Presentado Perfil de Tesis a Uancv - Correcion

UNIVERSIDAD ANDINANESTOR CACERES VELASQUEZFACULTAD DE INGENIERIA Y CIENCIAS PURAS CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

TITULO DE PERFIL DE TESIS: ANALISIS Y DISEO ALTERNATIVO EN ACERO ESTRUCTURAL DEL PALACIO MUNICIPAL DE DISTRITO DE SANTA ROSAMELGAR

EJECUTOR:

ESTUDIANTE: CRISTOBAL JIMENEZ MUCHO PUNO-PERU

2011

Anlisis y diseo alternativo en acero estructural del Palacio municipal de distrito de Santa Rosa - Melgar

PERFIL DE PROYECTO DE INVESTIGACIN

I.

TITULO: ANALISIS Y DISEO ALTERNATIVO EN ACERO ESTRUCTURAL DEL PALACIO MUNICIPAL DE DISTRITO DE SANTA ROSA-MELGAR

II.

EJECUTORES: EJECUTOR :Est. CRISTOBAL JIMENEZ MUCHO

III.

INTRODUCCION:

El objetivo del presente trabajo de investigacin, es dar a conocer la importancia de diseo en acero estructural para obras de edificacin y otros; dicho por el cual desarrollaremos para el palacio municipal de distrito de Santa Rosa-Melgar, con la aplicacin de modelos matemticos facilitando el anlisis esttico, dinmico y de estabilidad bajo diferentes condiciones de carga, teniendo en cuenta la norma peruana RNE: E-020 (cargas), E-030 (Diseo sismo-resistente) y E.090 (Estructuras metlicas) regidos en especificaciones de AISCLRFD. En los siglos anteriores a XX, las construcciones con elementos estructurales de acero era muy escaso en nuestra regin, casi inexistente, pudindose apreciar la estacin principal de ferrocarril de Puno y puentes del mismo, pero hoy en da es todo lo contrario al siglo pasado ya dndose una necesidad las construcciones con perfiles de acero que son complicados en anlisis y diseo de elementos estructurales con mtodos tradicionales teniendo la necesidad y competencia en ingeniera civil, para procesos de seleccin de contrataciones de servicios de clculos estructural o consultoras, obliga que el ingeniero civil resuelva de una forma ms rpida y certera los problemas que se presentan en el anlisis y diseo en acero estructural, de tal forma que en escaso tiempo se tengan las dimensiones de los elementos estructurales, con sus respectivas detalles y especificaciones tcnicas, armado o montaje, peso, etc. consecuentemente se abaten costos tanto en el 18 de agosto de 2011

Estudiante: Cristbal JIMENEZ MUCHO

Anlisis y diseo alternativo en acero estructural del Palacio municipal de distrito de Santa Rosa - Melgar tiempo de anlisis, diseo, dibujo, etc., esto se puede hacer mediante la aplicacin de mtodo de elementos finitos (MEF) y la aplicacin especfica de software. En los ltimos aos, el desarrollo de los equipos y sistemas de cmputo ha permitido una comunicacin mucho ms rpida, directa y sencilla entre el usuario y la computadora logrando la posibilidad del desarrollo ms eficiente en el anlisis y diseo estructural. Para nuestro proyecto de investigacin desarrollaremos especficamente anlisis y diseo alternativo en acero estructural del bloque III (auditorio-circulacin), por medio de mtodo de elementos finitos (MEF) y as mismo la aplicacin de software especfica, para el palacio municipal de distrito de Santa Rosa-Melgar.

IV.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

4.1.- DESCRIPCIN DEL PROBLEMA: Como consecuencia del cambio de gobierno local se paraliza la ejecucin del proceso de construccin y equipamiento del palacio municipal de distrito de Santa Rosa-Melgar, causando incomodidad en desarrollo laboral de los funcionarios de esta institucin y una deficiencia atencin a la poblacin en conjunto, generndose un impacto negativo al desarrollo de dicho distrito, por lo que es convocando a un proceso de seleccin de menor cuanta la evaluacin estructural y elaboracin del expediente tcnico de culminacin de obra en mes de marzo y as mismo nos comunican de la intervencin de contralora de la repblica y adems hemos sido parte de ejecucin de obra (gestin 2007-2010) y evaluacin estructural de obra (gestin 2010-2014) en donde hemos podido observar con referente al sistema estructural especficamente de auditorio-circulacin del bloque III; donde las columnas son de 0.30x0.60x(5.15 a 5.45) m., vigas de 0.30x1.00x(10.05 a 11.10) m. y losa aligerada de 0.25m, separados por juntas ssmicas en cuatro bloques, dicho por el cual se tiene la necesidad de conocer la respuesta estructural en concreto armado y de 18 de agosto de 2011 plantear diseo en acero estructural, definidos como elementos estructurales sometidos a una combinacin de esfuerzo axial de compresin, fuerza cortante y momento flector, porque aparte de soportar carga axial de compresin y fuerza cortante de sismo, soportan tambin los siguientes momentos flectores: Producidos por cargas de viento y fuerzas laterales de sismo, Los generados por la accin contina de los elementos adyacentes conectados a la columna en cuestin y Los inducidos por los efectos de segundo orden. El anlisis de un prtico es ms complicado que el de un elemento sometido a compresin, o a flexin porque involucra los problemas de estabilidad de una columna como el Estudiante: Cristbal JIMENEZ MUCHO

Anlisis y diseo alternativo en acero estructural del Palacio municipal de distrito de Santa Rosa - Melgar pandeo de flexin, el pandeo torsional o el pandeo flexo-torsional; y los problemas de flecha y de estabilidad de una viga como el pandeo lateral. Una solucin ideal para calcular prtico es basarse en la interaccin de toda la estructura. Existe una tendencia a desarrollar tal procedimiento pero por ahora prevalece el mtodo tradicional de aislar cada elemento individual como base para el clculo. Las normas de diseo siguen an el mtodo tradicional, y proponen el uso de las denominadas frmulas de interaccin, las cuales toman en cuenta los efectos de segundo orden, y brindan una aproximacin bastante aceptable a los resultados tericos. Donde la norma peruana RNE: E-090 (AISC-LRFD) emplea una frmula para evaluar todos los posibles modos de fallo, ya sea por agotamiento de la seccin o por problemas de estabilidad y as mismo. El anlisis esttico, dinmico y de estabilidad en sus teoras (Bernoulli-Euler y Timoshenko), han demostrado un mtodo matricial generalizado de anlisis estructural para estudiar: la esttica, la dinmica y la estabilidad de estructuras de prticos dctiles y a-porticadas compuestas de viga-columna (prtico) con cualquier condicin de borde y soportada sobre fundacin elstica que tenga en cuenta el acoplamiento entre la flexin, la cortante y la carga axial (traccin o compresin) y entre las inercias rotacionales y traslacionales, concluidos en un mtodo llamado mtodo de elementos finitos (MEF). Para satisfacer esta necesidad, con el desarrollo de esta investigacin se aplicara un modelo terico denominado MEF en diseo de acero estructural basado en los principios bsicos de equilibrio:1. 2. 3. 4. Las deformaciones a cortante y flexin a lo largo del miembro. Masas concentradas con su respectiva inercia rotacional y traslacional en ambos bordes. Masa rotacional y traslacional uniformemente distribuida a lo largo de la luz del elemento. Carga axial de traccin o compresin aplicada en ambos bordes.Fuerzas cortantes a lo largo de la luz, inducidas por la carga axial aplicada a medida que la viga se deforma. 5. Conexiones semirrgidas rotacionales y arrostramientos laterales.

4.2.- FORMULACION DEL PROBLEMA: Para entender el problema principal se deber hacer la siguiente interrogante: El planteamiento de anlisis y diseo alternativo en acero estructural del palacio municipal de distrito de Santa Rosa-Melgar, permitir satisfacer la funcionalidad y seguridad estructural frente al diseo en concreto armado existente? As mismo se deber hacer las siguientes preguntas especficas:


18 de agosto de 2011

Anlisis y diseo alternativo en acero estructural del Palacio municipal de distrito de Santa Rosa - Melgar La aplicacin de mtodo de elementos finitos (MEF) en anlisis esttico, dinmico y de estabilidad; que nos permite determinar en una estructura? Por qu analizar el sistema estructural aporticada de diseo en concreto armado existente, del palacio municipal de distrito de Santa Rosa-Melgar? Por qu realizar el anlisis comparativo del planteamiento de diseo alternativo en acero estructural y de la infraestructura existente? 4.3.- AMBITO PROBLEMA O DE ESTUDIO: Para el presente proyecto de investigacin se ha elegido palacio municipal de distrito de Santa Rosa-Melgar, compuesto con un sistema estructural aporticada (viga, columna, losa aligerada y zapatas) y tabiquera, divididos en III bloques con un rea construida de 1,808.91 m2, en donde describiremos algunas caractersticas contemplantes en el expediente tcnico original: 1. Bloque I, sistema estructural aporticada, constituido de 4 niveles (con semistano) y el ltimo nivel de techo de losa aligerada en dos aguas con un Angulo de inclinacin de 20. 2. Bloque II, sistema estructural aporticada, constituido de 3 niveles (con semistano y azotea) y una escalera metlica entre los ejes (3-4/B-D) y gradero de concreto simple que es parte del auditorio del bloque III. 3. Bloque III, sistema estructural aporticada, constituido de 3 niveles; en primer nivel cuenta con columnas de 0.30x0.60x (5.15 a 5.45) m., vigas de 0.30x1.00x (10.05 a 11.10) m. y losa aligerada de 0.25m de peralte, con la nica diferencia de altura en columnas (2.60 a 3.00) m. en segundo nivel y el tercer y ltimo nivel es de estructura metlica con cobertura en dos aguas. Este proyecto de estudio est situado en el distrito de Santa Rosa de la Provincia de Melgar Puno a una distancia de 30 Km. de la capital provincial y a una altitud diseo alternativo en acero estructural especficamente para el bloque III; En donde se efectuara anlisis esttico, dinmico y de estabilidad bajo las condiciones de carga y diseo en acero estructural, por medio de ecuaciones definida en MEF y la aplicacin de software (ETABS), con los que se comparara su funcionalidad y seguridad estructural frente al diseo en concreto armado existente del bloque III (auditoriocirculacin). 18 de agosto de 2011 4022.22m.s.n.m., y ya descritos en la descripcin del problema, planteando anlisis y


Anlisis y diseo alternativo en acero estructural del Palacio municipal de distrito de Santa Rosa - Melgar Como ya se mencion anteriormente centraremos en anlisis y diseo en acero estructural lo que significa la no contemplacin de estudios de suelo, instalaciones sanitarias, instalaciones elctricas y as mismo el presupuesto de obra. Los factores que podran dificultar la culminacin normal del proyecto seran los

aspectos sociales, as mismo el apoyo moral de la gestin que lleva 2010-2014 del distrito de Santa Rosa-Melgar.

4.4.- OBJETIVOS: 4.5.1.- Objetivo General: Analizar en forma alternativa el diseo en acero estructural para el palacio municipal de distrito de Santa Rosa-Melgar, para satisfacer la funcionalidad y seguridad estructural frente al diseo en concreto armado existente. 4.5.2.- Objetivos Especficos: Aplicar mtodo de elementos finitos (MEF) en anlisis esttico, dinmico y de estabilidad, de anlisis estructural de diseo en concreto armado y diseo en acero estructural. Analizar el sistema estructural de diseo en concreto armado, del palacio municipal de distrito de Santa Rosa-Melgar. Anlisis comparativo del sistema estructural: de diseo en concreto armado y de diseo en acero estructural.

4-5.- JUSTIFICACIN: En los ltimos aos se ha venido dando en forma masiva las construcciones con perfiles metlicos en obras de edificacin as como en; edificios, teatros, mercados, camales, coliseos, estadios y entre otros, de nuestro pas, el uso de perfiles metlicos doblados en y perfiles laminados denominado perfil W que son similares a los secciones ya citados anteriormente y perfiles de otras secciones C, S, L, etc., catalogadas segn las especificaciones tcnicas de AISC-LRFD, debido principalmente a su facilidad de manejo en montaje, a su peso mnimo logrando una carga muy reducida sobre el suelo o cimentacin (elementos de apoyo), material reciclable y alta resistencia al pandeo en grandes luces. Permitiendo la necesidad de conocer o analizar el comportamiento estructural y diseo en acero estructural, lo que en los siglos pasados era un arte que Estudiante: Cristbal JIMENEZ MUCHO 18 de agosto de 2011 frio y caliente, especialmente de los conocidos popularmente como perfil (CS, VS y CVS)

Anlisis y diseo alternativo en acero estructural del Palacio municipal de distrito de Santa Rosa - Melgar ciencia. Pero el desarrollo de los conocimientos ha sido tan significativo en los ltimos aos afirmando la existencia de teoras y modelos matemticos propuestos para vaticinar el comportamiento de elementos estructurales en su conjunto de diseo en acero estructural especficamente sometidos a flexo-compresin (viga-columna: prtico), los mismos basados en mtodos estadsticos. Por tal razn se plantea anlisis y diseo alternativo en acero estructural como solucin a los elementos de grandes luces observados en bloque III (auditorio-circulacin) del palacio municipal del distrito de Santa Rosa-Melgar, por medio de mtodo de elementos finitos (MEF) y la aplicacin de un software especfico, pasando a ocupar un lugar de primera prioridad en los clculos de anlisis y diseo de la ingeniera estructural, en donde actualmente se encuentra en activa investigacin. Hoy en da es una herramienta sumamente extendida y empleada tanto en la investigacin y desarrollo de ingeniera civil; el desarrollo de mtodo (MEF) y manejo de software, se debe indudablemente a los avances de sistemas computacionales, en que han permitido que desde un computador personal se puede dar solucin a problemas que requieren una alta capacidad de procesamiento de datos. Evidentemente las aplicaciones prcticas del mtodo no tiene lmite, el mtodo de elementos finitos se complementa mutuamente con el dominio de software para resolver problemas de ingeniera estructural, Etabs, Sap2000 y Autodex Robot Estructural Anlisis, etc. Este proyecto de tesis dar a conocer el comportamiento real del sistema estructural aporticada, del palacio municipal de distrito de Santa Rosa-Melgar, ante eventos estticos, dinmicos y de estabilidad de diseo en concreto armado y diseo en acero estructural, resultando una gua o manual muy importante para los estudiantes de ingeniera civil y as mismo para posteriores investigaciones en nuestra regin.

V.

MARCO TEORICO CONCEPTUAL: 18 de agosto de 2011

5.1.- ANTECEDENTES DE ESTUDIO: Dentro de los antecedentes del problema de la investigacin podemos citar las siguientes obras, artculos, tesis y textos: Damos a conocer diferentes tesis de investigacin que han sido realizados en diferentes universidades del mundo as como: Tesis para optar el grado de Doctor: Diseo de elementos estructurales de acero, sometidos a flexo-compresin: desarrollo terico y estudio comparativo de la universidad de Navarra - San Sebastin, Abril 2007; Modelo de elementos finitos para el clculo de arcos, Estudiante: Cristbal JIMENEZ MUCHO

Anlisis y diseo alternativo en acero estructural del Palacio municipal de distrito de Santa Rosa - Melgar validacin en estructuras agroindustriales de acero de la universidad de Castilla La Mancha, Noviembre 2003; modelo simplificado para el comportamiento dinmico de prticos con vigas plana-columna de concreto armado considerando el deslizamiento entre el refuerzo y el concreto en las juntas de la Universidad de los Andes, Mrida-Venezuela; Diciembre 2003; modelo de dao para prticos planos de acero bajo cargas hiperestticas de la Universidad los Andes, Mrida Venezuela, Febrero 2002; Anlisis no lineal de losas sin vigas de hormign armado y pretensado. Modelo general y experimentacin numrica de la Universidad Navarra; San Sebastin, Mayo 2007; y las Tesis de Pre-Grado: Anlisis de jaula de HDPE mediante mtodo de elementos finitos de la Universidad Austral de Chile, Valdivia-Chile 2006; Modelacin numrica no lineal de estructuras de hormign armado sometidas a cargas cclica Universidad de Buenos Aires; Anlisis y diseo estructural de un edificio con SAP2000 Universidad Nacional Autnoma de Mxico, 2009; y entre otros.

5.2.- SUSTENTO TERICO: 5.2.1.- RESEA HISTRICA DE ACERO ESTRUCTURAL: Los primeros usos de hierro, componente principal de acero, fueron en la fabricacin de pequeas herramientas, aproximadamente 4000 aos antes de Cristo (Murphy, 1957). Este material se usaba en forma de hierro forjado, que se produca calentando el mineral en hornos de carbn. En la ltima parte del siglo XVIII y principio del XIX, el hierro colado y el hierro forjado se usaron en varios tipos de puentes. El acero, aleacin principalmente de hierro y carbono, con menos impurezas y menos carbono que el hierro colado, fue primero usado en la construccin pesada en el siglo XIX. Con el advenimiento del convertidor 18 de agosto de 2011 Bessemer en 1855, el acero comenz a desplazar el hierro forjado y el hierro colado en la construccin. En Estados Unidos, el primer puente ferroviario de acero estructural fue el puente Eads, construido en 1874 en St. Louis, Missouri (Tall, 1964). En 1884 fue terminado en Chicago el primer edificio con estructura de acero; y el primer palacio (Cristal Palace) fue en Londres en 1851 con perfile de acero.

5.2.2.- ESTRUCTURACION: Estudiante: Cristbal JIMENEZ MUCHO

Anlisis y diseo alternativo en acero estructural del Palacio municipal de distrito de Santa Rosa - Melgar La estructuracin de un edificio consiste en disponer y distribuir los elementos estructurales de forma adecuada y en la medida que la arquitectura lo disponga, tener una estructura lo ms simple y uniforme posible, de tal manera que el edificio presente un buen comportamiento frente a cargas de gravedad y de sismo.El proceso de estructuracin consiste en definir la ubicacin y caractersticas de los diferentes elementos estructurales (losas, vigas, muros, columnas y zapatas), de tal forma que se logre dotar a la estructura de buena rigidez, adems resulte fcil y confiable reproducir el comportamiento real de la estructura. Debe adems evitarse que los elementos no estructurales distorsionen la distribucin de fuerzas.(1) Para que estos objetivos sean cumplidos, es importante que se tenga ciertos criterios de estructuracin, que a continuacin se mencionan: Simplicidad y Simetra. Resistencia y Ductilidad. Hiperestaticidad y Monolitismo. Uniformidad y Continuidad de la Estructura. Rigidez Lateral. Existencia de Diafragmas Rgidas. Elementos no Estructurales. Sub-estructura o Cimentacin. La estructuracin es la parte de la ingeniera que consiste en crear, formar la estructura de la infraestructura, a partir de un diseo arquitectnico, que es el que primeramente da luces al comportamiento estructural de la futura infraestructura, siendo este refinado y hasta cambiado por el ingeniero estructuralista, distribuyendo y ordenando las partes del todo, teniendo en consideracin que el comportamiento estructural depende de la estructuracin. 18 de agosto de 2011 Generalmente la configuracin inicial y la distribucin es dirigida a satisfacer los requisitos arquitectnicos y se deja de lado la parte ssmica. Se debe concebir la estructura para que resista todas las cargas a las que estar sometida la edificacin durante su vida til. Para este caso son: cargas debido al peso propio, sobrecarga de diseo normativo, carga por efectos de los sismos. Debido a ello se tendr que

(1)

Antonio Blanco Blasco; Estructuracin y Diseo de Edificaciones de CA: Pag.5 y Resumen de Tesis; PUCP


Anlisis y diseo alternativo en acero estructural del Palacio municipal de distrito de Santa Rosa - Melgar realizar una estructuracin de la edificacin para que resista adecuadamente tanto las cargas estticas como las ssmicas.

ELEMENTOS ESTRUCTURALES: Son los elementos o miembros que componen un sistema estructural. Aqu es importante que el ingeniero estructural reconozca los diversos tipos de elementos que componen una estructura y que sea capaz de clasificar las estructuras de acuerdo con su forma y funcin. Es decir estructuras a tensin, compresin, flexin y flexo-compresin. Definimos algunos elementos estructurales tales como:(2) Zapatas; Es parte de la cimentacin de una estructura que reparte y transmite la carga directamente al terreno y/o suelo de cimentacin o a los pilotes las que son de diferentes tipos cimentaciones superficiales y profundas (zapatas aisladas, combinadas y conectadas) y (pilotes y pilares) respectivamente. En diseo de acero estructural sus dimensiones son muy reducidas debido a que las cargas que soportan son mnimas y adems generalmente aisladas cumpliendo con la funcin de apoyo a los elementos de estructurales del edificio. Vigas de Cimentacin; las vigas de cimentacin son parte de las zapatas o de la cimentacin en donde estos elementos trabajan de forma invertida a las de la viga y adems son miembros de arriostre controlando la rotacin y el asentamiento diferencial de las zapatas excntricas correspondiente a la columna perimetral y zapata asilada a la columna interior respectivamente, todos ellos mencionados conocido como zapatas conectadas. Columnas; Miembros que generalmente son verticales que reciben las cargas de (vigas, losas y muros o tabiquera) y resisten cargas axiales a compresin, pero en la prctica las columnas son sometidas a carga axial y momento flector 18 de agosto de 2011 conocidas como flexo-comprimidas. Porque aparte de soportar carga axial de compresin tambin est sujeto a momento flector transmitido por la viga su seccin depender de las cargas actuantes (carga vertical y momento flector). Tirantes; Los miembros estructurales sometidos a una fuerza de tensin se denominan tirantes o puntales de arriostramiento. Debido a la naturaleza de esta carga, estos miembros son esbeltos y generalmente de acero estructural, para

(2)

R.C. Hibbeler; Anlisis Estructural: Pag.3, 4, 5 y 6 y otros


Anlisis y diseo alternativo en acero estructural del Palacio municipal de distrito de Santa Rosa - Melgar formarlos se escogen perfiles redondos, rectangulares (varillas y barras), ngulos, canales, etc. Vigas; Las vigas o trabes son usualmente miembros horizontales rectos usados principalmente para soportar cargas verticales y en algunos casos de arriostre a efectos de cargas horizontales, tales como del sismo; en particular, si la seccin transversal varia, la viga se denomina ahusada o acartelada las que pueden ser de cualquier material. Elementos que reciben cargas de losa y las transmiten hacia las columnas o placas. Las vigas forman los denominados ejes de la estructura, teniendo las columnas ubicadas en su interseccin, adems de la funciones ya indicadas tambin cumplen con el papel de soportar las cargas ssmicas junto con las columnas y placas o muros, es de resistir los esfuerzos producidos por la fuerza horizontal del sismo (cortantes, momentos axiales) son las que ayudan a proporcionar rigidez lateral, as mismo hay varios tipos de vigas (peraltadas, chatas, peralte invertidas, perfiles W, C, I, T, L, etc.), las que dependern de luz longitud y del sentido de las viguetas. Losas; Son miembros de arriostre y as mismo de soporte de cargas verticales transmitidos por tabiqueras y sobrecargas actuantes sobre ella, o son los elementos que hacen factible la existencia de los pisos y techos de una edificacin. Tienen dos funciones principales desde el punto de vista estructural; ligado a cargas de gravedad y la del sismo la transmisin de cargas hacia vigas y la obtencin de la unidad de estructura, las que trabajara como un diafragma rgido con otros elementos estructurales. Dentro de las losas se tiene diferentes tipos (losa aligerada, maciza y nervada) en donde la losa aligerada est compuesto por concreto simple, acero de refuerzo, ladrillo de techo. Muros o Placas; Son paredes de concreto armado que dada su mayor dimensin 18 de agosto de 2011 en una direccin muy superior a su ancho, proporcionan gran rigidez lateral y resistencia en esa direccin. Una columna y una placa recibe los mismos esfuerzos sin embargo el hecho de tener un largo notorio superior a su ancho, hace que tengan las placas un comportamiento interior diferente, por corte convirtindose en elementos de gran rigidez lateral y resistencia en la direccin de su lado, absorben las fuerzas horizontales del sismo (corte), se debe tener cuidado en la ubicacin en planta con la finalidad de no crear efectos de torsin si se colocan asimtricamente. Estudiante: Cristbal JIMENEZ MUCHO


5.2.3.- DISEO PRELIMINAR O PREDIMENSIONAMIENTO: El pre-dimensionamiento brinda con las dimensiones mnimas a las secciones de los elementos estructurales para que tengan una buena respuesta estructural ante solicitaciones por carga de gravedad y de sismo. Se trata de crear diferentes sistemas estructurales, de evaluar las cargas aproximadas que actuaran sobre ellos y de hacer un pre-dimensionamiento de los miembros que permita estimar un costo. No se debe perder de vista en ningn momento de realizar con los recursos locales disponibles para la construccin. El pre-dimensionamiento es la asignacin previa de dimensiones de los miembros, se puede hacer basndose en la experiencia, o mediante mtodos aproximados que convierten la estructura indeterminada en estticamente determinada.(3)

5.2.4.- CUANTIFIACION O DETERMINACION DE CARGAS: La cuantificacin de cargas comprende en determinacin de todas las cargas que puede esperarse acten sobre la estructura. Estimadas inicialmente, pero conocidas con ms precisin en las sucesivas iteraciones. El metrado de cargas es una tcnica de estimacin de cargas actuantes sobre los distintos elementos estructurales que componen al edificio. Este proceso es aproximado ya que por lo general se desprecian efectos hiperestticos producidos por los momentos flectores, salvo que estos sern muy importantes.(4) La determinacin de cargas nos ayuda a identificar las fuerzas exteriores que actan sobre la estructura, as como todos aquellos efectos que puedan afectar a su comportamiento (errores de forma, movimientos de los apoyos). TIPOS DE CARGAS: Las edificaciones y todas sus partes debern ser capaces de resistir las cargas que se les imponga como consecuencia de su uso previsto. Estas actuarn en las combinaciones prescritas y no deben causar esfuerzos ni deformaciones que excedan los sealados para cada material estructural en su 18 de agosto de 2011

(3) (4)

Jairo Uribe Escamilla; Anlisis de Estructuras: Pag. 26 ngel San Bartolom; Anlisis de Edificios: pg. 1 - 2


Anlisis y diseo alternativo en acero estructural del Palacio municipal de distrito de Santa Rosa - Melgar Norma de diseo especfica. Adems estas cargas son clasificadas en siguiente tipos: Cargas Estticas, Cargas Dinmicas y otras Solicitaciones.(5) 1. CARGAS ESTATICAS: Son aquellas que se aplican lentamente sobre la estructura, lo cual hace que se originen esfuerzos y deformaciones que alcanzan sus valores mximos en conjunto con la carga mxima. Prcticamente, estas solicitaciones no producen vibraciones en la estructura, ya su vez clasifican en: A. Carga Muerta; Es una carga de gravedad fija en posicin y magnitud, y se define como el peso real de todos aquellos elementos que se encuentran permanentemente en la estructura o adheridos a ella, como tuberas, conductos de aire, aparatos de iluminacin, acabados de superficie, cubiertas de techos, cielos rasos suspendidos, etc. Se completa la informacin de estas cargas cuando se ha terminado el diseo. En la prctica, los reglamentos de construccin proporcionan tablas que ayudan al diseador a tener una mejor idea de la magnitud de las mismas segn la norma peruana E-020. B. Carga Viva; Es aquella carga de gravedad que acta sobre la estructura cuando sta se encuentra ya en servicio y que puede variar en posicin y valor durante la vida til de la estructura. Es el peso de todos los ocupantes, materiales, equipos, muebles y otros elementos movibles soportados por la edificacin. Por ejemplo, las personas, muebles, equipo mvil, vehculos, y mercadera en depsito, etc.(6) B.1.- CARGA VIVA DEL PISO: Carga Viva Mnima Repartida 18 de agosto de 2011 a) Cuando la ocupacin o uso de un espacio no sea conforme con ninguno de los que figuran en la Tabla 1, del RNE: E-020, el proyectista determinar la carga viva justificndola ante las autoridades competentes. b) Las cargas vivas de diseo debern estar claramente indicadas en los planos del proyecto. Carga Viva Concentrada(5) (6)

Luis F. Zapata Bablietto; Diseo Estructural en Acero: pg. 4 15 Reglamento Nacional de Edificaciones RNE: E-020


Anlisis y diseo alternativo en acero estructural del Palacio municipal de distrito de Santa Rosa - Melgar a) Los pisos y techos que soporten cualquier tipo de maquinaria u otras cargas vivas concentradas en exceso de 5,0 kN (500 kgf) (incluido el peso de los apoyos o bases), sern diseados para poder soportar tal peso como una carga concentrada o como grupo de cargas concentradas. b) Cuando exista una carga viva concentrada, se puede omitir la carga viva repartida en la zona ocupada por la carga concentrada. B.2 CARGA VIVA DEL TECHO: Se disearn los techos y las marquesinas tomando en cuenta las cargas vivas, las de sismo, viento y otras prescritas a continuacin. Carga Viva.- Las cargas vivas mnimas sern las siguientes: a. Para los techos con una inclinacin hasta de 3 con respecto a la horizontal, 1,0 kPa (100 kgf/m2). b. Para techos con inclinacin mayor de 3, con respecto a la horizontal 1,0 kPa (100 kgf/m2) reducida en 0,05 kPa (5 kgf/m2), por cada grado de pendiente por encima de 3, hasta un mnimo de 0,50 kPa (50 kgf/m2). c. Para techos curvos, 0,50 kPa (50 kgf/m2). d. Para techos con coberturas livianas de planchas onduladas o plegadas, calaminas, fibrocemento, material plstico, etc., cualquiera sea su pendiente, 0,30 kPa (30 kgf/m2), excepto cuando en el techo pueda haber acumulacin de nieve, en cuyo caso se aplicar lo indicado en el Artculo 11. e. Cuando se trate de malecones o terrazas, se aplicar la carga viva correspondiente a su uso particular, segn se indica en la Tabla 1. f. Cuando los techos tengan jardines, la carga viva mnima de diseo de las porciones con jardn ser de 1,0 kPa (100 kgf/m2). Excepto cuando los jardines puedan ser de uso comn pblico, en cuyo caso la carga viva de diseo ser de 4,0 kPa (400 kgf/ m2). g. Cuando se coloque algn anuncio o equipo en un techo, el diseo tomar en cuenta todas las acciones que dicho anuncio o equipo ocasione. B.3 CARGA DE NIEVE: Estudiante: Cristbal JIMENEZ MUCHO 18 de agosto de 2011

Anlisis y diseo alternativo en acero estructural del Palacio municipal de distrito de Santa Rosa - Melgar La estructura y todos los elementos de techo que estn expuestos a la accin de carga de nieve sern diseados para resistir las cargas producidas por la posible acumulacin de la nieve en el techo. La sobrecarga de nieve en una superficie cubierta es el peso de la nieve que, en las condiciones climatolgicas ms desfavorables, puede acumularse sobre ella. En zonas en la cuales exista posibilidad de nevadas importantes, deber prestarse especial atencin en la seleccin apropiada de las pendientes de los techos. La carga de nieve debe considerarse como carga viva a ms de 3000 m.s.n.m. de altitud ser igual a 150 kg/cm3 y un espesor no menor de 30 cm. No ser necesario incluir en el diseo el efecto simultneo de viento y carga de nieve. 2. CARGAS DINMICAS: Son aquellas cuya magnitud, direccin y sentido varan rpidamente con el tiempo, por lo que los esfuerzos y desplazamientos que originan sobre la estructura, tambin cambian con el tiempo; cabe indicar que el instante en que ocurre la mxima respuesta estructural, no necesariamente coincide con el de la mxima solicitacin; Estas cargas clasifican en: A. Cargas de Viento; Todas las estructuras estn sujetas a la accin del viento y en especial las de ms de 2 o 3 pisos de altura o en aquellas en las zonas donde la velocidad del viento es significativa o en las que debido a su forma, son ms vulnerable a los efectos aerodinmicos. toda edificacin ser diseado para resistir las cargas (presiones y succiones) exteriores e interiores debidas al viento, suponiendo que ste acta en dos direcciones horizontales perpendiculares entre s. En el caso de las estructuras de acero, por su peso propio relativamente bajo y grandes superficies expuestas a la accin del viento, las cargas del viento pueden ser ms importantes que las cargas debidas al sismo. Velocidad de Diseo; La velocidad de diseo del viento hasta 10 m de altura ser la velocidad mxima adecuada a la zona de ubicacin de la edificacin (Ver Anexo 2) pero no menos de 75 Km/h. La velocidad de diseo del viento en cada altura de la edificacin se obtendr de la siguiente expresin. 18 de agosto de 2011


Anlisis y diseo alternativo en acero estructural del Palacio municipal de distrito de Santa Rosa - Melgar( ( ) { )

Carga Exterior De Viento; La carga exterior (presin o succin) ejercida por el viento se supondr esttica y perpendicular a la superficie sobre la cual se acta. Se calcular mediante la expresin:( )

{

(

)

TABLA N 04; FACTORES DE FORMA (C) * CONSTRUCCION BARLOVENTO SOTAVENTO Superficies verticales de edificios + 0.80 - 0.60Anuncios, muros aislados, elementos con una dimensin corta en el sentido del viento + 1.50 Tanques de agua, chimeneas y otros de seccin circular o elptica Tanques de agua, chimeneas, y otros de seccin cuadrada o rectangular Arcos y cubiertas cilndricas con un ngulo de inclinacin que no exceda 45 + 0.70 + 2.00 -+ 0.80 - 0.50

Superficies inclinadas a 15 o menos 0.30 - 0.70 - 0.60 Superficies inclinadas entre 15 y 60 0.70 - 0.30 - 0.60 Superficies inclinadas entre 60 y la vertical + 0.80 - 0.60 Superficies verticales inclinadas(planas curvas) paralelas a la direccin del viento - 0.70 - 0.70 * El signo positivo indica presin y el negativo succin.

Carga Exterior De Viento; Para el diseo de los elementos de cierre, incluyendo sus fijaciones y anclajes, que limitan en cualquier direccin el nivel que se analiza, tales como paneles de vidrio, coberturas, alfizares y elementos de cerramiento, se adicionar a las cargas exteriores calculadas anteriormente definidas, las cargas 18 de agosto de 2011 interiores (presiones y succiones) calculadas con los factores de forma para presin interior de la Tabla 5.AB ER TUR AS Uniforme en lados a barlovento y sotavento Principales en lado a barlovento Principales en lado a sotavento o en los costados C -+ 0.30 + 0.80 - 0.60

TABLA N 05; FACTO RES DE FO RMA PARA DETERMINAR CARGAS ADICIO NALES EN ELEMENTO S DE CIERRE


Anlisis y diseo alternativo en acero estructural del Palacio municipal de distrito de Santa Rosa - Melgar B. Cargas de Sismo; Los terremotos producen movimientos horizontales y verticales. Los movimientos horizontales son los que generan en la estructuras los efectos ms significativos. Cuando el suelo se mueve, la inercia de la masa de la estructura tiende a resistir tal movimiento.

5.2.5.- ANALISIS ESTRUCTURAL: El anlisis estructural es la prediccin de comportamiento de una estructura dada bajo cargas prescritas y otros efectos externos. El anlisis estructural es la determinacin de los esfuerzos internos es decir el estado de deformaciones y tensiones que se producen en el interior de la estructura.(7) En anlisis estructural, se usan los valores de cargas para llevar a cabo un anlisis de la estructura para determinar los esfuerzos o las resultantes de esfuerzos en miembros, y las deflexiones en diversos puntos de la estructura. Las caractersticas del comportamiento que por lo comn interesa en el diseo de estructuras son: 1. Resultantes de los esfuerzos como fuerzas axiales, fuerza cortante y momento flector. 2. Deflexiones. 3. Reacciones en los apoyos. COMBINACIN DE CARGAS: las cargas nominales sern las cargas mnimas de diseo establecidos en la norma tcnica peruana en el artculo 19 de E.020, de cargas. FACTORES DE CARGA Y COMBINACIN DE CARGAS.- Para determinar la resistencia requerida de la estructura debe ser determinada para la una adecuada combinacin critica de cargas factorizadas, todas las cargas consideradas en la presente Norma se considerar que actan en las siguientes combinaciones, la que 18 de agosto de 2011

(7)

Flavo Abanto Castillo; Anlisis y Diseo de Edificaciones de Albailera: pg. 82


Anlisis y diseo alternativo en acero estructural del Palacio municipal de distrito de Santa Rosa - Melgar produzca los efectos ms desfavorables en el elemento estructural considerando, con las reducciones, cuando sean aplicables: Segn el captulo 9.2.- Requisitos Generales de Resistencia: tal como ya se cit en la norma E-060 del artculo 19: REGLAMENTO RNE: E-060 D = Carga muerta o peso propio. L = Carga viva L = Carga viva, incluido impacto si hay W = Carga de viento E = Carga de sismo (RNE: E-030) U = Carga ultima total Lr= Carga viva en las azoteas o tejados H = Carga debidas al empuje de terreno o presin lateral del suelo F= Carga debidas al empuje liquido o presin lateral de lquidos T = Carga debidas asentamientos diferenciales. S = Cargas de lluvia, nieve y granizo; estas sern considerados como cargas vivas. COMBINACIONES DE CARGA U = 1.40 D + 1.70 L U = 1.25 (D + L +- W) U = 0.90 D +- 1.25 W U = 1.25 (D + L) +- E U = 0.90 D +- E U = 1.40 D + 1.70 L + 1.70 H U = 0.90 D + 1.70 H. U = 1.40 D + 1.70 L + 1.40 F U = 1.05 D + 1.25 L + 1.05 T U = 1.40 D + 1.40 T.

Segn el captulo 1.4.1 de la norma E.090, Estructuras metlicas segn AISCLRFD. REGLAMENTO LRFD (RNE: E-090) COMBINACIONES DE CARGA U = 1.40 D U=1.2 D +1.6 L+0.5 (Lr o S o R) U = 1.20 D +1.60 (Lr o S o R)+ (0.50 L o 0.80 W) U = 1.20 D + 1.30 W + 0.50 L + 0.50 (Lr o S o R) U = 1.20 D + 1.00 E + 0.50 L + 0,20 S U = 0.90 D + (1.30 W o 1.00 E)

D = Carga muerta o peso propio. L =Carga viva, mobiliario y ocupantes. Lr= Carga viva en las azoteas. R = Carga por lluvia o granizo. W = Carga de viento. S = Cargas de nieve. E = Carga de sismo, RNE: E-030 U = Carga ultima total

Las combinaciones de 3, 4 y 5 el factor de carga para L debe considerarse igual a 1.0 en el caso de estacionamientos, auditorios y todo lugar donde la carga viva sea



Anlisis y diseo alternativo en acero estructural del Palacio municipal de distrito de Santa Rosa - Melgar mayor a 4800 Pa. El mtodo LRFD, combinaciones aplicadas en ecuaciones 2 y 3 se debe tener en cuenta del impacto si es que hubiera. Impacto; Se define como impacto al efecto dinmico de las cargas vivas sbitamente aplicadas. No se consideran como cargas de impacto el transitar de personas o el movimiento de muebles y ms bien tienen dicho efecto algunas cargas de equipos como elevadores o puentes gras y equipos de arranque o detencin instantneos. Para considerar el impacto, el Reglamento AISC y RNE: E-090, indica que las cargas vivas nominales sern incrementadas en un porcentaje como se indican a continuacin: a. Para apoyos de ascensores: b. Para apoyos de maquinaria liviana accionada por ejes o motores: c. Para apoyos de mquinas (vibratoria) reciprocants: d. Para tirantes que soportan pisos y voladizos: e. Para vigas de puentes gras con cabina de operador y sus conexiones: f. Para vigas de puentes gras con control colgante y sus conexiones; 100%. 20%. 50%. 33%. 25% 10%

5.2.6.- EVALUACION O COMPROBACION DE SEGURIDAD Y UTILIDAD: Se debe preguntar si la resistencia o condiciones de servicio que se obtienen de acuerdo a un reglamento superan a las demandas que se establecen en los resultados de la etapa previa. Si hay un margen de seguridad adecuado y econmico se puede dar por concluido el diseo; si no se va la siguiente etapa. Aqu se usan los resultados del anlisis para determinar si la estructura satisface o no los requisitos de seguridad y utilidad de los cdigos de diseo. Si estos requisitos se satisfacen, entonces se preparan los dibujos de diseo y las 18 de agosto de 2011 especificaciones de la estructuracin, y se inicia la fase de construccin. DISEO SISMORRESISTENTE: GENERALIDADES: Segn el artculo 3; La filosofa del diseo sismo resistente consiste en del NTP E-030: a. Evitar prdidas de vidas. b. Asegurar la continuidad de los servicios bsicos.


Anlisis y diseo alternativo en acero estructural del Palacio municipal de distrito de Santa Rosa - Melgar c. Minimizar los daos a la propiedad. Se reconoce que dar proteccin completa frente a todos los sismos no es tcnica ni econmicamente factible para la mayora de las estructuras. En concordancia con tal filosofa se establecen en esta Norma los siguientes principios para el diseo: La estructura no debera colapsar, ni causar daos graves a las personas debido a movimientos ssmicos severos que puedan ocurrir en el sitio. La estructura debera soportar movimientos ssmicos moderados, que puedan ocurrir en el sitio durante su vida de servicio, experimentando posibles daos dentro de lmites aceptables. Zonificacin.- El territorio nacional se considera dividido en tres zonas, como se muestra en la Figura N 1. La zonificacin propuesta se basa en la distribucin espacial de la sismicidad observada, las caractersticas generales de los movimientos ssmicos y la atenuacin de stos con la distancia epicentral, as como en informacin neo-tectnica. En el Anexo N 1 se indican las provincias que corresponden a cada zona. FIGURA N 1



Anlisis y diseo alternativo en acero estructural del Palacio municipal de distrito de Santa Rosa - Melgar A cada zona se asigna un factor Z segn se indica en la Tabla N1. Este factor se interpreta como la aceleracin mxima del terreno con una probabilidad de 10 % de ser excedida en 50 aos.TABLA N1: FACTOR DE ZONA

ZONA 3 2 1

Z 0.40 0.30 0.15

U = Factor de uso e importancia:TABLA N 02: FACTOR DE USO CATEGORIA DE LA EDIFICACION U A = Edificaciones Esenciales 1.50 B = Edificaciones Importantes 1.30 C = Edificaciones Comunes 1.00 D = Edificaciones Menores (*) (*); En estas edificaciones, a criterio del especialista, se podra omitir el analisis por fuerzas sismicas, pero debera proveerse de la resistencia y rigidez adecuada

S = Factor del tipo de suelo:TABLA N 03; PARAMETROS DEL SUELO TIPO DESCRIPCION: Tp (seg.) S1 Roca o suelo muy rigido 0.40 S2 Suelos intermedios 0.60 S3 Suelos flexibles o con estrato de gran espesor 0.90 S4 Condiciones excepcionales (*) (*): Los valores de "Tp y S" para este caso seran establecidos por el especialista, pero en ningun caso seran menores que los especificados perfil tipo S3.

S 1.00 1.20 1.40 (*) para el

R = Factor de Reduccin:TABLA N 04; SISTEMA ESTRUCTURAL DE FACTOR DE REDUCCION SISTEMA ESTRUCTURAL R Acero Porticos ductiles con uniones resistentes a momentos 9.50 Otras estructuras de Acero Arriostres excentricas 6.50 Arriostres en cruz 6.00 Concreto Armado Porticos (1) 8.00 Dual (2) 7.00 De muros estructurales (3) 6.00 Muros de ductibilidad limitada (4) 4.00 Albaileria Armada o Confinada (5) 3.00 Madera (por esfuerzos admisibles) 7.00



Anlisis y diseo alternativo en acero estructural del Palacio municipal de distrito de Santa Rosa - Melgar C = Factor de Amplificacin Ssmica:( )

ANLISIS DE EDIFICIOS: PESO DE LA EDIFICACIN: El peso (P), se calcular adicionando a la carga permanente y total de la Edificacin un porcentaje de la carga viva o sobrecarga que se determinar de la siguiente manera: a. En edificaciones de las categoras A y B, se tomar el 50% de la carga viva. b. En edificaciones de la categora C, se tomar el 25% de la carga viva. c. En depsitos, el 80% del peso total que es posible almacenar. d. En azoteas y techos en general se tomar el 25% de la carga viva. e. En estructuras de tanques, silos y estructuras similares se considerar el 100% de la carga que puede contener. Desplazamientos Laterales; Los desplazamientos laterales se calcularn multiplicando por 0,75R los resultados obtenidos del anlisis lineal y elstico con las solicitaciones ssmicas reducidas. Para el clculo de los

desplazamientos laterales no se considerarn los valores mnimos de C/R indicados en el Art. 17.3 (fuerza cortante en la base) ni el cortante mnimo en la base especificado en el Artculo 18.2 d (de anlisis dinmico). Determinacin de Desplazamientos en Cada Piso (i).- Para lo que utilizaremos la siguiente expresin: Desplazamientos Laterales Permisibles; El mximo desplazamiento relativo de entrepiso, calculado segn el Artculo 16.4 (desplazamientos laterales), no 18 de agosto de 2011 deber exceder la fraccin de la altura de entrepiso que se indica en la Tabla N 7.TABLA N 07; LIMETES PARA DESPLAZAMIENTO LATERAL DE ENTREPISO NO SO N APLIC ABLES A NAVES INDUSTRIALES

MATERIAL PREDOMINANTE Concreto Armado Acero Albaileria Madera

(Di/hei) 0.0070 0.0100 0.0050 0.0100


Anlisis y diseo alternativo en acero estructural del Palacio municipal de distrito de Santa Rosa - Melgar Efectos De Segundo Orden (P-Delta); Los efectos de segundo orden debern ser considerados cuando produzcan un incremento de ms del 10 % en las fuerzas internas. Para estimar la importancia de los efectos de segundo orden, podr usarse para cada nivel el siguiente cociente como ndice de estabilidad:

ANLISIS ESTTICO: Este mtodo representa las solicitaciones ssmicas mediante un conjunto de fuerzas horizontales actuando en cada nivel de la edificacin. Debe emplearse slo para edificios sin irregularidades y de baja altura segn se establece en el Artculo 14 (14.2) del RNE E-030. Perodo Fundamental a. El perodo fundamental para cada direccin se estimar con la siguiente expresin:

Dnde: CT = 35 para edificios cuyos elementos resistentes en la direccin considerada sean nicamente prticos.

CT = 45 para edificios de concreto armado cuyos elementos sismorresistentes sean prticos y las cajas de ascensores y escaleras. CT = 60 para estructuras de mampostera y para todos los edificios de concreto armado cuyos elementos sismorresistentes sean fundamentalmente 18 de agosto de 2011 muros de corte. b. Tambin podr usarse un procedimiento de anlisis dinmico que considere las caractersticas de rigidez y distribucin de masas en la estructura. Como una forma sencilla de este procedimiento puede usarse la siguiente expresin:



(

)

Fuerza Cortante en la Base; La fuerza cortante total en la base de la estructura, correspondiente a la direccin considerada, se determinar por la siguiente expresin: ( ) Distribucin de la Fuerza Ssmica en Altura; Si el perodo fundamental T, es mayor que 0.70 s, una parte de la fuerza cortante V, denominada Fa, deber aplicarse como fuerza concentrada en la parte superior de la estructura. Esta fuerza Fa se determinar mediante la expresin: { El resto de la fuerza cortante, es decir (V Fa) se distribuir a cada nivel, incluyendo el ltimo, con la siguiente expresin:

{

Efectos De Torsin; Se supondr que la fuerza en cada nivel (Fi) acta en el centro de masas del nivel respectivo y debe considerarse adems el efecto de excentricidades accidentales como se indica a continuacin. Para cada direccin de anlisis, la excentricidad accidental en cada nivel (ei), se considerar como 0,05 veces la dimensin del edificio en la direccin perpendicular a la de la accin de las fuerzas. 18 de agosto de 2011 En cada nivel adems de la fuerza actuante, se aplicar el momento accidental denominado Mti que se calcula como: { Se puede suponer que las condiciones ms desfavorables se obtienen considerando las excentricidades accidentales con el mismo signo en todos los


Anlisis y diseo alternativo en acero estructural del Palacio municipal de distrito de Santa Rosa - Melgar niveles. Se considerarn nicamente los incrementos de las fuerzas horizontales no as las disminuciones. Fuerzas Ssmicas Verticales; La fuerza ssmica vertical se considerar como una fraccin del peso. Para las zonas 3 y 2 esta fraccin ser de 2/3 Z. Para la zona 1 no ser necesario considerar este efecto. ANLISIS DINMICO: El anlisis dinmico de las edificaciones podr realizarse mediante procedimientos de combinacin espectral o por medio de anlisis tiempo-historia. Para edificaciones convencionales podr usarse el procedimiento de combinacin espectral; y para edificaciones especiales deber usarse un anlisis tiempo-historia. Anlisis por combinacin modal espectral a. Modos de Vibracin; Los periodos naturales y modos de vibracin podrn determinarse por un procedimiento de anlisis que considere

apropiadamente las caractersticas de rigidez y la distribucin de las masas de la estructura. b. Aceleracin Espectral; Para cada una de las direcciones horizontales analizadas se utilizar un espectro inelstico de pseudo-aceleraciones definido por: { Para el anlisis en la direccin vertical podr usarse un espectro con valores iguales a los 2/3 del espectro empleado para las direcciones horizontales. c. Criterios de Combinacin; La respuesta mxima elstica esperada (r) 18 de agosto de 2011 correspondiente al efecto conjunto de los diferentes modos de vibracin empleados (ri) podr determinarse usando la siguiente expresin.

| |

Alternativamente, la respuesta mxima podr estimarse mediante la combinacin cuadrtica completa de los valores calculados para cada modo.


Anlisis y diseo alternativo en acero estructural del Palacio municipal de distrito de Santa Rosa - Melgar En cada direccin se considerarn aquellos modos de vibracin cuya suma de masas efectivas sea por lo menos el 90% de la masa de la estructura, pero deber tomarse en cuenta por lo menos los tres primeros modos predominantes en la direccin de anlisis. d. Fuerza Cortante Mnima en la Base; Para cada una de las direcciones consideradas en el anlisis, la fuerza cortante en la base del edificio no podr ser menor que el 80 % del valor calculado segn el Artculo 17 (17.3) para estructuras regulares, ni menor que el 90 % para estructuras irregulares. e. Efectos de Torsin; La incertidumbre en la localizacin de los centros de masa en cada nivel, se considerar mediante una excentricidad accidental perpendicular a la direccin del sismo igual a 0,05 veces la dimensin del edificio en la direccin perpendicular a la direccin de anlisis. En cada caso deber considerarse el signo ms desfavorable. Anlisis Tiempo-Historia.- El anlisis tiempo historia se podr realizar suponiendo comportamiento lineal y elstico y debern utilizarse no menos de cinco registros de aceleraciones horizontales, correspondientes a sismos reales o artificiales. Estos registros debern normalizarse de manera que la aceleracin mxima corresponda al valor mximo esperado en el sitio.

Para edificaciones especialmente importantes el anlisis dinmico tiempohistoria se efectuar considerando el comportamiento inelstico de los elementos de la estructura. 5.2.7.- DISEO FINAL: Es la ltima etapa del proceso de diseo y/o seleccin de un elemento estructural en donde se calculan los esfuerzos y se verifica las dimensiones iniciales del elemento, 18 de agosto de 2011 es decir es la toma de decisin con parmetros mnimos que debe cumplir un elemento caso contrario se redimensionara dicho elemento. Una vez conocida las cargas internas en donde satisfacen los criterios de resistencia, estabilidad y deflexin, en caso contrario se repiten los fases de 3 a 5 hasta que satisfagan todo los requisitos de seguridad y utilidad. Queda, finalmente, decidir si es que se ha alcanzado el ptimo buscado en un diseo.

5.2.8.- DIBUJO DE PLANOS: Estudiante: Cristbal JIMENEZ MUCHO

Anlisis y diseo alternativo en acero estructural del Palacio municipal de distrito de Santa Rosa - Melgar Consiste en elaborar planos de Diseo y sus Especificaciones de trabajo correspondientes. En algunos casos, son necesarios la presentacin de maquetas o mtodos de izaje (montaje); en otros casos se requiere la elaboracin de los llamados Planos de Fabricacin (en acero estructural), que son aquellos en que se detalla cada miembro para que sean preparados en los talleres o industrias, as como todas sus conexiones.

5.2.9.- CONSTRUCCION: Es la etapa final en donde se requiere ordenar los diversos componentes de la estructura y planear las actividades que implica el montaje real de esta. Para esto, todas las etapas de construccin se deben inspeccionarse para garantizar que la estructura est construida de acuerdo con los planos de diseo especificados.

PROCEDIMIENTO DE DISEO ESTRUCTURAL

PLANEMAINETO

ESTRUCTURACION

PREDIMENSIONAMIENTO

CUANTIFICACION DE CARGAS

REDISEAR

DISEO PRELIMINAR

ANALISIS ESTRUCTURAL SI

NO

DISEO OPTIMO

NO

ELABORACION DE PLANOS




5.3.- MARCO CONCEPTUAL: ESTRUCTURA.- Una estructura es un conjunto de elementos conectados con el fin de resistir y/o resistentes organizados en un solo sistema que soportan acciones externas (a estas cargas externas se les llama solicitaciones) porque la estructura es solicitada a soportar cargas; la idea de una estructura conjuga dos aspectos muy importantes: Resistir : soportar cargas.

Resistentes : para soportar cargas hay que hacer elementos estructurales.

Un esfuerzo es una estructura compuesta de miembros rgidos unidos por sus extremos, los miembros comnmente utilizados en la construccin suelen ser de estructura de concreto armado o perfiles de acero. ANALISIS: Consiste en crear un modelo matemtico ms adecuado a la realidad del verdadero comportamiento estructural de la edificacin, Se aplican los mtodos de la Mecnica para determinar los esfuerzos internos y las deformaciones que se originan en la estructura con el objeto de poder compararlos con la resistencia que debern tener dichos miembros, como consecuencia de las cargas y las fuerzas actuantes en los miembros determinadas por la teora de la mecnica estructural. SISTEMA: Es un conjunto de elementos estructurales con las mismas caractersticas y propiedades que lleva una estructura. SISTEMA ESTRUCTURAL: El sistema estructural tambin conocido conjunto de elementos estructurales compuestos de estructuras a tensin, compresin, flexin y flexo-compresin. ACERO ESTRUCTURAL: El acero de uso estructural es un material de fabricacin 18 de agosto de 2011 industrializada, lo cual asegura un adecuado control de calidad. Este material se caracteriza por una elevada resistencia, rigidez y ductilidad respecto a otro material disponible (tiene la capacidad de soportar deformaciones plsticas sin disminuir su capacidad resistente), por cual su uso es muy recomendable para construcciones sismoresistentes y elementos con grandes luces. PERFIL LAMINADO: Es cuando el acero con pequeo contenido de carbono que no admite el temple, es lo que vulgarmente se llama perfil laminado. Se obtiene por laminacin de aceros suaves soldables. En el comercio se les designa por la forma de Estudiante: Cristbal JIMENEZ MUCHO

Anlisis y diseo alternativo en acero estructural del Palacio municipal de distrito de Santa Rosa - Melgar su seccin, altura y ancho. Sus dimensiones se expresan en milmetros, fabricndose de 4 a 16 m de longitud. LAMINADO EN FRIO: Es el proceso ms comn de laminado y consiste en calentar la lupia o planchn a una temperatura que permita el comportamiento plstico del material para as extruirlo en los castillos de laminado (I. monogrfica Leyddy M. Melendez A.). LAMINADO EN FRIO: Es un proceso que permite obtener secciones con un punto de fluencia ms elevado, al extruir el material a temperatura completamente ms baja que la del laminado en caliente (I. monogrfica Leyddy M. Melendez A.). PEFILES O TIPOS DE ACERO ESTRUCTURAL: Dentro de los perfiles de acero estructurales tenemos varios tales como: W = Viga de Patn Ancho, M = Viga Miscelnea, S = Viga Estndar Americana, C = Canal Estndar Americana, MC = Canal Miscelnea, L = ngulo, WT = T estructural cortado de una W y otros. ACERO DE REFUERZO: Est constituido por varillas o barras generalmente corrugadas de acero compuesto de los elementos (carbn que oscila entre 0.05 - 1.7%, magnesio, silicio, cromo, nquel, vanadio entre los ms importantes); El carbono es el determinante sus propiedades mecnicas a mayor contenido de carbono aumenta la dureza, resistencia a la atraccin y el limite clsico y disminuye la ductilidad y la tenacidad. Las que son fundidas a 1400 y 1500 C y moldeadas del hierro. CONCRETO SIMPLE: Es una mezcla de cemento portland, agregado fino, agregado grueso y agua. Donde en la mezcla que el agregado grueso deber estar totalmente envuelto por la pasta de cemento, el agregado fino deber rellenar los espacios entre el agregado grueso y a la vez estar recubiertos por las mismas pastas. RIGIDEZ: Es la capacidad de un objeto slido o elemento estructural para soportar esfuerzos sin adquirir grandes deformaciones o desplazamientos 18 de agosto de 2011

(es.wikipedia.org/wiki/Rigidez). DEFORMACION: Es la variacin de la longitud de un cuerpo causado por el esfuerzo unitario interno producido por una fuerza externa. (F. Abanto Castillo). La deformacin es el cambio en el tamao o forma de un cuerpo debido a esfuerzos internos producidos por una o ms fuerzas aplicadas sobre el mismo o la ocurrencia de dilatacin trmica (es.wikipedia.org/wiki/Deformacin). Estudiante: Cristbal JIMENEZ MUCHO

Anlisis y diseo alternativo en acero estructural del Palacio municipal de distrito de Santa Rosa - Melgar DESPLAZAMIENTO: Es la variacin de longitud de la trayectoria comprendida entre la posicin inicial y la posicin final de un punto material, incluyendo el desplazamiento axial, por corte y rotaciones (F. Abanto Castillo). DIAFRAGMA: Pieza estructural rgida que puede soportar el esfuerzo cortante al estar cargado en una direccin paralela a un plano. LA RESISTENCIA: Es la capacidad de realizar esfuerzos de muy larga duracin, as como esfuerzos de intensidades. Una estructura no es otra cosa que un sistema de reacciones y fuerzas internas capaces de equilibrar un sistema de fuerzas externa. Los elementos estructurales son capaces de resistir los efectos de fuerzas que actan debido a la composicin molecular de la materia que los constituye. ESFUERZOS: Esfuerzos es el trmino para esta concertacin de fuerzas internas en un elemento estructural, el esfuerzo es una fuerza por unidad de rea (que se expresa como esfuerzo f= P/A). Las unidades de las fuerzas internas son libras por pulgada cuadrada y pascales (Pa) (1 Pa es igual 1 N/m). DUCTILIDAD: es una propiedad que presentan algunos materiales, como la aleacin metlica, lo cual bajo la accin de una fuerza, pueden deformarse sosteniblemente sin romperse hasta llegar a su esfuerzo de roptura. GRADO DE LIBERTAD: Es el conjunto de deformaciones lineales y angulares en la direccin actuante, el GDL de un mecanismo es el nmero de parmetros independientes que se necesitan para definir su posicin en el espacio en cualquier instante, siendo las cuales diversas traslaciones o rotaciones requeridas para definir el movimiento de un nodo. 18 de agosto de 2011 PESO: es la fuerza debida a la aceleracin de la gravedad que acta sobre la masa de un cuerpo. DISEO: Dimensionamiento y detallado de los componentes y conexiones de un edificio para satisfacer los requisitos de estas Especificaciones. FUERZA: es la accin de un cuerpo que acta sobre otro provocando una aceleracin del segundo cuerpo, a menos que ste reciba una accin igual y opuesta que contrarreste el efecto del primer cuerpo. Es un parmetro vectorial. Estudiante: Cristbal JIMENEZ MUCHO

Anlisis y diseo alternativo en acero estructural del Palacio municipal de distrito de Santa Rosa - Melgar CONCRETO ARMADO: El concreto armado es la unin de concreto simple y acero de refuerzo tales han sido construidas todo los elementos estructurales del sistema estructural del palacio municipal de distrito de Santa Rosa-Melgar. SEGURIDAD ESTRUCTURAL: La no poseer vibraciones que provoquen inquietud o falta de confort a quienes ocupan un edificio, es decir controlar deformaciones y deflexiones de los elementos estructurales, de tal forma que no se produzcan en el edificio, o partes del mismo, daos que tengan su origen o afecten a la cimentacin, los soportes, las vigas, los forjados, los muros de carga u otros elementos estructurales, y que comprometan directamente la resistencia mecnica y la estabilidad del edificio. FUNCIONALIDAD ESTRUCTURAL: Es garantizar con las funciones de una estructura en su utilizacin y accesibilidad con referente a las dimensiones de los espacios, dotacin adecuada y soportar cargas de gravedad y sismo Que una estructura no se deforma en una forma tal que me destruya el marco de una ventana.

5.4.- HIPTESIS: La respuesta estructural obtenida alternativamente mediante el diseo en acero estructural para el palacio municipal de distrito de Santa Rosa-Melgar, ofrece mayor funcionalidad y seguridad estructural, frente al diseo en concreto armado existente. Dentro de las hiptesis especficas tendremos: La aplicacin de MEF en anlisis esttico, dinmico y de estabilidad, en una estructura permite analizar minuciosamente: deformaciones y deflexiones frente a eventos externos; logrando un sustento cientfico y facilitando la interpretacin de resultados obtenidos en seguridad de la ingeniera estructural. El sistema estructural aporticada (viga-columna) de la infraestructura existente, tienden a elementos muy flexibles requirindose rigidizar, frente a esfuerzos de sismo, particularmente en bloque III (auditorio-circulacin). El planteamiento de diseo en acero estructural es ms resistente y dctil frente a eventos externos y grandes luces particularmente en bloque III en comparacin al diseo en concreto armado existente. 18 de agosto de 2011

5.5.- IDENTIFICACION DE VARIABLES:


Anlisis y diseo alternativo en acero estructural del Palacio municipal de distrito de Santa Rosa - Melgar Variable Independiente (causa).- El tipo de diseo: en acero estructural y en concreto armado existente para el palacio municipal de distrito de Santa Rosa-Melgar y as mismo la aplicacin tcnicas de anlisis (MEF) y software en este proyecto de tesis. X = Diseo Alternativo en Acero Estructural Indicadores: Caractersticas particulares y tpicas de cada anlisis estructural. Tipos de diseo. Capacidad estructural. Restricciones de diseo. Manejo de software. Variable Dependiente (efecto).- la obtencin de respuesta estructural bajo el tipo de diseo en acero estructural con respecto a su rigidez, deformacin y estabilidad permitir verificar la funcionalidad y seguridad estructural para el palacio municipal de distrito de Santa Rosa-Melgar frente al diseo en concreto armado existente. Y = Funcionalidad y Seguridad Estructural Indicadores: De acuerdo al anlisis y diseo alternativo en acero estructural. Sistema estructural. Ubicacin Geogrfica. Asistencia tcnica y. Factores de diseo (esttico y dinmico).CAUSAS (Xi) Diseo alternativo en acero estructural. - El acero estructural - La nomenclatura de analisis -Uso del metodo MEF y -Uso de programas especificas EFECTOS (Yi) Funcionalidad y seguridad estructural de una edificacin. - Rigidez - Deformaciones (grados de libertad) - Deflexiones - Estabilidad

Problema

VI.

METODOLOGIA Y TIPO DE INVESTIGACION: nomenclatura

6.1.- METODOLOGIA DE ESTUDIO: La metodologa a desarrollar es bsicamente de deduccin y sntesis de teoras, generalizado en un mtodo denominado mtodo de elementos finitos (MEF) el cual es un mtodo que presenta conceptos, teoremas y ecuaciones analticos disponibles en la literatura para anlisis sismo-resistente (respuesta estructural) resultados de la recopilacin de diferentes bibliografas (textos, tesis, artculos



Anlisis y diseo alternativo en acero estructural del Palacio municipal de distrito de Santa Rosa - Melgar y otros), para ello se desarrollar un modelo que tenga en cuenta los efectos descritos en el planteamiento del problema y que supere las deficiencias del modelo existente; y mtodo ya citada sirva de soporte para la aplicacin de software especfico en ingeniera estructural (ETABS), en otras palabras es aquel que de lo general ya a lo particular y de ah desarrollar conclusiones que van a fortalecer la hiptesis planteada ya sea positiva o negativamente. Pasos para desarrollar dicho metodologa son los siguientes: 1. Revisin del expediente tcnico de la obra en mencin ya construida, que cuenta con su respectivo estudio de suelo, ingeniera o memoria de clculo y planos en sus detalles y especificaciones tcnicas del palacio municipal de distrito de Santa Rosa-Melgar. 2. Elaboracin un modelo para el anlisis esttico, dinmico y de estabilidad (anlisis sismo-resistente), de un sistema estructural prtico dctil en acero estructural y el modelo existente estructura aporticada en concreto armado, para ello se emplearn mtodos de elementos finitos y un software especfico para cada caso. 3. Comparacin de resultados obtenidos con el empleo de ambos modelos. 4. Interpretacin de resultados y comparacin con las normas NTE: E-020, E-030, E-060 y E-090. 5. Decisiones, aportes y modificaciones a partir de los resultados obtenidos, y procedimientos constructivos a adoptar con los que ser justificado la hiptesis planteada.

6.2.- TIPO DE ESTUDIO: El trabajo tiene en parte un carcter descriptivo-explicativo, de las teoras por medio de mtodo de elementos finitos y/o modelos matemticos frente al tipo de diseo del objeto en estudio.

6.3.- UNIDAD DE ANALISIS: Denominado tambin estudio del caso en donde tenemos palacio municipal de distrito de Santa Rosa-Melgar caracterizndose de una forma determinstica, sistema aporticada divida por juntas ssmicas a tres bloques cada uno con caractersticas propias. 18 de agosto de 2011 la infraestructura aporticada existente y el diseo alternativo en acero estructural del

6.4.- EQUIPOS Y MATERIALES A UTILIZAR A. Materiales de gabinete Computadora e impresora


Anlisis y diseo alternativo en acero estructural del Palacio municipal de distrito de Santa Rosa - Melgar VII. Memoria USB

B. Materiales de escritorio. Material de impresin Papel Bond tamao A-4 Libros o textos de consulta Tesis de temas relacionado con problema planteada Escritorio y accesorios

C. Software Utilizados Software ETABS v:9.7.2 AutoCAD 2012.

PRESUPUESTO:P.U. ($) 2000 600 300 500 800 500 500 800 SUBTOTAL ($) TOTAL ($) S/. 2600.00 2000 600 S/. 2100.00 300 500 800 500 S/. 1300.00 500 800 S/. 6000.00

DESCRIPCION CANTIDAD Materiales y Equipos: a.- Equipo de computo 1.00 b.- impresora y camara digital 1.00 Muebles y Enseres: a.- Escritorios 1.00 b.- Materiales de escritorio N.D. c.- Impresiones y empastes N.D. d.- tesis y textos de consulta N.D. Servicios y Recursos Humanos: a.- Capacitaciones N.D. b.- veaticos y otros N.D. TOTAL DE PRESUPUESTO

VIII. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES:

ACTIVIDAD

MES 01 (J)15 dias 15 dias

MES 02 (A)15 dias 15 dias

MES 03 (S)15 dias 15 dias

MES 04 (O)15 dias 15 dias

MES 05 (N)15 dias 15 dias



Formulacion del problema, fines y objetivos. Elaboracion del perfil de tesis. Presentacion y aprobacion de perfil de tesis. Estudios basicos y recopilacion de informacion Elaboracion del proyecto Resultados y conclusiones Redaccion del borrador de tesis Levantamiento de observaciones Redaccion final de tesis Sustentacion y Empastado final


IX.

BIBLIOGRAFIA:

10.1.- TEXTOS: 1. Reglamento Nacional de edificaciones RNE: (E-020. E-030, E-060 y E-090), Editorial Megabyte, Per - 2011. 2. Juan Toms Celigeta, primera edicin Anlisis estructural San Sebastin, mayo de 1998. 3. Russell C. Hibbeler, tercera edicin Anlisis Estructural New York 4. Jairo Uribe Escamilla, primera edicin Anlisis de Estructuras Bogot-Colombia 1991. 5. Ing. Luis F. ZAPATA BAGLIETTO, segunda edicin Noviembre 2004 Diseo Estructural en Acero editorial UNI. 6. William T. SEGUI, segunda edicin Diseo de Estructuras de Acero con LRFD Universidad de Memphis, editores (Pedro de la Garza Rosales) 7. Theodore V. Galambos, F. J. Lin, Bruce G. Johnston y Traduccin por Ing. Jos de la Cera A. Mxico 1999 Diseo de Estructuras de Acero con LRFD editorial production: bookworks. 8. Vctor Escalante Cervera, Santo Domingo R.D., Marzo 2003 Diseo de Estructuras Metlicas 18 de agosto de 2011

10.2.- TESIS Y ARTICULOS: 1. Danny JimYong Ayon, tesis doctoral titulado Diseo de Elementos Estructurales de Acero Sometidos a Flexo-Compresin: Desarrollo Terico y Estudio Estudiante: Cristbal JIMENEZ MUCHO

Anlisis y diseo alternativo en acero estructural del Palacio municipal de distrito de Santa Rosa - Melgar Comparativo San Sebastin, Abril 2007 de la Universidad la Navarra (escuela superior de Ingenieros). 2. D. Jess Antonio Lpez Paredes, tesis doctoral titulado Modelo de elementos finitos para el clculo de arcos, validacin en estructuras agroindustriales de acero La Mancha, Noviembre 2003. 3. Claudio E. Troncoso Paredes, tesis titulado Anlisis de Jaula Circular de HDPE Mediante el Mtodo de Elementos Finitos Valdivia, Chile 2006. Universidad Austral de Chile (Escuela profesional de Ingeniera Naval). 4. Dr. Jorge Eduardo Hurtado, Introduccin al Anlisis Estructural por Elementos Finitos Colombia, Universidad nacional de Colombia sede Manizales. 5. lvaro F. M. Azevedo, Mtodo de Elementos Finitos Portugal, Abril 2003.

TEMARIO TENTATIVO DEL PROYECTO DE TESIS:

DEDICATORIA RESUMEN INDICE CAPITULO I: GENERALIDADES: A. INTRODUCCION B. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA C. OBJETIVOS D. HIPTESIS E. JUSTIFICACION F. ESTRUCTURACION G. REGLAMENTOS A APLICAR 18 de agosto de 2011 CAPITULO II: MARCO TEORICO - CONCEPTUAL: A. DISEO PRELIMINAR O PREDIMENSIONAMIENTO a. Elementos de apoyo (zapatas) b. Columnas c. Vigas o trabes d. Losa e. Escaleras B. METRADO DE CARGAS Estudiante: Cristbal JIMENEZ MUCHO

Anlisis y diseo alternativo en acero estructural del Palacio municipal de distrito de Santa Rosa - Melgar a. Elementos de apoyo (zapatas) b. Columnas c. Vigas d. Losa e. Escaleras C. ANALISIS ESTRUCTURAL - SISMICO a. Parmetros de anlisis b. Anlisis esttico c. Anlisis dinmico - ssmico (dinmico-espectral) f. Junta de separacin ssmica D. DISEO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES EN ACERO a. Diseo de elementos a tensin b. Diseo de elementos a compresin c. Diseo de elementos a flexin d. Diseo de elementos a flexo-compresin e. Diseo de Conexiones CAPITULO III: EVALUACION ESTRUCTURAL DE LA INFRAESTRUCTURA EXISTENTE: Anlisis estructural de diseo en concreto armado del palacio municipal de distrito de Santa Rosa-Melgar: A. Conceptualizacin B. Estructuracin C. Anlisis Estructural D. Interpretacin E. Opiniones y recomendaciones 18 de agosto de 2011 CAPITULO IV: PLANTEAMIENTO ESTRUCTURAL: Planteamiento de anlisis y diseo alternativo en acero estructural para el palacio municipal de distrito de Santa Rosa-Melgar: A. Estructuracin y conceptualizacin B. diseo preliminar (pre-dimensionamiento) C. Metrado de cargas de gravedad, viento y sismo D. Anlisis estructural e interpretacin a) Anlisis esttico Estudiante: Cristbal JIMENEZ MUCHO

Anlisis y diseo alternativo en acero estructural del Palacio municipal de distrito de Santa Rosa - Melgar b) Anlisis dinmico c) Anlisis de estabilidad d) Control de desplazamientos laterales y relativo de entrepiso E. Diseo de elementos estructurales. a) Diseo de elementos estructurales a flexin b) Diseo de elementos estructurales a compresin c) Diseo de elementos estructurales a flexo-compresin d) Diseo de conexiones o uniones F. Detallado y dibujo de planos con sus respectivas especificaciones tcnicas CAPITULO V: ANALISIS COMPARATIVO DEL DISEO EN ACERO ESTRUCTURAL Y CONCRETO ARMADO EXISTENTE: A. Definicin de paramentos estructurales (funcionalidad y seguridad) B. Elaboracin de cuadros comparativos de funcionabilidad estructural C. Elaboracin de cuadros comparativos de seguridad estructural D. Alcances de ambas sistemas estructurales E. Aportes del uno al otro (concreto armado v/s acero estructural) CAPITULO VI: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES: A. Conclusiones B. Recomendaciones C. Lneas de investigaciones a realizar BIBLIOGRAFIAS: ANEXOS: Expediente Tcnico original hecha en concreto armado Planos en concreto armado Planos concluidos del proyecto de investigacin en diseo de aceros 18 de agosto de 2011

LISTA DE FIGURAS LISTA DE TABLAS


Presentado Perfil de Tesis a Uancv - Correcion

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