Memorias de Calculo Darien

CONSULTORIA PARA EL AJUSTE DE

LOS DISEOS TIPO PARA LOS

MODULOS DE LOS CENTROS DE

DESARROLLO INFANTIL CDI 95

NIOS

CHOC QUIBD.

MEMORIAS DE CLCULO

Bogot D.C, julio de 2014

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CONTENIDO

1. FUNDAMENTOS TERICOS ................................................................................................ 4

2. DESCRIPCIN DEL PROYECTO .......................................................................................... 5

2.1 SISTEMA ESTRUCTURAL ................................................................................................................. 5

2.2 MATERIALES UTILIZADOS ............................................................................................................... 5

2.3 NORMAS Y ESPECIFICACIONES ..................................................................................................... 6

3. DISEO ESTRUCTURAL ...................................................................................................... 6

3.1 EVALUACIN DE CARGAS ............................................................................................................... 6 3.1.1 Plataforma Zona de Recreacin y Pasillos. ................................................................................ 6 3.1.2 Plataforma Bloques. .................................................................................................................... 6 3.1.3 Carga Ssmica ................................................................................................................................ 6

3.2 COMBINACIONES DE CARGA .......................................................................................................... 7 3.2.1 Combinaciones Chequeo Derivas ................................................................................................. 7 3.2.2 Combinaciones de Diseo ............................................................................................................. 7

3.3 ANLISIS ESTRUCTURAL ................................................................................................................ 8 3.3.1 Datos De Entrada ........................................................................................................................... 8

3.4 ANLISIS SSMICO .......................................................................................................................... 34 3.4.1 Parmetros ................................................................................................................................... 34 3.4.2 Calculo de Derivas ....................................................................................................................... 35 3.4.3 Irregularidad Torsional ................................................................................................................. 40

3.5 RESULTADO DEL ANLISIS ESTRUCTURAL ............................................................................... 42 3.5.1 Fuerzas En Vigas ......................................................................................................................... 42 3.5.2 Fuerzas En Columnas .................................................................................................................. 82

3.6 DISEO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES ...................................................................... 99 3.6.1 Diseo De Vigas .......................................................................................................................... 99 3.6.2 Diseo De Columnas ................................................................................................................. 105

4. CONEXIONES .................................................................................................................... 109

4.1 PLATINAS BASE COLUMNA 135X135X6.0MM ............................................................................ 109




4.5 VIGUETAS EN CAJN VIGA IPE (PLATAFORMA) ................................................................... 113

4.6 CORREAS DE CUBIERTA VIGA IPE CERCHA (CUBIERTA) ................................................ 113

5. VIGAS DE CIMENTACIN................................................................................................. 114

5.1 EVALUACIN DE CARGAS ........................................................................................................... 114

5.2 ANLISIS ESTRUCTURAL ............................................................................................................ 114 5.2.1 Isometra y Numeracin ............................................................................................................. 114 5.2.2 Datos de entrada ........................................................................................................................ 116 5.2.3 Fuerzas en los elementos .......................................................................................................... 131

5.3 DISEO ESTRUCTURAL ............................................................................................................... 150

3

6. ELEMENTOS DE ENTREPISO .......................................................................................... 165

6.1 DISEO CORPALOSA ................................................................................................................... 165

6.2 DISEO VIGUETAS ....................................................................................................................... 171

7. ELEMENTOS DE CUBIERTA ............................................................................................ 175

7.1 EVALUACIN DE CARGAS ........................................................................................................... 175 7.1.1 Carga Muerta ............................................................................................................................. 175 7.1.2 Carga Viva ................................................................................................................................. 175 7.1.3 Carga De Viento ......................................................................................................................... 175 7.1.4 Carga De Granizo ...................................................................................................................... 175

7.2 DISEO CORREAS ........................................................................................................................ 176 7.2.1 Bloque 1 ..................................................................................................................................... 176 7.2.2 Bloque 2 ..................................................................................................................................... 177 7.2.3 Bloque 3 ..................................................................................................................................... 178 7.2.4 Bloque 4 ..................................................................................................................................... 179

8. DISEO DE RAMPA .......................................................................................................... 180




9. DISEO DE ESCALERAS ................................................................................................. 238




10. DISEO DE ELEMENTOS NO ESTRUCTURALES..................................................... 262

4

1. FUNDAMENTOS TERICOS El anlisis y diseo de estructuras involucra un considerable esfuerzo tanto humano como tcnico, teniendo en cuenta que en la actualidad stas requieren gran rapidez y una altsima precisin, adems de tener como objeto ltimo el de producir estructuras seguras al menor costo posible. A continuacin se efectuar una presentacin de las labores relacionadas con la actividad antes descrita, no sin antes destacar que en todas y cada una de ellas se tiene como gran auxiliar un departamento de cmputo con toda la infraestructura de software y hardware necesaria para el desarrollo de este tipo de actividades. Previa ejecucin de un proyecto arquitectnico y de un estudio de suelos con definicin de capacidad portante del suelo, nivel recomendado de desplante de la cimentacin, tipo de cimentacin recomendada para la estructura, asentamientos probables esperados para la estructura y recomendaciones de tipo constructivo se procede a: 1. Elaboracin del modelo estructural espacial que define la geometra en cuanto a incidencias,

conectividades y restricciones de todos y cada uno de los elementos que conforman la estructura, en concordancia total con el proyecto arquitectnico.

2. Predimensionamiento de los elementos estructurales basado en las luces, cargas probables inferidas del uso de la edificacin en particular, as como del tipo de materiales a emplear.

3. Evaluacin detallada de cargas verticales (permanentes, transitorias, accidentales) y horizontales (aquellas que se presentaran como resultado de una excitacin ssmica o por accin del viento).

4. Anlisis de la estructura efectuado a partir de la geometra y cargas previamente definidas as como de las diferentes condiciones y combinaciones especificadas en las Normas Sismo Resistentes (NSR-10) con objeto de conocer los elementos mecnicos de diseo (desplazamientos, deformaciones, esfuerzos de flexin, corte, axial y torsin) al igual que las reacciones que se transmiten a la fundacin. Para este efecto se utiliza el programa SAP2000, que permite el anlisis de estructuras espaciales utilizando el mtodo de elementos finitos. Con base en los resultados hasta aqu obtenidos se perfecciona ( segn el caso, se redefine) el modelo inicialmente propuesto hasta conseguir la solucin ptima tanto por seguridad como por economa, la cual, en todo caso es diferente para cada estructura en particular.

5. Diseo de la estructura atendiendo en todo a la norma vigente (NSR-10). Se procede a disear y detallar en forma ptima desde el punto de vista de las cantidades de materiales y ajustado a los materiales disponibles en el mercado, todos y cada uno de los elementos que constituyen la estructura (sper-estructura y sub-estructura cimentacin) con objeto de producir los planos de construccin correspondientes.

6. Preparacin y revisin de documentos definitivos del estudio como son las memorias de clculo,

los planos de construccin, listados de computador y las cantidades de obra.

5

2. DESCRIPCIN DEL PROYECTO Arquitectnicamente el proyecto contempla la construccin de una edificacin la cual consiste en una estructura tipo palaftica de dos pisos, ubicada en el municipio Carmen del Darin, Choc. El primer piso corresponde a la zona que en poca de invierno estar inundada, quedando su placa elevada disponible para su uso. Esta placa posee cuatro bloques con cubierta metlica y en todos ellos existe una zona con cubierta dura, en la cual reposarn dos tanques de almacenamiento de agua potable de 1m cada uno. Toda la edificacin ser en estructura metlica, con excepcin de la rampa y las escaleras. Con el nimo de proteger la estructura metlica ante agentes nocivos en la poca de invierno, se recubrirn las columnas en dicho nivel de inundacin con una capa en concreto de cinco centmetros (5 cm) por las cuatro caras de cada una de las columnas expuestas. Vale la pena aclarar que dicho concreto no tendr fines estructurales sino nica y exclusivamente preventivos y en pro de la durabilidad de la edificacin. En el presente documento se muestran los procedimientos de clculo de las estructuras y se sealan los parmetros y especificaciones que se tuvieron en cuenta para el anlisis y diseo estructural. 2.1 SISTEMA ESTRUCTURAL Para la plataforma y las placas duras de los tanques en la cubierta se contempla la construccin de una placa en Lmina Colaborante, y las cubiertas de los bloques estarn soportadas sobre vigas y columnas metalicas, conformando un sistema de prticos. Las estructuras se pueden clasificar dentro del tipo Sistema Estructural De Prticos En Acero Resistente a Momentos el cual es compuesto por prticos espaciales resistentes a momentos, que soportan todas las cargas verticales y fuerzas horizontales. La cimentacin est constituida por vigas de rigidez y dados en concreto con pilotes en madera que a su vez son los responsables de transmitir las cargas al terreno. 2.2 MATERIALES UTILIZADOS La resistencia especificada del concreto ser de:

En cimentacin, placas areas y revestimientos:

Concreto de limpieza:

La resistencia especificada del acero de refuerzo ser de:

Para dimetros de y superiores:

Para dimetros de :

La calidad especificada de los pernos ser: Perfiles Gr. 50.

Platinas calidad A-36

6

Soldadura E70XX (Estructura) y E60XX (Elementos Lmina Delgada)

Pernos ASTM F1554 Gr 55 (Para anclajes)

2.3 NORMAS Y ESPECIFICACIONES Todos los anlisis y diseos presentados en la siguiente memoria, cumplen con las normas y especificaciones contenidas en las Normas Colombianas de Diseo y Construccin Sismo Resistente NSR-10.

3. DISEO ESTRUCTURAL 3.1 EVALUACIN DE CARGAS A continuacin se presenta la evaluacin de cargas para las placas de entrepiso del la edificacin de tres niveles y para las cubiertas. Las cargas unitarias corresponden al peso propio de la placa, ms el peso de acabados, ms el peso de muros divisorios internos por m2. 3.1.1 Plataforma Zona de Recreacin y Pasillos. Placa Steel Deck (Corpalosa 3 Cal. 22) H = 0.13 m

P.P Steel Deck + Concreto + Viguetas = Peso Acabados =

Total Carga Muerta sin Peso Propio Total Carga Viva

(Oficinas) 3.1.2 Plataforma Bloques. Placa Steel Deck (Corpalosa 3 Cal. 22) H = 0.13 m

P.P Steel Deck + Concreto + Viguetas = Peso Muros Divisorios = Peso Acabados =

Total Carga Muerta sin Peso Propio Total Carga Viva

(Salones de Clase - Oficinas) 3.1.3 Carga Ssmica Las fuerzas ssmicas son introducidas al programa SAP2000, de acuerdo con los parmetros indicados en la seccin de Anlisis Ssmico, y utilizando el mtodo de la fuerza horizontal equivalente.

7

3.2 COMBINACIONES DE CARGA Para el anlisis y diseo estructural se utilizaron las combinaciones bsicas de cargas, de acuerdo con la NSR-10, para Estado Lmite de Resistencia ltima, tal y como se indica en la impresin de los datos de entrada.

Para dichas combinaciones, las fuerzas ssmicas fueron divididas por , siendo CM : Carga Muerta. CV : Carga Viva. W : Carga de Viento. Lr : Carga Viva de Cubierta. SX : Carga ssmica en direccin X. SY : Carga ssmica en direccin Y. SXA : Carga ssmica en direccin X, afectada por el Coef. De Sobrerresistencia SYA : Carga ssmica en direccin Y, afectada por el Coef. De Sobrerresistencia Nota: El peso propio de los elementos es generado directamente por el programa. 3.2.1 Combinaciones Chequeo Derivas

DER1: 1.0CM + 1.0SX

DER2: 1.0CM - 1.0SX

DER3: 1.0CM + 1.0SY

DER4: 1.0CM - 1.0SY

3.2.2 Combinaciones de Diseo

RU01: 1.4CM RU02: 1.2CM + 1.6CV + 0.5Lr

RU03: 1.2CM + 1CV + 1.6Lr

RU04: 1.2CM + 1.6Lr + 0.8W

RU05: 1.2CM + 1.6Lr - 0.8W

RU06: 1.2CM + 1.6W + 1CV + 0.5Lr

RU07: 1.2CM + 1EX + 1CV

RU08: 1.2CM - 1EX + 1CV

RU09: 1.2CM + 1EY + 1CV

RU10: 1.2CM - 1EY + 1CV

RU11: 0.9CM + 1.6W

RU12: 0.9CM - 1.6W

RU13: 0.9CM + 1EX

RU14: 0.9CM - 1EX RU15: 0.9CM + 1EY

RU16: 0.9CM - 1EY RU17: 1.2CM + 1EX + 0.3EY + 1CV

RU18: 1.2CM + 1EX - 0.3EY + 1CV

RU19: 1.2CM - 1EX + 0.3EY + 1CV

RU20: 1.2CM - 1EX - 0.3EY + 1CV

RU21: 1.2CM + 0.3EX + 1EY + 1CV

RU22: 1.2CM - 0.3EX + 1EY + 1CV

8

RU23: 1.2CM + 0.3EX - 1EY + 1CV

RU24: 1.2CM - 0.3EX - 1EY + 1CV

RU25: 0.9CM + 1EX + 0.3EY

RU26: 0.9CM + 1EX - 0.3EY

RU27: 0.9CM - 1EX + 0.3EY

RU28: 0.9CM - 1EX - 0.3EY

RU29: 0.9CM + 1EY + 0.3EX

RU30: 0.9CM + 1EY - 0.3EX

RU31: 0.9CM - 1EY + 0.3EX

RU32: 0.9CM - 1EY - 0.3EX

Adicionalmente, se tienen las combinaciones por Sismo Amplificado

RU07A: 1.2CM + 1EXA + 1CV

RU08A: 1.2CM - 1EXA + 1CV

RU09A: 1.2CM + 1EYA + 1CV

RU10A: 1.2CM - 1EYA + 1CV

RU13A: 0.9CM + 1EXA

RU14A: 0.9CM - 1EXA

RU15A: 0.9CM + 1EYA

RU16A: 0.9CM - 1EYA

RU17A: 1.2CM + 1EXA + 0.3EYA + 1CV

RU18A: 1.2CM + 1EXA - 0.3EYA + 1CV

RU19A: 1.2CM - 1EXA + 0.3EYA + 1CV

RU20A: 1.2CM - 1EXA - 0.3EYA + 1CV

RU21A: 1.2CM + 0.3EXA + 1EYA + 1CV

RU22A: 1.2CM - 0.3EXA + 1EYA + 1CV

RU23A: 1.2CM + 0.3EXA - 1EYA + 1CV

RU24A: 1.2CM - 0.3EXA - 1EYA + 1CV

RU25A: 0.9CM + 1EXA + 0.3EYA

RU26A: 0.9CM + 1EXA - 0.3EYA

RU27A: 0.9CM - 1EXA + 0.3EYA

RU28A: 0.9CM - 1EXA - 0.3EYA

RU29A: 0.9CM + 1EYA + 0.3EXA

RU30A: 0.9CM + 1EYA - 0.3EXA

RU31A: 0.9CM - 1EYA + 0.3EXA

RU32A: 0.9CM - 1EYA - 0.3EXA

3.3 ANLISIS ESTRUCTURAL Para el anlisis estructural se utiliz el programa SAP2000, que contempla estructuras tridimensionales. Se incluyen en este informe los datos de entrada y de salida del programa, los cuales se explican por s mismos y permiten la verificacin de geometra y cargas empleadas en el anlisis, adems de los datos de diseo de los elementos. 3.3.1 Datos De Entrada Se presentan los datos de entrada del modelo para el anlisis estructural

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Isometrico General

Table: Auto Seismic - User Coefficient

LoadPat Dir PercentEcc EccOverride UserZ C K WeightUsed BaseShear

Kgf Kgf

SX X 0.050000 No No 1.148000 1.000000 585987.64 672713.81

SY Y 0.050000 No No 1.148000 1.000000 585987.64 672713.81

Table: Combination Definitions

ComboName ComboType AutoDesign CaseType CaseName ScaleFactor SteelDesign

ConcDesign AlumDesign ColdDesign GUID Notes

RU01 Linear Add No Linear Static CM 1.400000 Strength

None None None


None None None

RU02 Linear Static CV 1.600000

RU02 Linear Static Lr 0.500000


None None None




None None None


RU04 Linear Static W 0.800000

RU05 Linear Add No Linear Static CM 1.200000 None

None None None


RU05 Linear Static W -0.800000


None None None





None None None

RU07 Linear Static EX 1.000000



None None None

RU08 Linear Static EX -1.000000



None None None

RU09 Linear Static EY 1.000000



None None None

10

RU10 Linear Static EY -1.000000



None None None



None None None

RU12 Linear Static W -1.600000


None None None



None None None



None None None



None None None



None None None





None None None





None None None





None None None





None None None





None None None





None None None





None None None





None None None




None None None




None None None




None None None




None None None




None None None

11




None None None




None None None



DER1 Linear Add No Linear Static CM 1.000000 None

None None None

DER1 Linear Static EX 4.080000


None None None

DER2 Linear Static EX -4.080000


None None None

DER3 Linear Static EY 4.080000


None None None

DER4 Linear Static EY -4.080000

CIM01 Linear Add No Linear Static CM 1.000000 None

None None None

CIM01 Linear Static CV 1.000000

CIM01 Linear Static Lr 1.000000

CIM02 Linear Add No Linear Static CM 1.200000 None

None None None

CIM02 Linear Static CV 1.600000

CIM02 Linear Static Lr 1.600000

RU07A Linear Add No Linear Static CM 1.200000 None

None None None

RU07A Linear Static EXA 1.000000

RU07A Linear Static CV 1.000000


None None None

RU08A Linear Static EXA -1.000000



None None None

RU09A Linear Static EYA 1.000000



None None None

RU10A Linear Static EYA -1.000000



None None None



None None None



None None None



None None None



None None None





None None None





None None None





None None None





None None None



12



None None None





None None None





None None None





None None None




None None None




None None None




None None None




None None None




None None None




None None None




None None None



ENCO_V Envelope No Response Combo RU01 1.000000 None

None None None

ENCO_V Response Combo RU02 1.000000































ENCO_V Response Combo RU07A 1.000000

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ENVG_M Envelope No Response Combo RU01 1.000000 None

None None None

ENVG_M Response Combo RU02 1.000000















Table: Frame Loads - Distributed

Frame LoadPat CoordSys Type Dir DistType RelDistA RelDistB

AbsDistA AbsDistB FOverLA FOverLB GUID

m m Kgf/m Kgf/m

376 W Local Force 2 RelDist 0.0000 1.0000

0.00000 8.42212 60.00 60.00

376 CM GLOBAL Force Gravity RelDist 0.0000 1.0000

0.00000 8.42212 75.00 75.00

376 Lr GLOBAL Force Gravity RelDist 0.0000 1.0000

0.00000 8.42212 150.00 150.00


0.00000 5.35000 71.00 71.00


0.00000 5.35000 309.00 309.00

410 CV GLOBAL Force Gravity RelDist 0.0000 1.0000

0.00000 5.35000 187.00 187.00

377 W Local Force 2 RelDist 0.0000 1.0000

0.00000 8.42212 120.00 120.00


0.00000 8.42212 150.00 150.00


0.00000 8.42212 300.00 300.00


0.00000 2.60000 126.00 126.00


0.00000 6.45000 317.00 317.00


0.00000 6.45000 500.00 500.00


0.00000 6.45000 590.00 590.00


0.00000 1.75000 150.00 150.00


1.75000 4.60000 590.00 590.00


4.60000 6.00000 150.00 150.00


4.60000 6.00000 150.00 150.00

14


1.75000 4.60000 590.00 590.00


0.00000 1.75000 150.00 150.00


0.00000 6.45000 750.00 750.00


0.00000 5.75000 1278.00 1278.00


0.00000 5.75000 644.00 644.00


0.00000 0.89988 750.00 750.00


0.89988 3.14985 590.00 590.00


3.14985 5.75000 150.00 150.00


0.00000 5.75000 1278.00 1278.00


0.00000 5.75000 644.00 644.00


0.00000 2.30000 150.00 150.00


2.30000 5.75000 590.00 590.00


0.00000 5.75000 1280.00 1280.00


0.00000 5.75000 645.00 645.00


0.00000 5.75000 590.00 590.00


0.00000 5.75000 317.00 317.00


0.00000 5.75000 500.00 500.00


0.00000 2.85000 590.00 590.00


0.00000 2.85000 317.00 317.00


0.00000 2.85000 500.00 500.00


0.00000 1.60000 590.00 590.00


3.55000 6.00000 590.00 590.00


0.00000 6.00000 317.00 317.00


0.00000 6.00000 500.00 500.00


3.55000 6.00000 590.00 590.00


0.00000 1.60000 590.00 590.00


0.00000 6.00000 317.00 317.00


0.00000 6.00000 500.00 500.00


0.00000 5.35000 1760.00 1760.00


0.00000 5.35000 1760.00 1760.00


0.00000 5.35000 150.00 150.00


0.00000 5.35000 350.00 350.00


0.00000 5.35000 222.00 222.00


0.00000 6.00000 1412.00 1412.00


0.00000 6.00000 770.00 770.00


0.00000 1.60000 150.00 150.00


1.60000 3.60000 590.00 590.00

Memorias de Calculo Darien

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