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ÍNDICE INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 3 CAPÍTULO I. DESCRIPCIÓN GENERAL ................................................................. 4 CAPÍTULO II. PLANEACIÓN...................................................................................13 CAPÍTULO III. REALIZACIÓN DEL TRABAJO ...................................................... 14 CAPÍTULO IV. ENTREGA DEL TRABAJO .............................................................45 CONCLUSIÓN ......................................................................................................... 55

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INTRODUCCIÓN El presente trabajo describe la realización de la memoria de cálculo de una edificación ubicada en la ciudad de Coatzacoalcos, Ver., y tiene como fin el obtener el título de Ingeniero Civil por medio de la modalidad de reporte. El primer capítulo del presente reporte se titula Descripción General del Trabajo, y en él, como su nombre lo indica, se describe detalladamente el trabajo que se realizó, en este caso una memoria de cálculo. También se describen los elementos y datos proporcionados por el cliente, así como el software utilizado en el análisis y diseño estructural. El capítulo dos, Planeación de los Trabajos, tiene el objetivo de mostrar en forma tabular el proceso que se siguió para la elaboración de la memoria de cálculo y los lapsos de tiempo para cada etapa. En el capítulo tres, Realización del trabajo, se especifica punto por punto cada uno de los pasos realizados durante el desarrollo del trabajo motivo del presente reporte, mostrando con algunas gráficas los resultados obtenidos. Por último, en el capítulo cuatro se describe el proceso que se llevó a cabo para la entrega de la obra.

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CAPÍTULO I DESCRIPCIÓN GENERAL ANTECEDENTES La empresa Inmobiliaria Promos, S.A. de C.V. desarrolló el proyecto arquitectónico de un local comercial que estará ubicado en Av enida Universidad Veracruzana No. 2401, Fraccionamiento Rancho Alegre 2, en la ciudad de Coatzacoalcos, Ver., y posteriormente, a través del Arq. Diego Porras Ramos, Gerente de Proyectos, solicitó mis servicios para la elaboración del cálculo estructural y los correspondientes planos estructurales de dicha edificación, cuyo destino final será una franquicia de la cadena de tiendas EMPEÑO FACIL (EZ PAWN), especializada en servicios financieros y crediticios a personas de bajos ingresos. INFORMACIÓN DISPONIBLE La información que se obtuvo por parte de la empresa fue una propuesta arquitectónica, planteando criterios generales sobre alturas de entrepisos, dimensiones de claros, tipo de cubierta, una propuesta de estructura principal para lograr el proyecto arquitectónico deseado, así como una descripción del uso que se dará a las diferentes áreas de la edificación. Se contó con la siguiente información:  Plantas arquitectónicas  Cortes arquitectónicos  Fachadas.  Uso al que se destinará la edificación.

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LOCALIZACIÓN La edificación motivo del presente reporte está ubicada en la Avenida Universidad Veracruzana No. 2401-A, Fraccionamiento Rancho Alegre 2, en la Ciudad de Coatzacoalcos, Ver. El predio en el que se desplanta limita por el Este en 73.07 metros con el estacionamiento de la tienda departamental Suburbia y el Restaurante Vips, por el Sur y Oeste en 98.27 metros con la tienda de material eléctrico Tubos y Conductores de Coatzacoalcos, S.A. de C.V. y por el Norte en 47.03 metros con la avenida Universidad Veracruzana. La superficie total del predio propiedad de Inmobiliaria Promos, S.A. de C.V. es de 1,587 m2, de los cuales el inmueble motivo del presente reporte ocupa un área construida de 300.00 m2, y se reservan 106.52 m2 para estacionamiento y banqueta. DESCRIPCIÓN DEL INMUEBLE El edificio está constituido por un solo cuerpo, y cuenta con un área total de aproximadamente 589.00 m2 distribuidos en dos niveles. El área constructiva fue especificada de 25.00 metros a lo largo por 12.00 metros a lo ancho. En el sentido largo se cuenta con 9 ejes principales con separaciones variables de entre 3.00 m y 3.59 m entre cada uno. A lo ancho se cuenta con 3 ejes principales con una separación de 5.85 m entre cada uno. El sistema de piso está considerado a base de Losacero para todo el entrepiso y una parte de la azotea que servirá para soportar los equipos de aire acondicionado, y a base de lámina Imperpanel o similar para la cubierta restante 5

de la azotea. Dicho sistema de piso estará sustentado mediante una estructura de columnas y trabes de acero, mientras que la cubierta es soportada por armaduras con perfiles de acero. ESTRUCTURACIÓN La estructura principal se resolvió mediante columnas y trabes de acero. Las columnas y trabes son de sección constante, formadas por perfiles IPR de diferentes medidas. Las armaduras se encuentras dispuestas normales al eje de mayor inercia de las columnas y están resueltas a base de perfiles PTR. Para la cimentación se utilizó una combinación zapatas corridas y zapatas aisladas de concreto reforzado. ANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL En general, tanto para el análisis estructural, como para el diseño de los elementos estructurales, se recurrió a la auxilio de software especializado de ingeniería. A continuación se describe brevemente el software que fue utilizado a lo largo de este proyecto. SAP2000 Versión 14 Es un programa de cálculo de estructuras por elementos finitos, para análisis estático y dinámico lineal y no lineal, así como para el diseño de elementos 6

estructurales de acero, concreto y aluminio, desarrollado por la empresa CSI, Computer and Structures, Inc. En Berkeley, California, EEUU. SAFE Versión 12.2 Es un programa de cómputo que provee las herramientas necesarias para el modelado, análisis, diseño, y detallado de los sistemas de losa de concreto y cimentaciones. Este programa es desarrollado por la empresa CSI, Computer and Structures, Inc. En Berkeley, California, EEUU LIMCON versión 3.55 Es un potente programa de ayuda para el diseño de las conexiones de acero que incluye diferentes códigos internacionales y diferentes tipos de conexiones, tanto atornilladas como soldadas. Algunas de sus características son: a) Comprobación de acuerdo al reglamento AISC LRFD y AS 4100, b) Revisión de conexiones por cortante y por momento, c) Vista en realidad virtual de las conexiones. Este software es desarrollado por la empresa Engineering Systems Pty Limited. RISABASE versión 2.0 Es un programa avanzado de diseño de placa base y tornillos que ofrece nuevas técnicas para análisis complejos, flexión biaxial con comportamiento en dos direcciones. Este revolucionario software es el único programa que le otorga toda la capacidad del Método de Elemento Finito para el análisis de placas base. Es desarrollado por la empresa Risa Technologies, LLC. En las siguientes figuras se muestran la ubicación, localización, cortes y las plantas arquitectónicas proporcionadas por el cliente para la elaboración del cálculo estructural.

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RA UL IANO GU AN

Figura 1. Localización del predio

Figura 2. Ubicación de la edificación 8

Figura 3. Plano Arquitectónico - Planta Baja 9

Figura 4. Plano Arquitectónico – Planta Alta 10

Figura 5. Plano Arquitectónico – Planta de Azotea 11

Figura 6. Corte transversal

Figura 7. Corte longitudinal

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ACTIVIDAD

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DIAS 8 9

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1.- RECEPCIÓN DE INFORMACIÓN Y ENTREVISTA 2.- INVESTIGACIÓN Y RECOPILACIÓN DE DATOS

5.- OBTENCIÓN DE RESULTADOS DE LA SUPERESTRUCTURA 6.- DISEÑO ESTRUCTURAL DE ELEMENTOS 7.- DISEÑO DE CONEXIONES Y PLACA BASE 8.- MODELADO DE LA CIMENTACION 9.- OBTENCION DE RESULTADOS DE LA CIMENTACION 10.- ELABORACION DE PLANOS ESTRUCTURALES 11.- COMPILACION DE MEMORIA DE CÁLCULO

CAPÍTULO II

4.- DEFINICIÓN DE CARGAS DE LA SUPERESTRUCTURA

PLANEACIÓN

3.- MODELADO DE LA SUPERESTRUCTURA

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CAPÍTULO III REALIZACIÓN DEL TRABAJO La primera fase del trabajo correspondió a la investigación y recopilación de los datos necesarios para llevar a cabo el análisis y diseño estructural, como es la inspección visual y la selección de la información bibliográfica necesaria para llevar a cabo el trabajo de manera correcta. En primer lugar realicé una inspección visual del sitio en que se desplantaría la estructura, para verificar el tipo de terreno y las características de las estructuras edificadas en los alrededores. Pudiendo observar algunas construcciones con características similares a la proyectada. Posteriormente recopilé información con las especificaciones de los perfiles de acero que se propondrían para el diseño estructural. En este caso encontré información para los perfiles IPR y PTR, así como de placa de acero de diferentes espesores en el Manual de Construcción en Acero del Instituto Mexicano de la Construcción de Acero, A.C., mejor conocido como “Manual IMCA”. Con respecto a información sobre elementos de lámina losacero y lámina Imperpanel para la cubierta de azotea, conté con la ayuda del manual de especificaciones de productos acanalados de IMSA, y que en la actualidad es distribuido por Ternium. Seleccioné también información relativa a pesos específicos de los diferentes materiales que se podrían utilizar en la estructura, como concreto, recubrimientos, blocks de concreto, etc. El siguiente paso fue realizar el modelo digital de la estructura en el programa SAP2000, para lo cual, en primera instancia, y basándome en el plano 14

arquitectónico proporcionado por Inmobiliaria Promos, S.A. de C.V., definí las diferentes coordenadas que me auxiliarían en el modelado de la estructura. Posteriormente cargué en el programa, desde su base de datos, diferentes medidas de perfiles IPR y PTR para el análisis de la estructura. A continuación, haciendo uso de las herramientas disponibles en el programa, fui modelando la totalidad de los elementos estructurales, empezando con los elementos verticales y posteriormente con los horizontales. En el modelado de las armaduras de dos aguas para la techumbre de azotea, debido a la dificultad de llevar a cabo dicha tarea en el SAP2000, recurrí al auxilio del AUTOCAD, dibujando en 2D dicho elemento, y posteriormente realizando la importación de los datos al SAP2000. En las siguientes figuras se muestran el modelo digital en SAP2000 para la planta baja, planta alta y para la estructura completa.

Figura 8. Modelo en SAP2000 de la planta baja 15

Figura 9. Modelo en SAP2000 de la planta alta

Figura 10. Modelo en SAP2000 de toda la estructura 16

La definición de los tipos de carga fue el siguiente paso, en el cual se configuró el programa para trabajar con los siguientes tipos: DEAD

Carga Muerta (Para los elementos estructurales)

SDEAD

Carga Muerta (Para elementos no estructurales permanentes)

LIVEa

Carga Viva instantánea

LIVEm

Carga Viva máxima

SISMOx

Carga por Sismo en X

SISMOy

Carga por Sismo en Y

WINDx

Carga por Viento en X

WINDy

Carga por Viento en Y

El programa automáticamente asigna el peso de cada uno de los elementos de la estructura de acuerdo a su peso específico y dimensiones, por lo que no es necesario llevar a cabo ningún cálculo para esos elementos. Para los elementos no estructurales permanentes se procedió a calcular las cargas muertas ocasionadas por la losa de entrepiso a base de losacero y por la techumbre de azotea de Imperpanel, y distribuir dichas cargas sobre los elementos resistentes de cada uno de estos sistemas. La misma operación se realizó con la distribución de cargas vivas, aplicando en este caso dos tipos de cargas: la primera designada como LIVEm, es la carga viva máxima, y la segunda es la carga viva instantánea, nombrada como LIVEa. Tanto en la losa de entrepiso como en la cubierta de azotea. Para la carga por viento, se llevó a cabo el cálculo de la presión de diseño de acuerdo a la ubicación y tipo de estructura, y se aplicó sobre los elementos correspondientes de la techumbre. Y respecto a la carga por sismo, se configuró el programa para que llevara a cabo un análisis sísmico estático en dos ejes, y realizara el cálculo de los elementos mecánicos producidos por dicha carga. 17

Lo siguiente fue establecer el código que se utilizaría para el diseño de los elementos, para lo cual se configuró con la opción “Mexican RCDF 2001”. Una vez que se tuvieron asignadas todas las cargas sobre la edificación y elegido del código de diseño, se procedió a establecer las combinaciones de las mismas, bajo las cuales se revisarán y diseñarán los elementos estructurales. Para esto se utilizó el generador automático de combinaciones de carga del SAP2000 y posteriormente se modificaron tanto los nombres asignados como las cargas asignadas a cada combinación, debido a que el programa no hace diferencia entre carga viva máxima y carga viva instantánea. Una vez terminado de capturar todos los datos necesarios se procedió a efectuar la corrida para el análisis de la estructura y obtener los diferentes elementos mecánicos actuantes. En las siguientes figuras se muestra la deformación sufrida por la estructura bajo las cargas actuantes.

Figura 11. Deformación de la estructura bajo carga muerta. 18

Figura 12. Deformación de la estructura bajo carga viva.

Figura 13. Deformación de la estructura bajo carga por sismo en x. 19

Figura 14. Deformación de la estructura bajo carga por sismo en y.

Figura 15. Deformación de la estructura bajo carga por viento. 20

Algunos de los resultados obtenidos por el programa en el marco del eje 18 fueron los siguientes:

Figura 16. Diagrama de Momentos por Carga Muerta

Figura 17. Diagrama de Cortantes por Carga Muerta 21

Figura 18. Diagrama de Momentos por Carga Viva Máxima

Figura 19. Diagrama de Cortantes por Carga Viva Máxima 22

Figura 20. Diagrama de Momentos por Sismo en X

Figura 21. Diagrama de Cortantes por Sismo en X 23

Figura 22. Diagrama de Momentos por Viento en X

Figura 23. Diagrama de Cortantes por Viento en X 24

A continuación se inició el módulo de diseño del SAP2000 para llevar a cabo la revisión de los elementos estructurales bajo las diferentes combinaciones de carga. Después de algunos ajustes en los elementos elegidos para la estructura, se logró obtener un resultado satisfactorio, como se muestra en la siguiente figura, en la cual los colores indican la relación de esfuerzo soportada.

Figura 24. Resultados obtenidos con el SAP2000 Posteriormente, para verificar la confiabilidad de los resultados se eligieron aleatoriamente algunos elementos y se realizó el cálculo manualmente.

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Algunas de los resultados de diseño obtenidos por el programa fueron los siguientes:

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Con base en los resultados obtenidos con el programa SAP2000 se dibujaron en Autocad los siguientes detalles. X Y

Y X

Figura 25. Planta estructural de entrepiso de losacero 31

X Y

Y X

Figura 26. Planta estructural de azotea para cubierta Imperpanel 32

Figura 27. Planta estructural de azotea para losacero

Figura 28. Armadura AR-1 para techumbre de Imperpanel

Figura 29. Armadura AR-2 para techumbre de Imperpanel 33

Figura 30. Armadura AR-3 para techumbre de Imperpanel

Figura 31. Corte estructural transversal Y-Y

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A continuación se procedió a efectuar el diseño de las conexiones entre los diferentes elementos estructurales que componen la edificación. Como ejemplo veremos los pasos que se siguieron para llevar a cabo la revisión de la conexión marcada como CX-4 en los planos estructurales con la ayuda del programa Limcon V3.55 La primera acción realizada fue elegir en el menú principal del programa el tipo de conexión que vamos a revisar. En este caso se trata de una conexión soldada para resistir momentos, como se puede observar en la figura 24.

Figura 32. Selección del tipo de conexión en el programa Limcon El siguiente paso fue especificar los tipos de perfiles que va a tener nuestra conexión, los cuales, de acuerdo a la revisión estructural que efectuada con el programa SAP2000, fue un perfil IPR 18”x11”x113.10 kg/m (W18x76), tanto para la sección de columna como para la trabe. 35

A continuación se detalló el tipo de soldadura que se utilizará para la unión de los dos elementos; indicando la resistencia a la rotura del material utilizado para la soldadura y el ancho de la misma, tanto para el patín como el alma. Posteriormente se especificaron las propiedades de los atiezadores; como son el grado de acero que se utilizará, las dimensiones, y las propiedades y dimensiones de la soldadura. Por último, se capturaron las cargas actuantes en la conexión y sus diferentes combinaciones, para que de este modo el programa lleve a cabo la revisión con la combinación de cargas crítica. Una vez cargado el programa con todos los datos necesarios, despliega los resultados de la revisión efectuada a la conexión, señalando con la palabra “Pass” si la verificación es correcta y con la palabra “ Fail” en caso de falla a cada una de las revisiones realizadas. El mismo procedimiento se siguió para las diferentes conexiones tanto del entrepiso como para la techumbre a base de perfiles PTR.

Figura 33. Modelo de la conexión CX-4 diseñada en el programa Limcon 36

El detalle estructural para la conexión CX-4 que se elaboró con base en el resultado obtenido del programa Limcon es el que se muestra en la figura 26.

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Figura 34. Conexión CX-4 A continuación se procedió al diseño de las placas base para desplantar la estructura sobre los dados de cimentación. Para este fin se utilizó el programa RISABase versión 2.0.2 El primer paso fue especificar el perfil de la columna de acero y determinar el tipo de soldadura con el que se realizará la conexión entre esta y la placa base. Posteriormente se definió la geometría de la placa base, estableciendo las medidas mínimas y máximas permitidas para que el programa, en un proceso iterativo, determinara las características idóneas de la placa (ancho, largo y espesor). Enseguida se detalló la distribución de los pernos de anclaje en relación a su posición dentro de la placa base. 37

Figura 35. Datos de la geometría en el programa RISABase Por último se especificaron las cargas actuantes sobre la placa base. Estas cargas fueron obtenidas de los resultados proporcionados por el análisis realizado en el programa SAP2000.

Figura 36. Resumen del reporte del programa RISABase 38

En la figura 28 se puede observar un resumen de los resultados obtenidos al ejecutar el programa RISABase con los datos del proyecto. Y basándose en dichos datos se elaboró el detalle estructural de la placa base, como se muestra en la figura 29.

Figura 37. Placa base PB-1 El siguiente, y último paso, en la elaboración del cálculo estructural, fue el diseño de la cimentación, para esto se contó con el auxilio del software CSI Safe en su versión 12.2 La primera acción que se realizó fue especificar las características de los materiales que se utilizarían, como es el acero de refuerzo y el concreto. Para el acero de refuerzo se consideró acero grado 42 con un esfuerzo de fluencia fy=4,200 kg/cm2, y para el concreto se especificó una resistencia a compresión de f´c=200 kg/cm2. Posteriormente se indicaron las características de los diferentes elementos que forman la cimentación...