Ing. Ronald Gabriel Soto Construcciones, Supervisión, y Consultoría de obras verticales y horizontales Cel.: 7785-2230; 8488-3846 Chichigalpa-Chinandega-Nicaragua; [email protected] 1 MEMORIA DE CALCULO ESTRUCTURAL PROYECTO: Construcción de Planta alta Uponic-Chinandega UPONIC-Chinandega Ing. Ronald Gabriel Soto Ingeniero Estructural Lic. MTI 7569 Octubre, 2019 Ing. Ronald Gabriel Soto, Ingeniero estructural. Ing. Ronald Gabriel Soto Construcciones, Supervisión, y Consultoría de obras verticales y horizontales Cel.: 7785-2230; 8488-3846 Chichigalpa-Chinandega-Nicaragua; [email protected] INDICE 2 1– Generalidades……………………………………………………………………………….………. pág. 3 2– Objetivos………………………………………………………………………………………….……. pág. 3 3– Metodología…………………………………………………………………………………….……. pág. 4 4– Parámetros de carga……………………………….……………………………………….……. pág. 4 5– Pesos unitarios de carga muerta………………………………..…………………….……. pág. 4 6– Pesos unitarios de carga viva y ceniza………………………...…………………………. pág. 4 7– Pesos unitarios de carga viva reducida………………….…...………………..….……. pág. 4 8– Análisis estructural (Viento y Sismo)……………………………………………..…….…. pág. 5 10– Diseño de entrepiso……………………………………..…..….....………………..…….…. pág. 15 11– Cargas en la estructura………………….……………..…..….....………………..…….…. pág. 19 12- Deformada de la estructura…………………..…….......……….……....……..…….…. pág. 22 13– Relación demanda-capacidad para todos los elementos de la estructura pág. 25 14– Diseño de la zapata…………………..........................……….……....……....…….…. pág. 26 15- Planos Anexos…………………..........................……….……....……....………….….…. pág. 30 Ing. Ronald Gabriel Soto, Ingeniero estructural. Ing. Ronald Gabriel Soto Construcciones, Supervisión, y Consultoría de obras verticales y horizontales Cel.: 7785-2230; 8488-3846 Chichigalpa-Chinandega-Nicaragua; [email protected] 3 1 - GENERALIDADES Se ha solicitado realizar análisis y diseño estructural de una planta lata para uso de aulas de clases universitarias, ubicado en el municipio de Chinandega departamento de Chinandega. El método de diseño utilizado es el AISC-360-10. En el cual se consideran los siguientes criterios: seguridad, eficiencia, rapidez de ejecución y economía. La dirección transversal de la estructura a diseñar consta de un marco ortogonal con un sólo claro de 5.00 metros cada uno de dos plantas. La dirección longitudinal consta de un marco ortogonal de cinco claros cuya modulación es de 4.00 metros y un último de 2.00 metros. El techo está soportado por una cercha. Los elementos estructurales principales serán tubos rectangulares o armaduras de angulares de acero de acuerdo a especificaciones del código ASTM A36 Grado 36. El análisis estructural de la edificación se realizará en tres dimensiones y para el diseño estructural, se tomarán los elementos críticos y se diseñarán vigas, columnas. La localización propuesta del proyecto será en la ciudad de Chinandega, específicamente del colegio María Auxiliadora una cuadra al este. Su uso será para aulas de clases universitarias. El diseño del edificio debe ser antisísmico. Se tratará el análisis estructural del edificio estimando las cargas muertas y de servicio según el Reglamento Nacional de la Construcción (RNC-07). 2 - OBJETIVOS Objetivo general: Realizar el diseño estructural en acero de un edificio para bodegas utilizando el método Longitud efectiva, siguiendo las normas AISC-360-10. Debido a que se requiere económica en la construcción del edificio. Objetivos específicos: Realizar análisis y diseño estructural utilizando el software “SAP 2000 Y Ram Advanse V9.5.1”. Diseñar elementos estructurales mediante el método Longitud efectiva, siguiendo códigos AISC-360-10, dichos elementos son: vigas, columnas, cercha, armaduras, mediante el uso de criterios de seguridad, eficiencia, rapidez de ejecución y economía. Brindar recomendaciones sobre la elección de perfiles más adecuados, de acuerdo a criterios establecidos en el objetivo 2. Ing. Ronald Gabriel Soto, Ingeniero estructural. Ing. Ronald Gabriel Soto Construcciones, Supervisión, y Consultoría de obras verticales y horizontales Cel.: 7785-2230; 8488-3846 Chichigalpa-Chinandega-Nicaragua; [email protected] 4 3 – METODOLOGIA La metodología que se siguió en la elaboración de este trabajo es la siguiente: 1- Determinación de cargas de diseño sobre la estructura. 2- Idealización de la estructura mediante el programa SAP2000. 3- Análisis estructural mediante el software “SAP 2000 V20.1.0”. 4- Diseño de elementos estructurales mediante el software “SAP 2000 V20.1.0 y RAM-Advanse V9.5.1”. 5- Diseño de zapatas, de acuerdo a los códigos correspondientes. 4 – PARAMETROS DE CARGA Materiales de construcción para el edificio. • Superestructura y elementos secundarios Acero A-36. Concreto 210 kg/m2 Fy: 36KSI F’C: 3 KSI Fu: 58 KSI E: 3,091.74 KSI E: 29,000 KSI γc: 2,400 kg/m3 γs: 7,850 kg/m3 Suelo σadm=0.75 kg/cm2 Winkler=1.75 kg/cm3 γsuelo: 1,650 kg/m3 5 – PESOS UNITARIOS DE CARGA MUERTA El peso de los componentes de cubiertas de techo, y paredes se calcula con base en pesos volumétricos o de área, especificados por el anexo A del Reglamento Nacional de la Construcción (RNC-07). • Cubierta de techo o Lámina de zinc troquelado cal. 26 (RNC-07 tabla 1A): 5.40 Kg/m2 • Paredes exteriores o Láminas de gypsum con perfilería de aluminio: 60.00 Kg/m2 6 – PESOS UNITARIOS DE CARGA VIVA Y CENIZA • Techo liviano (RNC-07, Arto. 11): 10.00 Kg/m2 • Carga concentrada de techo para perlin (RNC-07, Arto. 11): 100.00 Kg. • Carga concentrada para cercha: 200.00 Kg • Carga de Ceniza (RNC-07, Arto. 14): 20.00 Kg/m2 7 – PESOS UNITARIOS DE CARGA VIVA REDUCIDA • Techo liviano (RNC-07, Arto. 11): 10.00 Kg/m2 Ing. Ronald Gabriel Soto, Ingeniero estructural. Ing. Ronald Gabriel Soto Construcciones, Supervisión, y Consultoría de obras verticales y horizontales Cel.: 7785-2230; 8488-3846 Chichigalpa-Chinandega-Nicaragua; [email protected] 5 8 - ANALISIS ESTRUCTURAL Se procederá a realizar el análisis estructural mediante el método de análisis estático, haciendo uso según uso al RNC-07. Es importante mencionar que este método puede utilizarse siempre y cuando la estructura a analizar no sea mayor de 40 metros de altura en caso de ser una estructura regular, o mayor de 30 metros en caso de ser una estructura irregular. La estructura que se propone en este caso, tiene una altura de 7.15 m (cumbrera) y tiene diafragmas rígidos en el techo, por lo que se optó por el método de análisis estático. Todas las fuerzas calculadas mediante el software de diseño SAP 2000 v20.1.0, se utilizarán para revisar los distintos elementos siguiendo los códigos de diseño correspondientes. 8.1 - Análisis de viento El análisis de viento se realiza de acuerdo al Título IV del (RNC-07): Análisis por carga de viento. Cálculo de la velocidad de diseño, según RNC-07: VD = FTR Fα VR Donde: VD = Velocidad de diseño FTR = Factor adimensional correctivo que toma en cuenta las condiciones locales relativas a la topografía y a la rugosidad del terreno en los alrededores del sitio de desplante. Fα = Factor adimensional que toma en cuenta la variación de la velocidad con la altura VR = Velocidad regional según la zona que le corresponde al sitio en donde se construirá la estructura. • Determinación de la Velocidad Regional (V R): El proyecto se encuentra en la zona eólica 2 (Chinandega), Según lo establece el Arto. 50 del RNC-07 Ing. Ronald Gabriel Soto, Ingeniero estructural. Ing. Ronald Gabriel Soto Construcciones, Supervisión, y Consultoría de obras verticales y horizontales Cel.: 7785-2230; 8488-3846 Chichigalpa-Chinandega-Nicaragua; [email protected] 6 La estructura a diseñar se clasifica como Grupo A, ya que forma parte de las Estructuras esenciales, su grado de seguridad requerido es alto, su importancia estratégica para atender a la población inmediatamente después de ocurrido un desastre es necesario que permanezcan operativas luego de un sismo intenso, Las estructuras del Grupo A se diseñarán con los valores de 200 años de periodo de retorno, según lo establece el Arto. 50 del RNC-07. Por lo tanto, le corresponde una velocidad regional de VR = 60.00 m/s • Determinación del factor de variación por altura (Fα): La altura máxima del edificio es de 7.15 m, y se cumple el siguiente criterio: Fα = 1.00 si Z (altura) ≤ 10 m. Según lo establece el Arto. 51 del RNC-07. Por lo tanto, Fα = 1 • Determinación del factor correctivo por topografía y rugosidad (FTR) Ing. Ronald Gabriel Soto, Ingeniero estructural. Ing. Ronald Gabriel Soto Construcciones, Supervisión, y Consultoría de obras verticales y horizontales Cel.: 7785-2230; 8488-3846 Chichigalpa-Chinandega-Nicaragua; [email protected] El tipo de rugosidad del terreno se supone como R4 (Rodeado de construcciones mediana y baja altura), y topografía tipo T1 (Ya que la construcción esta encerrada en paredes adyacentes). Con los parámetros anteriores, el factor de topografía y rugosidad del terreno es FTR = 0.66. • Cálculo de la velocidad de diseño (VD): VD = FTR Fα VR = 60.00 m/s x 1.00 x 0.66 VD= 39.60 m/s Ing. Ronald Gabriel Soto, Ingeniero estructural. 7 Ing. Ronald Gabriel Soto Construcciones, Supervisión, y Consultoría de obras verticales y horizontales Cel.: 7785-2230; 8488-3846 Chichigalpa-Chinandega-Nicaragua; [email protected] • Cálculo de los Coeficientes locales de presión (CP): 8 Calcularemos el ángulo Ɵ= tan-1(0.75 m / 5.00 m) = 8.53˚ Por lo tanto, 0.04Ɵ-1.6 = -1.25 (Tomaremos -0.8) Cp= 0.80 (Pared Barlovento) Cp= -0.40 (Pared Sotavento) Cp= -0.70 (Techo Barlovento) Cp= -0.80 (Techo Sotavento) • Cálculo de las presiones (PZ): La presión que ejerce el flujo del viento sobre una construcción determinada, PZ, en kg/m², se obtiene tomando en cuenta su forma y está dada de manera general por la siguiente ecuación: PZ= 0.0479CPVD2 kg/m2 (Arto. 53 RNC-07) PZ= 0.0479(0.80)(39.6 m/s)2 Pz= +60.09 kg/m2 PZ= 0.0479(-0.40)(39.6 m/s)2 Pz= -30.05 kg/m2 Pz= -52.58 kg/m2 Pz= -60.09 kg/m2 PZ= 0.0479(-0.70)(39.6 m/s)2 2 PZ= 0.0479(-0.80)(39.6 m/s) 8.2 - Análisis sísmico estático El artículo 32 del RNC-07 permite el uso del método estático equivalente para el análisis de una estructura regular de no más de 40 metros de altura, de acuerdo al artículo 30, inciso “b”, lo cual corresponde a la estructura bajo estudio. De acuerdo a este método, la fuerza sísmica basal es el peso total de la estructura multiplicada por un coeficiente “C” que se define en el artículo 24 del RNC-07, y de esta manera se determinan las fuerzas cortantes Ing. Ronald Gabriel Soto, Ingeniero estructural. Ing. Ronald Gabriel Soto Construcciones, Supervisión, y Consultoría de obras verticales y horizontales Cel.: 7785-2230; 8488-3846 Chichigalpa-Chinandega-Nicaragua; [email protected] a diferentes niveles de una estructura. En general, las fuerzas sísmicas se distribuyen en cada nivel de una 9 estructura mediante la siguiente fórmula: Donde: Wi = peso de la i-ésima masa hi = es la altura de la i-ésima masa sobre el desplante c = coeficiente sísmico definido en el artículo 24 Consideraciones para el cálculo del coeficiente sísmico Revisión del artículo 20: Clasificación de la estructura (Grupo A) son aquellas estructuras que por su importancia estratégica para atender a la población inmediatamente después de ocurrido un desastre es necesario que permanezcan operativas luego de un sismo intenso, como hospitales, estaciones de bomberos, estaciones de policía, edificios de gobierno, escuelas, centrales telefónicas, terminales de transporte, etc. Revisión del artículo 21: • Factor de reducción de ductilidad Se utiliza Q = 2 ya que cumple con los requisitos del inciso c) del artículo 21. Se determinará el valor de Q’ de acuerdo a las disposiciones del artículo 23. Revisión del artículo 22: • Factor de reducción por sobre-resistencia Este factor es constante y se define como Ω = 2 Revisión del artículo 23. • Condiciones de regularidad 1. Su planta es sensiblemente simétrica con respecto a dos ejes ortogonales por lo que corresponde a masas, así como a muros y otros elementos resistentes. Estos son, además, sensiblemente paralelos a los ejes ortogonales principales del edificio. El edificio es sensiblemente simétrico con respecto a dos ejes ortogonales, por lo tanto, cumple. 2. La relación de su altura a la dimensión menor de su base no pasa de 2.5, cumple. 3. La relación de largo a ancho de la base no excede de 2.5, No cumple. Ing. Ronald Gabriel Soto, Ingeniero estructural. Ing. Ronald Gabriel Soto Construcciones, Supervisión, y Consultoría de obras verticales y horizontales Cel.: 7785-2230; 8488-3846 Chichigalpa-Chinandega-Nicaragua; [email protected] 4. En planta no tiene entrantes ni salientes cuya dimensión exceda de 20 por ciento de la dimensión de la planta medida paralelamente a la dirección que se considera del entrante o saliente. Ninguna de las entrantes o salientes del edificio excede el 20% de la dimensión de la planta medida paralelamente a la dirección a considerar, por lo tanto, el edificio cumple. 5. En cada nivel tiene un sistema de techo o piso rígido y resistente, cumple. 6. No tiene aberturas en sus sistemas de techo o piso cuya dimensión exceda de 20 por ciento de la dimensión en planta medida paralelamente a la abertura; las áreas huecas no ocasionan asimetrías significativas ni difieren en posición de un piso a otro, y el área total de aberturas no excede en ningún nivel de 20 por ciento del área de la planta. Ninguna de aberturas en el sistema de techo o piso del edificio excede el 20% de la dimensión de la planta medida paralelamente a la dirección a considerar, por lo tanto, el edificio cumple. 7. El peso de cada nivel, incluyendo la carga viva que debe considerarse para diseño sísmico, no es mayor que 110 por ciento del correspondiente al piso inmediato inferior, por ser un solo piso, cumple. 8. Ningún piso tiene un área, delimitada por los paños exteriores de sus elementos resistentes verticales, mayor que 110 por ciento de la del piso inmediato inferior ni menor que 70 por ciento de ésta. Por ser un solo piso, cumple. 9. Todas las columnas están restringidas en todos los pisos en dos direcciones sensiblemente ortogonales por diafragmas horizontales y por trabes o losas planas, se colocan tensoras en cada panel de techo para que funcionen como diafragma, cumple. 10. La rigidez al corte de ningún entrepiso excede en más de 50 por ciento a la del entrepiso Inmediatamente inferior, N/A, cumple. 11. La resistencia al corte de ningún entrepiso excede en más de 50 por ciento a la del entrepiso inmediatamente inferior. N/A, cumple. 12. En ningún entrepiso la excentricidad torsional calculada estáticamente excede del diez por ciento de la dimensión en planta de ese entrepiso medida paralelamente a la excentricidad mencionada. N/A, cumple. Por tanto, luego de evaluar las condiciones de regularidad, se concluye que el edificio es irregular ya que se satisfacen todos los requisitos del artículo 23 a excepción del no. 3. Según el artículo 23, inciso d), el factor de reducción por ductilidad “Q‟ = 0.9*Q’. Por tanto, el factor Q’ a utilizarse para determinar el coeficiente sísmico será: Q’ = 1.8 Ing. Ronald Gabriel Soto, Ingeniero estructural. 10 Ing. Ronald Gabriel Soto Construcciones, Supervisión, y Consultoría de obras verticales y horizontales Cel.: 7785-2230; 8488-3846 Chichigalpa-Chinandega-Nicaragua; [email protected] Revisión del artículo 24: Coeficientes de diseño sismo-resistente 11 • Factor por zonificación sísmica El valor de aceleración máxima del terreno asignado a la zona de Chinandega (zona C) es a0= 0.3 12 Ing. Ronald Gabriel Soto, Ingeniero estructural. Ing. Ronald Gabriel Soto Construcciones, Supervisión, y Consultoría de obras verticales y horizontales Cel.: 7785-2230; 8488-3846 Chichigalpa-Chinandega-Nicaragua; [email protected] 12 12 Factor por tipo de suelo: Para el diseño se define un suelo tipo II (suelo firme con 360 < Vs < 750 m/s), el factor de amplificación seleccionado por el tipo de suelo es S=1.5. Cálculo del coeficiente sísmico: La siguiente fórmula propone un cálculo del coeficiente sísmico, si no se toma en cuenta el período fundamental de la estructura. 13 a= Sd; S=1.5; d= 2.7a0 a= 1.5*2.7*(0.3*1.5) = 1.8225 c= 1.8225/ (1.8*2) c= 0.50 c nunca debe ser menor que: c= S*a0= 1.5*0.3= 0.45 Ing. Ronald Gabriel Soto, Ingeniero estructural. Ing. Ronald Gabriel Soto Construcciones, Supervisión, y Consultoría de obras verticales y horizontales Cel.: 7785-2230; 8488-3846 Chichigalpa-Chinandega-Nicaragua; [email protected] 13 Por lo anterior, establecido por el RNC-07, hemos establecido 14 combinaciones de cargas para el diseño por resistencia ultima y 21 combinaciones para el diseño por esfuerzos permisibles, que incluyen cargas gravitacionales y sísmicas, en nuestro diseño no se considera fuerzas de viento ya que para el muro de fundación gobierna las combinaciones de sismo, se considera sismo en la dirección x e y más el 30% de la carga en la dirección opuesta, según corresponda, actuando simultáneamente en la estructura. Ing. Ronald Gabriel Soto, Ingeniero estructural. Ing. Ronald Gabriel Soto Construcciones, Supervisión, y Consultoría de obras verticales y horizontales Cel.: 7785-2230; 8488-3846 Chichigalpa-Chinandega-Nicaragua; [email protected] 10 – DISEÑO DE ENTREPISO 14 Diseño del entrepiso (Salones de clase-Secundaria y universidad) Se propone usar lamina troquelada 9A, con un espesor de t = 1/16", como se presenta en la figura: Datos de lámina 9A: Espesor: t = 1/16” =0.0016 m Alto de costilla: hr = 1 ½” =0.0381 m Ancho costilla: wr = 4” =0.1016 m Ancho costilla mayor: wr mayor = 5” =0.1270 m Mitad de costilla: wr/2 = 2” =0.0508 m Longitud en diagonal: = 1 4/7” =0.0402 m Base de la diagonal: = 1/2” =0.0127 m Franja de estudio: = 9” =0.2286 m Losa de concreto y mortero: Espesor del concreto: elosa = 2” =0.0508 m Espesor del mortero: emortero = 1” =0.0254 m 2.2 Cargas aplicadas: a) Peso ladrillo cerámico: WL cerámico= 30.00 kg/m² (RNC-07, Tab.3A) b) Peso del mortero: γMortero= 2,200 kg/m³ (RNC-07, Tab.5A) WMortero= 2,200*0.0254 = 55.88 kg/m² c) Peso del relleno de concreto: γConcreto= 2,400 kg/m³ (RNC-07, Tab.5A) Se ha dividido en dos zonas: Una rectangular y otra trapezoidal. Rectangular: WRect. = 2,400*0.0508 = 121.92 kg/m² Trapezoidal: ATrapz. = (0.127+0.1016)*0.0381/2= 0.00454 m2 eRell equiv. = 0.00454/0.2286= 0.0191 m2/m WTrapez.= 2,400*0.0191 = 45.84 kg/m² WRell conc.=121.92+45.84 = 167.76 Kg/m² Ing. Ronald Gabriel Soto, Ingeniero estructural. Ing. Ronald Gabriel Soto Construcciones, Supervisión, y Consultoría de obras verticales y horizontales Cel.: 7785-2230; 8488-3846 Chichigalpa-Chinandega-Nicaragua; [email protected] 15 15 d) Peso de lámina troquelada: = Acero γ 7,850 kg/m³, (RNC-07, Tab.5A) ATransv = (0.1016 + 2*0.0508 + 2*0.0402)*0.0016 = 0.000454 m² eEquiv = 0.000454/0.2286= 0.002 m²/m WL troquelada= 7,850*0.002 = 15.70 kg/m² Carga muerta: Ladrillo cerámico = 30.00 kg/m² Mortero = 55.88 kg/m² Relleno de concreto = 167.76 kg/m² Lámina troquelada = 15.70 kg/m² CM = 269.34 kg/m² Carga viva (Viviendas): CV = 250.00 kg/m² (RNC-07, Arto. 10) WTotal= CM+ CV = 269.34 + 250 = 519.34 kg/m² Para un ancho tributario S = l = 1.00 m WTotal= 519.34*1.00 = 519.34 kg/m Propiedades geométricas de lámina troquelada 9A. A = 20 cm²/m IX = 47 cm4/m SX = 24.7 cm4/m 2.3 Diseño por flexión a) Esfuerzo requerido: La lámina se considera como una viga simplemente apoyada, así el momento está dado por: MX = WTotal*l2/8= 519.34*1.002/8= 64.9175 kg-m = 6,491.75 kg-cm b) Esfuerzo actuante: fb = MX/SX= 6,471.75/24.7= 262.82 kg/cm² c) Esfuerzo resistente por flexión: FY= 2,530 kg/cm² E = 2, 038,902 kg/cm² Fb= 0.9*2,530= 2,277.00 kg/cm² Revisión: fb < Fb La sección es satisfactoria, 262.82 kg/cm² < 2,277.90 kg/cm² Ing. Ronald Gabriel Soto, Ingeniero estructural. Ing. Ronald Gabriel Soto Construcciones, Supervisión, y Consultoría de obras verticales y horizontales Cel.: 7785-2230; 8488-3846 Chichigalpa-Chinandega-Nicaragua; [email protected] 16 2.4 Revisión de la deflexión Δ= 5*(519.34 kg/m2*1.00 m)*(100 cm)3 384*(2, 038,902 kg/cm2)*(47 cm4) Δ= 0.070 cm Δpermisible= L/240 = 100 cm/240 = 0.42 cm (Arto. 82, RNC-07, pág. 70) Como Δpermisible > Δ Sección O.K! Diseño del refuerzo de la losa de concreto a) Acero mínimo: El ACI 318-05, Sec. 7.12. Refuerzo por contracción y temperatura, Ítems 7.12.2.1, especifica la cuantía de refuerzo mínima, al área gruesa de concreto. Usando varilla G40, el refuerzo mínimo por cada metro. b = 1.00 m = 100 cm (ancho tributario) eLosa = h = 2” = 5.08 cm As min=0.0020×b×h = As min = 0.002*100*5.08= 1.016 cm² b) Separación: El ACI 318-05, Sec. 7.6, Ítems 7.6.5, define la separación del refuerzo principal por flexión. s = 3 × h < 18" (45.72 cm) s = 3*2 = 6.00” (15.24 cm) 15.24 cm. < 45.72 cm. Cumple! Usar varilla lisa # 2 @ 15 cm en A/D Diseño de viguetas Vigueta de entrepiso Claro: L = 4.00 m Espaciamiento: s = 1 m Ancho tributario: 1 m f'c = 210 kg/ cm2 (3,000 psi) Fy = 2,530 kg/ cm2 (36,000 psi) EC = 255,917.00 kg/ cm2 (3,640 ksi) ES = 2.039x106 kg/ cm2 (29,000 ksi) Relación modular: n = ES / Ec = 7.97 hr (alto de costilla)= 3.81 cm (1.5”) Ing. Ronald Gabriel Soto, Ingeniero estructural. Ing. Ronald Gabriel Soto Construcciones, Supervisión, y Consultoría de obras verticales y horizontales Cel.: 7785-2230; 8488-3846 Chichigalpa-Chinandega-Nicaragua; [email protected] 17 2.7 Cargas Consideradas 1. Cargas de construcción: Losa (e=5 cm): 167.76 kg/m2 x 1 m = 167.76 kg/m Vigueta: 15 kg/m Lámina Troquelada: 15 * 1 m =15 kg/m 197.76 kg/m W1 Carga Viva de Construcción: 100 kg/m2 x 1m = 100 kg/m 2. Cargas aplicadas después de fraguado: Recubrimiento 30 kg/m2 Cerámica 30 kg/m² Cielo 10 kg/m² Instalaciones 20 kg/m² Carga viva: 250 kg/m² (Salones de clase-Secundaria y universidad) 340 kg/m2 W2 Carga sobre vigueta: 340 kg/m2 x 1 m = 340 kg/m Momento por construcción: MC= (W1+CVC)*l2/8= (197.76+100)*42/8= 595.52 kg-m Momento máximo = Mm + Mv Mmáx= W1*l2/8+W2*l2/8= 197.76*42/8+340*42/8= 1,075.52 kg-m Fuerza cortante máxima = (W1+W2)*l/2= (197.76+340)*4/2= 1,075.52 kg Ancho efectivo de la losa be = 2(1/8 x L) =2(1/8 x 3.75) = 0.94 m Rige! be = 2 (S / 2) =2 (1 / 2) = 1.00 m Módulo de sección requerido (Sx) Str para M máx. = Mmáx*100/(0.66*FY)= 1,680.50*100/(0.66*2,530)= 100.64 cm4 Suponiendo soporte lateral en el patín de compresión (Fb = 0.66Fy): Sa para Mc = MC*100/(0.66*FY)= 930.5*100/(0.66*2,530)= 55.73 cm3 Ensayar una caja de 4” x 6” x 1/8” (d=15.24 cm, Ia=524.07 cm4, Sa=68.77 cm3, A=15.72 cm2) Ing. Ronald Gabriel Soto, Ingeniero estructural. Ing. Ronald Gabriel Soto Construcciones, Supervisión, y Consultoría de obras verticales y horizontales Cel.: 7785-2230; 8488-3846 Chichigalpa-Chinandega-Nicaragua; [email protected] 18 Propiedades de la sección transformada a acero. bet = be/n = 94/7.97 = 11.79 cm Centroide de la sección transformada: yb= (bet*e1) (e1/2+hr+d) +As*d/2 (bet*e1)+As yb= (12.54*5.08)(5.08/2+3.81+15.24)+13.42*15.24/2 = 18.60 cm (12.54*5.08)+15.72 yt= d+hr+e1-yb= 15.24+3.81+5.08-18.60= 5.53 cm Aconc= 59.89 cm2 Iconc =128.50 cm4 Iacero = 524.07 cm4 Sacero= 68.77 cm3 Alma de acero que resiste cortante= 9.68 cm2 Momento de inercia de la sección transformada: It= Iconc+Aconc (e1/2+hr+d-yb)2+Ia+Aa (d/2-yb)2 It= 128.50+58.89*(5.08/2+3.81+15.24-18.60)2+524.07+15.72*(15.24/2-18.60)2 It= 3,074.26 cm4 Esfuerzos en los materiales. En el acero (antes de que el concreto fragüe): fs= MC/Sa= 595.52*100/68.77= 865.96 kg/cm2 < 0.66 Fy = 1,669.8 kg/cm2 OK! Después de que el concreto fragüe: En el acero: fs= Mmáx*yb/It= 1,075.52*100*18.60/3,074.26 = 650.72 kg/cm2 650.72 kg/cm2 < 0.9Fy = 2,277 kg/cm2 OK! En el concreto: fc= Mmáx*yt/ (n*It) = 1,075.52*100*5.53/ (7.97*3,074.26)= 24.27 kg/cm2 24.27 Kg/cm2 < 0.45f’C = 94.54 kg/cm2 OK! fv= Fc/Aacero= 1,075.52/9.68= 111.11 kg/cm2<0.40Fy= 1,012 kg/cm2 OK! Ing. Ronald Gabriel Soto, Ingeniero estructural. Ing. Ronald Gabriel Soto Construcciones, Supervisión, y Consultoría de obras verticales y horizontales Cel.: 7785-2230; 8488-3846 Chichigalpa-Chinandega-Nicaragua; [email protected] 19 Control de Deflexiones: Antes de que el concreto fragüe ΔCM = 5WL4 / 384 EIx ΔCM = 5*(297.76/100) (4 x 100)4 / (384*2.039 x 106*524.07) ΔCM = 0.94 cm < L/360 = 400 / 360 = 1.11 cm OK! Después de que el concreto fragüe ΔCV = 5WL4 / 384 EIt ΔCM = 5 (297.76 / 100) (400)4 / (384*2.039 x 106*3,074.26) ΔCM = 0.16 cm < L/360 = 400 / 360 = 1.11 cm OK! 11 – CARGAS EN LA ESTRUCTURA Carga muerta superpuesta (Debido al peso propio del entrepiso, y cubierta de techo, el peso propio de las columnas, vigas, cerchas, y paredes serán integradas por el programa a lo interno). Ing. Ronald Gabriel Soto, Ingeniero estructural. Ing. Ronald Gabriel Soto Construcciones, Supervisión, y Consultoría de obras verticales y horizontales Cel.: 7785-2230; 8488-3846 Chichigalpa-Chinandega-Nicaragua; [email protected] 20 Carga viva aplicada en el entrepiso y techo, incluye la ceniza volcánica Carga viva incidental en techo y entrepiso Ing. Ronald Gabriel Soto, Ingeniero estructural. Ing. Ronald Gabriel Soto Construcciones, Supervisión, y Consultoría de obras verticales y horizontales Cel.: 7785-2230; 8488-3846 Chichigalpa-Chinandega-Nicaragua; [email protected] 21 Viento en la dirección X Viento en la dirección Y Ing. Ronald Gabriel Soto, Ingeniero estructural. Ing. Ronald Gabriel Soto Construcciones, Supervisión, y Consultoría de obras verticales y horizontales Cel.: 7785-2230; 8488-3846 Chichigalpa-Chinandega-Nicaragua; [email protected] 22 12 – DEFORMADAS DE LA ESTRUCTURA Por carga muerta impuesta y peso propio Ing. Ronald Gabriel Soto, Ingeniero estructural. Ing. Ronald Gabriel Soto Construcciones, Supervisión, y Consultoría de obras verticales y horizontales Cel.: 7785-2230; 8488-3846 Chichigalpa-Chinandega-Nicaragua; [email protected] 23 Por sismo en X Ing. Ronald Gabriel Soto, Ingeniero estructural. Ing. Ronald Gabriel Soto Construcciones, Supervisión, y Consultoría de obras verticales y horizontales Cel.: 7785-2230; 8488-3846 Chichigalpa-Chinandega-Nicaragua; [email protected] 24 Por sismo en Y Ing. Ronald Gabriel Soto, Ingeniero estructural. Ing. Ronald Gabriel Soto Construcciones, Supervisión, y Consultoría de obras verticales y horizontales Cel.: 7785-2230; 8488-3846 Chichigalpa-Chinandega-Nicaragua; [email protected] 25 13 – RELACION DEMANDA-CAPACIDAD PARA TODOS LOS ELEMENTOS DE LA ESTRUCTURA Ing. Ronald Gabriel Soto, Ingeniero estructural. Ing. Ronald Gabriel Soto Construcciones, Supervisión, y Consultoría de obras verticales y horizontales Cel.: 7785-2230; 8488-3846 Chichigalpa-Chinandega-Nicaragua; [email protected] 26 RAM Footing Design Nombre del archivo:C:\Users\Ace\Documents\Diseños\UPONIC\Zapata_1_Tubos.ftd\ Sistema de unidades:Métrico Fecha Actual:24/10/2019 12:20 Resultados de Diseño Zapatas de Hormigón Armado ________________________________________________________________________________________________________________________ DATOS GENERALES: Estatus global Norma de Diseño Tipo de zapata Tipo de columna : : : : Bien ACI 318-05 Aislada Concreto Geometría Largo Ancho Espesor Profundidad de la base Area de la base Volumen de la zapata : : : : : : 1.65 [m] 1.65 [m] 0.30 [m] 1.20 [m] 2.72 [m2] 0.82 [m3] Largo de la columna Ancho de la columna : : 45.00 [cm] 45.00 [cm] Posición de la columna respecto al c.g. de la zapata Materiales Hormigón, f'c Tipo de concreto Módulo de elasticidad hormigón Peso unitario : 0.21 [Ton/cm2] : Normal : 219.50 [Ton/cm2] : 2.40 [Ton/m3] Coeficiente de balasto Peso unitario (húmedo) : 2200.00 [Ton/m3] : 1.60 [Ton/m3] : Centrada Acero, fy Recubrimiento epóxico Módulo de elasticidad acero : 2.81 [Ton/cm2] : No : 2038.89 [Ton/cm2] Suelo Armadura de la zapata Recubrimiento libre Relación máxima permitida entre Rho/Rho balanceo Armadura // a L (xx) inferior Armadura // a B (zz) inferior Armadura de espera Armadura 1 Recubrimiento libre Longitud de anclaje calcular Número de barras // al eje x Número de barras // al eje z Estribos Número de ramas // al eje x Número de ramas // al eje z : : : : 7.62 [cm] 0.75 8-#4 @ 20.32cm 8-#4 @ 20.32cm (Zona 1) : : : : : : : : 8-#5 2.54 [cm] a tracción 3 3 #3 @ 15.00cm 2 2 Ing. Ronald Gabriel Soto, Ingeniero estructural. Ing. Ronald Gabriel Soto Construcciones, Supervisión, y Consultoría de obras verticales y horizontales Cel.: 7785-2230; 8488-3846 Chichigalpa-Chinandega-Nicaragua; [email protected] 27 Estados de carga considerados Servicio: SC1 Límite ultimo: DC1 : CM : CM Cargas Estado Axial Mxx Mzz Vx Vz [Ton] [Ton*m] [Ton*m] [Ton] [Ton] -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------CM 19.88 0.00 0.00 0.00 0.99 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------RESULTADOS: Estatus : Bien Interacción suelo - fundación Presión admisible : 0.001 [Ton/cm2] Estado gobernante : SC1 qprom qmax max Area en compresión [Ton/cm2] [Ton/cm2] [cm] [m2] (%) ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------SC1 0.000946 0.000986 0.448 2.72 100 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Estado Flexión Factor Cuantía mínima : : 0.90 0.00200 Longitud de desarrollo Eje Pos. ld lhd Dist1 Dist2 [cm] [cm] [cm] [cm] ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------zz Inf. 30.48 15.24 52.38 52.38 xx Inf. 30.48 15.24 52.38 52.38 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Eje Pos. Estado Mu *Mn Asreq Asprov Asreq/Asprov Mu/(*Mn) [Ton*m] [Ton*m] [cm2] [cm2] ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------zz Sup. DC1 0.00 0.00 0.00 0.00 0.000 0.000 zz Inf. DC1 2.17 5.55 9.90 10.32 0.959 0.391 xx Sup. DC1 0.00 0.00 0.00 0.00 0.000 0.000 xx Inf. DC1 2.26 5.22 9.90 10.32 0.959 0.432 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Corte Plano Factor Area de corte plano zz Area de corte plano xx Estado Vu : : : 0.75 0.36 [m2] 0.34 [m2] Vc Vu/(*Vn) [Ton] [Ton] ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------xy DC1 4.96 26.02 0.254 yz DC1 4.61 27.63 0.222 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Ing. Ronald Gabriel Soto, Ingeniero estructural. Ing. Ronald Gabriel Soto Construcciones, Supervisión, y Consultoría de obras verticales y horizontales Cel.: 7785-2230; 8488-3846 Chichigalpa-Chinandega-Nicaragua; [email protected] 28 Corte por punzonamiento Perímetro de corte (bo 1) Area de punzonamiento : : 2.64 [m] 0.56 [m2] Vu Vc Vu/(*Vn) [Ton] [Ton] ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------columna 1 DC1 16.69 85.99 0.259 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Columna Estado Ing. Ronald Gabriel Soto, Ingeniero estructural. Ing. Ronald Gabriel Soto Construcciones, Supervisión, y Consultoría de obras verticales y horizontales Cel.: 7785-2230; 8488-3846 Chichigalpa-Chinandega-Nicaragua; [email protected] 29 Ing. Ronald Gabriel Soto, Ingeniero estructural. Ing. Ronald Gabriel Soto Construcciones, Supervisión, y Consultoría de obras verticales y horizontales Cel.: 7785-2230; 8488-3846 Chichigalpa-Chinandega-Nicaragua; [email protected] 30 Ing. Ronald Gabriel Soto, Ingeniero estructural.
