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Ing. Saul Rolando Perez Vargas CIP N° 61586

MEMORIA DE CALCULO ESTRUCTURAL

Etabs y Safe Analysis Report

Prepared by

ING. SAUL ROLANDO PEREZ VARGAS CIP N 61586

Model Name: Estructura Metálica en Arcos y Vigas,

Project: Cobertura de Almacén.

Client: S.J.D. DISTRIBUCIONES S.R.L.

Marzo 2015


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I. GENERALIDADES.-

La presente Memoria corresponde al análisis sísmico y calculo estructural del proyecto

“ESTRUCTURA METALICA Y CONCRETO ARMADO PARA COBERTURA DE PATIO

DE ALMACEN”; edificación proyectada para 1 nivel, con ubicación en el distrito de Moquegua,

provincia de Mariscal Nieto y departamento de Moquegua.

1.1 ESTRUCTURACION

1.1.1 DEL SISTEMA PROYECTADO.-

La altura Proyectada de los muros perimétricos es de 6.00 m, y para la clave del arco metálico de la

cobertura del patio es de 11.20m.

El sistema estructural consta de:

- Muros de albañilería confinada (e= 0.15cm) por columnas de CºAº de 25cmx25cm. y por una viga

rectangular de 25cm x 25cm, a una altura de 3.85m, continuando los muros de albañilería hasta la

altura de 6.0m donde se prolongan las columnas de CºAº de 25cmx25cm, y se repite el

confinamiento por una viga rectangular de 25cm x 25cm.

- Columnas de CºAº de 40cmx40cm. Para apoyar los arcos metálicos y las vigas metálicas de la

cobertura.

- Zapatas de concreto de espesor=50cm (4.50mx2.50m, 3.50mx2.00m y 2.00mx2.00m)

- Cimientos corridos de altura=1.00m y ancho=0.60.

- Vigas de cimentación de VC1 de 0.50mx0.25m, y VC2 de 0.30mx0.20m.

- Sobre cimiento Armado de altura=0.60m y ancho=0.15

- Arcos Metálicos de Angulo 1 ½” x 1 ½” x ¼”, de 1.0 m de peralte por 0.30 m de base.

- Vigas Metálicas de Angulo 1 ½” x 1 ½” x ¼”, de 1.0 m de peralte por 0.30 m de base.

- Tensores de fierro liso de Ø=5/8”.

Columna Rectangular de 25x25

Acero longitudinal 06 Ø1/2”

Estribos

Ø1/4” [email protected], [email protected], [email protected]

Columna Rectangular de 40x40


Estribos



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Viga Rectangular de 25x25


Estribos


Viga Rectangular de 15x15


Estribos



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1.2 NORMAS EMPLEADAS

Se sigue las disposiciones de los Reglamentos y Normas Nacionales e Internacionales descritos a

continuación.

-Reglamento Nacional de Edificaciones (Perú) – Normas Técnicas de Edificación (N.T.E.):

-NTE E.020 “CARGAS” -NTE E.060 “CONCRETO ARMADO”

-NTE E.030 “DISEÑO SISMORRESISTENTE” -NTE E.070 “ALBAÑILERIA”

-NTE E.050 “SUELOS Y CIMENTACIONES” - A.C.I. 318 – 2008 (American Concrete

Institute)

- Building Code Requirements for Structural Concrete

- UBC 1997 Uniform Building Code

Se entiende que todos los Reglamentos y Normas están en vigencia y/o son de la última edición.

1.3 ESPECIFICACIONES – MATERIALES EMPLEADOS

1.3.1 DEL SISTEMA PROYECTADO.-

CONCRETO:

-Resistencia (f´c) : 210 Kg/cm2

-Módulo de Elasticidad (E) : 217,000 Kg/cm2

-Módulo de Poisson (u) : 0.20

-Peso Específico (γC) : 2300 Kg/m3 (concreto simple);

2400 Kg/m3 (concreto armado)

ACERO CORRUGADO (ASTM A-615):

-Resistencia a la fluencia (fy) : 4,200 Kg/cm2 (Gº 60):

“E” : 2’100,000 Kg/cm2

ALBAÑILERIA TUBULAR:

-Resistencia (f´m) : 65 Kg/cm2

-Módulo de Elasticidad (E) : 32,500 Kg/cm2 (E = 500*f’m)

-Módulo de Poisson (u) : 0.15

-Peso Específico (γC) : 1850 Kg/m3

RECUBRIMIENTOS MÍNIMOS (R):

-Columnas, Vigas 4.00 cm

-Losas macizas 2.50 cm

1.4 CARACTERISTICAS DEL TERRENO Y CONSIDERACIONES DE CIMENTACION

Según especificaciones del Informe Técnico de mecánica de suelos:

-Peso Específico (γS): 2,000 Kg/m3 -Nivel freático: -2.40m

CIMIENTO SUPERFICIAL CUADRADO (para ancho B= 2.40 m)

Capacidad portante (σ´T) : 1.06 Kg/cm2

Asentamiento Permisible (DF) : 5.40 cm Peso Específico -γS = 1492 kg/m3


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1.5 REFERENCIAS

1.5.1 ARQUITECTURA Y CONFIGURACION GEOMETRICA

1º Nivel


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ESTRUCTURACION.- CONFIGURACION


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II. ESTADOS DE CARGAS Y COMBINACIONES DE CARGAS.-

2.1 ESTADOS DE CARGAS.- De acuerdo

a las Normas NTE. E.020, E060 y al

reglamento ACI 318-08, se consideran

los siguientes estados de Carga en la

estructura según valores definidos en el

Ítem 2.2.1, además del Espectro definido

en el Ítem 2.1:

2.2 COMBINACIONES DE CARGAS.- Definiendo primero la combinación DINAMICO, de las cargas

por sismo “SPECY” y “ESPECX”:

De dichos estados de cargas se considera las siguientes combinaciones de cargas y su envolvente en

cuadro “Load Combination Data”:


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De dichas combinaciones, el diseño Estructural se efectúa con la “ENVOLVENTE” definida según cuadro

“Load combination Data”:


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2.3 ALTERNANCIA DE CARGAS

Carga muerta por cobertura 4 kg/m2

Carga por Sotavento en cobertura 9.93 kg/m2 y -6.21kg/m2

Carga por Barlovento en cobertura -6.21kg/m2


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Carga Viva por equipos de Iluminación en tijerales 5 kg/punto

Carga Viva por personal de montaje 70 kg/m2


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III. ANALISIS SISMICOS.-

3.1 FACTORES PARA EL ANALISIS

El Análisis Sísmico se realiza utilizando un modelo matemático tridimensional en donde los elementos

verticales están conectados con diafragmas horizontales. Además, para cada dirección, se ha

considerado una excentricidad accidental de 0.05 veces la dimensión del edificio en la dirección

perpendicular a la acción de la fuerza. Los parámetros sísmicos que estipula la Norma de Diseño

Sismorresistente (NTE E.030) considerados para el Análisis en el Edificio son los siguientes:

Factor Nomenclatura Clasificación

Categórica Tipo Valor Justificación

Zona Z 3 0.40 Zona Sísmica 3:

Moquegua

Uso U C 1.3 Edificaciones Importantes:

Deposito

Suelo S

Tp (s) 1

1.4

0.9

Roca o suelos

muy rígidos

Coeficiente

de

reducción

Rx C° A° 9.5 Pórticos de Acero

(Regular)

Ry C° A° 9.5 Pórticos de Acero

(Regular)

3.1.1 FUERZAS SISMICAS VERTICALES

El factor de Zona de la Edificación clasifica como “Z1”. Por tanto, según la NTE - E.030, las fuerzas

sísmicas verticales se consideraran como una fracción de 2/3 del valor de la fuerza sísmica horizontal

3.2 ANALISIS SISMICO DINAMICO

3.2.1 ESPECTRO DE PSEUDO ACELERACIONES

Para el Análisis Dinámico de la Estructura se utiliza un Espectro de respuesta según la NTE - E.030,

para comparar la fuerza cortante mínima en la base y compararlos con los resultados de un análisis

estático. Todo esto para cada dirección de la Edificación en planta (X e Y)

Sa = ZUSC.g ; g = 9.81 m/s2 y C=2.5(Tp/T) < 2.5

R


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3.2.2 PERIODOS Y MASA PARTICIPANTE

Los periodos y la masa participante calculados mediante un análisis dinámico para 3 modos de

vibración (3 modos por cada nivel), se presentan a continuación:


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3.3 ANALISIS SISMICO ESTATICO

Se calculara el Cortante Estático con los valores de los parámetros definidos anteriormente, además de

definir el Peso de la Estructura y el Factor de Ampliación Dinámica (C).

3.3.1 PESO DE LA ESTRUCTURA (P)

La estructura clasifico como categoría B, por lo tanto el peso que se ha considerado para el análisis

sísmico es el debido a la carga permanente más el 25% de la carga viva (100%CM + 25%CV).

En azoteas y techo en general se considera el 25% de la carga viva (100%CM + 25%CV).

CARGA MUERTA: El valor de las Cargas Muertas empleadas comprende el peso propio de los

elementos estructurales (acero estructural de los tijerales, cobertura, vigas, columnas, muros, etc.)

según características descritas en el Ítem 1.3.

CARGA VIVA: El valor de Carga Viva empleada es de 70 kg/m2 sobre la cobertura durante el

montaje de la cobertura, (según parámetros definidos en Ítem I).

CARGA VIENTO: El valor de Carga Viva empleada es de 9.93 kg/m2 para sotavento y -6.21 kg/m2

para Barlovento sobre la cobertura.

3.3.2 FACTOR DE AMPLIFICACIÓN SÍSMICA (C) y PERIODO FUNDAMENTAL (T)

Para el cálculo del Factor de Amplificación Sísmica en los Análisis se consideró el periodo

fundamental estimado en la Norma NTE. E.030, según: C= 2.5 (Tp/T) ≤ 2.5

3.3.3 FUERZA CORTANTE EN LA BASE (V)

La Fuerza Cortante en la Base de la Edificación se determina como una fracción del peso total de la

Edificación.

3.3.4 DISTRIBUCIÓN DE FUERZA CORTANTE EN ELEVACIÓN

Si “T” > 0.7s, una parte de la Cortante basal “V” denominada “Fa” se aplicara como fuerza

concentrada en la parte superior de la edificación, calculada según: Fa = 0.07(T)(V) ≤ 0.15 V

→ T= 0.343 s → Fa = 0

El resto de la Cortante Basal (V-Fa) se distribuye en cada nivel de la Edificación, incluyendo el último,

según la fórmula:

3.4 FUERZA CORTANTE PARA EL DISEÑO DE COMPONENTES ESTRUCTURALES

La respuesta máxima dinámica esperada para el cortante basal se calcula utilizando el criterio de

combinación cuadrática completa para todos los modos de vibración calculados.

De acuerdo a la norma vigente, el cortante dinámico no deberá ser menor al 80% del cortante estático

para edificios regulares ni del 90% para edificios irregulares. El Edificio presenta una configuración

regular (en planta y altura) por lo que se considera el 90% del corte estático como valor mínimo

para el diseño estructural.


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IV. CONTROL DE DESPLAZAMIENTOS LATERALES.-

DESPLAZAMIENTOS MAXIMOS ACTUANTES

SISMO EN X DESPLAZAMIENTO EN TIJERALES DE ACERO

SISMO EN X DESPLAZAMIENTO EN PORTICOS DE CONCRETO


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De acuerdo a la Norma NTE. E030, para el control de los desplazamientos laterales, los resultados

deberán ser multiplicados por el valor de 0.75R para calcular los máximos desplazamientos laterales

de la estructura. Se tomaron los desplazamientos del eje más alejado

Los resultados se muestran en la siguiente tabla para cada dirección de análisis.

Dónde: Δi/he = Desplazamiento relativo de entrepiso

Además: ΔiX/heX (máx.) = 0.0070 (máximo permisible Concreto armado, NTE E.030 – 3.8)

ΔiX/heX (máx.) = 0.010 (máximo permisible Pórticos de Acero, NTE E.030 – 3.8)

Se observa que tanto en el pórtico de concreto armado como en los tijerales de acero estructural no

sobrepasan los valores máximos permitidos indicados anteriormente.

V. DISEÑO DE COMPONENTES DE CONCRETO ARMADO Y ACERO.-

NORMAS Y CODIGOS EMPLEADOS:


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5.1 DISEÑO DE VIGAS Y COLUMNAS DE CºAº

Plantas: Diseño de refuerzo longitud. y transversal en miembros (frame) de C°A°. Se indican áreas

(As) en cm2


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5.1.1 ACERO DE REFUERZO DE COLUMNAS Y VIGAS DE CONCRETO:

Columnas y Vigas de Concreto:

Se observa que el programa a verificado la cantidad de acero propuesta, para los momentos actuantes

distribuidos entre las crujías de los pórticos, como lo muestra el gráfico de la elevación existente, así

también se verifica que el acero propuesto supera el acero mínimo según norma.

FACHADA:


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LATERAL:


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Se observa que el acero propuesto están resistiendo las fuerzas por cortante y por flexión.


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5.2 DISEÑO DE TIJERALES DE ACERO


Se observa que los elementos propuestos para el arco principal y la viga secundaria están trabajando

máximo al 50% de su capacidad de resistencia, mientras que los tensores están trabajando algunos al

100% de su capacidad pero sin fallar.

Arco Principal

Viga Secundaria


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5.3 DISEÑO DE CIMENTACION DE CºAº

5.3.1 PARAMETROS DE DIMENCIONAMIENTO DE CIMENTACION

TERRENO: γS = 1492 kg/m3 Coef. Balasto: Ks = 2.29kg/cm3 σADM= 1.06 kg/cm2 ɗADM= 5.40 cm

CARGA MUERTA: WD = (γS)*(h) = (2,000 kg/m3)*(0.25m) = 500.00 kg/m2 CARGA VIVA: El valor de Carga Viva empleada es de 500 kg/m2 (Depósitos).

Se determinan las dimensiones mínimas de cada zapata y cimiento que no excedan el asentamiento y la resistencia admisible del terreno (“qadm”, según pág. 1)

Estribo de Concreto Armado: Como se puede apreciar el programa CsiBridge no diseña Estribos, para cuyo caso se procederá a dimensionar y verificar mediante los programas SAP2000 Ver 16 y SAFE ver 12.3.1, del mismo fabricante CSI. GEOMETRIA


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CONFIGURACION


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CARGAS TRANSMITIDAS A LA CIMENTACION (Ton/m) CARGAS TRANSMITIDAS SOBRE LA LOSA ARMADA (Ton/m)


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DEFORMADA EN LOSA Se puede verificar que el asentamiento máximo es de 0.01048 cm, por acción de la carga viva en la losa.

PRESION ADMISIBLE EN LA LOSA Se puede verificar que la presión actuante de la losa es de 0.024 Kg/cm2, y la carga admisible del terreno es de 1.06 Kg/cm2. Según la calicata 02 como la más critica


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PUNZONAMIENTO Se puede verificar que el valor del punzonamiento es nulo por no haber cargas puntuales actuantes en la losa.


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Losa Armada de Concreto (acero longitudinal): Como se puede apreciar el programa da como resultado un área de acero a todo lo largo de la losa de 109 # 3 (3/8”) distribuido en todo el ancho da como resultado 41.50m / 109 varillas, da Ø 3/8” @ 0.38 para la cara Bot (inferior) de la losa, se recomienda colocar 3/8” @ 0.35m para uniformizar. Y en la cara Top (superior) no es necesario colocar acero.


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Losa Armada de Concreto (acero transversal): Como se puede apreciar el programa da como resultado un área de acero a todo lo ancho de la losa de 131 # 3 (3/8”) distribuido en todo el largo da como resultado 49.80m / 131 varillas, da Ø 3/8” @ 0.38 para la cara Bot (inferior) de la losa, se recomienda colocar 3/8” @ 0.35m para uniformizar. Y en la cara Top (superior) no es necesario colocar acero


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DEFORMADA EN LAS ZAPATAS DE LOS PORTICOS DE ACERO Y PAÑOS DE MUROS DE ALBAÑILERIA.

Se puede verificar que el asentamiento máximo es de 0.3337 cm, por acción de las cargas muertas de los pórticos.

PRESION ADMISIBLE

Se puede verificar que la presión actuante en las zapatas es de 0.899 Kg/cm2, y la carga admisible del terreno es de 1.06 Kg/cm2. Según la calicata 02 como la más critica


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PUNZONAMIENTO Se puede verificar que el valor del punzonamiento es despreciable, el cual es absorbido por el espesor de las zapatas.


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Zapatas de Concreto Armado (acero longitudinal):

Como se puede apreciar el programa da como resultado un área de acero a todo lo largo de la losa de 109 # 3 (3/8”) distribuido en todo el ancho da como resultado 41.50m / 109 varillas, da Ø 3/8” @ 0.38 para la cara Bot (inferior) de la losa, se recomienda colocar 3/8” @ 0.35m para uniformizar. Y en la cara Top (superior) no es necesario colocar acero.


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Zapata 4.50m x 2.50m. Acero Longitudinal Como se puede apreciar el programa da como resultado un área de acero a todo lo largo de la zapata de 38 # 6 (3/4”) distribuido en todo el ancho da como resultado 4.50m / 38 varillas, da Ø 3/4” @ 0.12 para la cara Top (superior) de la zapata, y a todo lo largo de la zapata de 11 # 6 (3/4”) distribuido en todo el ancho da como resultado 4.50m / 11 varillas, da Ø 3/4” @ 0.40 para la cara Bot (inferior) de la Zapata. Acero Transversal Como se puede apreciar el programa da como resultado un área de acero a todo lo ancho de la zapata de 9 # 6 (3/4”) distribuido en todo el largo da como resultado 2.50m / 9 varillas, da Ø 3/4” @ 0.27 para la cara Top (superior) de la zapata, y a todo lo ancho de la zapata de 9 # 6 (3/4”) distribuido en todo el largo da como resultado 2.50m / 9 varillas, da Ø 3/4” @ 0.27 para la cara Bot (inferior) de la Zapata.

Zapata 3.50m x 2.00m. Acero Longitudinal Como se puede apreciar el programa da como resultado un área de acero a todo lo largo de la zapata de 17 # 5 (5/8”) distribuido en todo el ancho da como resultado 3.50m / 17 varillas, da Ø 5/8” @ 0.20 para la cara Top (superior) de la zapata, y a todo lo largo de la zapata de 17 # 5 (5/8”) distribuido en todo el ancho da como resultado 3.50m / 17 varillas, da Ø 5/8” @ 0.20 para la cara Bot (inferior) de la Zapata. Acero Transversal

Como se puede apreciar el programa da como resultado un área de acero a todo lo ancho de la zapata de 10 # 5 (5/8”) distribuido en todo el largo da como resultado 2.00m / 10 varillas, da Ø 5/8” @ 0.20 para la cara Top (superior) de la zapata, y a todo lo ancho de la zapata de 10 # 5 (5/8”) distribuido en todo el largo da como resultado 2.00m / 10 varillas, da Ø 5/8” @ 0.20 para la cara Bot (inferior) de la Zapata.


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Zapata 2.00m x 2.00m. Acero Longitudinal Como se puede apreciar el programa da como resultado un área de acero a todo lo largo de la zapata de 10 # 5 (5/8”) distribuido en todo el ancho da como resultado 2.00m / 10 varillas, da Ø 5/8” @ 0.20 para la cara Top (superior) de la zapata, y a todo lo largo de la zapata de 5 # 3 (3/8”) distribuido en todo el ancho da como resultado 2.00m / 5 varillas, da Ø 5/8” @ 0.40 para la cara Bot (inferior) de la Zapata. Acero Transversal Como se puede apreciar el programa da como resultado un área de acero a todo lo ancho de la zapata de 10 # 5 (5/8”) distribuido en todo el largo da como resultado 2.00m / 10 varillas, da Ø 5/8” @ 0.20 para la cara Top (superior) de la zapata, y a todo lo ancho de la zapata de 5 # 3 (3/8”) distribuido en todo el largo da como resultado 2.00m / 5 varillas, da Ø 3/8” @ 0.40 para la cara Bot (inferior) de la Zapata.


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Vigas de cimentación de Concreto (acero transversal):

VC1 6 Ø 5/8” + 2Ø1/2” VC2 5 Ø 5/8”


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El sobre cimiento armado no requiere mucho acero al estar apoyado en el cimiento corrido de los muros de albañilería, se sugiere colocar 06 Ø 3/8”.

Viga Cimentación VC1 de 50x25

Acero longitudinal 06 Ø5/8”+ 02 Ø1/2”

Estribos


Viga Cimentación VC2 de 30x25


Estribos



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Sobre Cimiento Armado de 60x15


Estribos


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