 0,041KN/m

Para cada nudo se debe considerar una carga puntual debido al peso de larguero, para

esto debe realizarse el siguiente calculo

Plarguero = Qlarguero X Ltributaria

Donde:

Plarguero : Carga puntual debido al peso de larguero

Qlarguero : Peso del larguero aplicado linealmente

El peso del larguero y la longitud tributaria son los mismos para todos los nudos (Qlarguero =

0.041 KN/m ; Ltributaria = 4m ) a excepción del nudo 8 (Qlarguero = 0.041 KN/m ; Ltributaria =

8m ) ya que sobre este nudo están apoyados 2 largueros, por lo tanto cada uno aporta 4m

de longitud tributaria.

NUDOS Qlarguero

(KN/m)

LONGITUD

TRIBUTARIA

(m)

CARGA

PUNTUAL

LARGUEROS

(KN)

1 0.041 4 0.1644

2 0.041 4 0.1644

3 0.041 4 0.1644

4 0.041 4 0.1644

5 0.041 4 0.1644

6 0.041 4 0.1644

7 0.041 4 0.1644

8 0.041 8 0.329

9 0.041 4 0.1644

10 0.041 4 0.1644



11 0.041 4 0.1644

12 0.041 4 0.1644

13 0.041 4 0.1644

14 0.041 4 0.1644

15 0.041 4 0.1644

2.2. CARGA VIVA

Las cargas variables son aquellas que actúan sobre la estructura con una intensidad que

varia considerablemente respecto del tiempo. Para un tinglado las cargas a considerar

principalmente son de viento y granizo, esto dependerá mucho de el lugar donde será

emplazada la obra.

2.2.1. CARGA DE VIENTO

Estas fuerzas cambiantes actúan en cualquier dirección y duran desde una fracción de

segundo hasta varios minutos, estas pueden ser de magnitud variable ya que pueden

tener magnitudes pequeñas insignificantes, o grandes las cuales pueden tener un gran

esfuerzo sobre toda la estructura.

• ANALISIS DE CARGAS DE VIENTO SOBRE ESTRUCTURAS DE

CUBIERTA SEGÚN LA NORMA ANSI A58.1-1982

Las cargas de viento y explosiones producen presión o succión sobre las superficies

expuestas de las construcciones. La carga de viento es una carga muy importante en el

diseño de estructuras altas o muy flexibles, como los puentes colgantes, o de gran

superficie lateral, como las bodegas o grandes cubiertas.

Las normas son requisitos mínimos para los efectos de viento sobre edificaciones nuevas

y estructuras relacionadas así como sus componentes.

Los efectos de viento definidos en la norma son considerados cargas de servicio.



Velocidad Básica del Viento

La velocidad básica del viento se define como la velocidad máxima de ráfaga de viento

durante tres segundos a 10m sobre un terreno en la Categoría de Exposición C

aprovechando a continuación se muestran las categorías

• Exposición A. Grandes centros metropolitanos con al menos 50% de las

edificaciones con alturas de más de 20m.

• Exposición B. Áreas urbanas y suburbanas, áreas boscosas, otros terrenos

con obstrucciones numerosas cercanamente espaciadas que tienen el

tamaño de viviendas familiares individuales con altura promedio mayor de

10m.

• Exposición C. Terrenos abiertos, llanuras y sabanas con obstrucciones

dispersas que tienen alturas promedio menores de 10 m.

• Exposición D. Áreas costeras planas sin obstrucciones, expuestas al viento

que fluye desde el océano abierto

Topografía

Ninguna ecuación especial toma en cuenta los factores de topografía. El Código establece

que se deben dar consideraciones específicas a la topografía y las velocidades de viento

podrán ser incrementadas debido a condiciones topográficas particulares

Altura sobre el nivel del Terreno

Este efecto se define mediante el Coeficiente de Exposición de la Presión de Velocidad Kz

el cual es una función de la Categoría de Exposición y la altura sobre el terreno z como

sigue:



Kz = 2.58 (4.5 / zg)2/β

for z ≤ 4.5 m

Kz = 2.58 (z / zg)2/β

for z > 4.5 m

Con zg y β definidos en la siguiente Tabla:

Los valores de Kz o Kh se dan en la siguiente Tabla:

Coeficientes de la Presión de Velocidad Kz y Kh

Acciones de diseño causadas por el viento

Factores de Importancia

De acuerdo a su importancia y uso, las edificaciones están clasificadas en tres Tipos de

Exposición (A, B y C) como sigue:



• Tipo A: Facilidades Esenciales. Facilidades de alto riesgo o edificaciones de

alta ocupación públicas o privadas.

• Tipo B: Edificaciones de ocupación normal públicas o privadas: facilidades

industriales no clasificadas como Tipo A.

- Tipo C: Edificaciones y estructuras relacionadas, no clasificadas como Tipo

A o B, cuya falla representa un bajo riesgo para la vida humana y ningún

daño a las edificaciones de Tipo A o B.

Un Factor de Importancia α es asociado a cada categoría como sigue:

Para los componentes y revestimiento, sus Tipos de Exposición (y Factores de

Importancia I correspondientes) se modifican de acuerdo al Tipo de Exposición y Tipo

Estructural de la edificación como sigue:

Efectos de Escala

Para la definición de la mayoría de los valores específicos GCpe, el área de la superficie

expuesta o el área tributaria son factores importantes

Presión (Interna y Externa)

La presión mínima de viento es 30 kg/m2

actuando en un área proyectada normal a la

dirección del viento.

Para la definición de presiones de viento, las edificaciones se clasifican de acuerdo a la

geometría de sus áreas expuestas en cuatro Tipos Estructurales:



• Tipo I: Edificaciones encerradas con una proporción de delgadez menor que

5 o período natural menor a 1s que son insensibles a ráfagas de viento u

otros efectos dinámicos del viento. También incluye edificaciones encerradas

con planchas laminadas, con una o más fachadas abiertas (bodegas

industriales, teatros, auditóriums, etc.).

• Tipo II: Edificaciones abiertas con una proporción de delgadez menor que 5

o período natural menor a 1s tales como torres, antenas sujetadas o sueltas,

tanques elevados, anuncios comerciales y parapetos.

• Tipo III: Edificaciones particularmente sensibles a ráfagas de viento de corta

duración. Incluye todas las edificaciones consideradas como Tipo I o Tipo II

pero con una proporción de delgadez mayor que 5 o período natural mayor a

1s así como aquellas cuya geometría puede inducir vibraciones fuertes.

• Tipo IV: Este grupo incluye todas las estructuras con problemas

aerodinámicos específicos tales como techos suspendidos, formas

aerodinámicas inestables, estructuras flexibles con períodos naturales

cercanos unos a otros, etc.

La presión de viento dinámica que se define de manera diferente para áreas de superficie

de barlovento (contra el viento) o de sotavento (a favor del viento):

Para superficies de barlovento, la presión qz es una función de la altura z sobre el terreno

tal y como se calcula mediante la siguiente ecuación:

qz= 0.00485 Kz α V2

Con:

qz= Presión dinámica de viento a una altura z sobre el nivel de terreno, en kg/m2.

Kz = Coeficiente de Exposición de la Presión de Velocidad

α = Factor de Importancia

V = Velocidad Básica del Viento, en km/h



Para superficies de sotavento, la presión qh (así como Kh) se toma como constante a

través de la altura y corresponde al valor calculado para una altura, h, igual a la altura

media del techo para edificaciones de Tipo I o a la altura total de la edificación para otros

tipos.

Presiones de viento p y fuerzas F se relacionan a la Presión Dinámica de Viento q,

Factores de Efectos de Ráfagas de Viento Gh y Gz y Coeficientes de Forma Cpe y Cpi para

presiones externas e internas, así como Cf para techos o edificaciones abiertas y

estructuras que no son construcción. Ecuaciones para p y F se presentan en las siguientes

Tablas:

• ANÁLISIS DE FUERZAS QUE EJERCE EL VIENTO EN LA ESTRUCTURA DE

CUBIERTA

Para obtener resultados en el análisis del diseño de la cubierta se debe estar consciente

que una de las tareas más importantes y difícil es la estimación de las cargas o acciones

que lleguen a presentarse en la estructura durante su vida útil y no debe dejarse de

considerar cualquier carga posible por más eventual que sea, una de ellas es la del viento

la que se analizara a continuación.

El viento crea una carga dinámica sobre un edificio. Estas fuerzas cambiantes actúan en

cualquier dirección y duran desde una fracción de segundo hasta varios minutos; pueden

ser desde muy pequeñas e incluso alcanzar una magnitud destructiva.

Aunque el viento puede provenir de cualquier dirección y seguir una diversidad de cursos,

desde inclinados a horizontales, e incluso verticales ascendentes o descendentes sobre la

fachada de un edificio, por lo general se acepta que el viento se debe tratar como un

movimiento horizontal de la masa de aire. No obstante este movimiento horizontal de aire

puede causar presiones y fuerzas sobre estructuras, actuando en cualquier dirección.

Las cargas de viento en muchos casos llegan a ser trascendentales para las cubiertas con

fuertes pendientes, su determinación depende de muchos factores, varios de los cuales

se basan en investigaciones realizadas por muchos años.

El análisis se lo realizará tomando como referencia el Código ANSI A58.1, el cual nos

proporciona datos, tablas y ecuaciones necesarias para la determinación de estas cargas.



Determinación Básica del viento

La velocidad básica del viento, proporcionado por el Servicio Nacional de Meteorología

SENAMHI en la estación del Aeropuerto para Sucre y en especial para la zona de

Lajastambo es de: 78 Km/hr.

hrmillasV

Km

milla

hr

KmV

/8,57

609.1

193

=

⋅=

Determinación de Coeficiente de Importancia

La Norma nos da valores tabulados de este coeficiente de acuerdo a su importancia y

uso, y subdivide las estructuras en cuatro categorías, que están a continuación:

• Categoría I: Edificaciones y estructuras relacionadas cuya falla implica bajo riesgo

para la vida humana incluyendo pero no limitado a facilidades rurales, de

almacenaje o temporales.

• Categoría II: Edificaciones de ocupación normal públicas o privadas (no incluidas

en las categorías I, III o IV).

• Categoría III: Facilidades de alto riesgo o edificaciones de alta ocupación públicas

o privadas.

• Categoría IV: Facilidades esenciales.

Se asigna un Factor de Importancia I a cada categoría de la siguiente manera:

Tabla Nº 1 (Código ANSI)

Se obtiene el valor de I = 1.00, que designa para edificaciones de ocupación normal

públicas o privadas.



Determinación del coeficiente de exposición a la presión de la velocidad (Kz)

Se calcula Zq en función de ZK con la fórmula:

( )

( )

ZZ

ZZ

ZZ

Kq

Kq

IVKq

⋅=

⋅⋅=

⋅=

55.8

8.5700.100256.0

00256.0

2

2

La Norma ASCE, (ASCE-7-98, artículo 6.5.6.1) nos define cuatro Categorías de

Exposición (A, B, C y D), los cuales son:

•••• Exposición A. Grandes centros urbanos con al menos 50% de las edificaciones

con alturas mayores a 21m.

•••• Exposición B. Áreas urbanas y suburbanas, áreas boscosas, otros terrenos con

varias obstrucciones espaciadas cercanamente que tienen el tamaño de viviendas

familiares individuales o más grandes.

•••• Exposición C. Terrenos abiertos con obstrucciones dispersas que tienen alturas

menores de 9 m.

•••• Exposición D. Áreas planas sin obstrucciones expuestas al flujo del viento desde

el océano abierto a una distancia de 1.6 km. Se extiende 460 m tierra adentro.

Para nuestro caso, tomaremos la exposición B, que se refiere a áreas urbanas y

suburbanas, áreas boscosas, otros terrenos con varias obstrucciones espaciadas

cercanamente que tienen el tamaño de viviendas familiares individuales o más grandes.

Para una altura promedia del techo h = 9.280 m = 30.45 ft, la Norma ANSI, en la siguiente

tabla, nos da los valores de Kz en función a la categoría de exposición. Así tenemos:



Coeficientes de la Presión de Velocidad Kz

Por lo tanto, interpolando de la tabla anterior y sabiendo la categoría a la cual pertenece

nuestra estructura, tenemos el valor de Kz:

Kz = 0.492

Determinación de la presión de velocidad:

492.055.8 xqZ =

qz = 4.2 lb/pie2

Determinación del Factor de Ráfaga “Gh”

Para determinar el valor de Gh recurrimos a la siguiente tabla, para ello determinamos el

valor de la altura promedio para el tinglado, el cual es de 10.81m, pero debemos

transformar dicha longitud a pies

h = 10.81m * 1ft / 0.3048m = 30.45 pies.



Tabla Nº 8 (Código ANSI)

Interpolando tenemos el siguiente valor: Gh = 1.48

� Determinación de los coeficientes de presión externa (Cp).-

Coeficientes de presión de cubierta “Cp”.-

Como h/l = 0.3 y tenemos º6992.16=θ que:

Techo barlovento: Cp = -0.5

Techo a sotavento: Cp = -0.7



P = -0,213 KN/m²

Presiones para las fuerzas externas:

Techo a barlovento:

P1 = qzGhCp

P1 = 4.2*1.48*(-0.7)

P1 = -4.44 lb/pie2= -0,213 KN/m² (Produce succión)

Puntualizando cargas de viento

Barlovento

NUDOS AREA

TRIBUTARIA

(m2)

CARGA

PUNTUAL

VIENTO

(KN)

1 2 0.426

2 6 1.278

3 8 1.704

4 8 1.704

5 8 1.704

6 8 1.704

7 8 1.704

8 4 0,852



P = -0,152 KN/m²

Techo a sotavento:

P2 = qzGhCp

P2 = 4.2*1.51*(-0.50)

P2 = -3.171 lb/pie2 = -0, KN/m² (Produce succión)

Puntualizando cargas de viento

Sotavento

NUDOS

AREA

TRIBUTARIA

(m2)

CARGA

PUNTUAL

VIENTO

(KN)

8 4 0.608

9 8 1.216

10 8 1.216

11 8 1.216

12 8 1.216

13 8 1.216

14 6 0,912

15 2 0,304

Las presiones ejercidas por el viento tanto a barlovento como a sotavente son negativas,

esto representa que la carga de viento ejercida sobre la estructura es de succión en

ambas direcciones, esto se da generalmente en cubiertas con una pendiente bastante

pequeña. Por lo tanto el viento no representa una carga que genere riesgo, por el

contrario cuando esta exista viento sobre la estructura esta se aligerara en cierta

magnitud, es por eso que la carga de viento no se considera como un factor para el

diseño.

2.2.2 Carga de granizo

Analizando datos estadísticos del Municipio de Culpina podemos observar que la zona

presenta pocas precipitaciones con granizo, las cuales ademas son de baja intensidad.



Por lo tanto se asumirá que actua sobre la estructura en la situación mas desfavorable una

carga de 900Kg/m2 = 0.5KN/m2

Puntualizando las cargas a los nudos:

NUDOS

AREA

TRIBUTARIA

(m2)

CARGA

PUNTUAL

GRANIZO

(KN)

1 2 1

2 6 3

3 8 4

4 8 4

5 8 4

6 8 4

7 8 4

8 8 4

9 8 4

10 8 4

11 8 4

12 8 4

13 8 4

14 8 4

15 2 1

3. COMBINACIONES DE CARGA

Hipótesis de carga

Una vez realizada la estimación de cargas sobre la estructura, se debe multiplicar las

mismas por distintos factores que me recomienda el manual de construcción de acero

LRFD y asi formar combinaciones de carga que me permitan hallar una fuerza posible a la

cual estará sometida la estructura en algún momento de su vida útil.



Combinación Nº de Fórmula

U = 1,4D+L A 4-1 Manual LRFD

U = 1,2D + 1,6L + 0,5(Lr o S o R) A 4-2 Manual LRFD

U = 1,2D + 1,6(Lr o S o R) +( 0,5L o 0,8W) A 4-3 Manual LRFD

U = 1,2D + 1,3W + 0,5L+ 0,5(Lr o S o R) A 4-4 Manual LRFD

U = 1,2D + 1,5E + (0,5Lr o 0,2S) A 4-5 Manual LRFD

U = 0,9D - (1,3W o 1,5E) A 4-6 Manual LRFD

Las combinaciones de carga resaltadas con el color naranja son las que me permitirán

hallar las tensiones y compresiones máximas para el diseño para esta estructura y para el

tipo de carga considerada. Por lo tanto solo consideraremos los resultados de ambas

combinaciones.

Elemento 1.2D+1.6L 1.2D+1.6L+0.8W

KN KN

1 -50.54 -42.981

2 -62.932 -54.621

3 53.872 45.786

4 57.78 49.144

5 -60.545 -51.545

6 -59.17 -50.373

7 46.308 39.351

8 2.126 1.806

9 -50.495 -43.79

10 -62.877 -52.386 Pendolon de techo

11 53.827 46.729

12 57.825 50.126 Pendolon Columna

13 -63.877 -52.405 Pendolon Columna

14 -59.216 -51.248

15 46.308 40.188

16 -16.49 -11.236



17 2.126 1.83

18 1.687 1.421

19 9.662 7.206

20 -13.335 -10.178

21 -13.056 -9.934

22 1.754 0.816

23 1.162 0.306

24 -5.216 -3.673

25 10.91 8.745

26 -19.893 -16.055

27 -17.533 -14.207

28 16.145 12.918

29 -0.423 -0.829

30 73.332 61.792

31 4.987 4.184

32 -6.932 -6.206

33 -4.474 -3.01

34 3.356 3.239

35 -7.612 -6.806

36 11.928 10.151

37 -16.289 -13.822

38 -15.706 -13.318

39 4.125 3.928

40 -24.415 -20.369

41 12.72 10.86

42 20.076 16.693

43 -24.988 -20.865

44 1.687 1.428

45 9.709 8.318

46 -13.36 -11.271



47 -13.031 -10.954

48 1.754 1.426

49 1.162 0.894

50 -5.216 -4.266

51 10.935 9.789

52 -19.946 -17.426

53 -17.473 -15.284

54 16.114 14.16

55 -0.384 -0.123

56 73.276 63.438 Pendolon techo

57 4.939 5.162

58 -6.979 -6.118

59 -4.448 -3.555

60 3.356 3.121

61 -7.565 -6.647

62 11.928 10.508

63 -16.289 -14.186

64 -15.706 -13.659

65 4.125 3.833

66 -24.368 -21.137

67 12.695 11.214

68 20.101 17.558

69 -25.035 -21.75

94 -2.686 1.004

95 13.375 14.609

96 18.587 18.865

97 22.345 21.826

98 15.122 15.353

99 6.446 7.583

100 -13.211 -9.619



101 -34.331 -28.127

102 -66.093 -55.778

103 -93.723 -81.606

104 -11.574 -11.764

105 72.68 59.928

130 -2.707 -0.579

131 13.375 11.546

132 18.587 14.924

133 22.345 17.067

134 15.122 10.398

135 6.446 2.495

136 -13.211 -14.221

137 -34.331 -32.18

138 -66.093 -58.656

139 78.727 66.226

140 6.94 3.85

141 -78.452 -70.141

142 -153.388 -135.072 Columna

143 -93.814 -77.832

144 -11.483 -6.483

145 72.589 66.298

146 -153.433 -129.374

147 -78.362 -65.476

148 6.849 7.045

149 78.727 68.138

150 -50.12 -43.326

151 -3.738 -3.248

152 -129.466 -110.081 Tirante inferior

153 -116.565 -99.834

154 -92.859 -80.761



155 -3.738 -3.139

156 -50.12 -42.347

157 -129.449 -111.369

158 -116.594 -100.024

159 -92.832 -79.201

160 -3.437E-11 -3.437E-11

160 -1.048E-10 -1.048E-10

161 -2.455E-10 -2.455E-10

162 -6.094E-09 -6.094E-09

163 -3.771E-09 -3.771E-09

167 4.793 4.124

167 4.798 4.129

167 4.803 4.134

168 13.522 11.483

169 71.193 60.66

169 71.204 60.671

169 71.214 60.682

170 49.689 43.353

171 30.99 28.634

172 -0.954 2.031

173 -25.693 -18.472

174 -45.958 -35.688

175 -58.218 -46.102

176 -66.053 -53.274 Tirante inferior

177 -65.879 -53.642

178 -61.282 -50.769

179 -48.658 -41.077

180 -32.206 -28.602

181 -32.206 -29.079

182 -48.658 -43.089



183 -61.26 -53.952

184 -65.879 -57.695

185 -66.032 -57.816

186 -58.197 -50.809

187 -45.958 -40.243

188 -25.671 -22.488

189 -0.975 -1.172

190 31.012 26.686

191 49.711 42.939

192 71.193 61.766 Tirante superior

193 13.522 11.792

194 4.803 4.247

La tabla mostrada anteriormente muestra las cargas que soportan todos los elementos de

la estructura analizados con las combinaciones expuestas anteriormente.

Las filas resaltadas representan los elementos más cargados a diseñar. Como podemos

observar al actuar la carga de viento, de cierta manera aliviana las cargas aplicadas y los

esfuerzos que soportan los elementos disminuyen, por lo tanto no se utilizara la

combinación con viento



4. Analisis estructural

4.1 Modelo estructural



- Modelado tridimensional



4.2 Cargado en SAP 4.2.1 Cargas muerta Cargas puntuales (KN)



4.2.1.1 Diagrama de fuerzas axiales



4.2.2 Carga Viva 4.2.2.1 Carga de Granizo Cargas puntuales (KN)



4.2.2.1.1 Diagrama de fuerzas axiales



4.2.3 Carga de viento



4.2.3.1 Diagrama de fuerzas axiales



5. DISEÑO A COMPRESIÓN Y A TRACCION

- Diseño de la columna

El elemento más esforzado de la columna es el “142”:

Datos

Pu = 153.388KN (compresión)

Acero A611grado c

Fy = 227MPa

Fu = 331MPa

µ = 0.3

E = 200GPa

G = 76923MPa

• Primer ensayo

Perfil 2 C100*50*2 [mm]:

Datos

Ag = 3.87cm2

rx = 3.99m

Iy = 9.72cm3

Iy = 123.12cm2

ry = 3.99cm



Pandeo flexional

Usando el Valor de: Fe = MPa

Cálculo del área efectiva del perfil

Verificando



Segundo ensayo

Perfil 2 C100*50*3 [mm]

Datos

Ag = 5.70cm2

rx = 3.94cm

Iy = 14.1cm3

X=1.39

Iy = 123.12cm2

ry= 3.94cm

Pandeo flexional

Usando el valor de: Fe = MPa




Verificando

La carga ultima que puede soportar el elemento ensayado es muy grande comparando

con la carga de diseño, por lo tanto esta sobredimensionado.

Tercer ensayo

Perfil 2 C125*50*2 [mm]:

Datos

Ag = 4.37cm2

rx = 4.86cm

Iy = 10.4cm3

Iy = 147cm2

ry = 4.1cm

X=1.20



Pandeo flexional

Usando el Valor de: Fe = MPa


s



Verificando

Utilizar: PERFIL 2C 125*50*2 [mm]

• Diseño a compresión (Pendolones Columna)

Para el elemento más esforzado en compresión “13”:

Datos

L = 0.71m = 71cm

Pu = 63.877 KN

Acero: A36



Fy = 227 MPa

Fu = 331 MPa

μ = 0.3

E = 200 GPa

G = 76.923 GPa

Ensayamos

PERFIL C80X40X3[mm]:

Datos

Ag = 4.5 cm2

rx = 3.12 cm

ry = 1.25 cm

Xo = -2.49 cm

Ca = 74 cm6

J = = 0.135 cm4

Pandeo flexional

Pandeo flexo-torsional



=



Usando el Menor de los Valores de: Fe = 367.75 MPa


Perfil: C80*40*3(mm)

Ancho efectivo del alma:

PARA EL ALMA DEL PERFIL

Ancho efectivo de las alas:



Verificando.-

Utilizar: PERFIL C 80 x 40 x 3 [mm]

Conexión soldada

Datos

Pu= 60.545KN

Fn =

Pn = 0.75*t*L*Fu con

=413.33

Soldadura traslapada:

=



Verificación por corte:

; con

L = 5.92 cm

Asumiremos una soldadura 8 cm en ambos lados considerando el diseño de ranura biselada

Diseño de pendolones (Techo)

Diseño a tensión

Para el elemento más esforzado en tensión “56”:

DATOS

Pu = 73.276 KN

Acero: A36

Fy = 227MPa

Fu = 331MPa

Por fluencia

Ensayando el perfil c80x40x3[mm]:

Ag = 4.50 cm2

= 1.14 cm

rmin = 2.46 cm

Estado limite de fluencia



Estado limite de rotura

(Por conexión soldada)

Diseño a compresión

Para el elemento más esforzado en compresión “13”

DATOS.-

L = 0.71m = 71cm

Pu = 63.877 KN

Acero: A36

Fy = 227 MPa

Fu = 331 MPa

µ = 0.3

E = 200 GPa

G = 76.923 GPa

Ensayando el perfil c800x40x3[mm]

Ag = 4.50 cm2

rx = 3.12 cm

ry = 1.25 cm

Xo = -2.49 cm

Ca = 74 cm6

J = = 0.135 cm4

Pandeo flexional




=

Usando el Menor de los Valores de: Fe = 475.86 MPa




Perfil: C80*40*3(mm)



�

VERIFICANDO.-

Utilizar: EL PERFIL C 80 x 40 x 3 [mm]

Conexión soldada

Soldadura traslapada:



Verificando por corte:

; con

• Diseño a compresión tirante inferior

Para el elemento más esforzado en compresión “152”:

Datos.-

L = 0.60m = 60 cm

Pu = 129.466 KN

Acero: A611 grado C

Fy = 227 MPa

Fu = 331 MPa

µ = 0.3

E = 200 GPa

G = 76.923 GPa

Primer ensayo:

Perfil C 100x50x4 (mm)

Ag = 7.47 cm2

rx = 3.89 cm

ry = 1.56 cm

Xo = -3.11 cm

Ca = 297 cm6

J = = 0.0399 cm4



Pandeo flexional


=



El valor de Fe se asume el menor el cual es 911.29 MPa, esto nos indica que se da un

pandeo flexotorsional

Cálculo del área efectiva del perfil.-


�


�



Verificando

El perfil seleccionado soporta la carga predeterminada por lo tanto se utiliza este perfil C

100x50x4

Se utilizará el perfil C 100X50X4 en todo el tirante inferior.

Resistencia de la conexión

Soldadura de filete

Pu = t*L*Fu ; Ǿ = 0.60 ; t = 0.40cm

Se soldara en toda la sección transversal, por lo tanto L = (100-4*(4)) = 84 mm

Entonces:

Pu = 0.60 * 0.4 * 8.4 * 33.1 = 66.73 KN

Soldadura de ranura biselada

Soldadura longitudinal

Pu = Ǿ* 0.75 * t * L * Fu Ǿ = 0.55 t = 0.40cm

La soldadura de filete transversal, como se observe anteriormente soporta 33.365 KN,

como la soldadura en conjunto debe soportar 129.466 KN, entonces la soldadura de

ranura biselada debe soportar:

129.466 – 66.73 =62.74 KN

Además se soldara a ambos lados del perfil canal por lo que cada cordon de soldadura

deberá ser diseñado para soportar una carga de:

Pu = (129.466 – 66.73)/2 = 31.368 KN



Entonces

31.368 = 0.55*0.75*0.40*L*33.1

L = 5.74 cm = 9 cm

Resistencias al corte por la soldadura

Pu =0.6*0.75*tw*L*Fxx tw = 0.707*0.4 = 0.2828 cm

L = 9*2 + 8.4 = 26.4cm

Fxx = 41.33 KN/cm2

Pu = 0.60*0.75*0.2828*26.4*41.33

Pu =138.85 KN > 129.466 KN

• Diseño del tirante superior

Diseño a tensión

Para el tirante superior, el elemento mas esforzado a tracción es el 169-1:

Datos.-

Pu = 7259.64Kg = 71.19KN

Acero 611 grado C�Fy = 227 MPa = 22.7 KN/cm2

Fu = 331 MPa = 33.1 KN/cm2

Fxx=413.33Mpa= 41.33 KN/cm2

Diseño

Por fluencia:

Ǿ = 0.90

Ag= 3.48 cm2

USAR C 100X50X2 (mm)

Ag=3.87 cm2

Por rotura

; Ǿ = 0.60 ; U = 1



; An = Ag = 3.87cm2

Pu = 76.86 KN


Soldadura de filete

• Soldadura transversal

Pu = t*L*Fu ; Ǿ = 0.60 ; t = 0.20cm


Entonces:

Pu = 0.60 * 0.20 * 9.2 * 33.1 = 36.542 KN

Soldadura de ranura biselada

• Soldadura longitudinal

Pu = Ǿ* 0.75 * t * L * Fu Ǿ = 0.55 t = 0.20cm


como la soldadura en conjunto debe soportar 71.19 KN, entonces la soldadura de ranura

biselada debe soportar:

71.19 – 36.542 =34.65 KN

Además se soldara a ambos lados del perfil canal por lo que cada cordon de soldadura


Pu = (71.19 – 36.54)/2 = 17.324 KN

Entonces

17.32 = 0.55*0.75*0.20*L*33.1

L = 6.34 cm = 8 cm


Pu =0.6*0.75*tw*L*Fxx tw = 0.707*0.2 = 0.141cm

L = 8*2 + 9.2 = 25.2 cm

Fxx = 41.33 KN/cm2

Pu = 0.60*0.75*0.141*25.2*41.33



Pu = 66.08 KN

Como la soldadura no resiste al corte se aumentara un poco la longitud de los cordones de

soldadura longitudinal

L = 10*2+9.2 = 29.2 cm

Pu = 0.60*0.75*0.141*29.2*41.33 = 76.574KN

Diseño a compresión

Para el elemento más esforzado en compresión 176-1:

Datos

L = 1.0m = 100 cm

Pu = 66.053 KN

Acero: A611 grado C

Fy = 227 MPa

Fu = 331 MPa

µ = 0.3

E = 200 GPa

G = 76.923 GPa

Primer ensayo:

Perfil C 100x50x2 (mm)

Ag = 3.87 cm2 rx = 3.99 cm

ry = 1.59 cm

Xo = -3.12 cm

Ca = 165 cm6

J = = 0.0516 cm4

Pandeo Flexional



Pandeo Flexo - Torsional

=








Verificando

El perfil seleccionado no soporta la carga predeterminada por lo tanto se debe realizar otro

ensayo.



Segundo ensayo

C 100x50x3 (mm)

Datos del perfil ensayado (de tablas)

Ag = 5.70 cm2 rx = 3.94 cm

ry = 1.57 cm

Xo = -3.11 cm

Ca = 235 cm6

J = = 0.171 cm4

Pandeo Flexional

Pandeo Flexo-Torsional



=



Calculo de área efectiva del perfil





Verificando

Se utilizará el perfil C 100X50X3 en todo el tirante superior, como cambio el perfil diseñado

por traccion calculado anteriormente, se debe diseñar nuevamente la conexión soldada


• Soldadura de filete

Pu = t*L*Fu ; Ǿ = 0.60 ; t = 0.30cm


Entonces:

Pu = 0.60 * 0.30 * 8.8 * 33.1 = 52.430 KN

• Soldadura de ranura biselada

Soldadura longitudinal

Pu = Ǿ* 0.75 * t * L * Fu Ǿ = 0.55 t = 0.30cm


como la soldadura en conjunto debe soportar 71.19 KN, entonces la soldadura de ranura

biselada debe soportar:

71.19 – 52.430 = 18.76 KN

Además se soldara a ambos lados del perfil canal por lo que cada cordón de soldadura


Pu = (71.19 – 52.430)/2 = 9.38 KN

Entonces

9.38 = 0.55*0.75*0.30*L*33.1

L = 2.30 cm = 5 cm




Pu =0.6*0.75*tw*L*Fxx tw = 0.707*0.3 = 0.212cm

L = 5*2 + 8.8 = 18.8cm

Fxx = 41.33 KN/cm2

Pu = 0.60*0.75*0.212*19.8*41.33

Pu = 74.13 KN > 71.19 KN (cumple)

Presentacion Final

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Transcript of Presentacion Final