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DATOS GENERALES DE LA ESTRUCTURA

TOMANDO EL ARCO METALICO MAS CRITICO:

PROPIEDADES DE LOS MATERIALESACERO : Arcos metalicos: Fy = 36 KSI 7.85 Tn/m3, 2,000,000 Kg/cm2

Fu = 58 KSI u = 0.30corrugado: Fy = 4200 Kg/cm2, 7.85 Tn/m3, 2,100,000 Kg/cm2

SOLDADURA: Electrodos: Fexx = 60 KSI (E70 XX - AWS, para acero liso)Fexx = 70 KSI (E70 XX - AWS, para acero corrug.)

COBERTURA: Pu = 8.50 (Calaminon curvo CU-6; catalogo fabricante)

DISEÑO DE COMPONENTES METALICOS.-

λc = Ec =

λc = Ec =

kg/m2

PLANTA GENERAL

ELEVACION ARCO METALICO

6.136.28

6.286.28

3.43

1.83 1.77 4.30 1.79 0.95 0.360.360.350.360.3512.60

32.90

6.516.58

6.586.58

6.4332.68

0.300.30

0.300.30

0.300.30

0.555.700.55 10.80

0.402.30

0.400.300.402.90

N.T. + 10.80

H= 2.25mN.T. + 10

.80H= 2.25m

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DISEÑO DE ARCOS METALICOS

Para un calculo inicial, se asume para todos los elementos: 5.00 cm2

TIPOS DE CARGAS: Identificando los tipos de cargas intervinientes en la Estructura:CARGA MUERTA (D):

Cobertura (catalogo fabricante): D1 = 8.50Estructura metalica (estimado a verificar): D2 = 20.00

� 28.50CARGA VIVA DE TECHO (Lr):

NTP E.020 - 2006 � 30.00CARGA DE VIENTO (W):

NTP E.030 - 2006 � 100.00 km/h (Mapa Eolico del Peru, zona Ica)θ = 0% = 0.00 ° = pendiente mas baja de la superficie, en grados (°)θ = 24.9% = 14.00 ° = pendiente promedio de la superficie, en grados (°)θ = 62.5% = 32.00 ° = pendiente maxima de la superficie, en grados (°)

NTP E.020 - 2007 � donde:θ ° barlovento sotavento la superficie, para "h"< 10m (kg/m2)

de 15° 0.70-0.60

C = factor de forma adimensional (de tabla izquierda)a 60° -0.30 (El signo positivo indica presión y el negativo succión)

BARLOVENTO: C = 0.70 � 35.00

BARLOVENTO: C = -0.30 � -15.00

SOTAVENTO C = -0.60 � -30.00

METRADO DE CARGAS: Calculando las cargas concentradas sobre los nudos de la brida superior:A = ancho tributario entre tijerales (m) = 6.58 m B = ancho tributario entre nudos de brida superior(m) = 0.70 m

� 131.27 kg

� 138.18 kg

CARGA DE VIENTO (W):BARLOVENTO: 161.21 kgDescomponiendo esta fuerza en componentes rectangulares: � 136.71 kg

(θ= 32ª) � 85.43 kg (en zona de alta pendiente)

(θ= 14ª) � 156.42 kg (en zona de baja pendiente)� 39.00 kg

BARLOVENTO: -69.09 kgDescomponiendo esta fuerza en componentes rectangulares: � -58.59 kg (en alta pendiente)

(θ= 32ª) � -36.61 kg

(θ= 14ª) � -67.04 kg (en baja pendiente)� -16.71 kg

SOTAVENTO -138.18 kgDescomponiendo esta fuerza en componentes rectangulares: � -117.18 kg (en alta pendiente)

(θ= 32ª) � -73.22 kg

(θ= 14ª) � -134.08 kg (en baja pendiente)� -33.43 kg

COMBINACIONES DE CARGAS: ESPECIFICACION A-4.1 LRFD:

ANALISIS ESTRUCTURAL:

PRE-DIMENCIONAMIENTO SECCION DE ELEMENTOS DEL ARCO:

�A =

kg/m2

kg/m2

WD = kg/m2

WLr = kg/m2

Vh =

Ph = Presión o succión del viento a una altura “h” perpendicular a

Considerando presion en el Barlovento: ρh = kg/m2

Considerando succion en el Barlovento: ρh = kg/m2

Se tiene succion en el Sotavento: ρh = kg/m2

CARGA MUERTA (PD): PD = (WD)(A)(B) , PD =

CARGA VIVA DE TECHO (PLr): PLr = (WLr)(A)(B) PLr =

PW = (ρh)(A)(B)

Considerando presion en el Barlovento: PWp-s =

PWx =

PWx = PW*sen(θ) y PWy = PW*cos(θ) PWy =

PWx =

PWy =

Considerando succion en el Barlovento: PWs-s =

PWx =

PWy =

PWx = PW*sen(θ) y PWy = PW*cos(θ) PWx =

PWy =

Se tiene succion en el Sotavento: PWs-s =

PWx =

PWx = PW*sen(θ) y PWy = PW*cos(θ) PWy =

PWx =

PWy =

Ph=0 .005 xCxV h2

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NUMERACION DE NUDOS Y BARRAS ESTADO CARGA MUERTA (PD)

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ESTADO CARGA VIVA DE TECHO (PLr) ESTADO CARGA DE VIENTO (PWp-s)

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DIAGRAMA-ENVOLVENTE DE DEFORMACIONES � Se observa que el punto con deflexion maxima esta

en la brida inferior, cuyo valor se considera aceptable

(+): traccion (-): compresion DIAGRAMA-ENVOLVENTE DE FUERZA AXIAL

DISEÑO DE ELEMENTOS A COMPRESION ESPECIFICACIONES AISC - LRFD 99:esfuerzo critico en compresion, para acero A-36 ……..(4)

esbeltes admisible � r > KL/60 ……..(5)

esfuerzo admisible (Ksi), ……..(6)

donde: Ø = 0.85 (en compresion) y � ……..(7)

DISEÑO DE Barra mas Pu = 10129.95 Kg = 22.31 Kips requiere: BRIDA INFERIOR: critica: L = 0.347 m = 13.64 pulg Ag = 1.037

N° 1 de (5): r > 0.227

� Se elige perfil: L 2" x 2" x 5/16" � Ag = 1.152 OK

0.601 pulg > r … OK

0.601 pulg > r … OKVERIFICACION POR ESBELTES:

de (7): � λc = 0.255 < 1.5 … OK 34.32 Kips > Pu OK

de (6): � Fcr = 35.037 Ksi

VERIFICACION POR PANDEO LOCAL:b = 2 = 2.00 " λ = 6.40 , = 12.667 > λ OKT = 5/16 = 0.313 " (no existe pandeo local)

VERIFICACION POR PANDEO FLEXOTORSIONAL:Del perfil: Xcg = 0.260 pulg

Ycg = 0.260 pulg = 0.858 pulg � = 0.816 pulgG = 11200 Ksi

b1 = b2 = b - T/2 = 1.84 pulg � = 0.07502

= 0.2546 < 1.5 � Fcry = 35.037 Ksi

luego: = 990.6131 � = 422.329 Ksi

luego: = 413.652 Kips > Pu = 22.31 OK � L 2" x 2" x 5/16"para toda la brida inferior

ESTADO CARGA DE VIENTO (PWs-s)

pulg2

pulg

pulg2 > Ag …...…

r x =

r y =

Puadm = Ø(Fcr)(Ag) =

T

b

K lr

= 60

λc =Klπ r √ F y

EAg =

Puφ Fcr

φ Fcr = 25.32 Ksi

Fcr = (0 .658λc2

) F y

bt

≤76

√F y

J =b1 t13

+b2 t 23

3

r__

o2= xo

2 + yo2 + r x

2 + r y2 H = 1 − [ xo

2 + yo2

r__

o2 ]

Fcrz = GJ

A r__

o2

λ c = Klr π √ Fy

ES : λ c ≤ 15 Fcry = (0 .658 λ c ) Fy

S : λ c > 15 Fcry =0.877

λ c2Fy

Fcrft =Fcrft + Fcrz

2H [ 1 − √ 4 Fcry Fcrz H

( f cry +Fcrz )2 ]

Pn = φ c F crft Ag

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DISEÑO DE Barra mas Pu = 9154.50 Kg = 20.16 Kips requiere: BRIDA SUPERIOR: critica: L = 0.347 m = 13.64 pulg Ag = 0.937

N° 113 de (5): r > 0.227

� Se elige perfil: L 2" x 2" x 1/4" � Ag = 0.938 OK

0.609 pulg > r … OK

0.609 pulg > r … OKVERIFICACION POR ESBELTES:

de (7): � λc = 0.251 < 1.5 … OK 27.94 Kips > Pu OK

de (6): � Fcr = 35.061 Ksi

VERIFICACION POR PANDEO LOCAL:b = 2 = 2.00 " λ = 8.00 , = 12.667 > λ OKT = 4/16 = 0.250 " (no existe pandeo local)

VERIFICACION POR PANDEO FLEXOTORSIONAL:Del perfil: Xcg = 0.263 pulg

Ycg = 0.263 pulg = 0.880 pulg � = 0.821 pulgG = 11200 Ksi

b1 = b2 = b - T/2 = 1.88 pulg � = 0.03906

= 0.2512 < 1.5 � Fcry = 35.062 Ksi

luego: = 602.1153 � = 227.632 Ksi

luego: = 181.394 Kips > Pu = 20.16 OK � L 2" x 2" x 1/4"para toda la brida superior

DISEÑO DE Barra mas Pu = 2097.12 Kg = 4.62 Kips requiere: DIAGONALES: critica: L = 0.347 m = 13.64 pulg Ag = 0.215

N° 109 de (5): r > 0.227 (preferible)

� Se elige varilla: Ø 3/4" (corrugado) � Ag = 0.442 OK

0.188 pulg > r … MAL (se obvia)

0.188 pulg > r … MAL (se obvia)VERIFICACION POR ESBELTES:

de (7): � λc = 0.816 < 1.5 … OK 5.27 Kips > Pu OK

de (6): � Fcr = 14.038 KsiØ 3/4" (corrugado)

similar para primeras 18 diagonales empezandode cada extremo, el resto: Ø 5/8"

DISEÑO DE SOLDADURAS ESPECIFICACIONES AISC - LRFD 99:

ESPESOR DE SOLDADURA: , Dmin = 1/8”

RESIST. POR SOLDADURA: (soldadura en ambas caras

RESIST. POR FRACTURA: de la plancha)

donde: T = 0.707(D) ademas: C.G. = Centro de Gravedad del Perfil = "Y" t = espesor del perfil L3 = ancho del perfilΦ = 0.75

por equilibrio de fuerzas: Pu = f 1 + f 2 + f 3 f 1 = Pu*(1-Y/L3)-f 3/2 ……(11)por esfuerzo neto de la soldadura del fondo: f 3 = (L3)(ΦRn).….(10) f 2 = Y*Pu/L3 - f 3/2 ……....(12)

Longitudes de soldadura: L1 = f 1/(ΦRn) > 4D …… (13) L2 = f 2/(ΦRn) 4D …… (14)

DISEÑO EN NUDO 62 (MAS CRITICO EN BRIDA SUPERIOR):DIAGONALES 84 Pu = 5.00 Kip , Seccion: Ø 3/4" (corrugado): L3 = 0.75 pulg Y = 0.375 pulg

pulg2

pulg

pulg2 > Ag …...…

r x =

r y =

Puadm = Ø(Fcr)(Ag) =

pulg2

pulg

pulg2 > Ag …...…

r x =

r y =

Puadm = Ø(Fcr)(Ag) =

Dmax = t - 1/16" < 1/2”

ΦRn = 2*Φ0.60Fexx (T )….…(8)

ΦRn = Φ0.60 Fu(t) …...…... (9)

T

b

bt

≤76

√F y

J =b1 t13

+b2 t 23

3

r__

o2= xo

2 + yo2 + r x

2 + r y2 H = 1 − [ xo

2 + yo2

r__

o2 ]

Fcrz = GJ

A r__

o2

λ c = Klr π √ Fy

ES : λ c ≤ 15 Fcry = (0 .658 λ c ) Fy

S : λ c > 15 Fcry =0.877

λ c2Fy

Fcrft =Fcrft + Fcrz

2H [ 1 − √ 4 Fcry Fcrz H

( f cry +Fcrz )2 ]

Pn = φ c F crft Ag

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Y 85: t = 1/4 pulg : Dmax = t - 1/16" = 3/16 pulg <1/2" D = 1/8 pulgDmin = 1/8” T = 0.088 pulg

de (8): 4.77 Kip/pulg , de (9): 6.525 Kip/pulg 4.772 Ksi (gobierna)de (10): f 3 = 0.00 Kip (obviando esta fuerza)de (11): f 2 = 2.50 Kip … OK (f2 > 0 ) � de (14): L2 = 0.52 pulg (long. minima = 4D)de (12): f 1 = 2.50 Kip … OK (f1 > 0 ) � de (13): L1 = 0.52 pulg (long. minima = 4D)

(similar para primeros 8 nudos de brida superior empezando de cada extremo; el resto: L= 0.50 pulg)

DISEÑO EN NUDO 2 (MAS CRITICO EN BRIDA INFERIOR):DIAGONALES 109 Pu = 9.25 Kip , Seccion: Ø 3/4" (corrugado): L3 = 0.75 pulg Y = 0.375 pulgY 110: t = 5/16 pulg : Dmax = t - 1/16" = 4/16 pulg <1/2" D = 1/8 pulg

Dmin = 1/8” T = 0.088 pulg

de (8): 4.77 Kip/pulg , de (9): 8.156 Kip/pulg 4.772 Ksi (gobierna)de (10): f 3 = 0.00 Kip (obviando esta fuerza)de (11): f 2 = 4.63 Kip … OK (f2 > 0 ) � de (14): L2 = 0.97 pulg (long. minima = 4D)de (12): f 1 = 4.63 Kip … OK (f1 > 0 ) � de (13): L1 = 0.97 pulg (long. minima = 4D)

(similar para primeros 7 nudos de brida inferior empezando de cada extremo; el resto: L= 0.50 pulg)

ΦRn = ΦRn = ΦRn =

ΦRn = ΦRn = ΦRn =