CORRECCIONES DEL DISEÑO ESTRUCTURAL

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1 ESTUDIO DEFINITIVO DE ARQUITECTURA E INGENIERIA DEL PATIO SUR DEL CORREDOR SEGREGADO DE ALTA CAPACIDAD DE LIMA METROPOLITANA CORRECCIONES DEL DISEÑO ESTRUCTURAL 1 INTRODUCCIÓN El presente documento comprende la revisión del Diseño Estructural para cada una de las edificaciones del expediente Técnico de Patio Sur, en ese sentido, se tiene la presentación siguiente: - Edificio administrativo - Edificio de la Portería - Edificio de Lavado de Buses - Edificio de la Estación de Servicio - Edificio del Taller - Edificio de la Sub Estación - Reservorio de Agua 2 ALCANCES En el presente documento se presentan los diseños de las estructuras que necesitan ser corregidas en cada uno de los Edificios que comprende el PATIO SUR. Especificaciones Técnicas: Las especificaciones técnicas que rigen el diseño de las estructuras son las siguientes: Materiales: - Concreto Estructural cimentaciones f c = 210 kg/cm 2 - Acero de refuerzo fy = 4200 kg/ cm 2 - Normas ASTM-A 36 ó equivalentes Cargas: - Sobrecarga en piso 300 kg./m 2 - Sobrecarga sobre techo metálico 25 kg./m 2 - Presión de Viento en cobertura 100 kg./m 2 - Escaleras 400 kg./m 2 - Zona Sísmica 3 z = 0.4 1

2 Resistencia del Suelo: - De acuerdo al Estudio de Suelos 1.66 kg./cm2 I. EDIFICIO ADMINISTRATIVO Este edificio tendrá dos pisos. El Primero y parte del segundo piso serán de concreto armado. Una gran parte del segundo piso estará cubierto por una estructura metálica. 1. Revisión de Cimientos Se ha diseñado tres tipos de zapatas aisladas S.1, S.2 y S.3 para las 40 columnas que serán conectadas con vigas de conexión. a) Las Columnas de las esquinas se cimentaran sobre las zapatas S.1, de 185 x 185 x 60 cm. de peralte. Estas tienen carga similar, se seleccionó la carga de ton. Se tiene el esfuerzo: τ t = 1.4 x / 185 x 185 = 1.56 kg./cm 2, ω = kg. / m 2 Momento: M = ½ x x = kg.-m. Refuerzo: As = 4.4 cm 2 /m = φ 0.25 m. Este valor es similar al calculado pero se escogió varillas de φ ½. b) Las otras zapatas S.2 de 240 x 240 x 60 cm. y S.3 de 270 x 270 x 60 cm. para las columnas perimetrales y para las de mayor carga las centrales columnas del eje central. El diseño es bastante conservador pero es aceptable en vista de la baja del suelo. Se usará igualmente refuerzo de φ 0.15 m. en ambos sentidos. El diseño de las vigas de contención es aceptable con 3 φ 5/8 en ambas caras. Los planos de diseño son desde el ES -02 al ES Revisión de Columnas Las columnas se han diseñado para cargas máximas sean de uno o dos pisos, se ha seleccionado la de mayor carga, la P.23 con ton., la sección es igual para todas, columnas circulares de diámetro de 55 cm. el refuerzo es de 9 φ 1/2 y estribos circulares de φ 0.10 m., en la zona de confinamiento y φ para el resto. Asimismo, para las columnas de forma semicircular el refuerzo será también de 9 φ 1/2. 2

3 Para las esquinas se han diseñado pilares de 30 x 30 cm., debido a su esbeltez el refuerzo será de 8 φ 1/2. El diseño está presentado en el plano ES Revisión de Losas y Vigas.- Las losas de concreto del techo del primer piso son de 12 cm. de espesor para una sobrecarga de 300 kg./m 2. El diseño es aceptable pero el refuerzo de φ 1/4 se cambiará a su equivalente φ las varillas de ¼ no son corrugadas generalmente, por esto este refuerzo se ha cambiado. Asimismo, en el techo de la cobertura deberá reforzarse con φ m. si es necesario. Las vigas del primer techo tienen sección variable así por ejemplo la V-105 cambia de 30 x 80 a 30 x 154 y después sigue cambiando, la V-107 varia de 20 x 96 a 20 x 120 en forma similar cambian las otras vigas. Además, son muy esbeltas en peralte tienen 80, 122.4, 142 o 154 cm. Otro defecto es que el análisis no ha considerado el empotramiento en sus extremos, por ese motivo; se ha corregido el refuerzo en los apoyos de 2 φ 1/2 a 2 φ 5/8, de 2 φ 3/8 a 2 φ 3/4 según sea el mínimo. Estos cambios en el diseño se presentan en los planos ES -11, ES -12 y ES -13. En las vigas de la cobertura se ha cometido el mismo error, de considerar apoyos simples en las columnas extremas y no empotradas y continuas. Todas las vigas han sido corregidas en su diseño y presentadas en los planos ES -14, ES -15 y ES -16. La viga V-208-A ha sido cambiada en peralte de 70 a 80 cm. pues resulta insuficiente, la viga V-208 de un tramo será también de 30 x 80. Estas correcciones se presentan en el plano ES -16. Las cargas no son grandes en este nivel y el refuerzo es el mínimo, con cuantía de la sección. 4. Escaleras: No se ha encontrado los cálculos de las escaleras 1 y 2 cuyos diseños aparecen en los planos ES-17 al ES-20. Se ha realizado el análisis siguiente: Peso de losa, t = 12 cm. Piso acabado, 288 kg./m. 150 kg./m. Peso propio: 438 kg./m. X 1.5 = Sobrecarga = 400 x 1.8 = 657 kg./m. 720 kg./m. Carga repartida: w = 1377 kg./m. Momentos y refuerzos: analizando la estructura de los planos se tiene: (-) M = ½ x 1377 x = 558kg-m As = 2.9 cm 2 φ m. (+) M = 1/10 x 1377 x = 650kg-m As = 3.4 cm 2 φ m. (+) M = ½ x 1377 x /10 = 750kg-m As = 4.0 cm 2 φ m. Se reforzará las losas y peldaños de las escaleras con φ m. en dos capas. 3

4 Las vigas VE.1 y VE.2 de 30 x 60 que soporta las escaleras 1 y 2 han sido reforzadas para resistir los momentos negativos y positivos. Estos diseños y otros detalles se presentan en los planos ES -17 y ES -19. Las placas, soporte de las vigas y losas están bien diseñadas y se presentan en los planos ES -18 y ES Revisión de Estructura Metálica Peso propio. Peso de Cobertura (tejas y otros) Sobre carga de Cobertura Efecto de viento Carga distribuida 25 kg./m2. 15 kg./m2. 25 kg./m2. 35 kg./m kg./m2 De la arquitectura se puede obtener la geometría de los tijerales principales Carga Concentrada P1=6x0.889x100=530 Kg. Pu=1.5x530=800 R1=9x x800=7600 Kg. M=7,600x ( ) x 0.837=33,210 Kgm. Fuerza en brida centrales: t=c 33,310/1.26=26,360 Kg. Perfil C (8 x2 x1/4 ) Área = 19.2 cm2. Esfuerzo: 26,360/19.2 = 1,370 Kg/cm2. < 1,500 Kg/cm2 satisfactorio Montantes F= R1=7,600 Kg. fs= 7,600/7.25 = 1050 Kg/cm2 satisfactorio Diagonales 2 ángulos de 1½ x 3/16 área =7.25 cm2. Esfuerzo: fs =7,600x1.41/7.25 = 1,480 Kg/cm2 satisfactorio Las demás estructuras reticuladas son aceptables. Los diseños de estas estructuras se encuentran en los planos EM -02, EM -03 y EM -04. II. EDIFICIO DE LA PORTERÍA 4

5 Este edificio se ha proyectado de un piso, pero en su parte central tendrá una losa intermedia. Las especificaciones técnicas de materiales son las mismas que las del Edificio de Administración. 1. Revisión de Cimientos El diseño de las zapatas es aceptable aunque conservador, sin embargo no se cambiará en vista de la baja resistencia del suelo. Las vigas de cimentación VB.1 = VB.9, VB.5, VB.10 = VB.15, VB.11 = VB.14 de sección (20 x 60) no tienen refuerzos suficientes en los extremos, se han corregido los diseños colocándose refuerzo mínimo. Asimismo, las vigas VB.6 =VB.8 (20 X 40), VB.12 =VB.13 (20 X 30), VB.3 =VB.7 (20 X 30); se reforzaran con 2 φ 5/8 y en el caso de las vigas menores con 2 φ 1/2. Estas correcciones se presentan en el plano ES Revisión de Columnas Las cargas sobre las columnas resultan pequeñas en vista de las áreas de techado. Las dimensiones de las columnas son 20 x 40 cm. y 19 x 30 cm. en el interior del edificio, con cargas de 12 ton. o menos. Se ha diseñado con refuerzo mínimo de 6 φ 1/2. 3. Revisión de Losas y Vigas de piso Las losas tienen un espesor de 10 cm. y el refuerzo es adecuado de φ m. Para luces de 4.25 a 5.25 m. Las vigas se han revisado su diseño, considerando su continuidad en los extremos empotrados en las columnas; por tanto, el refuerzo será de φ 3/4 o φ 5/8. En otros casos, cambiando de 2 φ 1/2 a 2 φ 5/8, tal el caso de las vigas V.202 = V.204, V.207 = V.212 de (20 x 65). Igualmente las vigas V.208 = V.211, V.209 = V.210 de (20 x 65). Estos cambios de refuerzo se presentan en el plano ES -24. III. EDIFICIO DE LAVADO DE BUSES Este edificio diseñado para servicio de limpieza de buses esta proyectado de un piso con dos pórticos en un sentido, con luces de 2.64 m. y 4.55 m.; y cuatro pórticos transversales de 2.40 m. de luz. La construcción será de concreto armado con las mismas especificaciones generales. 1. Revisión de la Cimentación a) Zapatas: Las zapatas para cimentar las columnas se han diseñado de un solo tipo S.1 de 120 x 120 x 60 cm. de peralte. La carga máxima de las columnas es de la P.7 y P.6, con ton. que transmite una presión al suelo de 0.93 kg./cm 2 5

6 incluyendo el peso de la zapata. Se recomienda reforzar con φ 0.15 m. en ambos sentidos. En el Plano ES -26 se muestra este diseño. a) Vigas de Conexión.- Se han diseñado vigas de conexión para conectar las zapatas de 14 x 50 cm., debido a que las cargas no son grandes; un diseño adecuado resulta con diseño mínimo en las vigas, esto es 2 φ 1/2 en ambas caras. 2. Revisión de las Columnas: Las columnas se han proyectado de 30 x 25 cm. de sección. Las cargas que soportan son pequeñas. La mayor carga es de la P.3 y P.7 con Ton. y resulta un refuerzo axial de kg./cm 2, menor del 0.1 f c. La flexión es mínima. El refuerzo diseñado de 6 φ 1/2 resulta un diseño aceptable. Las otras columnas soportan aun menos carga. El plano ES -26 contiene este diseño 3. Revisión de Losas y Vigas: Losas: Las losas de la cubierta tendrán 10 cm. de espesor y la luz principal de diseño es de 2.48 m. con volados en sus extremos de 0.60 m. y en la otra dirección, la luz mayor es de m. Del diseño de las losas resulta un refuerzo que es el mínimo de φ 0.15 m. mínimo en ambas direcciones. Igual refuerzo se colocaría en las losas del voladizo. Vigas: Las vigas han sido diseñadas de 14 x 40 cm. y 14 x 50 de sección. Asimismo, por tener cargas pequeñas el refuerzo es mínimo. Tendrán 2 φ 1/2 en ambas caras, como mínimo refuerzo. IV. EDIFICIO DE LA ESTACIÓN DE SERVICIO: 1. Revisión de la Estructura Metálica Este edificio esta proyectado para el servicio de los buses con una gran cobertura metálica. La revisión del diseño es el siguiente: Tijeral A: 6

7 a) Cargas y Pesos: Peso propio de perfiles: 20 kg./m 2 Peso de cobertura: 10 kg./m 2 Tejas, accesorios y otros: 15 kg./m 2 Sobrecarga cobertura: 25 kg./m 2 Viento transversal: 0.3 x 100 = 30 kg./m 2 Carga Distribuida Equivalente = 100 kg./m 2 b) Cargas presentadas en los nudos del tijeral: P 1: P 2: x 10.2 x 100 = 900 kg. Se estima en 2P 1 = 1800 kg. P 3 (Tij.G: 2 P 1 ) = 1800 kg. Por simetría de carga y estructura se tiene: c) Reacción: R 1 = P 3 + 4P 1 + P 1 + 4P 1 = x = kg. Momento del volado (-) M = 1800 x ( ) x = kg.-m Tracción en la brida superior = compresión en la viga inferior C = T = / 0.8 = kg. Ac (6 x 2 x ¼), Area = 10 x 0.25 =2.5 pulg.2 Verificación en el esfuerzo del perfil: f s = / (2.5 x 6.46) = kg./cm 2 f s < kg./cm 2 Satisfactorio. d) Tramo apoyado: Reacciones: R 1 = R 2 = 4P P 2 = 4 x x = kg. Momento en el centro del tramo: (+) M = x x ( ) x = kg.-m. Fuerza en las bridas: T = C = / 0.8 = kg. 7

8 Área de Brida: C 6 x 2 x ¼ Área = 2.5 pulg. 2 = cm 2 Esfuerzo: f s = /16.13 = kg./cm kg./cm 2 aceptable Montantes: L 2 x 3/16 Área = cm 2. Esfuerzo = F/A F = 0.5 P 2 + P 1 = = kg. f S = / = 745 kg./cm 2 < kg./cm 2 Satisfactorio Diagonales: L 2 x 3/16 Área = cm 2 Fuerza: t = x 1.5 = kg. Esfuerzo: f s = 5 400/ = kg./cm 2 Satisfactorio Tijeral C: a) Cargas: Carga distribuida equivalente, w = 100 kg./m 2 b) Carga concentrada en los muros: P 1 = x 885 x 100 = 767 kg. P 3 = x 885 x 100 x 2 = kg. R 1 = 767 x = kg. c) Momento en el volado: (-) M = x x x 15 = kg.-m Fuerza en las bridas: T = C = / 0.8 = kg. Esfuerzo: f s = / (2.5 x 6.45) = kg./cm 2 < kg./ cm 2 Esbeltez del perfil: l/r = 86.7 / 1.27 = 68 d) Tramo apoyado: C 6 x 2 x ¼ R 1 = R 2 = 11 x 767 / 2 = kg. Momento en el centro: (+) M = x x ( ) = kg.-m Fuerza en las bridas: T = C = / 0.8 = kg. Esfuerzo: f s = / (2.5 x 6.45) = 928 kg./cm 2 < kg./cm 2 Satisfactorio Satisfactorio Satisfactorio 8

9 e) Montantes: L 1 ½ x 3/16 Área = cm 2 Esfuerzo: f s = R 1 /A = ( ) / = 952 kg./cm 2 Satisfactorio f) Diagonales: T = / = kg. Esfuerzo: f s = / = kg./cm 2 Satisfactorio Los cálculos de verificación indican que el diseño de la cobertura metálica es satisfactoria y se presenta en los planos desde el EM -05 hasta EM Revisión de la Columnas y Cimientos Las columnas desde P 1 hasta la P 12 soporta una carga relativamente pequeña de los tijerales y la cobertura metálica, la mayor carga es de 17.8 ton. y la sección circular es de diámetro 50 cm. y área cm 2, el esfuerzo máximo es de x 1.5 / = 13.6 kg./cm 2, aproximadamente 0.06 f c. La dirección esta dada en previsión de sostener el apoyo de los tijerales y una posible flexión de un viento fuerte. El diseño en todo caso es correcto, reforzándolas con 8 φ ½ y estribos de φ 0.10 m. en los extremos 0.20 m. en la zona media. Los diseños de las zapatas y zanjas para el mantenimiento son correctos. V. EDIFICIO DEL TALLER: Este edificio comprende una estructura metálica central con techados de concreto laterales. La revisión comprende la cimentación con zapatas conectadas por vigas de amarre de los cimientos. Sobre las zapatas se apoyan empotradas las columnas. 1. Revisión de la Cimentación: Zapatas: De acuerdo a la intensidad de las cargas que soportan las columnas, el proyectista ha diseñado dos tipos de zapatas. La S.1 y la S.2 para cimentar columnas con 25 Ton. ó mas; y la S.3 para cimentar columnas con cargas menores hasta de 25 Ton. La S.1 y S.2 tendrán 185 x 185 x 50 cm. de peralte y requieren 5.8 cm 2 /m. de refuerzo, se sugiere reforzadas con φ 0.20 m. y no usar φ 3/8, las zapatas S.3 requieren un área de 120 x 120 y un peralte de 50 cm. y el refuerzo necesario es el mínimo, se colocará φ ½ 0.20 m. Se presenta el diseño en el plano ES -34. Vigas de Cimentación: 9

10 Estas vigas conectarán las columnas en su cimientos, en su mayoría serán de 0.20 x 0.60 y para vigas pequeñas serán de 0.20 x 0.30 m. Los diseños se han corregido, diseñando refuerzo máximo en los extremos de las vigas, esto es 2 φ ¾ o 2 φ 5/8 para las vigas (20 x 60). Estos diseños están en el Plano ES Revisión de las Columnas: Las columnas se han diseñado de sección 20 x 70 cm. Las cargas son pequeñas para la sección, las columnas con mayor carga son la P.43 y la P.31 con 47.47Ton., las cuales tendrán esfuerzos fc menores a 40 kg./cm 2 < 0.20 f c. y tendrán refuerzo mínimo de 10 φ ½ y cuantía de Revisión de las Vigas y Losas de la Cobertura: Losas: La cobertura será estructurada con losas de espesor de 10 cm. y luces entre 0.50 m. y 3.00 m. Se requiere refuerzo mínimo de φ 0.25 m., evitando el uso de φ 1/4 que no es corrugado en nuestro medio. Vigas: El diseño de las vigas ser revisado. Se han diseñado dos tipos de vigas conjuntas, unas sostienen las losas y las otras soportan estas vigas y se apoyan en las columnas. Las vigas se han diseñado de 20 x 70 cm. que resultan muy grande el peralte. Es suficiente diseñarlas de 20 x 40 cm. para la luz de 3.00 m. y reforzadas con 2 φ 1/2. Las otras vigas nominadas V.3 = V.5 = V.34 = V.36 pueden ser de 20 x 60 cm. con el refuerzo calculado, estas vigas han sido cambiadas de nominación en el plano ES-35 donde se les nomina V.103 = V.105 = V.134 = V.136. Como resultado se ha modificado el diseño y se presentan en los planos ES Revisión de las Estructuras Metálicas: Las estructuras metálicas cubren la parte central entre las dos naves del edificio. Un tijeral abovedado es la generatriz de una serie de estructuras que soportan el techo metálico. 10

11 De acuerdo a las especificaciones se puede establecer: a) Cargas: Peso propio de las correas: 25 kg./m 2 Peso propio de la cobertura (tejas y accesorios): 15 kg./m 2 Sobrecarga de la cobertura: 25 kg./m 2 Viento longitudinal (estimado: 0.35 x 100) 35 kg./m 2 Total Carga Repartida 100 kg./m 2 De las hojas de cálculo previas se puede obtener la geometría de los tijerales matrices: b) Carga concentrada en los nudos, se promedia el espacio entre montantes: P 1 = 6 m. x 1.00 x 100 = 600 kg. P u = 1.5 x 600 = 900 kg. R 1 = R 3 = 11 X X 900 X 2 = kg. c) Momento: Al Centro: (+) M = x ( ) x x x 13 = 125, x = kg.-m. Fuerza en las bridas en el medio del tramo: T = C = / = kg. Para el perfil: C 6 x 2 x ¼ A = 2.5 pulg. 2 x 6.45 = cm 2 Esfuerzo: f s = / = kg./cm 2 > fy Se requiere un perfil de área de 23 cm 2 mínimo, se usará C 6 x 2 x 3/8 Con esfuerzo: f s = / 24.2 = kg./m 2 < kg./m 2 Satisfactorio Por lo consiguiente, para las bridas superior e inferior en la parte central se usará C 6 x 2 x 3/8 y para los tercios laterales se puede cambiar a 6 x 2 x 11

12 ¼. Asimismo, las diagonales y montantes pueden ser de C 6 x 2 x ¼, o C 6 x 2 x1/8. Los diseños se presentan en los planos EM -12, EM -13 y EM -14 VI. EDIFICIO DE LA SUB ESTACIÓN: 1. Revisión de la Cimentación: Zapatas: La cimentación es una estructura conformada por zapatas conectadas con vigas. El proyectista ha elegido la columna de carga mayor, la P.9 con Ton. para diseñar su zapata esta es la S.1 de 120 x 120 x 40 cm. de peralte. El refuerzo es satisfactorio de barras de φ 0.25 m., Vigas de Cimentación: Las vigas diseñadas son de 19 x 40 cm. y 19 x 50 cm. y refuerzo de 3/8. Se recomienda reforzarlas con 2 φ 1/2 en ambas caras y para la VB.3 = VB.4 = VB.5 = VB.6, deberá reforzarse con 3 f 1/2. 2. Revisión de Columnas: Las columnas soportan cargas pequeñas y el diseño para secciones de 25 x 25 cm. es correcto con 8 φ 1/2. 3. Revisión de la Cobertura: Losas: Estas tendrán un espesor de 12 cm. El diseño es aceptable pero se recomienda reforzarlas con φ 0.25 m. en ambas caras. Vigas: Las vigas diseñadas tienen una sección de 19 x 40 m. Las vigas V.101 = V.102 deben cambiar su refuerzo de 2 φ 1/4 o 2 φ 3/8 por 2 φ 1/2. Las vigas V.103 = V.104 = V.105 = V.106 de 19 x 40 cm., deben también cambiar su refuerzo a 2 φ 5/8 en ambas capas. En general el diseño es aceptable, aunque el sistema de losa en voladizo terminada en una viga es forzado. VII. RESERVORIO DE AGUA: 12

13 El abastecimiento de agua se hará desde un reservorio elevado que permitirá dotar de agua a todos los edificios de Patio Sur. 1. Revisión de la Cimentación: Se ha revisado la estructura de la cimentación del reservorio debido a la baja resistencia del suelo se ha verificado el área de apoyo y es aceptable, el refuerzo será de 3/8 y no se usarán varillas de 1/4 que no es corrugado y muy delgado. 2. Refuerzos en muros y paredes de la base: El diseño es satisfactorio, sin embargo, en los arranques de la torre del tanque se ha reforzado con varillas de φ 0.15 m. y en las losas de cimientos será de φ 0.15 m. 3. Refuerzos en muros y paredes de la base: El tanque proyectado es de 2.50 m. de diámetro y 3.30 m. de altura aproximadamente. Volumen de concreto: π x 2.50 x 3.5 x 0.20 = 5.5 m 3, w = 5.5 x = kg. Volumen de agua: π x /4 x 3 m. = 15 m 3 Tapa y fondo: π x x 0.2 x 2 = 2.83 m 3. w = kg. w = 2.83 x = kg. 4. Presión de agua y diseño de paredes del tanque: p = 3.5 x = kg. /m 2. P h = x 3.50 / 2 = kg. / m. Tracción perimetral máxima: x 2.50 = kg. Refuerzo: A s = 1.5 x / 0.5 x = 10.9 cm 2. En dos anillos: φ 0.15 m. 5. Refuerzo en paredes y tapas: Momento en las paredes: M = 1/3 x x 350 x 1.5 = kg.-m. Refuerzo: 7.4 cm m. en el borde interior, en el borde exterior podría ser menor, pero se adoptará el mismo refuerzo con criterio conservador y facilitar el montaje. Las tapas se reforzarán con φ 0.15 m. en dos capas. 13

14 Las paredes de la torre se reforzaran con φ 0.15 m. en el sentido vertical en dos capas y con φ 0.15 m. en la dirección anular en dos capas. El diseño de las estructuras del reservorio se presentan en los planos ES -39, ES -40, ES -41 y ES -42. VIII. CERCO PERIMETRAL: Se ha revisado el diseño del Cerco perimetral encontrándose aceptable, se presenta en el plano ES