DESCRIPCIÓN ESTRUCTURACIÓN DE LA OBRA.

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1 MEMORIA DE CALCULOS ESTRUCTURALES Proyecto: TIENDA LA CURACAO BLUEFIELDS, UBICADA LA CIUDAD DE BLUEFIELDS, REGION AUTONOMA DEL ATLANTICO SUR DE NICARAGUA DESCRIPCIÓN Diseño: Ing. Jimmy Vanegas. El proyecto consiste en el diseño estructural de lo que será la tienda de venta por departamentos LA CURACAO, la cual se construirá en la ciudad de Bluefields, en la región autónoma del atlántico sur de Nicaragua. El área de construcción es de aproximadamente de m², la cual cuenta con un solo nivel donde se distribuirán los artículos de venta en este espacio, a como se indica en los planos arquitectónicos. La estructura es a base de columnas de concreto reforzado de diferentes tamaños y formas (Ver planos estructurales) y vigas metálicas y de concreto reforzado de secciones y tamaños diferentes que formaran parte de la estructura principal y secundaria de la edificación, tanto de las paredes exteriores, entrepiso y techo. También se propuso el uso de armaduras o cerchas metálicas en las estructura de techo, ya que los claros a cubrir son considerables y que todo este sistema de techo descansara en una sola columna metálica ubicada en el centro de la edificación. Las paredes de la edificación son a base del sistema tradicional conocido como mampostería reforzada, la cual encierra o confina los mampuestos o bloques de cemento con vigas y columnas de concreto reforzado. Las paredes internas serán de materiales livianos y resistentes a la humedad como el panel de yeso MR, paneles JPM, o el que se indica en los detalles arquitectónicos. La de techo estará soportada por cerchas metálicas de diferentes dimensiones y la cubierta de techo se fijara a la estructura principal por medio de cajas metálicas fabricadas de secciones C (perlines) a como se indica en los planos estructurales, estos elementos se encargaran de soportar la cubierta de techo de Zinc ondulado Cal. 26 y las cargas de techo que se especifican en el Reglamento Nacional de la Construcción, RNC-07. ESTRUCTURACIÓN DE LA OBRA. La estructura principal está formada por marcos híbridos, compuestos de dos materiales, como lo indica el RNC-07; las columnas son de concreto reforzado de secciones rectangulares principalmente, secciones en ángulo abierto y secciones en L, moduladas según ejes arquitectónicos indicados en los planos. Memoria de Cálculos Estructurales CURACAO BLUEFIELDS Página 1

2 Sobre estas columnas descansará la estructura metálica de techo compuesta por cerchas del tipo CH-1, al tipo CH-4, a como se indica en los planos constructivos las que soportaran las cargas del mismo, así como de los elementos secundarios para fijar la cubierta del techo. Esta estructura estará apoyada en zapatas aisladas y una viga tensora que se encargara de evitar que estos elementos se desplacen lateralmente y provoque el colapso de la estructura y a la vez hará que las cargas de las columnas sean transmitidas rápidamente al suelo. Estos elementos serán capaces de resistir las cargas de servicio y cargas dinámicas a que será sometida esta estructura. La estructura de techo también formara un diafragma con el resto de la estructura con el fin de rigidizar toda la estructura. Las paredes interiores en general son divisiones livianas compuestas de láminas de Gypsum forradas en ambas caras, las que se confinaran con la estructura propuesta. El sistema de fundaciones consta de zapatas aisladas de concreto reforzado, las cuales se cimentarán a una profundidad adecuada a fin de evitar el colapso de la estructura por causa de los efectos de volteo, y teniendo cuidado de no exceder los esfuerzos en el suelo, señalados en los estudios de suelos realizados para tal fin. CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES CONCRETO Se usará concreto cuya resistencia a los 28 días de fabricado sea de f'c = 280 Kg/cm 2 (4,000 psi), con un módulo de elasticidad Ec= 210,000 Kg/cm 2 (3,000,000 psi) El peso volumétrico del concreto reforzado es de 2,400 Kg/m 3 (150 lb/ft 3 ) ACERO DE REFUERZO El acero de refuerzo longitudinal deber ser corrugado del tipo ASTM A-40, con un esfuerzo de fluencia f y = 2,800 Kg/cm 2 (40,000 psi) y un módulo de elasticidad E s = 2,100,000 Kg/cm 2 (30,000 Ksi) En tanto el acero transversal tendrá las mismas características mecánicas que el longitudinal, pero con la excepción que se utilizarán varillas lisas en el caso de la No.2. El peso volumétrico del acero es de 7,847.7 Kg/m 3 (490 lb/ft 3 ) ACERO ESTRUCTURAL Se usará acero del tipo A-36 para platinas y otros perfiles laminados. Para perfiles doblados en frío, se usará acero con características según la designación ASTM-A245, con una resistencia en el límite de fluencia estimada para F y = 2,520 Kg/cm 2 (36,000 psi) Memoria de Cálculos Estructurales CURACAO BLUEFIELDS Página 2

3 SOLDADURA Se usará soldadura para aceros de base con F y = 36,000 psi o menores, de la clasificación de electrodos según ASTM A-233 E-6010, que tienen un esfuerzo admisible al cortante de 13.6 Ksi. En los perfiles doblados en frío de espesores delgados, se aplicará soldadura del tamaño del espesor del material base, la que alcanza una capacidad de 100 Kg/cm por cada 1/16" de tamaño. SUELOS Por no contar con estudios de suelo del sitio de construcción, se asume un valor soporte de 1.5 Kg/cm² para el caso de zapatas aisladas. Además, se considera un nivel de desplante de 1.00 m y se asume un peso volumétrico del suelo igual a 1,600 Kg/m 3. BLOQUES Según los fabricantes nacionales, la resistencia a la compresión de las unidades de bloques a los 28 días de fabricados, alcanza valores de 1,300 psi (PROCON) y 1,600 psi (MAYCO). Para fines de cálculo, consideraremos que las unidades alcanzan valores de f'm= 55 Kg/cm² (780 psi) con relación al área neta. Las dimensiones de los bloques son 6" x 8" x 16" (15 x 20 x 40) cm. CLASIFICACION DE LAS ESTRUCTURAS CLASIFICACIÓN SISMICA Y COEFICIENTE SISMICO Según las Normas Mínimas para la determinación de cargas debidas a sismos descritas en el Titulo II de este reglamento, esta estructura posee las siguientes características: - Según el Arto 20: la estructura pertenece al grupo: B - Según Arto 21, a la estructura le pertenece un factos de reducción por ductilidad de: Memoria de Cálculos Estructurales CURACAO BLUEFIELDS Página 3

4 - El Arto 22, específica cual debe de ser el valor del factor de sobre resistencia: - Por su Ubicación geográfica, la ciudad de Bluefields, está ubicada en la zona A, según el mapa de zonificación sísmica (figura 2, zonificación sísmica de Nicaragua) - El Arto 25 de este reglamento, existen cuatro tipos de suelos, tomando la consideración más desfavorable en este caso, ya que no existe estudio de suelo, le pertenece un suelo TIPO III: Memoria de Cálculos Estructurales CURACAO BLUEFIELDS Página 4

5 - Para este tipo de suelo, le corresponde un factos de amplificación S de Factor de amplificación del suelo, S=2.4, Arto 25, Tabla #2 Valor de a 0 para la ciudad de Bluefields: 0.11g, Anexo C mapa de Iso aceleraciones. El coeficiente sísmico se calcula de la siguiente manera: C= g, pero no menor de g Memoria de Cálculos Estructurales CURACAO BLUEFIELDS Página 5

6 CLASIFICACIÓN POR VIENTO Y CARGAS DE PRESION Y SUCCION - El Arto. 45 establece el tipo de la estructura a considerar para que resistan las cargas debidas al viento: TIPO 1 - Para determinar la velocidad de diseño, se tiene que determinar los siguientes factores: - Por su ubicación le corresponde un factor de rugosidad del terreno de R 3 - Considerando un periodo de retorno de 50 anos y por su ubicación en la ZONA 3, le corresponde una velocidad regional V R, de: 56 m/s Memoria de Cálculos Estructurales CURACAO BLUEFIELDS Página 6

7 - Como la altura es menor a los 10 metros, le corresponde un factor adimensional, Fα de : El Arto. 52, establece el modo como se tiene que calcular el factor de corrección por topografía, F TR, al cual considera la rugosidad del terreno y el tipo de topografía, a lo cual le corresponde un valor de: F TR =0.88 Memoria de Cálculos Estructurales CURACAO BLUEFIELDS Página 7

8 - De los parámetros antes calculados se establece la velocidad de diseño, V D, que en este caso será igual a: 0.88*1.00*56 = Kg/m 2. - El Arto. 53, también establece cual debe ser la presión de diseño, P Z, en ambas caras de incidencia del edificio, por lo que hay que determinar los factores de presión en la zona de Barlovento y Sotavento.. P ZB = *0.8* = Kg/m 2 (Presión) P ZS = *-0.4* = Kg/m 2 (Succión) CARGAS Y PESOS Carga muerta para techo: Peso de Zinc Cal.26: Kg/m² Peso de Lámparas + accesorios: Kg/m² Peso de cielo de Gypsum: 8.00 Kg/m² Sobre carga adicional: 8.00 Kg/m 2 CM = Kg/m² Memoria de Cálculos Estructurales CURACAO BLUEFIELDS Página 8

9 Cargas vivas de: Techo: -Carga viva distribuida de 10 Kg/m², mas una concentrada de 200 Kg para elementos principales y de 100 Kg para elementos secundarios, y una de 10 Kg/m² como carga viva reducida para los efectos de sismo. JUSTIFICACIÓN DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES Estructura de techo La estructura de techo presenta pendiente que varían entre el 18% y 21%, a tres aguas. Para su diseño se escogieron los claros más críticos no soportados, donde la longitud critica fue de 8.0 metros. La estructura resistente será metálica y consiste en cerchas metálicas que acorde al Reglamento Nacional de la Construcción (RNC-07), serán de espesor mínimo de 1/8". 1. Largueros Se propone utilizar cajas metálicas de 4" x 8" x 1/8". El techo es de cubierta ondulada, con una separación de 1.50 m. máximo entre cada larguero. Las cargas aplicadas son la carga muerta de techo de Kg/m 2, más una carga viva distribuida de 10 Kg/m 2 y una concentrada de 100 Kg colocada al centro del claro. El cálculo se llevo a cabo con la ayuda de una hoja de cálculos Excel preparada para tal fin. A continuación se presentan los datos de entrada y salida de este análisis y diseño. Memoria de Cálculos Estructurales CURACAO BLUEFIELDS Página 9

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11 Según se observa, el esfuerzo máximo resultante es de Kg/cm² el cual resulta menor que el esfuerzo permisible 1,518 Kg/cm², por tanto, las secciones propuestas de 4" x 8" x 1/8" separados a 1.5 m como máximo es adecuada. 2. Estructura principal de techo Para el soporte de la cubierta y de la estructura de largueros se propone utilizar cerchas metálicas de diferentes peraltes compuestas de angulares dobles de 3 x3 x1/8 como cuerdas superiores e inferiores y de angulares de 2.5 x2.5 x1/8 como elementos diagonales y verticales. A continuación se muerta el resultado de los datos de entrada y salida del análisis practicado a este tipo de elementos. Igualmente estos elementos fueron modelados, analizados y diseñados con el programa de análisis de estructuras Sap2000, donde también se mostraran los resultados de su análisis y diseño. Memoria de Cálculos Estructurales CURACAO BLUEFIELDS Página 11

13 Para este análisis resultó crítica la combinación de carga COMB-9 (1.2CM + CV + Sy Sx), siendo el elemento # 139 (viga de 4 x6 x1/8 ) el más afectado, al trabajar a una capacidad de 99% de su capacidad de resistencia máxima. El chequeo de este elemento se muestra a continuación: Análisis y diseño de Cuerda Inferior Memoria de Cálculos Estructurales CURACAO BLUEFIELDS Página 13

14 Análisis y diseño de elementos Verticales Análisis y diseño de Cuerda Superior 7.2 Estructura principal resistente: Memoria de Cálculos Estructurales CURACAO BLUEFIELDS Página 14

15 La estructura principal del techo estará apoyada por una sola columna de sección metálica Tipo H de 10 x10 x3/8 dispuesta según plano estructural de fundaciones. El detalle de la revisión y análisis de este sistema de entrepiso se realizo en el programa Sap2000. A continuación se muestra un resumen del análisis realizado a este elemento. Para soportar las cargas de la edificación que atraviesan este elemento, de propuso el Memoria de Cálculos Estructurales CURACAO BLUEFIELDS Página 15

16 uso de una zapata aislada de 1.50x1.50 y de 26cm de espesor de losa con un desplante de 100cm. El análisis y diseño de este elemento se hizo en una hoja de cálculos Excel preparada para tal fin. A continuación se presenta el diseño de este elemento. Memoria de Cálculos Estructurales CURACAO BLUEFIELDS Página 16

19 Para este caso especifico se obtuvo una presión sobre el suelo de 0.45 Kg/cm² menor que el valor soporte de suelo de 1.50 x 1.40 = 2.10 Kg/cm². El área de acero requerida es satisfecha con varillas corrugadas espaciada como se indica en los planos estructurales y en el cuadro resumen presentado al final de la hoja Excel presentada. Parte de los marcos híbridos propuestos para esta estructura, se utilizaron columnas de concreto reforzado en diferentes dimensiones y secciones. Para estos elementos se utilizaron secciones equivalentes para simplificar la modelación tridimensional de la estructura. Para las secciones en forma de L, que tiene un momento de Inercia de 910, cm 4, le corresponde una sección equivalente de 20cmx82cm. Para las columnas del tipo C-4, con una Inercia de 260, cm 4, le corresponde una sección equivalente de 20cmx54cm. A continuación se muestran los resultados del análisis y diseño de estas secciones en el problema SAP2000. Memoria de Cálculos Estructurales CURACAO BLUEFIELDS Página 19

21 Como fundación para estos elementos se propusieron el uso de zapatas aisladas rectangulares de diferentes dimensiones, espesores y desplantes. A continuación se muestra el resultado de este análisis y diseño en una hoja Excel preparada para tal fin. Memoria de Cálculos Estructurales CURACAO BLUEFIELDS Página 21

24 Para este caso especifico se obtuvo una presión sobre el suelo de 1.32 Kg/cm² menor que el valor soporte de suelo de 1.50 x 1.40 = 2.10 Kg/cm². El área de acero requerida es satisfecha con varillas corrugadas espaciada como se indica en los planos estructurales y en el cuadro resumen presentado al final de la hoja Excel presentada. Memoria de Cálculos Estructurales CURACAO BLUEFIELDS Página 24

27 Para este otro caso especifico se obtuvo una presión sobre el suelo de 1.22 Kg/cm² menor que el valor soporte de suelo de 1.50 x 1.40 = 2.10 Kg/cm². El área de acero requerida es satisfecha con varillas corrugadas espaciada como se indica en los planos estructurales y en el cuadro resumen presentado al final de la hoja Excel presentada. En la estructura principal resistente se usaron elementos horizontales resistentes, conocidos como vigas, de diferentes dimensiones. Para la viga corona se propuso una sección de 20cmx30cm y como viga intermedia o de refuerzo de la mampostería se utilizo una sección de 20cmx20cm. A continuación se presenta el análisis y diseño realizado en el programa SAP2000. Memoria de Cálculos Estructurales CURACAO BLUEFIELDS Página 27

30 El resto de todos los demás elementos que forman parte de la estructura resistente de este módulo, son de similares características estructurales soportando menores valores de Momentos flexionantes, fuerzas axiales y Fuerzas cortantes, por lo que sus dimensiones estarán regidas por la menor dimensión de un elemento estructural que se puede utilizar en una construcción, que es una sección de 15cmx15cm reforzada con 4 varillas #3 y con estribos de varilla lisa #2. Managua, Octubre de 2010 Ing. Jimmy Vanegas S. Memoria de Cálculos Estructurales CURACAO BLUEFIELDS Página 30

31 ANEXO A Gráficos de la estructura modelada Memoria de Cálculos Estructurales CURACAO BLUEFIELDS Página 31