Memoria Estructural Tinglado

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CONSTRUCCION TINGLADO POLIDEPORTIVO DE LA UNIDAD EDUCATIVAMARISCAL ANDRES DE SANTA CRUZ

MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL

TINGLADO METALICO

1. Nombre del proyecto:

“ CONSTRUCCION TINGLADO POLIDEPORTIVO DE LA UNIDAD EDUCATIVA MARISCAL ANDRES DE SANTA CRUZ ”

2. Descripción general

- Tipo de estructuraEstructura tipo pórtico conformada por perfiles metálicos unidos mediante soldadura, apoyados en columnas y zapatas de H°A°, los pórticos están unidos a través de correas metálicas cuyas dimensiones se indican en el punto 4.

- Uso La estructura está destinada como un tinglado metálico para la cubrir un área deportiva.

- Normativas utilizadasLas propiedades físicas (Pesos por unidad de volumen) de los materiales se obtuvieron a partir de la norma NBE-AE-88, cuyos valores se indican en el punto 3.

El diseño estructural de los elementos metálicos se realiza en base a la norma AISC – 93 y los elementos de HºAº en base a la norma CBH -87.

3. Datos generales.

Datos físicos de los materiales

- Peso específico del Hormigón Armado 25 KN/m3

- Peso específico del acero 76.97 KN/m3

- Peso específico de la nieve mezclada con granizo 4.0 KN/m3

Datos mecánicos de los materiales:

- Resistencia característica del hormigón 21 MPa- Limite elástico del refuerzo 420 MPa- Limite elástico del acero (A36) 400 MPa

Datos mecánicos del terreno:

- Angulo de fricción 27°- Tensión admisible 85.4 KN/m2

p I r á m i d e I n g e n i e r í a &C o n s t r u c c i ó n S. R. L.

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4. Geometría.Dimensiones del tinglado:


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Área a cubrir: Largo = 30.0 m Base = 19.1 m

Pórtico: Altura total = 8.30 m Luz libre = 18.5 m

Columnas: Base = 0.30 m Largo = 0.60 m

Zapatas: Base = 1.20 m Largo = 1.40 m Altura = 0.30 m

5. Análisis de cargas- Carga de nieve

qn = ϒn · Hn

- Para : Hn = 0.2 m → Pa = 4 · 0.2 = 0.8 (KN/m2)

- Carga de mantenimiento

Se considera además una carga vertical adicional de 0.5 KN/m2 por un posible mantenimiento.

6. Estados de carga


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Los Estados de carga se realizan tomando en cuenta las situaciones de carga críticas, de manera que se generen las mayores solicitaciones y se realice un diseño que garantice la estabilidad de la estructura en las condiciones más desfavorables.

- 1er Estado de carga: Peso propio

- 2do Estado de carga: Peso propio + Carga de nieve + carga viva (mantenimiento)


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7. Modelación estructuralPara el cálculo de las solicitaciones el modelo estructural se realiza con el software SAP2000, el cual genera un modelo matemático en base a la teoría de elementos finitos, proporcionando resultados de los efectos a los cuales es sometida la estructura bajo las combinaciones de carga planteadas.

La modelación estructural se presenta en los siguientes gráficos:

VISTA ISOMETRICA

VISTA EN PERSPECTIVA

8. Solicitaciones


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Los resultados obtenidos de acuerdo a los estados de carga realizados y tomando en cuenta los efectos preponderantes en los elementos, se presentan en los siguientes gráficos con las unidades correspondientes:

FUERZA AXIAL (KN)

MOMENTO (KN-m)

9. Calculo de la capacidad de carga del terreno

De acuerdo al ensayo realizado en campo para obtener el esfuerzo admisible del terreno se tiene un valor de 10 KN/m2; sin embargo este valor este no es representativo de las condiciones reales del terreno, por lo que es incorrecto realizar el diseño de las fundaciones tomando en cuenta este valor.

Por lo tanto para realizar la verificación en las fundaciones se calcula el esfuerzo admisible por un método que toma en cuenta los parámetros de resistencia a corte del terreno.

Capacidad de carga ultima.


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Este valor nos indica la carga por área unitaria de la cimentación bajo la cual ocurre la falla por corte. El cálculo se realizara tomando en cuenta una falla general del terreno con la ecuación general de capacidad de carga con un factor de seguridad de 2.5 y también limitando el asentamiento inmediato; en definitiva adoptamos el valor mínimo.

El valor del Angulo de fricción y la cohesión del terreno se obtiene a partir de la clasificación del suelo:

Tipo de suelo: Limos con bajo porcentaje de arena. Mezclas mal graduadas y sin plasticidad (ML). Consistencia del suelo: blandaAngulo de fricción = 27°Cohesión = 0

CAPACIDAD DE CARGA

C = 0 KN/m2 Ф = 27 ° Df = 1.5 m

ϒ = 17 KN/m3 Es = 12 Mpa FS = 2.5

ϒsat = 18 KN/m3 ϒ' = 8 KN/m3 NF = 0.3 m

ϒw = 10 KN/m3 β = 21.50 ° eL = 0.25 m

B = 1.2 m L = 1.6 m B= 0.75

L

B' = 1.20 m L' = 1.10 m B'= 0.92

L'

Capacidad de carga

q = 14.7 KN/m2

Caso I

ϒ = 8.0 KN/m3


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- Factores de carga

Nc = 23.942 Nq = 13.20 Ny = 14.47 Nq

= 0.551Nc

- Factores de forma

Fcs = 1.51 Fqs = 1.47 Fys = 0.63

- Factores de profundidad

Condición 1 Df≤ 1

B

Fcd = 1 + 0.6 Fqd = 1 + 0.46 Fyd = 1

B B

Condición 2 Df> 1

B

Fcd = 1 + 0.4 atan 1.5 Fqd = 1 + 0.3 atan 1.5 Fyd = 1

B B

- Factores de inclinación

Fci = 0.58 Fqi = 0.58 Fyi = 0.04

Capacidad de carga ultima B' = 1.1 m → σadm = 85.4 KN/m2


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CAPACIDAD DE CARGA POR ASENTAMIENTO

- Ecuación de SchertmanSi = C1 · C2 ( qo - q ) Σ (

IzΔz )

Es

Asentamientos límite S1 = 1 cm

0.1

1 B Iz12

Iz max = 0.5 + 0.1 √ qo - qσ'

2 BC1 = 1 - 0.5 (

q) C2 = 1

3 B Iz2 qo - q2

σ' = 13.5 + 4.5 B

B = 1.2 mS lim = 0.01 m σadm = 150.55 KN/m2

10. Diseño estructural

El diseño estructural se realiza con las solicitaciones máximas obtenidas de los estados de carga y en las direcciones críticas de los distintos elementos,

Pórtico metálico

Para el diseño de los elementos metálicos se utilizó el programa SAP 2000 el cual verifica que las secciones preestablecidas cumplan con los requerimientos que exige la norma que se utilice la cual se mencionó en los datos generales.


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Las secciones adoptadas son las siguientes:

Columnas: Perfil costanera 2C 100 x 50 x 15 3 mm c/ refuerzo de perfil angular 2L 50x50 3mm

Cordón inferior: Perfil costanera C 100x50x15 3mm y 2C 100x5x15 3mm en la zona cercana a la columna

Cordón superior: Perfil costanera C 100x50x15 3mm

Elementos de arriostre: Perfil costanera C 100x50x15 3mm

Correas: Perfil costanera C 100x50x15 3mm

Cable de acero Ф 10 mm

Para el cálculo de los perfiles, el programa realiza el siguiente análisis para cada uno de ellos:

Cordón superior


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Cordón inferior


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Columna


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Elementos de arriostre


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El software analiza los elementos y nos indica los resultados en un diagrama el cual se presenta a continuación:


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En este diagrama debemos verificar que ningún valor sea superior a 1 ya que esto nos señala que la sección adoptada cumple con todos los requerimientos que nos exige la norma correspondiente; y efectivamente en el diagrama ningún valor lo supera, esto también se puede apreciar mediante los colores que presentan los elementos, por tanto mantenemos las secciones adoptadas.

Hormigón Armado:

MATERIALES

· Hormigón H - 21 fck = 21 [MPa]

ϒc = 1.5fcd =

fck fcd = 14.00 [MPa]

ϒc

· Acero B - 420 S fyk = 420 [MPa]

ϒs = 1.15 fcd = fyk fyd = 365.22 [MPa]


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ϒs

Para el diseño de las columnas y zapatas de HºAº se utilizó las solicitaciones proporcionadas por el programa SAP 2000 y el análisis de los elementos es el siguiente:

Columna:

Lp = α ∙ L = 0.7 2

Lp = 1.4 (m)

i = 17.32

λm =Lp

=140.0

λm = 8.083i 17.32

Columna corta

- A's min =0.1 Nd

= 4.51 [cm2] - A's min =4

Ac = 7.2 [cm2]fyc,d 1000

ϒn Nd - αc Ac Fcd 1.6 119.1 - 1 0.2 14000

A's = = = -63.78 [cm2]fyc,d 365217.4

→ 4 φ 16 ( 8.04 [cm2] )

4 φ 12 ( 4.52 [cm2] )

Además de la cuantía mínima colocamos barras adicionales para no superar la separación máxima.


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Zapatas:

119.1 (KN)

│ - Nk = 119.1 (KN).

↓V

0.3- Areq =

119.1 + 0= 1.2 (m2)

h 100

σadm = 97 (KN/m2)

* v =1.2 - 0.3

v = 0.450 ≈ 0.40 (m)2

Para una zapata flexible: v ≥ 2 hh =

0.450= 0.225 ≈ 0.3

0 (m)2

Las dimensiones definitivas de la zapata son: a = b = 1.2 (m)

ao = 0.30 (m)

← → ↑

│

│

← 0.4 → │↑ │

↑0.6 1.6

h = 0.3 (m)↓ ↓ │

│← b = a = 1.2 (m) → ← 0.30 → │

│↓

← ─ ─ ─ 1.2 ─ ─ ─ →


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● Comprobación de la presión sobre el terreno

- σ =Nk

=119.1 + 10.8

≤ 1.25 σadm σ = 67.53 ≤ 106.8 CumpleA 1.92

● Presión del terreno para el cálculo estructural

- σt =Nd

=119.1 σt = 70.9 (KN/m2)A 1.7

● Cálculo a flexión

- L' = v + 0.15 ao L' = 0.45 (m)

- Momento que solicita Ms1 = L' σt ( L' ) = 7.02KN-m

2 m

d ' = 5.0 (cm) d = 25 (cm) b = 100 (cm)

← L' → momento μ α x β z (cm) As1 (cm2/m)7.02 0.008 0.010 0.00 0.996 24.9 0.77

→ φ 12 c / 15 ( 7.54 cm2

) ( En ambos sentidos ) INFERIORm

● verificación al corte

- Vd = σt L'' a = 70.9 0.15 1.2 Vd = 12.76 (KN)

Vcu = 0.12∙ ε

(100*ρL*fcv)^1/3 β∙ ∙ b d∙

← →L'' = 0.15

● ε = 1 + √ 200 ≤ 2 ε = 1.89 ≤ 2d

ρL =AsL

ρL = 0.003fcv = fck = 21 [MPa

]b*d

β = 1.0 b = 1.4 [m] d = 0.25 [m]


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Reemplazando los datos tenemos: Vcu = 147.2 [KN] ≥ 12.8 [KN] Cumple

● VERIFICACION AL PUNZONAMIENTO

○ SOPORTE INTERNO

- Perímetro critico de punzonamiento h = 0.30 m

u1 = 4 ∏ d + 2 ∙( ao + bo ) = 4 ∏ 25 + 2 ∙

( 30 + 60 )

u1 = 494.2 (cm)

- Fuerza de punzonamiento Fsd = 119.1 [KN]

- Tensión máxima solicitante

τsd =β ∙ Fsd Soporte interno

τsd =1.15 119.1

u1 ∙ d β = 1.15 4.9 0.25

τsd = 111 [KN/m2]

- Tensión máxima de agotamiento

τrd =0.18 ε∙ (100∙ ∙ρL fck)^∙ 1/3 + 0.1 σcdϒc

Ε = 1 +√ 200

≤ 2 ρL =√ ρx

∙ ρy ρi =AsL

d b*d

Ε = 1.89 ≤ 2 ρx = 0.003 ρy = 0.003 ρL = 0.003

Fck = 21 [MPa] ϒc = 1.5 σcd = 0.0

Reemplazando los datos tenemos: τrd = 420.6 [KN/m2] ≥ 111 [KN/m2] Cumple

- Verificación de la zona adyacente al soporte

Debe cumplirse la siguiente condición: Fsd,ef≤ 0.5 f1cduo d

f1cd = 0.6 fcd = 0.6 14.00 f1cd = 8400.0 [KN/m2]


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uo = 2 ∙ ( ao + bo ) = 2 ∙

( 30 + 30 ) uo = 120.0 (cm)

Reemplazando los datos tenemos: Fsd,ef = 1260 [KN] ≥ 119.1 [KN] Cumple

Se mantiene el espesor de la fundación

11. Esquema de disposicionesLa disposición de la armadura se realiza de manera que el armado en obra se realice de forma práctica, el esquema se presenta a continuación:


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La disposición de armadura es similar en todos los elementos, la ubicación y disposición de cada una de ellos se encuentra detallado en el plano estructural.


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