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

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 esbeltezTesi