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MEMORIA DE CÁLCULO DE ESTRUCTURA METALICA

PROYECTO: “MEJORAMIENTO Y AMPLIACIÓN DE LOS SERVICIOS DE EDUCACIÓN PRIMARIA Y SECUNDARIA DE LA I.E. N° 56392 DE LA COMUNIDAD CAMPESINA DE KAYNO, DISTRITO DE LIVITACA, PROVINCIA DE CHUMBIVILCAS – DEPARTAMENTO CUSCO

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MEMORIA DE CALCULO PARA ESTRUCTURA METALICA 1. PROGRAMA DE CÓMPUTO Para el análisis de la estructura metálica se empleó el programa SAP2000 versión 21.1 Este es un programa para análisis estructural y diseño de estructuras que incluye las mejores técnicas actualmente disponibles.

Modelamiento de la estructura de acero para la malla raschell con software SAP2000.

2. PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MATERIALES Para el análisis y diseño de la estructura metálica se han tomado los siguientes datos: 

Acero estructural ASTM A36 Resistencia a la fluencia

fy= 2530 kgf/cm2

Módulo de Elasticidad

E= 2000000kgf/cm2

Módulo de Poisson

μ=0.30

Peso Unitario del Acero

γ=7850 kgf/m3

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3. NORMATIVIDAD En todo el proceso de análisis y diseño se utilizarán las normas comprendidas en el Reglamento Nacional de Edificaciones (R.N.E.): 

Estructuras metálicas

Norma E-090



Cargas

Norma E-020



Diseño Sísmico

Norma E-030

4. CARGAS EQUIVALENTES Las cargas de diseño consideradas, son debidas al peso propio, a la carga viva y la carga por efectos sísmicos. Dichas cargas son como se detallan a continuación:

4.1 CARGAS MUERTAS Está constituido por el peso propio o carga permanente que provienen del peso de los diferentes elementos estructurales y no estructurales que conforman la estructura metálica tales como la malla raschell, vigas, columnas. Los valores empleados son los siguientes: 

Peso Propio de la Estructura Metálica Columna.



Peso Propio de la Estructura Metálica Viga secundaria.



Peso Propio de la Estructura Metálica Viga principal.



Peso Propio de la Malla Rashel.

4.2 CARGAS VIVAS Son las cargas que provienen del peso de los ocupantes, muebles, equipos, etc. Generalmente es una carga distribuida y móvil, podría extenderse a zonas precisas para obtener efectos más desfavorables. El RNE especifica las cargas vivas según el uso que se va a dar a la estructura que para este caso es una estructura metálica que se le aplicara una carga viva de mantenimiento igual al peso de una persona de peso promedio.

4.3 Carga Viento (W): Dentro de las cargas de viento se considera las especificaciones del reglamento E-020 del Reglamento Nacional de Edificaciones donde se define lo siguiente: La velocidad según el mapa eólico del Perú con ocurrencia es de 50 años no debe ser menor de 90 km/h, para nuestro caso en el Distrito de Livitaca, Provincia de Chumbivilcas, Región Cusco la velocidad es de 90 km/h pero nosotros calcularemos la velocidad de diseño según el reglamento nacional de edificaciones con la siguiente expresión:

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Mapa eólico del Perú (90 km/h).

Vh = V(

h 0.22 ) 10

Siendo: Vh = Velocidad de diseño V = velocidad según mapa eólico h = altura a diseñar

9.50 0.22 𝑉ℎ = 90 ∗ ( ) → 𝑉ℎ = 88.99 𝑘𝑚/ℎ 10 Por lo tanto se tomará una velocidad de diseño de 85 km/h.

La carga exterior (presión o succión) ejercida por el viento se supondrá estáticamente y perpendicularmente a la superficie a la cual se actúa. Se calculará de la expresión:

Ph = 0.005CVh 2 Siendo: Ph = Presión o succión del viento a una altura h en kg/m2 Vh = Velocidad de diseño definida anteriormente en Kg/m2

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C = Factor de forma a-dimensional indicado en la tabla 4

CONSTRUCCION Superficies verticales de edificios. Anuncios, muros aislados, elementos con una dimensión corta en la dirección del viento. Tanques de agua, chimeneas y otros de sección circular o elíptica. Tanques de agua, chimeneas y otros de sección cuadrada o

del RNE E-020

BARLOVENTO

SOTAVENTO

+0.8

-0.6

+1.5 +0.7 +2.0

rectangular. Arcos y cubiertas cilíndricas con un ángulo de inclinación que no

+0.8

exceda los 45º.

-0.8

Superficies inclinadas a 15º o menos.

Superficies inclinadas entre 15º y 60º. Superficies inclinadas entre 60º y la vertical.

+0.3 -0.7 +0.7 -0.3 +0.8

-0.5

-0.6

-0.6 -0.6

*El signo positivo indica presión y el negativo succión.

En Barlovento se tiene: 𝑃ℎ = 0.005 ∗ (−0.70) ∗ 902 → 𝑃ℎ = −28.35

𝑘𝑔𝑓 → 𝑆𝑈𝐶𝐶𝐼𝑂𝑁 𝑚2

En Sotavento se tiene: 𝑃ℎ = 0.005 ∗ (−0.60) ∗ 902 → 𝑃ℎ = −24.30

𝑘𝑔𝑓 → 𝑆𝑈𝐶𝐶𝐼𝑂𝑁 𝑚2

4.4 COMBINACIONES DE CARGA Para el diseño de columnas se consideró las combinaciones siguientes donde se procedió a encontrar la envolvente de los esfuerzos máximos según el RNE. De estas combinaciones se realizó la envolvente tomando los valores máximos y se realizó el respectivo diseño. Para el análisis de la estructura consideramos las siguientes combinaciones de carga según el método AISC LRFD. 1.4D 1.2D + 1.6L + 0.5*(Lr, S, R) 1.2D + 1.6S + 0.5L + 0.5W 1.2D + 1.3W + 0.5L + 0.5*(Lr, S, R) 1.2D + 1.6E + (0.5L + 0.2S) MEMORIA DESCRIPTIVA ESTRUCTURAS

0.9D – 1.3W – 1.5E Dónde: D: cargas muerta. L: cargas Vivas. S: carga de nieve. W: carga de viento. E: carga de sismo. Lr: Carga viva de pisos. R: Carga lluvia.

5. CONCEPCIÓN ESTRUCTURAL Debido a que se trata de una I.E., la consideramos como estructura importante (Categoría A) porque alberga un buen número de personas y por la seguridad con la que debe contar. Este diseño se consideró para una Velocidad de diseño de 85 km/h. El área donde se va a construir es un terreno plano, la sub-estructura está conformada por zapatas, de profundidad suficiente para contrarrestar la fuerza de inercia tanto en el sentido longitudinal, como transversal. El sistema estructural empleado es tipo pórtico de estructura metálica, brindándole la respectiva rigidez lateral.

La estructura está compuesta por secciones tubulares circulares de 10 pulgadas SCH 40 para las columnas (10”SCH40) la brida superior e inferior de las vigas principales perfil tubular circular de 10 pulgadas SCH 40 para las columnas (10”SCH40), las diagonales y montantes serán con perfiles circulares de 2 pulgadas SCH 40 (2”SCH40). Las Vigas secundarias están conformado la brida superior e inferior de las vigas principales perfil tubular circular de 6 pulgadas SCH 40 para las columnas (6”SCH40), las diagonales y montantes serán con perfiles circulares de 2 pulgadas SCH 40 (2”SCH40).

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Vista en elevación del pórtico principal.

Vista en elevación del pórtico secundario.

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Vista 3D de la estructura.

6. DESPLAZAMIENTOS DE LA ESTRUCTURA La estructura tiene desplazamientos producidos por el viento.

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Desplazamiento del viento en X (2.88 cm)

Desplazamiento del viento en Y (2.49 cm)

Para la verificación de los desplazamientos se comprobará que las derivas no superen el límite

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permitido por la norma El máximo desplazamiento se tiene en la dirección “X”, con 2.88 cm de desplazamiento la altura de al punto es de 10.00m, por lo cual la deriva es de Δ=0.0129. La deriva se encuentra dentro del rango para estructuras metálicas que no son edificios el limite se encuentra como máximo el doble de la deriva permisible menor a 0.02

7. DISEÑO DE LA ESTRUCTURA.

Diseño del Pórtico Principal.

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Diseño del Pórtico Secundario.

8. PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA Las consideraciones generales para lograr una buena soldadura de ángulos de acero ASTM A572 Grado 50, radica principalmente en el material de aporte, así:

Para todo tipo de soldadura emplear electrodos AWS E7018*, inclusive en los apuntalados. Los electrodos pueden emplearse en toda posición. Sin embargo, el diámetro de los electrodos a emplear varía de acuerdo a la posición de soldadura:

Emplear sólo electrodos secos. Soldar a temperatura ambiente, sin precalentamiento. Amperajes recomendados:

* OERLIKON-Supercito o similar.

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De preferencia usar corriente continua con el electrodo al polo positivo (polaridad invertida). Seguir las recomendaciones sobre los Tipos más frecuentes de Juntas presentadas en este manual. Mantener arco corto.

Para estas juntas no es necesario el tratamiento térmico de alivio de tensiones.

TIPOS MÁS FRECUENTES DE JUNTAS La finalidad de preparar adecuadamente la junta es asegurar la calidad de la unión soldada. A continuación, se muestran ejemplos de tipos más frecuentes de juntas entre perfiles angulares empleando cartelas.

JUNTA A TOPE Requiere fusión completa y total. Soldar de preferencia en posición plana. Prestar atención en la preparación de la junta. La separación de los bordes depende del espesor de los lados de los ángulos a soldar.

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Se sugiere iniciar la soldadura por la parte interna del ángulo. Luego, antes de aplicar la soldadura por la parte externa, biselar el reverso de la soldadura (raíz) hasta encontrar el metal limpio (sin escorias u otros defectos). Terminar la soldadura tratando de dejar un cordón uniforme con un refuerzo máximo de 1/8”.

Para biselar, emplear medios mecánicos (esmeril). No emplear electrodos para el biselado.

JUNTA DE FILETE Emplear electrodos de 2.5 mm (3/32”) en posiciones vertical ascendente y sobrecabeza (posiciones forzadas), asegurándose en estas posiciones el lograr buena fusión. Emplear siempre arco corto. El tamaño máximo de filete está de acuerdo al espesor del ángulo. Así se tiene:

INSPECCIÓN VISUAL Toda soldadura debe ser inspeccionada visualmente y para ser aceptada debe satisfacer las siguientes condiciones:

La soldadura no debe tener grietas. Debe existir fusión total entre las capas adyacentes del material de aporte y entre el material de aporte

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con el material base. Todos los cráteres deben ser rellenados para conseguir una sección completa de soldadura, exceptuando en los extremos de soldadura intermitente fuera de la longitud efectiva de soldadura.

PROCEDIMIENTO 

Soldar encuentros de ángulos a través de cartelas.



Soldar la cartela al perfil preparando los bordes a unir según las recomendaciones para juntas a tope. Emplear electrodos E7018 de 3/32” ó 1/8” de diámetro.



Seguir la secuencia indicada para soldar los ángulos (soldadura de filete) a la cartela.



El final del cordón debe quedar situado al extremo del ángulo. Rellenar el cráter final.

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