Memoria de cálculo Estructural Tinglado Metalico PARA Mercado PDF

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Warning: TT: undefined function: 32 Warning: TT: undefined function: 32 Memoria de cálculo Estructural Mercado Chane Independenciao GeneralidadesLa presente memoria de cálculo, describe los criterios, métodos y materiales empleados en el dimensionamiento de la estructura Rampa de acceso al puente pe...

Description

Memoria de cálculo Estructural Mercado Chane Independencia

o

Generalidades

La presente memoria de cálculo, describe los criterios, métodos y materiales empleados en el dimensionamiento de la estructura Rampa de acceso al puente peatonal. El proyecto estructural se desarrolla de acuerdo a las normas vigentes, a la ordenanza general de construcciones y a las instituciones del mandante. o

Concepción Geométrica

La obra en cuestión consiste en la construcción de una estructura de Acero y Hormigón Armado formada por Cerchas Metálicas, columnas y vigas de dimensiones que serán especificadas a continuación. Las fundaciones serán zapatas de hormigón armado diseñadas según la mejor opción para las columnas que llegan al terreno de fundación. Todo lo mencionado se muestra en planos de ingeniera adjuntos. o

Criterios de diseño

La estructura será calculada en el programa Autodesk Robot Structural Analisys Professional 2013, la cual considero la estructura en su totalidad representando los elementos de Vigas Metálicas y elementos de hormigón como ser columnas, vigas y fundaciones.

➢ Materiales:

•

o

Acero.- Para viga de Riostra, perfiles plegados y soldados, placas de unión y placas base Elasticidad: Módulo de Young, E = 2141404.05 kp/cm2 Coeficiente de Poisson, v = 0.3 Coeficiente de Kirchoff, G = 825970.13 kp/cm2 Densidad (Peso específico) = 7.85 tn/m3 Resistencia: Resistencia Característica, fck = 2396.33 kp/cm2 Límite de tracción = 3670.98 kp/cm2 Módulo de Elasticidad longitudinal= 2.1x10E6 kp/cm2

o

Hormigón.- Para los elementos de hormigón armado, se utilizada hormigón calidad H – 210 según la EHE- 99, con un nivel de 90% de confianza. La tensión utilizada en el diseño es Fck =210 kp/cm2 Elasticidad: Módulo de Young, E = 273997.75 kp/cm2 Coeficiente de Poisson, v = 0.2 Coeficiente de Kirchhoff, G = 114208.22 kp/cm2 Densidad (Peso específico) = 2.5 tn/m3 Resistencia: Resistencia Característica, fck = 209.94 kp/cm2 Dilatación térmica = 0.000010 (1/°C)

o

Acero de refuerzo Corrugado.- Para los elementos de hormigón armado, se utilizara acero de refuerzo de calidad, con una tensión de fluencia mínima de 4200 kp/cm2. La determinación de estos elementos se realizara por el método de Estados Limites Últimos de la norma EHE – 99.

Cargas de diseño:

Se tomara en cuenta: ➢ Peso propio de la estructura. Considerando una persona de 80 kg; que influye en un área de 1.5x1.5 m (80 kg/2.25m2); equivale a 35.56 kg/m2, y en caso extraordinario que estuviese cargado toda la cubierta. 1.383 = área de influencia de las correas q = 1.383 m *35.56 kg/m2 = 49.18 kg/m ≈50 kg/m

➢ Carga de Mantenimiento = 50kg/m ➢ Carga de Viento 1 (velocidad = 150 km/hr) ➢ Carga de Viento 2 (velocidad = 150 km/hr)

•

Combinaciones de carga Estado Límite Último (EHE – 99): Solo se tomara en cuenta las siguientes combinaciones: 1) 2) 3) 4) 5)

•

1.2CM + Cma 1.2CM + Cv1 1.2CM + Cv2 1.2CM + 0.5Cma + 0.5Cv1 1.2CM + 0.5Cma + 0.5Cv1

METODO DE CALCULO: Se realizara un análisis computacional de la estructura, realizando una modelación tridimensional de la estructura considerando las condiciones de apoyo, las características de las secciones y la forma de la estructura, tal como se ve en las gráficas adjuntas. Se construye un modelo considerando todas las secciones definidas por el proyecto estructural y se verifican las tensiones de diseño de estos elementos (momento, axial, corte). Las cargas se calculan por áreas tributarias con los valores indicados en las CARGAS DE DISEÑO. Se aplican en los nudos, barras y en las áreas de las vigas o columnas según corresponda. El diseño de las vigas, columnas de hormigón armado se realiza por el método de los Estados Limites Últimos y verificados por el los Estados Limites de servicio, según los especificado en la norma EHE – 99. El diseño de los elementos de hormigón armado se realizara por el método de las tensiones admisibles, considerando lo indicando en dicha norma. Además el software utilizado para el análisis posee rutinas de dimensionamiento verificación y optimización de las secciones según la norma EHE – 99.

Las fundaciones se calculan con las reacciones de apoyo obtenidas del análisis, manteniendo la tensión de contacto entre la fundación y el suelo, bajo la tensión admisible. También se limita el giro de la fundación, al limitar el “lago comprimido” del suelo bajo la zapata a un mínimo de 80% La tensión de cálculo para las zapatas será de 0.8 kp/cm2 .

•

IDEALIZACION DE LA ESTRUCTURA

•

Elementos de Hormigón Armado (fck = 210 kg/cm2)

o

Columnas H°A° de 25x40 (cm)

o

Viga de Riostra H°A° 20x50 (cm) Se diseñará como una viga continua.

o

Zapatas H°A° 1.5x1 (m)

•

Cargas sobre la estructura

o

Combinación 1 = 1.2CM + Cma

o

Combinación 2 = 1.2CM + Cv1

o

Combinación 3 = 1.2CM + Cv2

o

Combinación 4 = 1.2CM + 0.5Cma + 0.5Cv1

o

•

Combinación 5 = 1.2CM + 0.5Cma + 0.5 Cv2

Esfuerzos Máximos en los elementos o

Viga de Riostra H°A° 20x50 (cm)

▪

Diagrama de Momento (tn) (Combinación 3)

▪

Diagrama de Normal (tn) (Combinación 1)

▪

Diagrama de Cortante (tn) (Combinación 3)

•

Calculo de las Armaduras Armaduras por flexión

Mk (+) = 1.25 tn*m

b = 0.2 m

Mk (-) = 1.95 tn*m

h = 0.5 m

Q = 1.41 tn Fck = 210 kg/cm2 Fyk = 2533 kg/cm2 Fcd = fck/1.5 = 140 kg/cm2 = 1400 tn/m2 Fyd = fyk /1.15 = 2202.7 kg/cm2 = 22027 tn/m2 (Acero Dulce) P/Mk (+) = 1.25 μ= 1.25*1.6/(0.2*0.472^2*1400) = 0.032 ω = 0.033 (TABLA 14.3 J.M.) A° cal = ω*b*d*fcd/fyd = 1.98 cm2 Amin = 2.8*b*d/1000 = 2.632 cm2 Adopto A° cal = A°min = 2.632 cm2 Ø 16 → 2.632/2.01 = 1.31 ≈ 2 barras

d = 0.47 m

Solución: 2 Ø16 (para armaduras de tramo o momento positivo)

P/Mk (+) = 1.95 μ= 1.95*1.6/(0.2*0.472^2*1400) = 0.05 ω = 0.053 (TABLA 14.3 J.M.) A° cal = ω*b*d*fcd/fyd = 3.137 cm2 Adopto A° cal = 3.137 cm2 Ø 10 → 3.137/0.79 = 3.971 ≈ 4 barras Solución: 4 Ø 10 (para armaduras de apoyo o momento negativo)

P/Q = 1.41 Vd= 1.6*1.41 =2.565 tn = 2256 kp Vsu = 0.5*√140*20*47 = 5561.115 kp Vsu > Vd → No necesita Calculo de Estribos Solución: 1E Ø 8 c/20 cm

o

Columnas de H°A° ▪ Diagrama de Normal (tn) (Combinación 1)

▪

•

Diagrama de Momento (tn.m) (Combinación 1)

Calculo de las Armaduras

Columna: Característica de los materiales: • Hormigón: : H-210 Densidad : 2501.36 (kG/m3) • Armaduras longitudinales : B 500 S • Armaduras transversales : B 500 S

fck = 210.06 (kgf/cm2) fyk = 5098.58 (kgf/cm2) fyk = 4200 (kgf/cm2)

Opciones de cálculo: • • • •

Cálculos según la norma Predimensionamiento Tomar en cuenta la esbeltez Estribos

: EHE 99 : no : sí : hacia la viga

Cargas: Caso

Natura

Grupo

f

PERM1 VIENTO1 VIENTO2 EXPL1

Peso proprio viento viento explotación

339 339 339 339

1.35 1.50 1.50 1.50

N (tf) 3.37 -2.34 0.03 2.89

My(s) (tf*m) 0.44 0.18 -0.01 4.76

My(i) (tf*m) 0.00 0.00 0.00 0.00

Mz(s) (tf*m) -0.01 -0.00 1.10 -0.01

f - coeficiente de seguridad parcial Resultados de los cálculos: Análisis ELU Combinación dimensionante: 1.00PERM1+1.50EXPL1+0.90VIENTO1 (A) Esfuerzos seccionales: Nsd = 5.61 (tf) Msdy = 7.73 (tf*m) Msdz = -0.03 (tf*m) Esfuerzos dimensionantes: Nudo superior N = 5.61 (tf) N*etotz = 7.73 (tf*m) N*etoty= -0.11 (tf*m) Excentricidad: estático mínimo inicial II orden total

ez (My/N) ee: 138.0 (cm) emin: 2.0 (cm) ee: 138.0 (cm) ea: 0.0 (cm) etot: 138.0 (cm)

Análisis detallado-Dirección Y: Análisis de la esbeltez

ey (Mz/N) -0.6 (cm) 2.0 (cm) 2.0 (cm) 0.0 (cm) -2.0 (cm)

Mz(i) (tf*m) 0.00 0.00 0.00 0.00

Estructura intraslacional L (m) 5.15

Lo (m) 5.15

 44.60

lim 35.00

Columna esbelta

Análisis de pandeo M2 = 7.73 (tf*m) M1 = 0.00 (tf*m) Caso: sección en el extremo del pilar (Nudo superior), Esbeltez no considerada Msd = 7.73 (tf*m) ee = Msd/Nsd = 138.0 (cm) emin = 2.0 (cm) ee = max(ee;emin) = 138.0 (cm) etot = ee = 138.0 (cm)

Análisis detallado-Dirección Z: M2 = 0.00 (tf*m) M1 = -0.03 (tf*m) Caso: sección en el extremo del pilar (Nudo superior), Esbeltez no considerada Msd = -0.03 (tf*m) ee = Msd/Nsd = -0.6 (cm) emin = 2.0 (cm) ee = max(ee;emin) = 2.0 (cm) etot = ee = -2.0 (cm)

Armadura: sección de acero real Densidad del armado:

Asr = 12.57 (cm2)  = 1.26 %

Armadura:

Barras principales (B 500 S):

• 4 20

l = 5.12 (m) adopto (620)

Armaduras transversales: (B 500 S): Estribos 31 6 l = 1.15 (m) horquillas Détalle :

31 6

l = 1.15 (m)

o

Zapata de H°A° (1.5x1) (m) ▪ Reacciones en los Apoyos (tn) (Fz)

▪

Reacciones en los Apoyos (tn) (Fx)

▪

Reacciones en los Apoyos (tn) (Fy)

•

1.1

Calculo de las Armaduras

Datos básicos

1.1.1

Hipótesis • Norma para los cálculos geotécnicos : EN 1997-1:2008 • Norma para los cálculos de hormigón armado : EHE 99 • Forma de la cimentación : libre

1.1.2

Geometría:

1.1.3

Materiales • Hormigón: H-210; resistencia característica = 210.06 kgf/cm2 Densidad = 2501.36 (kG/m3)

• Armaduras longitudinales característica = 5098.58 kgf/cm2 • Armaduras transversales característica = 5098.58 kgf/cm2 1.1.4

: tipo

B 500 S

resistencia

: tipo

B 500 S

resistencia

Cargas: Cargas sobre la cimentación: Caso

Natura

Grupo

COMB1 COMB2 COMB3 COMB4 COMB5

de cálculo de cálculo de cálculo de cálculo de cálculo

----------------

N (tf) 6.94 1.88 4.19 4.32 5.48

Fx (tf) -1.03 -0.20 -0.11 -0.61 -0.56

Fy (tf) -0.00 -0.00 -0.31 -0.00 -0.15

Mx (tf*m) 0.00 -0.00 -0.00 0.00 -0.00

My (tf*m) -0.00 -0.00 -0.00 -0.00 -0.00

Cargas sobre el talud: Caso

1.1.5

1.2.1

Q1 (tf/m2)

Lista de combinaciones 1/ 2/ 3/ 4/ 5/ 6/* 7/* 8/* 9/* 10/*

1.2

Natura

ELU : ELU : ELU : ELU : ELU : ELU : ELU : ELU : ELU : ELU :

COMB1 N=6.94 Fx=-1.03 Fy=-0.00 COMB2 N=1.88 Fx=-0.20 Fy=-0.00 COMB3 N=4.19 Fx=-0.11 Fy=-0.31 COMB4 N=4.32 Fx=-0.61 Fy=-0.00 COMB5 N=5.48 Fx=-0.56 Fy=-0.15 COMB1 N=6.94 Fx=-1.03 Fy=-0.00 COMB2 N=1.88 Fx=-0.20 Fy=-0.00 COMB3 N=4.19 Fx=-0.11 Fy=-0.31 COMB4 N=4.32 Fx=-0.61 Fy=-0.00 COMB5 N=5.48 Fx=-0.56 Fy=-0.15

Diseño geotécnico Hipótesis • • • •

Coeficiente de reducción de la cohesión: 0.00 Cimentación prefabricada lisa 6.5.3(10) Deslizamiento considerando la presión del suelo: Enfoque de cálculo: 1 A1 + M1 + R1 ' = 1.00

c' = 1.00 cu = 1.00 qu = 1.00  = 1.00 R,v = 1.00 R,h = 1.00 A2 + M2 + R1 ' = 1.25 c' = 1.25

cu = 1.40 qu = 1.40  = 1.00

para las direcciones X y Y

R,v = 1.00 R,h = 1.00 1.2.2

Suelo: Nivel del suelo: Nivel max. de la cimentación: Nivel del fondo del excavado:

N1 Na Nf

= 0.00 (m) = 0.00 (m) = -4.00 (m)

Clay • Nivel del suelo: 0.00 (m) • Peso volumétrico: 2243.38 (kG/m3) • Densidad del sólido: 2753.23 (kG/m3) • Angulo de rozamiento interno: 25.0 (Deg) • Cohesión: 0.61 (kgf/cm2) Tensiones del terreno menores a la admisible 0.8 kg/cm2

1.2.3

Estados límites Cálculo de las tensiones Tipo de suelo debajo de la cimentación: uniforme Combinación dimensionante: ELU : COMB1 N=6.94 Fx=-1.03 Fy=-0.00 Coeficentes de carga: 1.35 * peso de la cimentación 1.35 * peso del suelo Resultados de cálculos: en el nivel del asiento de la cimentación

Peso de la cimentación y del suelo superpuesto: Carga de diseño: Nr = 8.96 (tf) Mx = 0.00 (tf*m) Excentricidad de la carga: eB = -0.00 (m) eL = -0.05 (m) Dimensiones equivalentes de la cimentación: B' = B - 2|eB| = 1.50 (m) L' = L - 2|eL| = 1.00 (m) Profundidad del asiento: Dmin = 0.40 (m)

Gr = 2.03 (tf) My = -0.41 (tf*m)

Método de cálculos de tensión admisible: Semiempírico - límite de tensiones qu = 0.80 (kgf/cm2) ple* = 0.81 (kgf/cm2) De = Dmin - d = 0.40 (m) kp = 0.87 q'0 = 0.09 (kgf/cm2) qu = kp * (ple*) + q'0 = 0.79 (kgf/cm2) Tensión en el suelo: qref = 0.71 (kgf/cm2) Coeficiente de seguridad: qlim / qref = 1.118 > 1 Alzamiento Alzamiento en ELU Combinación dimensionante:

ELU : COMB1 N=6.94 Fx=-1.03 Fy=-

0.00 Coeficentes de carga: Superficie de contacto:

1.00 * peso de la cimentación 1.00 * peso del suelo s = 0.03 slim = 0.17

Deslizamiento Combinación dimensionante ELU : COMB1 N=6.94 Fx=-1.03 Fy=-0.00 Coeficentes de carga: 1.00 * peso de la cimentación 1.00 * peso del suelo Peso de la cimentación y del suelo superpuesto: Gr = 1.50 (tf) Carga de diseño: Nr = 8.44 (tf) Mx = 0.00 (tf*m) My = -0.41 (tf*m) Dimensiones equivalentes de la cimentación:A_ = 1.50 (m) B_ = 1.00 (m) Superficie de deslizamiento: 1.50 (m2) Coeficiente de rozamiento cimentación - suelo: tan(d) = 0.30 Cohesión: cu = 0.61 (kgf/cm2) Presión del suelo considerada: Hx = -1.03 (tf) Hy = -0.00 (tf) Ppx = 0.22 (tf) Ppy = 0.33 (tf) Pax = -0.04 (tf) Pay = -0.05 (tf) Valor de la fuerza de deslizamiento Hd = 0.84 (tf) Valor de la fuerza de estabilización para el deslizamiento de la cimentación: - en el nivel del asiento: Rd = 2.53 (tf) Estabilidad a deslizamiento: 3.002 > 1

Vuelco Alrededor del eje OX Combinación dimensionante: ELU : COMB3 N=4.19 Fx=-0.11 Fy=-0.31 Coeficentes de carga: 1.00 * peso de la cimentación 1.00 * peso del suelo Peso de la cimentación y del suelo superpuesto: Gr = 1.50 (tf) Carga de diseño: Nr = 5.69 (tf) Mx = 0.12 (tf*m) My = -0.04 (tf*m) Momento estabilizador: Mstab = 2.85 (tf*m) Moment de vuelco: Mrenv = 0.12 (tf*m) Estabilidad al vuelco: 23.31 > 1 Alrededor del eje OY Combinación dimensionante: ELU : COMB1 N=6.94 Fx=-1.03 Fy=-0.00 Coeficentes de carga: 1.00 * peso de la cimentación 1.00 * peso del suelo Peso de la cimentación y del suelo superpuesto: Gr = 1.50 (tf) Carga de diseño: Nr = 8.44 (tf) Mx = 0.00 (tf*m) My = -0.41 (tf*m) Momento estabilizador: Mstab = 6.33 (tf*m) Moment de vuelco: Mrenv = 0.41 (tf*m) Estabilidad al vuelco: 15.42 > 1

1.3

Diseño de hormigón armado

1.3.1

Hipótesis • Ambiente

1.3.2

:I

Análisis de punzonamiento y de cortante Cizalladura Combinación dimensionante: Coeficentes de carga:

ELU : COMB1 N=6.94 Fx=-1.03 Fy=-0.00 1.00 * peso de la cimentación 1.00 * peso del suelo

Carga de diseño: Nr = 8.44 (tf) Mx = 0.00 (tf*m) Longitud del perímetro crítico: Esfuerzo cortante: altura útil de la sección Superficie de cizalladura: Cuantía de armadura: Tensión cortante: Tensión cortante admisible: Coeficiente de seguridad: 1.3.3

Armadura teórica Cimentación aislada:

My = -0.41 (tf*m) 1.00 (m) 1.17 (tf) heff = 0.34 (m) A = 0.34 (m2)  = 0.12 % 0.34 (kgf/cm2) 4.21 (kgf/cm2) 12.26 > 1

Armaduras inferiores: ELU : COMB1 N=6.94 Fx=-1.03 Fy=-0.00 My = 1.01 (tf*m) Asx = 4.00 (cm2/m) ELU : COMB1 N=6.94 Fx=-1.03 Fy=-0.00 Mx = 0.59 (tf*m) Asy = 4.00 (cm2/m) As min

2

= 4.00 (cm2/m)

Cuantitativo: • Volumen del hormigón • Superficie de encofrado

= 0.60 (m3) = 2.00 (m2)

• Acero B 500 S • Peso total • Densidad • Diámetro medio • Lista según diámetros: Diámetro 20 20

= 33.83 (kG) = 56.38 (kG/m3) = 20.0 (mm)

Longitud (m) 1.1 1.6

Detalle : adjuntado en planos constructivos

Número: 7 5

•

Deformaciones admisibles de la Estructura

La deformación admisible de la cercha será: 𝒍 𝟐𝟒𝟎 Donde: L = metros L = 21.325 m (distancia entre ejes de columnas de la luz más larga del Pórtico

Δ = 23.325 / 240 = 0.097 m = 9.7 cm

o

Deformación Máxima Registrada por el Programa Combinación 2

Deformación Máxima = 9.5 cm < 9.7 cm → Cumple!!

•

RESULTADOS DEL ANALISIS REALIZADO Se modela la estructura, de acuerdo a lo indicado anteriormente, aplicando las distintas cargas consideradas. Del análisis obtienen los siguientes resultados Del Programa Autodesk Robot Structural Analysis Professional 2013: Tensiones: las tensiones de los elementos, están bajo las admisibles, considerando las reducciones correspondientes por efecto de esbeltez, pandeo, etc. Deformaciones: las deformaciones globales de la estructura y de los distintos componentes de las estructura están bajo los limites admisibles por lo que no se compromete la serviciabilidad de la estructura. Fundaciones: se verificó que la tensión del suelo sea menor a la admisible al igual que el giro de la misma, de manera de mantener la estabilidad y serviciabilidad de las estructuras....