Mc Adam, Mc Carthy y Zald - Oportunidades, Estructuras de Movilización y Procesos Enmarcatorios
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y Construcciones de Obras Civiles
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Memoria de Cálculo – Estructuras Página 1
MEMORIA DE CÁLCULO
PROYECTO DE ESTRUCTURAS MERCADO MUNICIPAL
INDICE DE CONTENIDO:
1. Generalidades
2. Estructuración 3. Análisis de Cargas de Gravedad
4. Normas y Parámetros para el Análisis Sismico
5. Modelos de Análisis
6. Resultados de Desplazamientos Máximos
7. Metodología de Diseño
7.1 Diseño en Concreto Armado 7.2 Diseño en Albañileria 7.3 Diseño en Madera y Cobertura de Calaminas.
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1. Generalidades
El proyecto de Estructuras se refiere a un Mercado Municipal que consta de
dos pisos, de propiedad de la MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE PUEBLO
NUEVO, ubicado entre las Avenidas 13 de Octubre y Víctor Andrés Belaunde y
los Jirones Cañete y Sebastián Barranca, distrito de Pueblo Nuevo, Provincia
de Chincha, Departamento de Ica.
De acuerdo al estudio de suelos realizado por la Empresa EMSGEO S.A.C.,
con RUC N° 20534310626, propone el tipo de cimentación denominado
Zapatas Aislada, Zapatas Combinadas, y Cimientos Corridos. El estrato de
apoyo de la cimentación es una Arena bien graduada limosa (SW-SM) de
partículas gruesas y finas, no plásticos de consistencia suelta, de color beige
claro, contenido de humedad ligeramente húmedo, no se aprecia el nivel
freático hasta el nivel prospectado de 1.70m de profundidad, se recomienda
cimentar por lo menos a 1.30 m con respecto al nivel de terreno natural. Este
estrato tiene una capacidad admisible de 1.10 Kg/cm2.
2. Estructuración
Esta edificación tiene un sistema estructural mixto de albañilería confinada y
pórticos de concreto armado ambos sentidos del análisis estructural. Los
muros, Columnas, y Placas; se localizaron en planta de tal manera de cumplir
con los requerimientos arquitectónicos y diseño sismorresistente, debido a la
configuración arquitectónica.
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El edificio se ha estructurado en base a muros de albañilería confinada
conformados por ladrillos King Kong 18 huecos. Dado que se cuenta con una
densidad de muros insuficientes fue necesaria la utilización de elementos de
concreto armado (pórticos y/o placas de concreto armado).El sistema
estructural empleado es principalmente formado por muros y/o placas de
concreto armado de 20 y 25 cm. Las placas se localizaron en planta de tal
manera de cumplir con los requerimientos arquitectónicos y para resistir las
cargas sísmicas y de gravedad.
3. Análisis de Cargas de Gravedad
Las estructura está diseñada para poder soportar las cargas de gravedad y
sísmicas de dos pisos. Para el diseño se ha considerado una sobrecarga de
500 kg/m2 en el primer techo, y en el segundo techo ó azotea se ha
considerado una sobrecarga de 200 kg/m2.
Los techos están conformados por losas aligeradas de 20cm.; y techo ligero de
calaminas en el 1º nivel en el área de descarga, para una futura instalación de
una monta carga vertical. Los techos se apoyan en vigas peraltadas, vigas
chatas.
Las vigas son de 25cm de ancho con un peralte 40cm.
En las direcciones X e Y del análisis los elementos sismorresistentes
principales son los muros de concreto armado (placas) de 20cm., columnas de
25 x 50cm., 25 x 25cm. los que proporcionan adecuada rigidez lateral, y los
muros de albañileria confinada de 13cm. de ancho, lo que hace que se cumpla
con los lineamientos dados por la Norma Peruana Sismorresistente vigente.
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Las columnas de concreto adicionales han sido dimensionadas según los
requerimientos arquitectónicos y estructurales (Carga axial de gravedad y/o
sismo).
La cimentación recomedada para una estructura rigida formada por un conjunto
de zapatas y cimientos corridos, (Df = 1.30m con respecto a nivel de terreno
natural).
4. Normas y Parámetros para el Análisis Sísmico
El análisis sísmico se efectuó siguiendo las indicaciones de la Norma Peruana
de Diseño Sismorresistente NTE.030 del 2003.
Siguiendo estas indicaciones y con el fin de determinar un procedimiento
adecuado de análisis, se clasificó el edificio como estructura regular.
La respuesta sísmica se determinó empleando el método de superposición
espectral considerando como criterio de combinación la “Combinación
Cuadrática Completa”, (CQC) de los efectos individuales de todos los modos.
Tal como lo indica la Norma E.030, y de acuerdo a la ubicación del Edificio y el
Estudio de Suelos realizado, los parámetros para definir el espectro de diseño
fueron:
Factor de zona (Zona 3): Z = 0.6 g (Zona 3 del Mapa Sísmico)
Perfil de Suelo (Tipo S3): S = 1.2 Tp=0.40 seg.
Factor de Categoría (Categoría C): U = 1.3 (Edificaciones Importantes)
Factor de Reducción Rx = Ry =6.0
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Las cargas (momentos flectores, fuerzas cortantes y axiales) obtenidos del
Análisis Sísmico para cada elemento han sido utilizados en el diseño de estos.
5. Modelos de Análisis
Para el análisis sísmico y de gravedad, el edifico se modeló con elementos con
deformaciones por flexión, fuerza cortante y carga axial. Para cada nudo se
consideraron 6 grados de libertad estáticos y para el conjunto tres grados de
libertad dinámicos correspondientes a dos traslaciones horizontales y a una
rotación plana asumida como un diafragma rígido en cada nivel.
El cálculo de los desplazamientos elásticos se realizó considerando todos los
modos de vibración y 5 % de amortiguamiento en la Combinación Cuadrática
Completa. Los desplazamientos inelásticos se estimaron multiplicando los
desplazamientos de la respuesta elástica por el factor de reducción
correspondiente, de acuerdo al esquema estructural adoptado en cada
dirección.
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Las siguientes figuras muestran vistas 3D del modelo estructural del Edificio de
dos pisos:
Figura 1. Vista 3D BLOQUE J, K y L
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Figura 2. Vista 3D
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6. Resultados de Desplazamientos Máximos
A continuación se presentan los desplazamientos máximos obtenidos
Para ambas direcciones del edificio la máxima distorsión de entrepiso es menor
a la establecida por la Norma Peruana.
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7. Metodología de Diseño
7.1 Diseño en Concreto Armado
Para el diseño de los diferentes elementos estructurales se ha utilizado el
Método de Resistencia y se ha cumplido con los criterios de diseño de la
Norma Peruana de Diseño en Concreto Armado NTE-060, complementada por
lo indicado en la Norma ACI 318 en su última versión.
Para determinar la resistencia nominal requerida, se emplearon las siguientes
combinaciones de cargas:
1.4 M + 1.7 V M = carga muerta
1.25 ( M + V ) + S V = carga viva
1.25 ( M + V ) - S S = carga de sismo
0.90 M + 1.25 S
0.90 M - 1.25 S
6.2 Diseño en Albañilería
Para el diseño en Albañilería Confinada se siguieron los lineamientos de la
Norma Peruana de Albañilería E-070, complementada con lo indicado el
Uniform Building Code (UBC) 1997 Edition.
6.3 Diseño en Madera y Cobertura de Calaminas
Para el diseño de los elementos de madera se siguieron los lineamientos y se
ha cumplido con los criterios de diseño de la Norma Peruana de Diseño en
madera E-010, así como del manual de diseño para madera del grupo andino –
Junta del acuerdo de Cartagena.
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8. Diseño de Zapatas:
DISEÑO DE ZAPATAS AISLADAS CON COLUMNAS C-1
DATOS A INGRESAR :
bc = 25 cm Base de Columna
hc = 50 cm Peralte de Columna
PD+PL = 20 Tn Peso sin Amplificar
Pu = 25 Tn Carga Ultima Obtenida en el SAP 2000
Gt = 1.1 Kg/cm2 Resistencia del Terreno
Df = 1.25 m Profundidad de N. Terreno a base Zapata
f'c = 210 Kg/cm2
Resistencia del Concreto
fy = 4200 Kg/cm2 Fluencia del Acero
d = 0.6 m Peralte asumido para la Zapata
% = 1.07 % % del peso Asumido de la Zapata
P
S/C
d
h
ht g
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A = 1.95 m2
Haciendo volados iguales para la Zapata
b = Dimensión de la base de Columna
h = Peralte de Columna
Haciendo S = T : S = B= 1.39
T S
Las dimensiones mínimas son: Azapta= T x S = 1.75 1.50 m2
T= 1.52 m
s= 1.27 m Azapta= 2.63 cm2
Ok Cumple con el A min requerida
Lv1 = 0.625 m CONFORME Ok
Lv2 = 0.625 m
DISEÑO :
Qu = 9.52 Ton/m2
A =Px%/Gt
Para cumplir:
T =B+(h-b)/2 y S =B-(h-b)/2
Qu = Pu/Azap
No se considera el peso propio en el calculo pues esto no afecta al diseño por cortante, punzonamiento o flexión, dado que si se considera en el valor de la presión ultima actuante (hacia arriba, tambien debe considerarse como carga uniformemente repatida hacia abajo), anulandose.
DIMENSIONAMIENTO
incremento de la carga para tener en cuenta el peso propio de la zapata
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VERIFICACION POR PUNZONAMIENTO
Supomiendo un d:
d = 0.6
bo= 3.90 m
Ao= 0.94 m2
bo= Perimetro de Punzonamiento
Cortante de Diseño por punzonamiento :
Ao= Area de Punzonamiento
Vu = 16.10 Tn
Debe cumplirse que: Vu < øVc
Lv1
Lv2b
h
T
S
d/2
d/2
bo = 2(h+d)+2(b+d)
Ao = (h+d)(b+d)
Vu =Gt (Azap-Ao)
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Cortante Resistente por Punzonamiento :
Vc = 366.23 Tn
Bc = 2.00
Pero:
Vc = 373.01 Kg
Limite Maximo
Por Tanto:
øVc = 317.06 Ton
Como Vu = 16.10 Tn
OK VERY GOOD
Significa que por punzonamiento el peralte asumido de 60 es el adecuado
VERIFICACION POR CORTE
Vu =Gt.(x) . S
Vu= 0.36 Tn
X =Lv1-d
Debe cumplirse que: Vu < øVc
Donde X = 0.025
Cortante Resistente:
Vc = 69,123.87 Kg
por tanto øVc = 58.76 Tn Cumple Ok
Como : Vu= 0.36 Se tiene que el peralte efectivo elelgido es adecuado.
Vc =(0.53+1.1/Bc)*(f'c)1/2
bo d Bc = hcolum / dcolum
Vc < 1.1 (f'c)1/2
bo d
Vc = 0.53 (f'c)1/2
b. d
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POR FLEXION :
Como los valores son iguales se obtiene el diseño en una sola dirección solamente
Mu = Gt . S .(Lv1)2/2
Mu= 2.79 Ton-m
Como S= 1.50 m
d= 0.6 m Peralte obtenido de la Zapata
Como :
b= 150.00 Cm.
d= 60 Cm.
Determinamos el "As" a tracción:
Tenemos de los datos dados:
A's = Mu Mu = 2.79 Tn-m
0.9 x fy x (d-a/2) fy = 4200 Kg/cm2
f'c = 210 Kg/cm2
a = As x fy d = 60 cm
0.85 x f'c x b S = 150.00 cm
Se interacciona comenzando con:(d-a/2) = 0.9 x d =
54 cm
1ra. Interacción
As = 1.37 cm2 a = 0.21 cm.
2da. Interacción
As = 1.23 cm2 a = 0.19 cm.
3ra. Interacción
As = 1.23 cm2 a = 0.19 cm.
4ta. Interacción
As = 1.23 cm2 a = 0.19 cm.
5ta. Interacción
As = 1.23 cm2 a = 0.19 cm.
6ta. Interacción
As = 1.23 cm2 a = 0.19 cm.
AREA DE ACERO MINIMO : b = 1.50 (Un ancho tributario de zapata)
d = 0.60 m
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Cuantia Mímina
As=
b x d x ( 0.80 x Ѵf´c ) /
fy As= 24.84 cm2
ENTONCES TRABAJAMOS CON :
As= 24.84 cm2
CUADRO PARA CALCULAR ø DE ACERO Y ESPACIAMIENTO
N° varilla Diametros Area cm2
3 3/8 0.71
4 1/2 1.27
5 5/8 1.99
6 3/4 2.87
8 1 5.07
10 1 1/4 7.94
12 1 1/2 11.4
Cant de varillas Esp T Esp S
34.99 5.00 4.29
19.56 8.95 7.67
12.48 14.02 12.02
8.66 20.22 17.33
4.90 35.72 30.61
3.13 55.93 47.94
2.18 80.31 68.83
DEL CUADRO ANTERIOR SE DEBERA DE ESCOGER EL ACERO A COLOCAR.
SE COLOCA EL SIGUIENTE ACERO EN EL LADO T:
USAR:
T ø 1/2 @ 15.00 cm
S ø 1/2 @ 15.00 cm
Nota : dado que la relación del lado largo al lado corto no es importante espaciamos
con los valores obtenidos .
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