Proyecto: Edificio de Estructurales Informática UCA · reforzamiento de las cerchas de entrepiso,...

Contenido I. INTRODUCCION .................................................................................................................. 3

II. ANALISIS E IDEALIZACION DE LA ESTRUCTURA AMPLIADA ......................................... 3

III. REFORZAMIENTO DEL EDIFICIO Y DISEÑO DE NUEVOS ELEMENTOS. ................... 8

IV. REVISION DE VIGAS EXISTENTES Y DISEÑO DE VIGAS NUEVAS ............................. 9

V. REVISION DE COLUMNAS EXISTENTES Y DISEÑO DE COLUMNAS

NUEVAS .................................................................................................................................... 13

VI. REVISION DE LOSA DE ENTREPISO ........................................................................... 15

VII. REVISION DE FUNDACIONES....................................................................................... 16

Especificaciones Técnicas Estructurales

Proyecto:

Edificio de Informática UCA

AMPLIACION Y REDISEÑO EDIFICIO INFORMATICA UCA.

ING. LUIS SERRANO Tel 84270717 [email protected] 2

Ampliación y rediseño edificio informática UCA.

Managua, abril 2017



AMPLIACION Y REDISEÑO EDIFICIO INFORMATICA UCA

I. INTRODUCCION

A solicitud de la Universidad Centroamericana (UCA), a través del Ingeniero Axel

González, coordinador del proyecto, hemos procedido al rediseño estructural, de un

edificio existente, localizado en el sector Nor-Este del campus universitario, en la

ciudad de Managua.

Los sustentos del rediseño de la estructura, son basados bajo la presunción de que

la construcción del edificio existente se efectuó bajo la sana práctica de la ingeniería

y el cumpliendo de los estándares de calidad de los materiales, el reglamento

nacional de construcción y los planos constructivos originales del edificio.

Así mismo, se han tomado en cuenta los resultados del estudio de suelo efectuado

en el año 2013 por la firma “Rodríguez & Asociados” y los nuevos requerimientos

arquitectónicos detallados en los planos y memoria descriptiva presentados por la

firma “Renovatio” en marzo del presente año 2018.

Según las inspecciones visuales realizadas al edificio, se detectaron afectaciones

físicas por oxidación en algunos elementos metálicos y el deterioro de algunas áreas

de la losa de entrepiso, afectada por intemperismo. El resumen de estas

afectaciones es detallado en el informe técnico correspondiente, remitido por el

suscrito en fecha del 10 abril 2018.

La revisión inicial del modelo estructural actual, nos revela que el edificio es estable

y resistente, sin embargo, existen déficit de resistencia en algunos elementos de las

cerchas de entrepiso y deficiencia en algunas conexiones soldadas.

Todas estas observaciones han sido tomadas en consideración en el nuevo modelo

estructural ampliado del edificio, realizándose los reforzamientos necesarios de la

estructura actual para formar un conjunto armonioso con los nuevos elementos

contemplados en la ampliación del edificio.

II. ANALISIS E IDEALIZACION DE LA ESTRUCTURA AMPLIADA

La estructura actual del edificio es un sistema de marcos rígidos de acero, formados

por vigas y columnas de secciones laminadas en caliente tipo “I” en el sentido

longitudinal y por cerchas planas a nivel de entrepiso, que cubren todo el ancho del

edificio, en el sentido transversal.

El entrepiso está formado por un sistema de láminas troqueladas y losa de concreto

reforzado de 4” de espesor, soportado por clavadores metálicos tipo “caja”,

dispuestos en el sentido longitudinal del edificio y separados entre sí a cada metro.



Estos clavadores son soportados a su vez por las cerchas metálicas ubicadas sobre

los ejes principales, en el sentido transversal del edificio.

La cubierta de techo está formada por laminas metálicas curvas, autoportantes,

colocadas en el sentido transversal del edificio y que cubren todo el ancho del

mismo. Estas laminas se traslapan entre sí y forman un diafragma flexible

deformable que es soportado en sus extremos por clavadores metálicos tubulares,

los que a su vez se apoyan en las vigas y columnas principales del edificio.

El sistema constructivo propuesto inicialmente para el cerramiento interno y externo

del edificio, era con paneles de “emmedue”; sin embargo, de acuerdo a la nueva

arquitectura planteada, los nuevos cerramientos internos y externos serán paneles

de Durock, Gypsum y muros cortina de vidrio fijo.

Las fundaciones de la estructura, es un sistema de zapatas aisladas conectadas en

sus dos ejes principales por pedestales y vigas de fundación de concreto reforzado.

Adicionalmente, existen zapatas corridas que servirían de soporte a las paredes

internas de “emmedue”.

Para la ampliación del edificio se ha mantenido en lo posible, la misma

estructuración y sistema de fundación del edificio, y a su vez se han incorporados

nuevos elementos para incrementar la rigidez y estabilidad del edificio.

La ampliación del edificio contempla extender el techo actual hacia el Este, hasta

cubrir toda el área de construcción del segundo nivel. Adicionalmente se contempla

techar la terraza Oeste del segundo nivel y construir una nueva escalera de

emergencia y una torre para equipos de aire acondicionado, en la parte externa del

edificio.

En el esquema a continuación se observa el nuevo “esqueleto estructural” del

edificio, identificando los elementos existentes en color celeste y los nuevos

elementos estructurales en azul.



Para el análisis de la estructura, se efectuó el modelo tridimensional del edificio y

este fue sometido a las cargas gravitacionales generada por las condiciones de

servicio y las cargas accidentales de sismo y viento, consideradas en el

Reglamento Nacional de la Construcción (RNC-07) y descritas a continuación:

Carga de Techo:

CM= 15.00 Kg/m2 (más el peso propio de la estructura)

CV= 200 Kg + 10 Kg/m2 en elementos principales

CVR= 10 Kg/m2

Carga de Entrepisos:


CV= 250 Kg/m2

CVR= 200 Kg/m2

Carga en Escaleras:


CV= 500 Kg/m2

CVR= 250 Kg/m2

Carga Sísmica:

Grupo B (Oficinas)

Zona C (Managua), isoaceleracion ao=0.30

Factor de Sobreresistencia Ω=2



Factor de amplificación de suelo Tipo II, S= 1.5

Factor de reducción por ductilidad (Marcos rígidos) Q=3 Coeficiente

sísmico considerado Cs= 0.45

Carga de Viento:

Grupo.. B

Tipo…. 1

Zona… 1 (Managua)

Periodo de retorno: 50 años.

Velocidad diseño: 30 m/s

Consideraciones sobre la calidad de los materiales existentes y proyectados.

Acero estructural: Todos los elementos metálicos se consideran tipo A-36 (Fluencia

Fy= 36 ksi)

Acero de refuerzo: El acero de las losas y fundaciones existentes se consideran de

grado A-40 (Fluencia Fy= 40 ksi)

Pernos: De alta resistencia tipo A-325 (Resistencia 120 ksi)

Concreto: Según los planos del diseño original, la resistencia a la compresión del

concreto existente es de 3000 psi.

Suelo: El estudio geotécnico realizado por la firma Rodríguez & Asociadas indica

una presión admisible de 2.0 Kg/cm2 al nivel del estrato a una profundidad promedio

de 3.00 m. A nivel superficial el suelo natural tiene una capacidad de 0.5 Kg/cm2.

Soldadura: se utilizan electrodos E-60 y E-70 con resistencia Fu= 60 ksi y 70 ksi

respectivamente.



Propiedades geométricas de las secciones principales existentes.



III. REFORZAMIENTO DEL EDIFICIO Y DISEÑO DE NUEVOS ELEMENTOS.

El análisis de la estructura existente, indica que la estructura principal del edificio

conformada por vigas y columnas metálicas tipo “I”, es resistente y sus fundaciones

estables. Sin embargo, el análisis también muestra, déficit de resistencia en las

cuerdas extremas de las cerchas de entrepiso.

En la idealización de la remodelación y ampliación del edificio, se ha considerado el

reforzamiento de las cerchas de entrepiso, la extensión de las columnas existentes

hasta el nivel de techo, en los ejes 3 y 4 y, la colocación de nuevas columnas, en

los ejes 1 y 2. De igual manera se ha contemplado la adición de nuevos elementos

a lo interno del edificio y las nuevas estructuras de escalera y torre adosadas al

edificio.

De acuerdo a los resultados del análisis estructural del edificio ampliado, se

muestran a continuación los elementos más esforzados según las solicitaciones y

combinaciones de cargas a que serán sometidos:



IV. REVISION DE VIGAS EXISTENTES Y DISEÑO DE VIGAS NUEVAS

Vigas principales Transversales VM-5; acciones más desfavorables.

Mmax= 5.25 ton-m

Vmax= 2.39 ton

δmax= 7.6 mm

M 5.25 ∗ 100 ton fb3

. S

V 2.4 ton fv Av 24 0.10 cm2

1.04 2 .

δmax < Δperm= 49.4 mm > OK.

Utilizar misma sección en los nuevos ejes de la ampliación del edificio.

Vigas principales longitudinales VM-1, acciones más desfavorables.

V 2.26 ton fv Av

36 0.06cm 2

.

Utilizar misma sección para el nuevo tramo ampliado del edificio.



Vigas secundarias de entrepiso VM-4, acciones más desfavorables.

Mmax= 0.76 ton-m

Vmax= 0.88 ton

δmax= 10.01 mm

fb3 M

S

0.76 ∗ 100 ton

1.22

62 cm2

1.52 .

2

fv

V

Av

0.88 ton

0.10 2

9 cm

1.04 .

2


Vigas secundarias en particiones VM-3, acciones más desfavorables.

Mmax= 1.07 ton-m

Vmax= 3.46 ton

δmax=

5.98 mm

M 1.07 ∗ 100 ton fb3 1.14 .

S

V 0.88 ton fv Av 9

0.10cm 2 1.04 2 .


Vigas principales escalera externa VM-2, acciones más desfavorables.



Mmax= 2.03 ton-m

Vmax= 3.34 ton

δmax= 0.58 mm

0.53ton

. fb3 M 2.03 ∗ 100

S

V 3.34 ton fv Av 37 0.09 cm2

1.04 2 .


Cerchas de entrepiso reforzada, acciones más desfavorables.

Fuerza axial en las barras sometidas a cargas sísmica.

Fuerza máxima en cuerdas extremas

Superior e Inferior

Fmax= 30.85 ton

Diagonales

Fmax= 10.80 ton

Fuerza máxima en cuerdas centrales

Superior e Inferior

Fmax= 17.03 ton δmax= 13.9 mm

Diagonales

Fmax= 6.85 ton

Fuerza axial en las barras sometidas a cargas gravitacionales.



Revisión de cuerdas superior e inferior reforzadas Fuerza

máxima en cuerda, Tmax=Cmax= 30.85 ton

k = 1.0 L = 95 cm rmin = 4.06 cm A=60.26 cm2

λ= 23 < 200 OK. Fa = 1.43 Ton/cm2 Uniones soldadas.

FResist = 86.17 ton > Cmax. OK.

Se usará soldadura de fillete de ¼” a todo alrededor de los angulares.

Revisión de cuerdas superior e inferior, existentes Fuerza

máxima en cuerda, Tmax=Cmax= 17.03 ton

k = 1.0 L = 95 cm rmin = 2.34 cm A=18.58 cm2 λ=

41 < 200 OK. Fa = 1.34 Ton/cm2 Uniones soldadas.


Se usará soldadura a tope en la unión de los angulares.

Revisión de cuerdas diagonales, existentes

Fuerza máxima en diagonales, Tmax=Cmax= 6.85 ton

k = 1.0 L = 100 cm rmin = 1.50 cm A=9.29 cm2 λ= 67 <

200 OK. Fa = 1.17 Ton/cm2 Uniones soldadas.


Se usará soldadura de fillete de ¼” en la unión entre angulares.

Contraventeo Longitudinal



Fuerza máxima en diagonales, Cmax= 29.2 ton

k = 1.0 L = 510 cm r2 = 6.27 cm A=56.5 cm2 λ= 81 <

200 OK. Fa = 1.07 Ton/cm2

An=48.44 cm2 (considerando pernos de 7/8”)

Resistencia del puntal 6”x10”x5/16” Cr= 51.83 ton > Cmax. OK.

Resistencia cortante de pernos A-325 de 7/8”, en la junta:

Pr= 34.32 ton > Cmax OK.

V. REVISION DE COLUMNAS EXISTENTES Y DISEÑO DE COLUMNAS NUEVAS

Columna principales CM-1, acciones más desfavorables.

M3= 18.8 ton-m

P= 11.82 ton

Vmax= 27.8 ton

λ= kL/r, k = 2.0 L = 370 cm rmin = 6.68 cm λ= 111 <

200 OK. Fa = 0.81 Ton/cm2; Fb= 1.52 Ton/cm2

M 18.8 ∗ 100 ton fb3

S 2725 0.69cm

2 .

P 11.82 Ton

fa A 1163 0.07 cm 2 0.15 .

fa fb3



0.76 1.0 .

Fa Fb

Revisión del cortante Fv= 1.04 x 56.97= 59 ton > Vmax. OK.

Utilizar misma sección para nuevas columnas en la ampliación del edificio.

Columna escalera CM-5, acciones más desfavorables.

M2= 0.95 ton-m

P= 0.86 ton

Vmax= 0.28 ton



P 0.86 Ton

fa A 56 0.02 cm 2 0.15 .

M 0.95 ∗ 100 ton fb2

S 291

0.33cm 2

fa fb2

0.35 1.0 .

Fa Fb

Columnas particiones y torre CM-3, acciones más desfavorables.

M2= 0.55 ton-m P=

0.54 ton

Vmax= 0.79 ton



P 0.54 Ton

fb2 M

S

0.55 ∗ 100 ton

0.85 2

65 cm



fa A 17 0.03 cm 2 0.15 .

VI. REVISION DE LOSA DE ENTREPISO

El sistema de entrepiso es un diafragma semirrígido formado por laminas

troqueladas metálicas y una sobre losa de concreto reforzado, cuya función

específica es de transmitir las cargas gravitacionales a los elementos soporte

secundarios (clavadores) los que a su vez transmiten las cargas a los elementos

principales de entrepiso formados por cerchas.

De esta manera, la losa se idealiza como una viga ancha de poco peralte,

simplemente apoyada sobre los clavadores.

De acuerdo al análisis realizado de la losa de entrepiso existente, considerando una

franja de diseño de 100 cm de ancho, tenemos:

Mmax= 85 kg-m Vmax= 340 kg

La resistencia de la losa, considerando malla de varillas #2 @ 25 cm:

Mr= 110 kg-m > Mmax OK.

Vr= 2400 kg > Vmax OK.

Se mantendrá este mismo sistema de entrepiso para las losas nuevas, pero

reforzadas con malla electrosoldada de 4”x4”x 5mm.

fa

Fa

fb2

Fb

0.88 1.0 .



VII. REVISION DE FUNDACIONES.

De acuerdo a los planos estructurales originales del edificio, las fundaciones

existentes consisten un conjunto de zapatas aisladas unidas en sus dos sentidos

por medio de vigas asísmicas de gran peralte.

Las dimensiones de las zapatas son de 1.50 m x 2.00 m y peralte de 0.35m, con

profundidad de desplante de 2.00 m medidos desde el nivel de piso existente (0.00).

Las columnas metálicas del edificio descansan sobre pedestales de concreto, donde

se considera un tipo de apoyo simple.



Como se puede apreciar, en el esquema de presiones sobre las zapatas, el esfuerzo

máximo en las mismas es de 11.8 ton/m2, inferior a la capacidad soporte del suelo

de 20 ton/m2.



Los esfuerzos máximos en las vigas de fundación se producen durante el empuje

sísmico en el sentido O-E, donde el momento flexionante máximo en la viga es de

23.58 ton-m y el cortante de 12.9 ton.

La resistencia de la sección existente es:

Mr= 30.19 ton-m > Mmax. OK.

Vr= 16.0 ton > Vmax. OK.

Utilizar misma sección en la ampliación del edificio.

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