“UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA” FACULTAD DE INGENIERÍA E.A.P. ING. CIVIL “TRABAJO FINAL DE ESTRUCTURAS ESPECIALES” : CURSO “ESTRUCTURAS ESPECIALES” DOCENTE CICLO : : IX ALUMNOS : Segura Aguilar Walter NVO. CHIMBOTE, JULIO del 2019 INFORME ESTRUCTURAL DE EDIFICIO DE 3 PISOS 1. Características de la edificación: Número de pisos: 3 pisos. Tipo de estructura: Pórticos de acero. Losa: Colaborante, del tipo acero deck. Uso: Comercial. Ubicación: Casco Urbano-Chimbote. VISTA ISOMETRICA VISTA DE PLANTA TIPICA Especificaciones de los materiales: Concreto de losa: f’c=210 Kg/cm2 con empleo de acero de refuerzo corrugado. Acero: A36 Fy= 2530.00 Kg/cm2 Fu= 4080.00 Kg/cm2 2. Estructuración: El edificio tiene una planta de 35 m X 25 m con paños de 35 ft en la dirección principal y 25 ft en la dirección Y. La altura entre ejes de vigas para la modelación de los pórticos se establece: Altura de piso a cielorraso: Espacio para Instalaciones: Altura total: 7.5 ft 0.5 ft 8.0 ft 3. Metrados de cargas: Para el metrado de esta edificación se consideró las siguientes tipos de carga según el RNE, la norma E-020: Cargas Muertas: Que actuaran por cada entrepiso. El peso de la losa: t=4”, compuesta, es decir una losa colaborante. Piso terminado. 20.0 lbs/pie Tabiquería móvil. 25.0 lbs/pie Cielo raso + instalaciones. 12 lbs/pie2 Peso de fachada conectada a la estructura. 15 lbs/pie2 Peso de los elementos (vigas y columnas) estructurales. Metrado de cargas Cargas de servicio para un piso típico A= L= PI= PT= 487.74 Área total= Peso de losa estimado m2 Peso propio e=14cm Piso terminado Tabiquería Cielo raso instalaciones 0.24 0.10 0.12 0.06 0.52 T/m2 T/m2 T/m2 T/m2 T/m2 Peso por fachada 0.07 0.50 0.50 0.61 0.31 T/m2 T/m T/m T/m2 T/m2 Peso de vigas Peso de columnas Sobrecarga de entrepiso 336.80 60.35 ml ml Peso Total de Losa Peso Total de Vigas Peso Total de Columnas 252.79 168.40 30.18 Tn Tn Tn Carga Muerta Total 451.37 Tn Sobrecarga 297.67 Tn Carga Viva Total 297.67 Tn Cálculo de Pesos ft = ft = ft = ft = 21.34 22.86 5.49 4.57 (En un 1m de ancho) (En un 1m de ancho) (Peso promedio supuesto) (Peso promedio supuesto) Sobrecarga de azotea (Dependiendo del uso, en este caso departamentos, nos lo da el RNE) Longitud total de vigas Longitud total de columnas 70.0 75.0 18.0 15.0 m m m m Carga Total (Por Piso) 749.04 Tn Se considera el 50% de la carga muerta en el techo del ultimo piso. Estas cargas actúan hacia abajo como cargas de gravedad. Cargas Vivas: La sobrecarga que corresponde según la norma E-020 (Centro comercial). Consideraremos una carga viva de 125 lbs/pie2 según la norma E 020. (1 lbs/pie2 = 4.8824 Kg/m2) Carga viva para techo: La sobrecarga según la norma E-020 (Departamentos). Consideraremos una carga viva de 100 kg/m2 =20.5 lbs/pie2 según la norma E 020. Carga por sismo: El espectro que corresponde al tipo de edificación. 1. Calculo de las caracteristicas del espectro: FACTOR DE ZONA Z= 0.4 Zona 3 (Costa) FACTOR DE USO FACTOR DE SUELO COEFICIENTE DE REDUCCION U= 1.3 Edif. Importante S= 1.2 Suelos intermedios Tp = 0.6 Rd= 9.5 Pórticos dúctiles de acero con uniones resistentes a momentos Carga por viento: Esta carga depende de la zona en la que se ubique la estructura, de la isotaca que determina la velocidad del viento, y como la edificación tiene una altura total de 14.65m, lo cual significa que estará afectada predominantemente por esta carga. Tenemos del grafico que nos da la Norma E-020 que la velocidad es: V= 75 Km/h = 46.61 millas / hora Luego consideraremos los coeficientes de presión y succión en las caras de la edificación del cuadro siguiente: Considerando que " La ocurrencia de presiones o succiones p debidas al viento en superficies verticales horizontales o inclinadas de una edificación serán consideradas simultáneamente y se supondrán perpendiculares a la superficie sobre la cual actúan. La carga de viento depende de la forma”. Calculando la presión resulta: Presión dinámica: q= 0.005 v2 = 0.005 x 75 = 28 Kg / m2 Edificación sin aberturas: Viento transversal a la edificación: Coeficientes de presión: Para A: Para B: Para D: Ca= +0.9 Cb= -0.5 Cd= -0.7 Como la estructura se considera cerrada (n= 0), las presiones interiores se tomarán en cuenta con el Cpi más desfavorable. Cpi = ±0.30 El efecto combinado de las presiones exteriores e interiores se toma aplicando: CA= +0.9 – (+0.3) = +0.6 CA= +0.9 + (+0.3) = +1.2 CA= +1.2 CB= -0.5 – (+0.3) = -0.8 CB= -0.5 + (+0.3) = -0.2 CB= -0.8 CD= -0.7 – (+0.3) = -1.0 CD= -0.7 + (+0.3) = -0.4 CD= -1.0 Calculo de presiones: PA= 28x (+1.2) = 34 Kg / m2 PB= 28x (-0.8) = -22 Kg / m2 PD= 28x (-1.0) = -28 Kg / m2 4. Predimensionamiento de elementos estructurales: Losa colaborante – Acero Deck: El Sistema Constructivo Acero-Deck tiene TRES elementos: • Placa Colaborante Acero-Deck • Concreto • Malla de temperatura Para utilizar el sistema con vigas metálicas, tenemos un CUARTO ELEMENTO: • Conector de corte La plancha colaborante es elaborada de bobinas de acero estructural con protección galvánica pesada G-90 que se somete a un proceso de rolado en frío para obtener la geometría deseada. Esta tiene un esfuerzo de fluencia mínimo de 33 Ksi o 2325 kgf/cm2, con un módulo de elasticidad de 2.1x106 kgf/cm2, cumpliendo con las normas del ASTM A653 y ASTM A611 para los grados C y D. Y para su predimensionamiento se realizo lo siguiente: 1° Establecemos el modelo de losa: 4570 Lx= 14.0 ft = Ly= 25.0 ft = 7620 2° Calculo de k para este caso de ε: ε= Ly/Lx ε= 1.8 Cumpliendose que 3° Condiserando una losa en una dirección K = 0.8: Longitud flexible Esbeltez tipica Li= λ= 3.41376 30 m 4.27 m 7.62 m 4° Calculo del espesor requerido: e= Li/λ + 1.5 e= 12.8792 cm cm e= cm 14 Detalle de losa placa colaborante Acero Deck. Para los conectores se tomaran las siguientes consideraciones en su uso: • Los conectores de corte son elementos de una sola pieza con protección galvánica electroquímica de zinc conforme a ASTM B633. • La cantidad de conectores por valle no debe ser mayor a 3 en el sentido transversal. • La altura del conector de corte debe estar entre 3” a 7”. • La longitud de los conectores mínima ≥ 4 dstud • El diámetro del conector de corte no debe ser mayor de ¾”. Considerando la siguiente tabla, y que según el diseño de la losa deck, es de gage 20 y espesor de lamina de 0.09cm, tentativamente tendremos el numero de conectores por metro lineal de losa. Para 7.6m que es la longitud de la viga de piso, tendremos: Nc= 7.6*1.86= 14.14 ≈ 15 conectores Selección de vigas de piso: Para elegir la sección se procedió de la siguiente forma: Diseño de vigas de piso: 1° Calculo de peralte: 7.6 0.317 L= d= d= L/24 m m = 12 " 1.5 m Por lo tanto sera un W12 Lt= 2° Calculo de la carga última: 2.02 0.92 WD= WL= Wu= Wu= T/m T/m 1.2*WD+1.6*WL T/m 3.89 3° Calculo del esfuerzo último: Mu= Mu= Mu= (Wu*L^2)/8 Por lo tanto sera un W12 x 53 28.06 202.97 ya que s u T.m Klb.ft Mu= 202.97 Klb.ft es mayor que el calculado Predimensionado de vigas: Predimensionado de columnas: 3° Calculo de Pefectiva que sera: Pefectivo= Pu/0.60 Pefectivo= 649.81 Pefectivo= 1432.57 El perfil final sera el siguiente 5. T Klb W 14x176 Introducción del modelo al programa: a) Definición de materiales a usar: Para este caso trabajaremos con concreto de 210 Kg/cm2 y acero A36. b) Ya habiendo predimensionado definimos las secciones de los elementos estructurales tentativos, si fuera necesario aumentaremos peralte dentro del margen. Para la losa deck consideramos el modelo que ya nos da el ETABS, y editamos los datos en función de lo calculado anteriormente: Fig. 01: Definición de losa, datos en pulgadas. c) Luego dibujamos el modelo y asignamos secciones: Fig. 02: Modelo 3D, con secciones calculadas. d) Se asignan las cargas actuantes en la estructura, muerta, viva, sismo, y de viento; seguidamente generamos las combinaciones de carga solicitada, para luego obtener la envolvente. Fig. 03: Casos de carga actuante. Especificamos que para la carga de viento se considerara el ASCE 7-98, donde debemos editar la velocidad del viento y exposición de la estructura: Fig. 04: Configuración de la carga de viento. Luego introducimos los coeficientes que habíamos considerado en el análisis de presiones de la estructura; quedándonos de la siguiente forma: 6. Combinaciones de carga: Las combinaciones usadas son las siguientes: 7. 1.2D + 1.6L 1.2D + 0.5L ± 1E 0.9D ± 1E Análisis estructural: Después de hacer correr el programa obtenemos los resultados por cada pórtico. MOMENTO FLECTOR 3-3 POR ENVOLVENTE EN LA DIRECCION X: PORTICO 1-1: PORTICO 2-2: PORTICO 3-3: PORTICO 4-4: MOMENTO FLECTOR 3-3 POR ENVOLVENTE EN LA DIRECCION Y: PORTICO A-A: PORTICO C-C: PORTICO B-B: 8. Verificación de desplazamientos laterales: Se verificaron los desplazamientos laterales de las columnas en función a la norma NTE030, el cual especifica que: Y en resultado del análisis del edificio nos resulta menor al límite permitido, este fue el resultado: Lo cual cumple con la norma y asegura la estabilidad. 9. Diseño definitivo de elementos estructurales: Basados en el resultado del modelo estructural, tenemos que las secciones iniciales son las definitivas por estar dentro del rango de esfuerzos y deflexiones, además que no se han presentado advertencias del programa hacia algún elemento, así tenemos que: Viguetas: W12X53 Vigas principales y de conexión: W16X31 W14X30 Columnas: W14X176 10. Si el costo del acero es de US$ 3.00/Kg para la estructura instalada, ¿Cuál es el costo/m2 de su propuesta estructural? Realizando el metrado de acero por entrepiso, y luego multiplicando por el área construida, y también por el precio/Kg, obtenemos lo solicitado: Longitud de viguetas W12X53 = 75X8 = 600 ft Longitud de vigas principales W16X31 = 70X4 = 280 ft Longitud de vigas conectoras W14X30 = 75X3 = 225 ft Longitud de columnas W14X176 = 12X16.5 = 198 ft Transformado a Kg, obtenemos: Peso obtenidos de metrado: Peso de viguetas W12X53 = Peso de vigas principales W16X31 = Peso de vigas conectoras W14X30 = Peso de columnas W14X176 = 14724 4020.8 3132 16135 Total de peso por entrepiso= 38011.8 Kg Kg Kg Kg Kg Ahora para pasando a Kg/m2 de esta forma: Peso por entrepiso/Área construida = 38011.8 / 487.74 = 77.93 Kg/m2 De esto el costo se obtiene de: Costo por m2 = 77.93 X 3 = US$ 233.80/m2 11. Presentación de planos de diseño estructural.
