Reporte de Estructuras Metálicas

Diseño y Análisis Estructural de Almacenes "LA ROCA S.A"

Agradecimientos al Ing Msc. Ph. D. Pedro Rojas por los conocimientos impartidos en el Curso de Diseño estructural


CONTENIDO:

Resumen Ejecutivo

.................................................................................3

Capítulo I: Descripción General del Edificio

........................................4

Capítulo II: Descripción de la

Estructura ...................................................5

Capítulo III: Descripción de la Subestructura

.........................................17

Capítulo IV: Presupuesto

.......................................................................4

Capítulo V: Conclusiones

......................................................................5

Anexos.

...........................................................................................

.........6


Resumen Ejecutivo

El proyecto consiste en el diseño de un edificio de Pórticos de Acero Resistente a momento (PARM), el mismo que será construido en la parte norte de la ciudad de Guayaquil, la organización que solicitó el estudio fue la Ilustre Municipalidad de Guayaquil. El grupo de Ingenieros encargados de realizar el proyecto está integrado por:

El Ing. Elvis Quisnancela El Ph.d Jaime Vera El Ing. Abel León El Ing. Ricardo Hungría

El trabajo realizado por este equipo empezó con la obtención de las cargas de diseño, las cargas fueron obtenidas mediante la norma Norteamericana ASCE-7-10, posteriormente se procedió a cuantificar las aportaciones de cada elemento tanto estructural como no estructural, para después proceder a realizar un pre dimensionamiento de cada elemento, cabe recalcar que el método utilizado para cuantificar las dimensiones preliminares de cada elemento, corresponde al método del Portal que toma en cuenta la distribución de fuerzas sísmicas en su análisis.

Una vez determinadas las dimensiones preliminares de cada elemento se procede a realizar un modelo estructural con el programa SAP 2000, una de las ventajas principales de este software es que nos revela el período de la estructura mediante un análisis modal propio del programa, y nos indica los desplazamientos de cada entrepiso, para después proceder a calcular las derivas, las cuales determinarán si el modelo cumple o no con los requerimientos permitidos. Con los datos obtenidos del programa se determina la demanda de cada elemento para posteriormente proceder a determinar las dimensiones definitivas de los elementos.


Para finalizar se presenta un presupuesto que cuenta con los análisis de precios unitarios de cada rubro representativo del proyecto, y el monto final que indica cuánto costará su construcción.

CAPÍTULO I

Descripción general del edificio

Este edificio será utilizado como un almacén mayorista, ubicado en las coordenadas 98897766 N, 609567 E, el suelo sobre el cual se asentará nuestra estructura cuenta con un qa de 40 Ton/m2, y un número golpes por ensayo SPT de 80, lo que nos indica que el estrato es rocoso.

La estructura contará con 6 pisos, espaciados entre sí 3.5 m, y con pórticos espaciados entre si 7.5 metros en la dirección Este-Oeste, y con 6.5 metros en la dirección Norte-Sur, por disposiciones del Arquitecto Juan Salvatierra, debido a su función se ha determinado una resistencia del Acero Estructural de 3500kg/cm2, se determinó que serán necesarias 3 vigas secundarias colocadas en la dirección Norte-Sur, colocadas a los cuartos de las vigas en dirección E-0.

El almacén cuenta con una carga viva de 0.6 T/m2 para todos los pisos excepto para la terraza, la terraza fue analizada con un carga viva mucho menor de 0.1 T/m2, es de suma importancia recalcar que en nuestro proyecto no se toma en cuenta la carga de paredes y baldosas.

Se diseñó una novalosa que cuenta con un espesor de losa de acero de 0.74cm y un espesor de losa de concreto de 6cm, esta losa servirá como un arriostramiento de soporte lateral para las vigas secundarias y principales no cargadoras

Las vigas secundarias solo resistirán cargas gravitacionales, las vigas principales resistirán tanto fuerzas gravitacionales como sísmicas, las vigas principales se dividen en cargadoras y no cargadoras, las cargadoras corresponden a aquellas que cuentan con el mayor ancho de influencia, las no cargadoras corresponden a aquellas que comparten el ancho de influencia con las secundarias.

Al final revisamos nuestras columnas para verificar si estas cumplen con el criterio columna fuerte, viga débil, y la ecuación interacción.


CAPÍTULO 2

Descripción de la estructura.

El análisis comenzó mediante la clasificación del tipo de suelo, el ensayo SPT dio como resultado 80 Golpes, lo que indica que se trata de un material rocoso, el material encontrado fue clasificado como tipo B de acuerdo a la norma, lo que nos da una referencia acerca de la intensidad del efecto sísmico, ya que entre más resistente sea el suelo a un esfuerzo cortante, menor será el efecto de las fuerzas sísmicas sobre la estructura.

Como nuestro edificio posee características similares en ambos ejes, no puede ser considerado como un sistema dual, así que se analiza simplemente como un PARM

Luego con estos períodos calculamos el cortante basal y la distribución vertical de fuerzas sísmicas en ambos sentidos, obteniendo como resultado un Cortante basal de 164.58 Ton, en la dirección N-S y en la dirección E-O .

Luego procedemos a la obtención de cargas de la norma Norteamericana ASCE-7-10, posteriormente se procedió a mayorarlas con las combinaciones de carga pertinentes. Cabe recalcar que nos Momentos no se obtuvieron mediante las ecuaciones de momentos proporcionadas por el ACI, sino que se obtuvieron a partir de un análisis estructural con el programa SAP 2000.

EL factor de Resistencia es de R=8 en la dirección O-E y En la dirección N-S.

Con los parámetros obtenidos por parte del código y con los dato de la prospección geotécnica procedimos a graficar el espectro de Respuesta Sísmica.


0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.50.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

Espectro de Respuesta

Sa elasticoCs Inelastico

ELASTICO INELASTICO

La grafica presentado muestra El espectro de Respuesta elástica e inelástica en ambas direcciones

Una vez obtenidos los espectros se procedió a calcular los periodos estructurales para cada uno de los ejes.

T Sa

0 0.40

0.1 1.00

0.52 1.00

1 0.40

1.5 0.27

2 0.20

2.5 0.16

3 0.13

T Cs

0 0.05

0.1 0.13

0.52 0.13

1 0.05

1.5 0.03

2 0.03

2.5 0.02

3 0.02


Para ambos ejes nuestro período fue de

0.72939seg

Una vez obtenido los períodos, se procedió a cuantificar las cargas de diseño, cabe recalcar que debido a que la función del edificio es un almacén mayorista, por lo que no se analizaron, las cargas proporcionadas por las paredes ni por las baldosas.

La combinación de carga para cargas gravitaciones proporcionada por el ASCE 7-10 Corresponde a

1.2D+1.6L

CALCULO DE CARGAS MUERTAS D Y VIVA L EN CADA ELEMENTO DE LA ESTRUCTURA

Según el ASCE-7 10Carga Muerta.- Peso de elementos ESTRUCTURALES y de cualquier objeto que este permanentemente fijo en la estructura (no estructurales).

Carga Viva.- Carga que varia de Magnitud y posición

a) Calculo de Carga Muerta D

γc= 2.40

0 T/m3

l= L/vs+1= 1.88 m

e= 0.09

0 m

Losa Macisa:

0.216

T/m2

Novalosa Steel panel: 0.01

T/m2

Baldosa: 0T/m2


Paredes:0.02

5T/m2

Ductos y Enlucidos:

0.02 T/m2

Piso 1-5: WD=

0.27

T/m2

Wpp=

0.06 T/m2

Terraza: WD=

0.25

T/m2

Wpp=

0.06 T/m2

b) Estimación de Carga Viva L

Piso 1-5

WL=

0.60

T/m2 Terraza

WL=0.100

T/m2

c) Carga TotalT

Piso 1-5:WT=

0.93

T/m2 Terraza

WT= 0.35

T/m2

d) Carga Mayorada

Piso 1-5:Wu=

1.36

T/m2 Terraza

WT= 0.46

T/m2

Luego se procedió a calcular el peso sísmico de la Estructura para luego obtener la distribución vertical de fuerzas sísmicas obteniendo los siguientes resultados:

Wsísmico=2400.84 Ton.

Nivel Altura

(m)Wx(To

n)

Direccion x e y: Vx=Vy= 164.58 ton

Wx hx1,11 Cvx Fx(ton)Vx(Ton)

6 22 290.45 9108.950.2188

3736.01573

06736.015

73

5 18.5 422.0810911.9

80.2621

5343.14469

14379.160

42

4 15 422.08 8637.270.2075

0534.15075

588113.31

12

3 11.5 422.08 6423.150.1543

1225.39637

455138.70

76

2 8 422.08 4286.110.1029

7116.94676

704155.65

43


1 4.5 422.08 2256.970.0542

228.923791

347164.57

8141624.4

3Diseño del sistema de Piso

El sistema de piso esta conformado por una Novalosa que funciona en dirección N-S y que se apoya sobre las vigas principales no cargadoras y sobre secundarias.

De acuerdo a nuestros cálculos, la placa de acero de la Novalosa posee un espesor de 0.74cm de acero estructural, la losa de concreto posee un espesor de 6cm

Predimensionamiento de Elementos estructurales

Predimensionamiento de las Vigas Secundarias

Para el pre diseño de estos elementos solo se toma en cuenta las cargas gravitacionales ya que esta no actuán bajo el efecto de cargas laterales como la sísmica.

El perfil seleccionado cumple con la condición de peralte mínimo, y con el criterio de deflexiones máximas. Cabe recalcar se que se asumió que la viga secundaria posee un soporte lateral continuo por presencia de la novalosa y los conectores de cortante

De acuerdo a los resultados de nuestro prediseñose aproxima a una viga w 14x34.

De esta viga aproximamos a un perfil comercial .

Predimensionamiento de Vigas principales no cargadoras

Estas vigas corresponden a las paralelas a las secundarias , comparten el mismo ancho de influencia de estas, la diferencia radica en que sufren el efecto de las cargas sísmicas, el método que se uso para este predimensionamiento fue el método del portal, y las combinaciones de carga utilizadas fueron.

Mu=

1.2MD+1.6ML o

Mu=

(1.2+0.2Sds)MD+ρME+1ML ρ= 1


Vu=1.2VD+1.6VL o

Vu=

(1.2+0.2Sds)VD+ρVE+1VL Sds= 1

El resultado arrojado fue el siguiente: Las vigas aproximadas a w16x40

Predimensionamiento de Vigas principales cargadoras

Al igual que las vigas no cargadoras las vigas cargadoras se diseñan mediante el método del portal, la diferencia radica en que el ancho de influencia de las cargdoras es mayor las combinaciones de carga

Mu=

1.2MD+1.6ML o

Mu=

(1.2+0.2Sds)MD+ρME+1ML ρ= 1

Vu=1.2VD+1.6VL o

Vu=

(1.2+0.2Sds)VD+ρVE+1VL Sds= 1

La viga estimada se aproxima a un perfil W24x62 para los pisos de las plantas más elevadas.

Predimensionamiento de las Columnas

Las columnas se diseñaron a partir del criterio Columna fuerte, de acuerdo a este criterio la relación entre los momentos proporcionados por las columnas y el de las vigas es mayor o igual a uno, las dimensiones obtenidos mediante el análisis fueron 55 por 55 cm para las columnas más bajas.

En un principio las derivas cumplieron de manera excesiva por lo que concluimos que sería más prudente disminuir las secciones

Derivas con secciones originalesTX 0.3689 segTY 0.3197 seg

Δxi=( (δxe*Cd)/I) ; θx<θa

Sismo en xCd= 5.5 I= 1

Piso hsx

δxe (SAP200

0) δxi θx θaObservaci

on6 3.50 0.0132 0.0726 0.00141 0.02 Si Cumple


429

5 3.50 0.0123 0.067650.00282

857 0.02 Si Cumple

4 3.500.0105 0.05775

0.00361429

0.02 Si Cumple

3 3.500.0082 0.0451

0.00424286

0.02 Si Cumple

2 3.500.0055 0.03025

0.00424286

0.02 Si Cumple

1 3.50 0.0028 0.0154 0.0044 0.02 Si Cumple0 4.50

Sismo en y

Cd= 5.5 I= 1

Piso hsx

δxe (SAP200


on

6 3.50 0.0184 0.10120.00235

714 0.02 Si Cumple

5 3.50 0.0169 0.092950.00408

571 0.02 Si Cumple4 3.50 0.0143 0.07865 0.0055 0.02 Si Cumple

3 3.50 0.01080.0594

0.00612857

0.02 Si Cumple

2 3.50 0.00690.03795

0.00581429

0.02 Si Cumple

1 3.50 0.00320.0176

0.00502857

0.02 Si Cumple

0 4.50

Con Dimensiones definitivas

TX0.4105

2

TY0.3495

9Sismo en


xCd= 5.5 I= 1

Piso hsx

δxe (SAP200

0) Δxi θx θaObservaci

on

6 3.50 0.0310 0.17050.00424

286 0.02 Si Cumple

5 3.50 0.0283 0.155650.00754

286 0.02 Si Cumple

4 3.500.0235 0.12925

0.00864286

0.02 Si Cumple

3 3.500.0180 0.099

0.00974286

0.02 Si Cumple

2 3.500.0118 0.0649

0.00927143

0.02 Si Cumple

1 3.500.0059 0.03245

0.00927143

0.02 Si Cumple

0 4.50

Sismo en y

Cd= 5.5 I= 1

Piso hsx

δxe (SAP200


on

6 3.50 0.0492 0.27060.00817

143 0.02 Si Cumple

5 3.50 0.0440 0.2420.01288

571 0.02 Si Cumple

4 3.50 0.03580.1969

0.01477143

0.02 Si Cumple

3 3.50 0.02640.1452

0.01587143

0.02 Si Cumple

2 3.50 0.01630.08965

0.01398571

0.02 Si Cumple

1 3.50 0.00740.0407

0.01162857

0.02 Si Cumple

0 4.50


Elaboración del Modelo Estructural

Una vez obtenidas las dimensiones del pre diseño se procede a la elaboración de un modelo estructural en el programa Sap 2000.

Se colocaron las cargas gravitacionales y sísmicas, con sus respectivas combinaciones de carga, para que una vez corrido el Modelo se procede a determinar las fuerzas internas de cada elemento, así como los momentos de diseño, reacciones, períodos y los desplazamientos con los que posteriormente se calcularán las derivas.

Cabe recalcar que las cargas sólo fueron asignadas sobre las vigas secundarias, y el Programa se encarga de transmitirlas hacia las vigas principales y posteriormente a las columnas, las columnas fueron empotradas por medio de la asignación de un restraint que inhibe las traslaciones tanto en x como en y, y los momentos.

Para el módelo de acero estructural no se considerán inercias agrietadas

Una de las ventajas de la utilización de este software es la obtención del período de la estructura y los desplazamientos del piso, con el fin de obtener las derivas del entrepiso de no deben exceder a 0.02, si las derivas exceden este valor se recalcula la distribución de fuerzas sísmicas, las cuales son menores a las originales, y se procede a calcular las derivas nuevamente, si las derivas no cumple se aumentan las dimensiones de los elementos estructurales. Este proceso se repite hasta que las derivas alcanzen el mínimo establecido.

Diseño de los Elementos Estructurales

El diseño estructural de vigas principales y secundarias , columnas y muros se realizó tomando en cuenta el Cap 21 Del ACI 318-08.

Diseño de Vigas Secundarias

El diseño de las vigas secundarias se lo realizó con los esfuerzos obtenidos del programa Sap 2000, obteniendo el siguiente resultado:

pisos

d(mm)

tw(mm)

bf(mm)

tf(mm)

Area (mm2)

1 al 6 400 7.54 175 11.91

7004.8972

Diseño de Vigas Principales

Vigas no Cargadoras


Alma Alas

pisos d(mm)

tw(mm)

bf(mm)

tf(mm)

Area (mm2)

6300 9.53 180 15.88

8273.1272

5 300 9.53 180 15.888273.12

72

4350 9.53 180 15.88

8749.6272

3350 9.53 180 15.88

8749.6272

2400 9.53 180 15.88

9226.1272

1400 9.53 180 15.88

9226.1272

Vigas Cargadoras

Alma Alaspisos

d(mm)

tw(mm)

bf(mm)

tf(mm)

Area (mm2)

6450 11.91 200 15.88

11333.2

5 450 11.91 200 15.88 11333

4500 11.91 200 15.88

11928.7

3500 11.91 200 15.88

11928.7

2550 11.91 200 15.88

12524.2

1550 11.91 200 15.88

12524.2

Columnas

pisos d(mm)

t(mm)

Area (mm2) pisos d(m

m)t(mm)

Area (mm

2)

6450 25.4

33881.6533

6300 27

23156.7

5450 25.4

33881.6533

5300 27

23156.7

4500 25.4

37871.4853

4350 27

27397.9

3500 25.4

37871.4853

3350 27

27397.9

2 550 25.4 41861.3 2 400 27 31639


173 .1

1550 25.4

41861.3173

1400 27

31639.1

Se presentan dos tablas la primera tabla corresponde a la de la etapa de pre diseño la cual cumplia las derivas de sobre manera, así que decidimos disminuir las secciones para tener un diseño más ecónomico pero que a la vez cumple con el criterio de derivas, criterio columna fuerte viga débl y con las fuerzas de interacción.

Descripción de la Subestructura.

La cimentación es uno de los elementos estructurales más representativos de la estructura, ya que es la que se encarga de transmitir los esfuerzos que provienen de las columnas hacia el suelo.

La prospección geotécnica reveló que el suelo es rocoso y cuent a con un qa= 80 ton/m2 y un spt de 80 golpes

Para esta estructura se eligió una cimentación de tipo superficial que consiste en una zapata corrida junto con una viga,

Diseño Estructural de la Cimentación

Para el diseño de la cimentación se tomo las cargas de servicios tanto de la carga viva como de la carga muerta, y para el refuerzo se usaron cargas factoradas.

La zapata actua como una viga continuade varios tramos, que esta sometida a una carga cuya magnitud es igual al esfuerzo de contacto del suelo.

Elemento b(cm) h(cm) L(cm) b(cm) h(cm) L(cm)

zapata corrida 200 70 2350 200 70 4900

viga de cimentaci

ón 80 80 2350 80 80 4900


Elaboración del Modelo Estructural En SAP 2000

Para empezar cogemos la opción para crear un pórtico en 3D y usamos las unidades en Ton, m, F, y elaboramos nuestro esqueleto estructural.

Una vez elaborado el pórtico procedemos a crear y definir los materiales de cada elemento,


Después de esto procedemos a definir las dimensiones de secciones de cada pórtico

Se asinga un restraint a cada joint de la base de la estructura, el restraint será un empotramiento.


Después de tener el esqueleto estructural totalmente armado procedemos a crear un diagrama en cada piso para que solo exista desplazamiento lateral en la dirección x y Y.


Terminado el esqueleto procedemos a crear los loadspatterns , y las combinaciones de carga pertinentes.


El siguiente paso es cargar el modelo estructural con las cargas de nuestro análisis, sólo se cargarán las vigas secundarias y principales no cargadoras, y el programa se encargará de transmitirlas al resto de los elementos.

Después de este paso procedemos a crear un joint que se encuentre desfazado 5 % de la longitud tanto en x como en y del centro de masa de cada pórtico y a este joint le asignamos las cargas laterarles por sismo.

Se coloco un 100% de fuerza sísmica de un eje y 30% con respecto al otro eje , para asumir que el sismo puede venir en cualquier dirección.


Después Corremos el modelo ;Una vez corrido el modelo obtenemos el período de la estructura y revisamos los desplazamientos por efecto de las cargas sísmicas para posteriormente revisar las derivas.

Reporte de Estructuras Metálicas

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