1. MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL 1.1. ANTECEDENTES Se pretende diseñar la infraestructura de la administración del P.U.C. (Parque Urbano Central) para el SETRAM en la ciudad de La Paz. La mencionada administración se encuentra ubicada en el Parque Urbano Central como se muestra en la figura 1.
Fig1. Ubicación de la INFRAESTRUCTURA INFRAESTRUCTURA DE ADMINISTRACIÓN – SETRAM
1.2. PROCEDIMIENTO La estructura cuenta con una losa radier como base o cimentación de hormigón armado, vigas y columnas de hormigón armado para el soporte de las cubiertas metálicas. El análisis de la estructura se diseño en forma global. La cubierta metálica está conformada por calamina que se sujetan a las correas apoyadas mediante soldadura en las cerchas c erchas metálicas. Se realizará un análisis estático de la estructura mediante un programa de elementos finitos para la materialización de los elementos, tanto como de la estructura metálica como de la estructura de hormigón. -
Materiales: HORMIGÓN SIMPLE H21
Peso por unidad de volumen: 2500 (kg/m3) Módulo de elasticidad: E = 1400000 (kg/cm2) Coeficiente de Poisson: U = 0.2 Coeficiente de expansión térmica: A = 9.900E-06 (1/ C)
Módulo de corte: G = 583333 (kg/cm2) Resistencia característica de rotura a los 28 días fc’ = 210 (kg/cm2) ACERO ESTRUCTURAL Tensión de fluencia al 0,2% de deformación de: Fy= 4200 Kg./cm2 Módulo de elasticidad 2.1e+10 Coeficiente de Poisson 0.30 Peso específico 7850 (kg/m3) Coeficiente de Expansión Térmica 1.17e-05 (1/ C)
-
Análisis de Carga:
Para la estructura metálica tenemos: Sobrecarga Permanente (Calamina y otros) [kg/m2] Carga de mantenimiento Sobrecarga de [kg/m2] Uso Carga de nieve [kg/m2] Carga Carga de Viento [kg/m2] accidental
40 100 50 50
Los coeficientes de mayoración utilizados para el cálculo de la estructura fueron: Sobrecarga Permanente Sobrecarga de Uso
1.35 1.5
Una vez verificada la estructura metálica se transmitirán las cargas a la estructura a la cimentación Los parámetros geotécnicos han sido estimados y asumidos en todas las estructuras de fundación para todas las estaciones analizadas, en base a aproximaciones de proyectos realizados en la zona, considerándose un suelo con capacidad portante de 0.5 (kg/cm2). Es importante en este sentido advertir que la verificación de éstos (parámetros geotécnicos), durante la ejecución es necesaria y en caso de existir discrepancias con los valores asumidos deberá realizarse el rediseño de la estructura en su totalidad. Este aspecto deberá ser tomado en cuenta por el Supervisor de obra -
Suelo de Fundación:
Después de una Revisión de los estudios del suelo de cimentación ejecutados por otras entidades se observo que el terreno tiene presiones admisibles muy variables con lo que se adopta una σadm = 0.5 (kg/cm2)
1.3. CÁLCULO EN SOFTWARE ESPECIALIZADO Se modeló la estructura en su totalidad (Metálica y Hormigón) en el programa SAP2000 tomando en cuenta los elementos cerchas, correas, vigas y columnas como elementos FRAMES y cubiertas, losa radier como elementos SHELL. El primer paso para el diseño de la estructura es la selección de los materiales que se, para la materialización de los elementos FRAME se usando el acero A36 para la estructura metálica y Hormigón para los elementos de hormigón armado, seleccionando un material diferente para materializar los elementos SHELL (calamina). Una vez definidos los materiales, se procedió con la creación de las secciones usadas para el análisis de la estructura, manejando las siguientes secciones.
ELEMENTO Costanera Doble Costanera Doble Costanera Tubo Rectangular Cubierta
Cubierta Metálica SECCIÓN C40X80X15X2 2C75X150X15X3 2C50X150X15X3 T30X50X1.5 Placa1
USO Correas Elemento Cercha Elemento Cercha Elemento Cercha Calamina
NOTA: Las unidades de medida es [mm]
ELEMENTO Columna Viga Radier Viga Tensor Viga Cadena Viga de Cierre Losa Radier
Estructuras de Hormigón armado SECCIÓN USO Col25X25 V20X40 V20X20 V20X20 V20X20 Placa20
Columna Tipo Viga de Fundación Viga tensor de columnas Viga de Encadenado Viga de Cierre en la Losa Radier Losa de Fundación
NOTA: Las unidades de medida es [ cm]
Elegidos el tipo de material y la sección se procede a la introducción del modelo de la estructura realizando las siguientes simplificaciones: -
Las vigas fueron simplificadas a líneas sobre sus ejes, las superficies tales como la cubierta fueron simplificadas como placas
Fig2. Modelación de la INFRAESTRUCTURA DE ADMINISTRACIÓN – SETRAM
Una vez modelada la estructura se procedió al cargado, tomando en cuenta las cargas señaladas en el apartado (1.2.), tomando en cuenta también los coeficientes de mayoración al que serán afectadas las mismas. Una vez obtenidos los valores de las solicitaciones que afectan a la estructura se procede a la comprobación de las secciones de la estructura metálica mediante el código AISC360-05. Para la estructura de Hormigón armado se utilizó el código ACI – 318 99 para el respectivo diseño de los diferentes elementos estructurales. 2.
2.1.
CONSIDERACIONES ESPECÍFICAS HORMIGÓN H-21
EL hormigón H21, deberá seguir las recomendaciones expuestas en el capítulo de especificaciones técnicas del proyecto. 2.2.
2.3.
RADIO INTERIOR DE DOBLADO Y LONGITUD DE ANCLAJE DIAMETRO
RADIO INT DOBLADO
ANCLAJE
F6 F8 F10 F12 F16 F20 F25
4cm
18cm
5cm
24cm
6cm
30cm
7cm
36cm
9cm
48cm
11cm
60cm
14cm
75cm
RECUBRIMIENTOS
Para barras principales: b> al diámetro de la barra, 0.8 del tamaño máximo del árido, o 1.25 del tamaño máximo
Para cualquier barra: a> 20mm (ambiente I), 30mm (ambiente II), 40mm (ambiente II). Para el proyecto se considera un ambiente I y II , o sea estructuras en interiores de edificios o en medio exterior con baja humedad, entendiendo por tal aquella situación en que no se sobrepasa el 60% de humedad relativa más de 90 días al año. Para elementos de fundación el recubrimiento a usar de acuerdo a norma CBH – 87 a utilizar será de r = 7.5 [cm]. 2.4.
SEPARACION ENTRE BARRAS
La separación entre barras se considera, para barras longitudinales: 20mm, diámetro mayor si las barras no son del mismo diámetro, 1.25 veces el tamaño máximo del árido Para capas la separación es: 20mm, el diámetro mayor si las barras no son del mismo diámetro. 2.5.
OTRAS CONSIDERACIONES
Se deberá disponer de armadura de piel, en vigas de gran canto, considerando 2 barras de 10mm colocadas a media altura En el atado de mallas, tanto en muros como en mallas de losas se dispondrán puntos de atado en intersecciones alternadas, disponiendo lazos de alambre. 2.6.
ESQUEMA ESTRUCTURAL
Los ambientes de la Administración P.U.C. Está conformada por una estructura modular metálica como se muestra en la figura, la cual transmite los esfuerzos a las columnas y vigas de hormigón armado y esta transmiten las cargas al terreno a mediante las Losas y vigas radier.
Fig3. Esquema de la Cubierta Metálica
Fig4. Esquema de la estructura de Hormigón Armado
2.7.
CÁLCULO DE ESFUERZOS
2.7.1.
ESTRUCTURA METÁLICA
La estructura se calcula en estado límite último. El análisis es de tipo lineal donde se verifica cada sección a: equilibrio estructural, pandeo, fatiga que son provocadas por las solicitaciones máximas a ocurrir.
Fig.5. Esfuerzo Axial en secciones con la Combinación de Servicio Combserv Cuyo valor máximo es de 1.62 [tn ]
Fig.6. Diagrama de Momentos con la Combinación de Servicio Combserv Cuyo valores son: -0.304 [tn.m] (negativo) y 0.105 [tn.m] (Positivo)
Fig.7. Esfuerzo Axial en secciones con la Combinación de Servicio Comb2=1.35CM+1.5CV (Diseño) Cuyo valor máximo es de 2.21 [tn]
Fig.8. Diagrama de Momentos con l a Combinación de Servicio Comb2=1.35CM+1.5CV (Diseño) Cuyo valores son: -0.42 [tn.m] (negativo) y 0.141 [tn.m] (Positivo)
2.7.2.
ESTRUCTURA HORMIGÓN ARMADO
a) Vigas. Viga Tensor 20X20 [cm] Ejes: 1 – 2 entre J SOLICITACIONES:
Fig9. Diagrama de Momentos Combinación DCON2 [EUROCODE 2 -1992]
Fig10. Diagrama de Cortantes Combinación DCON2 [EUROCODE 2 -1992]
DISEÑO:
Fig11. Diseño Estructural de la viga tensor para la solicitación más desfavorable DCON2 [ACI 318 -1999]
REFUERZO NECESARIO:
Fig12. Acero de Refuerzo resultado del diseño a la Combinación más desfavorable DCON2 [ACI 318 -1999].
Nota: El diseño mostrado es de ejemplo, el resto del diseño de las vigas se lo proporcionará en formato digital.
b) Columnas. Columna Tipo 25X25 [cm] Ejes: 5 - F SOLICITACIONES:
Fig13. Solicitaciones Axial = 11.85 [tn] y Momentos M11=0.02 [tn.m] y M22 = 0.01 [tn.m] de la combinación DCON3 [EUROCODE 2 -1992].
DISEÑO:
Fig14. Diagrama de Interacción de la columna tipo 2 para la solicitación más desfavorable DCON3 [ACI 318 -1999]
Nota: El diseño mostrado es de ejemplo, el resto del diseño de las vigas se lo proporcionará en formato digital.
REFUERZO NECESARIO:
Fig15. Acero de Refuerzo resultado del diseño a la Combinación más desfavorable DCON3 [ACI 318 -1999].
c) Losa Radier. Losa 20 de [cm] Ejes: SOLICITACIONES:
Fig16. Diagrama de momentos M11 = 0.25 [tn.m] para la solicitación de servicio Combserv [EUROCODE 2 -1992]
Fig17. Diagrama de Momentos M22max = 0.15 [tn.m] para la solicitación de servicio Combserv [EUROCODE 2 -1992]
DISEÑO:
Fig18. Diseño de la Losa Radier para la solicitación más desfavorable Combserv [ACI 318 -1999]
Nota: El diseño mostrado es tipo, debido a que el terreno es malo y se requiere Ductilidad Homogénea.
REFUERZO NECESARIO:
Fig19. Acero de Refuerzo resultado del diseño a la Combinación más desfavorable Combserv [ACI 318 -1999].
Nota: Para el modelado de la tensión admisible se consideró 3 resortes con coeficientes referentes a la tensión admisible adoptada.
3.
CONCLUSIONES
La estructura metálica deberá ser emplazada y armada estrictamente como se indica en las especificaciones técnicas, planos, teniendo cuidado en la manipulación de los materiales soldado y empernado de la estructura, cualquier modificación deberá ser aprobada por el Supervisor de Obra. La estructura de hormigón armado debe regirse estrictamente a las consideraciones expuestas en las especificaciones técnicas, teniendo cuidado con el uso de los materiales, su almacenamiento, acopio y manipuleo. Debido a que este ítem comprende la ejecución de los elementos estructurales deberá ser ejecutado por personales con amplia experiencia en el campo. Antes de proceder al vaciado de fundación de los muros laterales, tanto de vigas como de losa es necesario contar con una superficie limpia, nivelada, y si fuera necesario disponer de un hormigón pobre o en su caso de un empedrado nivelado. Estos aspectos podrán ser subsanados en obra según los criterios del supervisor. Las dosificaciones del hormigón para alcanzar las resistencias establecidas en planos deberán cumplir con las exigencias y requisitos establecidos en la Norma Boliviana del Hormigón Armado CBH-87 Hormigón Simple = Resistencia característica constructiva cilíndrica de compresión a los 28 días mayor o igual 210 kg/cm2 o 21 (MPa) La dosificación será: Clase de hormigón = A Cantidad min de cemento = 355 kg/m3 Relación A/C = 0.49 lt/kg Rev. Max. Sin vibración = 10.2 cm Rev. Max con vibración =5 cm Tamaño máximo del agregado = 2.5 cm Para la medición de los áridos se aceptará una dosificación en volumen, transformándose los pesos en volumen aparente de materiales sueltos a partir de los pesos unitarios suelto y compactado, de los agregados a utilizar en obra, realizando todos los ensayos de granulometría de un acopio de material que no tenga variación de proveedor durante el periodo de ejecución. Se empleara cemento embolsado, la dosificación se hará por número de bolsas de cemento quedando prohibido el uso de fracciones de bolsa.
La medición de los áridos en volumen se realizara en recipientes aprobados por el Supervisor de Obra y de preferencia deberán ser metálicos e indeformables. Todas las consideraciones sobre: mezclado, preparado, transporte, colocación, vibrado, protección, curado y ensayos de resistencia deben regirse a la especificación técnica. Se ha diseñado las estructuras en base a valores asumidos de suelos, por lo que durante la construcción será totalmente necesario realizar ensayos que permitan verificar las información considerada en el diseño y en caso necesario rediseñar los mismos. Por lo anterior, se ha previsto en el presupuesto de la obra ítems que permitan garantizar la ejecución de dichos ensayos, correrá por cuenta de la Supervisión un estricto seguimiento y control a este aspecto delicado y crítico del proyecto.
Es cuanto informo para fines consiguientes.