Propuesta de metodología para el análisis y diseño ante cargas de viento de estructuras metálicas de cobertura en infraestructuras deportivas menores en la ciudad de Arequipa
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Date
2019-10-15
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Publisher
Universidad Católica de Santa María
Abstract
En la ciudad de Arequipa, se han registrado daños por colapso de estructuras metálicas
ocasionados por un evento meteorológico poco considerado en la concepción de dichas
estructuras, el viento. Se tienen registros de velocidades de viento usuales, menores que las
consideradas por la Norma E.020 “Cargas”; además, se han presentado eventos anómalos con
datos de velocidades mayores que los promedio, los cuales ocasionaron destrucción de varias
estructuras construidas con acero; sin embargo, las velocidades en mención también resultaron
menores que las de diseño, lo que puede evidenciar las posibles deficiencias en el análisis y
diseño que se cometen por los especialistas y encargados al momento de la realización de esos
proyectos.
Por tal motivo, se requiere realizar el presente estudio enfocado en estructuras metálicas de
cobertura en infraestructuras deportivas menores por su habitualidad de uso por la población
arequipeña en sus actividades de recreación.
A través de las Oficinas de Obras Públicas de las Municipalidades Distritales de Yanahuara,
Cayma, Sachaca y José Luis Bustamante y Rivero, se obtuvieron los expedientes técnicos de
coberturas metálicas de los espacios recreativos en alusión, para, posteriormente, inspeccionar
planos y memorias de cálculo de las estructuras metálicas. Se tomó la determinación de realizar
visitas a dichos lugares, para terminar de recabar la información necesaria como fotografías y
posibles detalles constructivos no especificados en sus expedientes.
Una vez obtenida toda la información, se realizó clasificaciones de las coberturas obtenidas, la
primera basada, únicamente, en inspecciones visuales y los criterios de los realizadores de este
estudio, tomando en cuenta todas sus características físicas entre la que destacamos la
composición de las columnas de soporte; luego, se procedió al modelamiento de las estructuras
basado en los planos estructurales, respetando todos los detalles y tomando consideraciones
ideales de conexiones y fabricación de los elementos que las componen, aplicando presiones
de viento calculadas bajo los parámetros establecidos por la Norma E.020 “Cargas”, la cual fue
revisada y comparada con otras normativas extranjeras con el fin de descubrir sus deficiencias
y omisiones.
Después del análisis elástico, se pudo observar el real comportamiento de los elementos
estructurales de acuerdo a la distribución de las presiones de viento, logrando una segunda
clasificación según dichos indicadores
Se efectuó un análisis no lineal de las estructuras modeladas, para lo cual fue necesario un
profundo estudio de las técnicas y características necesarias para su realización, tomando la
decisión de la utilización de la técnica Pushover, para la cual se propuso ciertas modificaciones
que permitan su aplicación con patrones de carga de viento , aprovechando sus similitudes con
las cargas sísmica y, las características no lineales del acero estructural A36, que conforma la
totalidad de las coberturas analizadas.
Para el análisis inelástico, se insertaron rótulas plásticas a través de la obtención de diagramas
Fuerza-Desplazamiento y Momento-Curvatura en elementos que trabajan bajo fuerzas axiales
puras y, combinación de axiales y momentos flectores (columnas), respectivamente. Cabe
resaltar, que se tomó en cuenta la diferencia de performance de los elementos traccionados y
comprimidos, destacando la gran importancia de las longitudes efectivas en elementos
sometidos a compresión.
Tras un seguimiento paso a paso de la rotulación de los elementos, se descubrieron los
mecanismos de falla de este tipo de estructuras en análisis, pudiendo obtener sus velocidades
reales de falla y observar el comportamiento completamente diferente entre cada una de ellas
que reveló el gran error que cometen algunos proyectistas al copiar ciertos planteamientos
estructurales para la materialización de esta clase de infraestructura.
Como se mencionó previamente, los elementos a compresión deben tener un tratamiento
especial, para lo cual se realizaron tablas de diseño como propuesta para mejorar su
comportamiento y retrasar la ocurrencia de falla, mostrando longitudes de colocación entre
tramos, según los diámetros comerciales de acero estructural A36.
Finalmente, se realizó la propuesta de metodología de análisis de estructuras metálicas de
cobertura con todos los parámetros y consideraciones obtenidos de la presente investigación,
proporcionando procedimientos y recomendaciones de análisis que mejorarán el
comportamiento y buscará disminuir su vulnerabilidad en la ciudad de Arequipa, logrando así
nuestros objetivos propuestos al inicio de este estudio.
Palabras clave:
Estructuras metálicas, análisis no lineal “Pushover”, fuerza de viento, velocidad de viento,
mecanismo de falla, relación de esbeltez
Description
Keywords
Estructuras metálicas, análisis no lineal “Pushover”, fuerza de viento, velocidad de viento, mecanismo de falla, relación de esbeltez