UNIVERSIDAD PRIVADA DEL VALLE FACULTAD DE TECNOLOGA CARRERA DE INGENIERIA CIVIL

DISEO ESTRUCTURAL DE CUBIERTA METALICA PARA ESPACIO DEPORTIVO POLIFUNCIONAL

PROYECTO FINALPARA LA MATERIA DEESTRUCTURAS METALICAS

Integrantes: Alvaro Campero Ayllon Rene Murillo Cuba Juan Pablo Rojas Alcocer Alejandro Tordoya Canedo Jhonny Sarmiento Via

Materia: Estructuras Metlicas

Docente: Ing. Vctor Arnz Camacho

Grupo: A

Cochabamba BoliviaNoviembre 2009

INDICE

1.INTRODUCCIN12.OBJETIVOS22.1.OBJETIVO GENERAL22.2.OBJETIVOS ESPECFICOS23.MEMORIA DE CALCULO23.1.DETERMINACION DE LA GEOMETRIA23.2.DETERMINACION DE SECCIONES33.3.DETERMINACION DE CARGAS:43.3.1.CARGAS MUERTAS:43.3.2.CARGAS VIVAS:43.3.3.CARGAS AMBIENTALES:53.4.CARGAS APLICADAS:73.5.ESFUERZOS INTERNOS:83.7.DISEO DE UNIONES:12ANEXOS14

1. INTRODUCCINSe conoce como acero a la aleacindehierroque contiene entre un 0,04 y un 2,25% de carbono y a la que se aaden elementos como nquel, cromo, manganeso, silicio o vanadio, entre otros.Elaceroseobtieneeliminando las impurezas del arrabio, producto de fundicin de los altos hornos, y aadiendo despus las cantidades adecuadas de carbono y otros elementos. La principal dificultad para la fabricacin del acero es su elevado punto de fusin, 1.400C, que impide utilizar combustibles y hornos convencionales. En 1855, Henry Bessemer desarroll el horno o convertidor que lleva su nombre y en el que el proceso de refinado del arrabio se lleva a cabo mediante chorros de aire a presin que se inyectan a travs del metal fundido. En el proceso Siemens-Martin, o de crisol abierto, se calientan previamente el gas combustible y el aire por un procedimiento regenerativo que permite alcanzar temperaturas de hasta 1.650C.Losacerosseclasifican en: aceros al carbono, aceros aleados, aceros inoxidables, aceros de herramientas y aceros de baja aleacin ultrarresistentes. Los aceros al carbono contienen diferentes cantidades de carbono y menos del 1,65% de manganeso, el 0,60% de silicio y el 0,60% de cobre. Los aceros aleados poseen vanadio y molibdeno adems de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbono. Los aceros inoxidables llevan cromo y nquel, entre otros elementos de aleacin. Los aceros de herramienta contienen volframio, molibdeno y otros elementos de aleacin que les proporcionan mayor resistencia, dureza y durabilidad. Los aceros de baja aleacin ultrarresistentes tienen menos cantidad de elementos de aleacin y deben su elevada resistencia al tratamiento especial que reciben.Laspropiedadesfsicas del acero y su comportamiento a distintas temperaturas varan segn la cantidad de carbono y su distribucin en el hierro. Antes del tratamiento trmico, la mayor parte de los aceros son una mezcla de tres sustancias: la ferrita, blanda y dctil; la cementita, dura y frgil; y la perlita, una mezcla de ambas y de propiedades intermedias. Cuanto mayor es el contenido en carbono de un acero, menor es la cantidad de ferrita y mayor la de perlita: cuando el acero tiene un 0,8% de carbono, est compuesto por perlita. El acero con cantidades de carbono an mayores es una mezcla de perlita y cementita. Al elevar la temperatura del acero, la ferrita y la perlita se transforman en austenita, que tiene la propiedad de disolver todo el carbono libre presente en el metal. Si el acero se enfra despacio, la austenita vuelve a convertirse en ferrita y en perlita, pero si el enfriamiento es repentino, la austenita se convierte en martensita, de dureza similar a la ferrita, pero con carbono en disolucin slida2. OBJETIVOSA continuacin se presentan los objetivos que se pretende cumplir con el desarrollo y elaboracin del proyecto.2.1. OBJETIVO GENERALAnalizar los factores que influyen en el diseo de una cubierta metlica destinada a cubrir un espacio deportivo polifuncional.2.2. OBJETIVOS ESPECFICOSa) Identificar los factores que afectan en la determinacin de secciones para el diseo de una cubierta metlica destinada a cubrir un espacio deportivo polifuncional.b) Determinar la incidencia de los factores que influyen en la determinacin de secciones para el diseo de una cubierta metlica destinada a cubrir un espacio deportivo polifuncional.

3. MEMORIA DE CALCULO3.1. DETERMINACION DE LA GEOMETRIALa forma estructural seleccionada para el diseo de una cubierta metlica destinada a cubrir un espacio deportivo polifuncional consta de una configuracin a base de cerchas metlicas configuradas en diferentes ngulos y apoyadas sobre columnas metlicas de similar configuracin de celosa interna.

3.2. DETERMINACION DE SECCIONESLas secciones usadas para la construccin de la cubierta metlica sern seleccionadas de los perfiles metlicos disponibles en el mercado boliviano, que en su mayora son laminados en frio.Par fines electivos, se usaran los perfiles disponibles en los catlogos de la importadora FERROTODO.

3.3. DETERMINACION DE CARGAS:Las cargas consideradas en el diseo de la estructura de cubierta, son detalladas a continuacin:

3.3.1. CARGAS MUERTAS:Estas cargas sern consideradas y simuladas por el paquete estructural elegido y utilizado para la obtencin de los esfuerzos internos de la estructura, que en este caso es el programa SAP 2000 v. 10.A estas se adiciona el peso propio del tipo de cubierta seleccionada que en este caso son calaminas plana N 28; dicha placa considera un esfuerzo promedio de 15 kg/m2 sobre la superficie de apoyo de las mismas.

3.3.2. CARGAS VIVAS:Las cargas vivas consideradas en el diseo tienen origen en e montaje de la estructura y en el servicio y uso de la misma de la misma, el valor de esfuerzo considerado es de 40 kg/m2 sobre la superficie de apoyo en las cubiertas.

3.3.3. CARGAS AMBIENTALES:Las cargas ambientales fueron consideradas de acuerdo a la probabilidad de ocurrencia de fenmenos climticos perjudiciales para la estructura.Teniendo en cuenta estas consideraciones, es que para el clculo estructural de la cubierta metlica, solo se contemplan las cargas de viento.Los valores de presin del viento en las direcciones correspondientes del mismo, son calculados de conforme las condiciones impuestas por la norma AISC y el mtodo LRFD, que expresan que la presin del viento, deber ser calculada con la siguiente expresin:

Donde:Cs: Coeficiente dependiente de la forma de la estructura, para el caso de cubiertas metlicas, adopta el valor de 1,3. De acuerdo a la direccin del viento, se considera 0,8 para el barlovento y 0,5 para el sotavento.v: Velocidad del viento en millas/hora.

La transformacin de los esfuerzos por unidad de rea aportados a la estructura, se reducirn a cargas distribuidas linealmente sobre las correas de apoyo de la cubierta de la estructura por el mtodo de las reas de influencia.

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3.4. CARGAS APLICADAS:Las cargas aplicadas a la estructura, en el programa de anlisis estructural SAP 2000 son las detalladas a continuacin:

BARRAAREA DE INFLUENCIAm2LONGITUDmCARGA CUBIERTAkg/mCARGA SERVICIOkg/mPRESION DE VIENTOkg/m2BARLOVENTOkg/mPRESION DE VIENTOkg/m2SOTAVENTOkg/m

135,5430,917,2534,5014,7917,019,2410,63

264,8930,931,5063,0014,7931,069,2419,41

364,8930,931,5063,0014,7931,069,2419,41

435,5430,917,2534,5014,7917,019,2410,63

529,3630,914,2528,5014,7914,059,248,78

652,5330,925,5051,0014,7925,149,2415,71

752,5330,925,5051,0014,7925,149,2415,71

852,5330,925,5051,0014,7925,149,2415,71

952,5330,925,5051,0014,7925,149,2415,71

1052,5330,925,5051,0014,7925,149,2415,71

1129,3630,914,2528,5014,7914,059,248,78

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3.5. ESFUERZOS INTERNOS:Los esfuerzos internos de la estructura fueron obtenidos usando el paquete de simulacin estructural SAP 2000.TABLE: Element Forces - Frames

FramePM3V3

215745,54323,532384,12

215746,43326,612385,12

215747,32334,052222,82

243514773,57326,372223,82

282314778,07333,872230,25

282314778,96326,372231,25

282314779,85333,872222,82

321114773,57323,532223,82

359915745,54326,612384,12

359915746,43334,052385,12

MAX15747,32334,052385,12

El cuadro mostrado, especifica los mayores esfuerzos obtenidos por la simulacin estructural.

El detalle de los miembros ms solicitados, para proceder al diseo de los miembros y uniones, se detallara a continuacin:

Geometra deformada:

Diagrama de Momentos Flectores:

Diagrama de Esfuerzos Axiales:

Tabla de Deformaciones mximas:TABLE: Joint Displacements

JointU1U2U3R1R2R3

190,038147-0,0000180,0014820,000131-0,000386-0,000187

200,0382970,0000120,0021440,0002050,002303-0,000206

260,0379920,00020,0023640,0001450,000411-0,000245

270,0382290,0002570,0010770,000228-0,00169-0,000288

2280,0374180,0000046050,0010420,0050080,00157-0,00507

11690,037418-0,0000046050,001042-0,0050080,001570,00507

11900,0381470,0000180,001482-0,000131-0,0003860,000187

11910,038297-0,0000120,002144-0,0002050,0023030,000206

11970,037992-0,00020,002364-0,0001450,0004110,000245

11980,038229-0,0002570,001077-0,000228-0,001690,000288

MAX0,0382970,0018450,0089230,0065570,0142760,01202

3.6. COMPROBACION DE SECCIONES:

Verificacin a flexinMn=334.05 kg*m=334050 kg*mm

Verificacin a compresin:

Las secciones a usarse son: Cuerdas y Columnas: C(125x50x15x2) Celosa: U(80x40x2) Correas: C(100x40x15x2)

Cabe indicar que todas las secciones elegidas para la construccin de la cubierta, son laminadas en frio; esto se debe a que son las mas frecuentes en el mercado boliviano.

3.7. DISEO DE UNIONES:Unin empernada fundacin-columna:Para este fin se usara un perfil angular L (2x2x3/16) en ambos lados de la columna; la unin ser idntica en todas las columnas, ya que se utilizara el valor mximo de esfuerzo de traccin axial en toda la estructura:

Dimetro de los pernos: 5/8

Unin soldada Celosa-Cuerda:

ANEXOS