Memoria de calculos estructurales CURACAO BLUEFIELDS

MEMORIA DE
CALCULOS ESTRUCTURALES
Proyecto: TIENDA LA CURACAO BLUEFIELDS, UBICADA LA CIUDAD
DE BLUEFIELDS, REGION AUTONOMA DEL ATLANTICO
SUR DE NICARAGUA
Diseño: Ing. Jimmy Vanegas.
DESCRIPCIÓN
El proyecto consiste en el diseño estructural de lo que será la tienda de venta por
departamentos LA CURACAO, la cual se construirá en la ciudad de Bluefields, en la
región autónoma del atlántico sur de Nicaragua. El área de construcción es de
aproximadamente de 533.00 m², la cual cuenta con un solo nivel donde se distribuirán
los artículos de venta en este espacio, a como se indica en los planos arquitectónicos.
La estructura es a base de columnas de concreto reforzado de diferentes tamaños y
formas (Ver planos estructurales) y vigas metálicas y de concreto reforzado de secciones
y tamaños diferentes que formaran parte de la estructura principal y secundaria de la
edificación, tanto de las paredes exteriores, entrepiso y techo. También se propuso el
uso de armaduras o cerchas metálicas en las estructura de techo, ya que los claros a
cubrir son considerables y que todo este sistema de techo descansara en una sola
columna metálica ubicada en el centro de la edificación.
Las paredes de la edificación son a base del sistema tradicional conocido como
mampostería reforzada, la cual encierra o confina los mampuestos o bloques de
cemento con vigas y columnas de concreto reforzado. Las paredes internas serán de
materiales livianos y resistentes a la humedad como el panel de yeso MR, paneles JPM,
o el que se indica en los detalles arquitectónicos.
La de techo estará soportada por cerchas metálicas de diferentes dimensiones y la
cubierta de techo se fijara a la estructura principal por medio de cajas metálicas
fabricadas de secciones “C” (perlines) a como se indica en los planos estructurales,
estos elementos se encargaran de soportar la cubierta de techo de Zinc ondulado Cal.
26 y las cargas de techo que se especifican en el Reglamento Nacional de la
Construcción, RNC-07.
ESTRUCTURACIÓN DE LA OBRA.
La estructura principal está formada por marcos híbridos, compuestos de dos materiales,
como lo indica el RNC-07; las columnas son de concreto reforzado de secciones
rectangulares principalmente, secciones en ángulo abierto y secciones en “L”,
moduladas según ejes arquitectónicos indicados en los planos.
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Sobre estas columnas descansará la estructura metálica de techo compuesta por
cerchas del tipo CH-1, al tipo CH-4, a como se indica en los planos constructivos las que
soportaran las cargas del mismo, así como de los elementos secundarios para fijar la
cubierta del techo.
Esta estructura estará apoyada en zapatas aisladas y una viga tensora que se encargara
de evitar que estos elementos se desplacen lateralmente y provoque el colapso de la
estructura y a la vez hará que las cargas de las columnas sean transmitidas rápidamente
al suelo. Estos elementos serán capaces de resistir las cargas de servicio y cargas
dinámicas a que será sometida esta estructura.
La estructura de techo también formara un diafragma con el resto de la estructura con el
fin de rigidizar toda la estructura. Las paredes interiores en general son divisiones
livianas compuestas de láminas de Gypsum forradas en ambas caras, las que se
confinaran con la estructura propuesta.
El sistema de fundaciones consta de zapatas aisladas de concreto reforzado, las cuales
se cimentarán a una profundidad adecuada a fin de evitar el colapso de la estructura por
causa de los efectos de volteo, y teniendo cuidado de no exceder los esfuerzos en el
suelo, señalados en los estudios de suelos realizados para tal fin.
CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES
CONCRETO
Se usará concreto cuya resistencia a los 28 días de fabricado sea de f'c = 280 Kg/cm2
(4,000 psi), con un módulo de elasticidad Ec= 210,000 Kg/cm2 (3,000,000 psi) El peso
volumétrico del concreto reforzado es de 2,400 Kg/m3 (150 lb/ft3)
ACERO DE REFUERZO
El acero de refuerzo longitudinal deber ser corrugado del tipo ASTM A-40, con un
esfuerzo de fluencia fy = 2,800 Kg/cm2 (40,000 psi) y un módulo de elasticidad Es=
2,100,000 Kg/cm2 (30,000 Ksi) En tanto el acero transversal tendrá las mismas
características mecánicas que el longitudinal, pero con la excepción que se utilizarán
varillas lisas en el caso de la No.2. El peso volumétrico del acero es de 7,847.7 Kg/m3
(490 lb/ft3)
ACERO ESTRUCTURAL
Se usará acero del tipo A-36 para platinas y otros perfiles laminados. Para perfiles
doblados en frío, se usará acero con características según la designación ASTM-A245,
con una resistencia en el límite de fluencia estimada para Fy= 2,520 Kg/cm2 (36,000 psi)
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SOLDADURA
Se usará soldadura para aceros de base con Fy= 36,000 psi o menores, de la
clasificación de electrodos según ASTM A-233 E-6010, que tienen un esfuerzo admisible
al cortante de 13.6 Ksi. En los perfiles doblados en frío de espesores delgados, se
aplicará soldadura del tamaño del espesor del material base, la que alcanza una
capacidad de 100 Kg/cm por cada 1/16" de tamaño.
SUELOS
Por no contar con estudios de suelo del sitio de construcción, se asume un valor soporte
de 1.5 Kg/cm² para el caso de zapatas aisladas. Además, se considera un nivel de
desplante de 1.00 m y se asume un peso volumétrico del suelo igual a 1,600 Kg/m3.
BLOQUES
Según los fabricantes nacionales, la resistencia a la compresión de las unidades de
bloques a los 28 días de fabricados, alcanza valores de 1,300 psi (PROCON) y 1,600 psi
(MAYCO). Para fines de cálculo, consideraremos que las unidades alcanzan valores de
f'm= 55 Kg/cm² (780 psi) con relación al área neta. Las dimensiones de los bloques son
6" x 8" x 16" (15 x 20 x 40) cm.
CLASIFICACION DE LAS ESTRUCTURAS
CLASIFICACIÓN SISMICA Y COEFICIENTE SISMICO
Según las Normas Mínimas para la determinación de cargas debidas a sismos descritas
en el Titulo II de este reglamento, esta estructura posee las siguientes características:
-
Según el Arto 20: la estructura pertenece al grupo: B
-
Según Arto 21, a la estructura le pertenece un factos de reducción por ductilidad
de:
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-
El Arto 22, específica cual debe de ser el valor del factor de sobre resistencia:
-
Por su Ubicación geográfica, la ciudad de Bluefields, está ubicada en la zona “A”,
según el mapa de zonificación sísmica (figura 2, zonificación sísmica de
Nicaragua)
-
El Arto 25 de este reglamento, existen cuatro tipos de suelos, tomando la
consideración más desfavorable en este caso, ya que no existe estudio de suelo,
le pertenece un suelo TIPO III:
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-
Para este tipo de suelo, le corresponde un factos de amplificación S de Factor de
amplificación del suelo, S=2.4, Arto 25, Tabla #2
•
Valor de a0 para la ciudad de Bluefields: 0.11g, Anexo C mapa de Iso
aceleraciones.
El coeficiente sísmico se calcula de la siguiente manera:
C= 0.0891g, pero no menor de 0.264 g
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CLASIFICACIÓN POR VIENTO Y CARGAS DE PRESION Y SUCCION
-
El Arto. 45 establece el tipo de la estructura a considerar para que resistan las
cargas debidas al viento: TIPO 1
-
Para determinar la velocidad de diseño, se tiene que determinar los siguientes
factores:
-
Por su ubicación le corresponde un factor de rugosidad del terreno de R3
-
Considerando un periodo de retorno de 50 anos y por su ubicación en la ZONA 3,
le corresponde una velocidad regional VR, de: 56 m/s
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-
Como la altura es menor a los 10 metros, le corresponde un factor adimensional, Fα
de : 1.0
-
El Arto. 52, establece el modo como se tiene que calcular el factor de corrección
por topografía, FTR, al cual considera la rugosidad del terreno y el tipo de
topografía, a lo cual le corresponde un valor de: FTR =0.88
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-
De los parámetros antes calculados se establece la velocidad de diseño, VD, que
en este caso será igual a: 0.88*1.00*56 = 49.28 Kg/m2.
-
El Arto. 53, también establece cual debe ser la presión de diseño, PZ, en ambas
caras de incidencia del edificio, por lo que hay que determinar los factores de presión
en la zona de Barlovento y Sotavento.
.
PZB= 0.0479*0.8*49.282 = 93.061 Kg/m2 (Presión)
PZS= 0.0479*-0.4*49.282 = -46.530 Kg/m2 (Succión)
CARGAS Y PESOS
Carga muerta para techo:
Peso de Zinc Cal.26:
Peso de Lámparas + accesorios:
Peso de cielo de Gypsum:
Sobre carga adicional:
5.400 Kg/m²
06.00 Kg/m²
8.00 Kg/m²
8.00 Kg/m2
CM = 27.40 Kg/m²
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Cargas vivas de: Techo:
-Carga viva distribuida de 10 Kg/m², mas una concentrada de 200
Kg para elementos principales y de 100 Kg para elementos
secundarios, y una de 10 Kg/m² como carga viva reducida para los
efectos de sismo.
JUSTIFICACIÓN DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES
Estructura de techo
La estructura de techo presenta pendiente que varían entre el 18% y 21%, a tres aguas.
Para su diseño se escogieron los claros más críticos no soportados, donde la longitud
critica fue de 8.0 metros. La estructura resistente será metálica y consiste en cerchas
metálicas que acorde al Reglamento Nacional de la Construcción (RNC-07), serán de
espesor mínimo de 1/8".
1. Largueros
Se propone utilizar cajas metálicas de 4" x 8" x 1/8". El techo es de cubierta ondulada,
con una separación de 1.50 m. máximo entre cada larguero. Las cargas aplicadas son la
carga muerta de techo de 27.40 Kg/m2, más una carga viva distribuida de 10 Kg/m2 y
una concentrada de 100 Kg colocada al centro del claro.
El cálculo se llevo a cabo con la ayuda de una hoja de cálculos Excel preparada para tal
fin. A continuación se presentan los datos de entrada y salida de este análisis y diseño.
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Según se observa, el esfuerzo máximo resultante es de 862.975 Kg/cm² el cual resulta
menor que el esfuerzo permisible 1,518 Kg/cm², por tanto, las secciones propuestas de
4" x 8" x 1/8" separados a 1.5 m como máximo es adecuada.
2. Estructura principal de techo
Para el soporte de la cubierta y de la estructura de largueros se propone utilizar cerchas
metálicas de diferentes peraltes compuestas de angulares dobles de 3”x3”x1/8” como
cuerdas superiores e inferiores y de angulares de 2.5”x2.5”x1/8” como elementos
diagonales y verticales.
A continuación se muerta el resultado de los datos de entrada y salida del análisis
practicado a este tipo de elementos.
Igualmente estos elementos fueron modelados, analizados y diseñados con el programa
de análisis de estructuras Sap2000, donde también se mostraran los resultados de su
análisis y diseño.
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Para este análisis resultó crítica la combinación de carga COMB-9 (1.2CM + CV + Sy +
0.3 Sx), siendo el elemento # 139 (viga de 4”x6”x1/8”) el más afectado, al trabajar a una
capacidad de 99% de su capacidad de resistencia máxima. El chequeo de este elemento
se muestra a continuación:
Análisis y diseño de Cuerda Inferior
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Análisis y diseño de elementos Verticales
Análisis y diseño de Cuerda Superior
7.2 Estructura principal resistente:
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La estructura principal del techo estará apoyada por una sola columna de sección
metálica Tipo “H” de 10”x10”x3/8” dispuesta según plano estructural de fundaciones.
El detalle de la revisión y análisis de este sistema de entrepiso se realizo en el programa
Sap2000. A continuación se muestra un resumen del análisis realizado a este elemento.
Para soportar las cargas de la edificación que atraviesan este elemento, de propuso el
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uso de una zapata aislada de 1.50x1.50 y de 26cm de espesor de losa con un desplante
de 100cm. El análisis y diseño de este elemento se hizo en una hoja de cálculos Excel
preparada para tal fin. A continuación se presenta el diseño de este elemento.
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Para este caso especifico se obtuvo una presión sobre el suelo de 0.45 Kg/cm² menor
que el valor soporte de suelo de 1.50 x 1.40 = 2.10 Kg/cm². El área de acero requerida
es satisfecha con varillas corrugadas espaciada como se indica en los planos
estructurales y en el cuadro resumen presentado al final de la hoja Excel presentada.
Parte de los marcos híbridos propuestos para esta estructura, se utilizaron columnas de
concreto reforzado en diferentes dimensiones y secciones. Para estos elementos se
utilizaron secciones equivalentes para simplificar la modelación tridimensional de la
estructura.
Para las secciones en forma de “L”, que tiene un momento de Inercia de 910,000.00
cm4, le corresponde una sección equivalente de 20cmx82cm. Para las columnas del tipo
C-4, con una Inercia de 260,000.00 cm4, le corresponde una sección equivalente de
20cmx54cm.
A continuación se muestran los resultados del análisis y diseño de estas secciones en el
problema SAP2000.
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Como fundación para estos elementos se propusieron el uso de zapatas aisladas
rectangulares de diferentes dimensiones, espesores y desplantes. A continuación se
muestra el resultado de este análisis y diseño en una hoja Excel preparada para tal fin.
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Para este caso especifico se obtuvo una presión sobre el suelo de 1.32 Kg/cm² menor
que el valor soporte de suelo de 1.50 x 1.40 = 2.10 Kg/cm². El área de acero requerida
es satisfecha con varillas corrugadas espaciada como se indica en los planos
estructurales y en el cuadro resumen presentado al final de la hoja Excel presentada.
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Para este otro caso especifico se obtuvo una presión sobre el suelo de 1.22 Kg/cm²
menor que el valor soporte de suelo de 1.50 x 1.40 = 2.10 Kg/cm². El área de acero
requerida es satisfecha con varillas corrugadas espaciada como se indica en los planos
estructurales y en el cuadro resumen presentado al final de la hoja Excel presentada.
En la estructura principal resistente se usaron elementos horizontales resistentes,
conocidos como vigas, de diferentes dimensiones. Para la viga corona se propuso una
sección de 20cmx30cm y como viga intermedia o de refuerzo de la mampostería se
utilizo una sección de 20cmx20cm. A continuación se presenta el análisis y diseño
realizado en el programa SAP2000.
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El resto de todos los demás elementos que forman parte de la estructura resistente de
este módulo, son de similares características estructurales soportando menores valores
de Momentos flexionantes, fuerzas axiales y Fuerzas cortantes, por lo que sus
dimensiones estarán regidas por la menor dimensión de un elemento estructural que se
puede utilizar en una construcción, que es una sección de 15cmx15cm reforzada con 4
varillas #3 y con estribos de varilla lisa #2.
Managua, Octubre de 2010
Ing. Jimmy Vanegas S.
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ANEXO “A”
Gráficos de la estructura modelada
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