Diseño de Porton

(1)

Presentado a:

DIDELCO

GRUPO CALMA

Presentado Por:

Preparó: jarita

Revisó: svaldivieso

Aprobó: svaldivieso

Memoria de

Cálculo

Estructural

Junio

2016

Proyecto: Porton DIDELCO Tiendona.

San Salvador, San Salvador, El Salvador.

Análisis y Diseño

Estructural de Estructura

de Acero, Columnas de

Concreto y

Cimentaciones

Diseño de Marcos de Acero Estructural. Diseño de Columnas de concreto. Diseño de Cimentaciones.

(2)

TABLA DE CONTENIDO

TABLA DE CONTENIDO ... 2

1.- INTRODUCCION ... 3

2.- BASES Y NORMAS PARA EL DISEÑO ... 3

3.- MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN ... 3

5.- CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL Y MODELOS ESTRUCTURALES. ... 4

6.- REACCIONES DE LAS ESTRUCTURAS . ... 12

7.- VERIFICACIÓN DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES. ... 13

8.- Anexos ... 17

Anexo I Perfiles Estructurales

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1.- INTRODUCCION

Este documento constituye la memoria de cálculo de la estructura para el proyecto “Estructura de Portón DIDELCO La Tiendona ”.

El proyecto establece las dimensiones mínimas de los perfiles estructurales que servirán fabricar la estructura del nuevo portón de DIDELCO La Tiendona

La información detallada se presenta en las páginas correspondientes a los cálculos de capacidades e Ingeniería estructural realizada con base a secciones transversales estructurales de acuerdo al estándar de diseño de estructuras de acero del Instituto Americano de Construcción de Acero: AISC-ASD: Allowable Stress Design y al Instituto Americano del Concreto: ACI -Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-08)

El cálculo estructural se ha realizado con base a modelos estáticos de elementos estructurales de configuración estable, capaces de resistir las cargas de diseño en base a fuerzas axiales de compresión, tensión y momentos.

2.- BASES Y NORMAS PARA EL DISEÑO

Para la definición de las cargas y para la revisión de esfuerzos admisibles y desplazamientos máximos, se han respetado los lineamientos establecidos en los reglamentos de diseño y documentos técnicos aplicables. En particular los siguientes:

 American Institute of Steel Construction AISC-ASD - 89: Allowable Stress Design  Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-08) and Commentary

3.- MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

Las especificaciones del acero estructural en el que se basa el diseño de esta estructura se definen en este trabajo en base al estándar americano de pruebas y materiales ASTM (American Standar for Testing & Materials)

 Resistencia del acero de perfiles Angulares 2520 kg/cm² (Acero G-36).  Resistencia del acero de perfiles Tubulares 2520 kg/cm² (Acero G-36)

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 Resistencia del acero de varillas de acero 4200 kg/cm² (Acero G-60)  Resistencia del concreto a los 28 días f’c 280 kg/cm².

5.- CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL Y MODELOS ESTRUCTURALES.

La estructura del portón está compuesta por marcos de acero, con una cubierta de lámina la cual se sujetará por medio de dos columnas de concreto y una viga metálica tipo macomber. La subestructura de cimentación está formada por zapatas aisladas y viga tensora capaces de trasmitir los esfuerzos generados por la superestructura al suelo sin sobrepasar los esfuerzos últimos considerados y proporcionados por el cliente con una capacidad ultima de 1.5 kg/cm²

El sistema estructural posee una distribución clásica para sistemas estructurales concebidos para resistir fuerzas sísmicas en términos de regularidad geométrica en planta y elevación.



Descripción General de los Modelos Numéricos Lineales.

En el modelo computacional se asume que todos los elementos de las estructuras tienen comportamiento lineal elástico. Las vigas y columnas se modelan con elementos uniaxiales tipo “frame” de comportamiento dominado por flexión.

(5)

Fig. 1. Sección Longitudinal del Estante Actual

(6)

 Hipótesis de Modelación Estructural.

Las dimensiones geométricas de los elementos estructurales considerados en los modelos se obtuvieron de las consultas y necesidades del cliente.

La formulación de los modelos estructurales se hizo sobre la base de las siguientes hipótesis: I. Las columnas y vigas estructurales se modelaron como elementos finitos rectangulares II. Las vigas se modelaron como elementos de flexión uniaxiales.

III. Los apoyos fijos se colocaron en el nivel basal de la estructura, representado una articulación.

 Estado de cargas.

I. Cargas gravitacionales

Las cargas gravitacionales permanentes (muertas) consideradas en la evaluación de las estructuras incluyen el peso propio de elementos estructurales, el cual se incorpora automáticamente a través del modelo estructural, así como el peso de elementos no estructurales tales como paredes no estructurales.

las cargas gravitacionales vivas consideradas se obtuvieron de un proceso iterativo que permitió obtener la capacidad máxima del estante bajo las condiciones de análisis establecidas

II. Solicitaciones Sísmicas.

o Método estático equivalente:

La magnitud de las fuerzas generadas por las solicitaciones sísmicas se calcula como: ∗

Donde:

Vs: Cortante de Sismo

W : Carga Muerta más Carga Viva Instantánea

/

Donde:

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I

: Factor de Importancia.

Co y To

. Coeficientes de sitio debido a las características del Suelo.

R

: Factor de Modificación de respuesta.

T

: Período fundamental de la estructura El periodo fundamental se calcula como:

∗ .Donde:

Ct : 0.085 para sistemas estructurales de acero.

h

n: Altura total del edificio.

 Factor de Zonificación Sísmica: A = 0.40 Factor de Zonificación Sísmica. Zona Factor A I 0.40 II 0.30

Fig. 6. Mapa de zonificación Sísmica de El Salvador  Factor de importancia

La Fig. 7 muestra el Factor de Importancia dependiendo de la categoría de ocupación de la edificación. I = 1.0

 Coeficientes de sitio debido a las características del suelo La Fig. 8, determina los valores de coeficientes de sitio Co = 3.0 y To= 0.60

(8)

.

Fig. 7. Factores de Importancia

(9)

 Factor de Modificación de Respuesta R = 12.0

La Fig. 9, correlaciona los diferentes valores de Factores de Modificación de Respuesta con los diferentes tipos de Sistemas Estructurales

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Calculo del coeficiente sísmico.

III. Combinaciones de carga

La verificación de los elementos estructurales se realizó utilizando el método de Esfuerzos de Trabajo (aplicable a los elementos de acero).

Donde:

CS Coeficiente Sísmico

A Factor de Zonificacón Sísmica I Factor de Importancia C0 y T0 Coeficientes de Sitio

R Factor de Modificacion de Respuesta T Período fundamental de vibración, Seg

Donde:

T Periodo fundamental de Vibración, seg

Ct 0.085 Sistema A con marcos de Acero

hn Altura Total de la Estructura

Entonces C_s = 0.282 A = 0.40 I = 1.00 C0 = 3.00 T0 = 0.60 R = 7.00 T = 0.28 Ct = 0.085 hn = 5.00 m T (seg) = 0.085 * 5.00 3/4 T = 0.28 seg

Cálculo del Coeficiente Sismico

Período Fundamental de Vibración. Metodo A

3 2 28 . 0 6 . 0 00 . 7 0 . 3 * 00 . 1 * 4 . 0        S C 4 3 n t

h

C

T



3 2 0 0

_













T

R

AIC

Cs

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Método de Esfuerzos de Trabajo. Este método de diseño denominado también diseño elástico, consiste en determinar, en primer término, los esfuerzos que se presentan en las secciones críticas de un miembro estructural bajo la acción de las cargas de servicio o de trabajo, considerando un comportamiento elástico del material. Se considera que un miembro está diseñado correctamente cuando los esfuerzos de trabajo, ocasionados por las cargas de servicio que obran en el miembro no exceden los esfuerzos permisibles.

Ecuación básica de diseño:

Resistencia Requerida ≤ Resistencia Nominal

Rn

φ

En este método las condiciones de carga que se deben satisfacer en general se muestran en la tabla 1:

Tabla 1: Combinaciones de cargas de servicio.

Método de Diseño a la Resistencia. Esta filosofía de diseño se fundamenta en la utilización de coeficientes de reducción de la resistencia y coeficientes de mayoración de las cargas. Matemáticamente se expresa como:

Resistencia de diseño ≥ Resistencia requerida

Ф_Sn ≥ U

Para este método se utilizan las combinaciones de carga indicadas en la Tabla 2

Tabla 2: Combinaciones de cargas últimas.

Condición Combinaciones

Básica

U = D + L

U = D + L + E

U = 0.9D + E

Sismo

Condición Combinaciones Básica U=1.4D U=1.4D+1.7L U=0.9D+1.4E U=0.75(1.4D+1.7L+1.87E) SISMO

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D = Peso propio de la estructura. L = Sobrecarga de uso de piso. E = Cargas de Sismo.

6.- REACCIONES DE LAS ESTRUCTURAS .

6.1 Reacciones basales

Joint OutputCase CaseType F1 F2 F3 M1 M2 M3

Text Text Text Kgf Kgf Kgf Kgf-m Kgf-m Kgf-m 40 DEAD LinStatic 0.00 0.00 160.64 0.00 0.00 0.00 40 QX LinStatic 0.00 0.00 345.85 0.00 0.00 0.00 40 QY LinStatic 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 42 DEAD LinStatic 0.00 0.00 137.79 0.00 0.00 0.00 42 QX LinStatic 0.00 0.00 -53.83 0.00 0.00 0.00 42 QY LinStatic 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 59 DEAD LinStatic 2.52 0.00 1977.70 0.00 5.62 0.00 59 QX LinStatic -576.72 0.00 -333.84 0.00 -1913.95 0.00 59 QY LinStatic 0.00 -577.36 0.00 2764.67 0.00 -92.94 60 DEAD LinStatic -2.52 0.00 1977.70 0.00 -5.62 0.00 60 QX LinStatic -578.01 0.00 341.58 0.00 -1916.76 0.00 60 QY LinStatic 0.00 -577.36 0.00 2764.67 0.00 92.94 65 DEAD LinStatic 0.00 0.00 138.57 0.00 0.00 0.00 65 QX LinStatic 0.00 0.00 -12.08 0.00 0.00 0.00 65 QY LinStatic 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 66 DEAD LinStatic 0.00 0.00 135.11 0.00 0.00 0.00 66 QX LinStatic 0.00 0.00 -9.12 0.00 0.00 0.00 66 QY LinStatic 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 82 DEAD LinStatic 0.00 0.00 160.64 0.00 0.00 0.00 82 QX LinStatic 0.00 0.00 -234.41 0.00 0.00 0.00 82 QY LinStatic 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 83 DEAD LinStatic 0.00 0.00 137.79 0.00 0.00 0.00 83 QX LinStatic 0.00 0.00 -15.72 0.00 0.00 0.00 83 QY LinStatic 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 97 DEAD LinStatic 0.00 0.00 138.57 0.00 0.00 0.00 97 QX LinStatic 0.00 0.00 35.18 0.00 0.00 0.00 97 QY LinStatic 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 98 DEAD LinStatic 0.00 0.00 135.11 0.00 0.00 0.00 98 QX LinStatic 0.00 0.00 -63.23 0.00 0.00 0.00 98 QY LinStatic 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

(13)

7.- VERIFICACIÓN DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES.

La resistencia de cada elemento estructural, obtenida a partir de las propiedades de sus materiales y de su geometría, se contrastó con los esfuerzos obtenidos del modelo para las distintas combinaciones de cargas.

La relación de esfuerzos de cada elemento metálico se muestra en la imagen siguiente

Fig. 3 Relación de Esfuerzos de la estructura metálica

Como puede comprobarse ningún elemento sobre pasa el valor de 1.333, que es el límite superior o máximo para estructuras con las acciones de cargas accidentales.

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Diseño de cimentaciones. Esfuerzos inducidos al suelo.

Acero de refuerzo en tensor

Acero de refuerzo en zapata

Panel OutputCase CaseType MaxPress MinPress GlobalXMax GlobalYMax GlobalXMin GlobalYMin

Text Text Text kgf/cm2 kgf/cm2 cm cm cm cm

1 D+QX Combination -0.16 -0.51 460.00 0.00 510.00 22.50 1 D-QX Combination -0.16 -0.51 -510.00 0.00 -560.00 22.50 1 D+QY Combination 0.52 -0.90 -510.00 0.00 -560.00 22.50 1 D-QY Combination 0.09 -0.86 -560.00 22.50 -510.00 0.00

TABLE: Soil Pressures - Summary

Line BeamProp Location FTopCombo FTopMoment AxlForceT FTopArea FTopAMin FBotCombo FBotMoment AxlForceB FBotArea FBotAMin VCombo VForce VArea Status GlobalX GlobalY

Text Text cm Text kgf-cm kgf cm2 cm2 Text kgf-cm kgf cm2 cm2 Text kgf cm2/cm Text cm cm 1.00 V50X30 0.00 D-1.4QX -127952.68 -107.12 1.23 1.63 D+1.4QX 141293.00 103.96 1.30 1.74 D+1.4QY 846.83 0.00 OK -510.00 0.00 1.00 V50X30 50.00 D-1.4QX -206989.58 -1.84 1.95 2.60 D+1.4QX 143458.90 -3.19 1.35 1.80 D+1.4QY 1027.03 0.00 OK -460.00 0.00 1.00 V50X30 165.00 D-1.4QX -193828.88 -1.84 1.83 2.43 D+1.4QX 55656.73 -3.19 0.52 0.70 D+1.4QY 1084.85 0.00 OK -345.00 0.00 1.00 V50X30 280.00 D+1.4QY -199795.74 -2.52 1.88 2.51 D-1.4QY 42104.63 -2.52 0.39 0.53 D+1.4QX 717.87 0.00 OK -230.00 0.00 1.00 V50X30 395.00 D+1.4QY -187417.84 -2.52 1.76 2.35 D-1.4QY 44649.73 -2.52 0.42 0.56 D+1.4QX 498.42 0.00 OK -115.00 0.00 1.00 V50X30 510.00 D+1.4QY -186240.26 -2.52 1.75 2.34 D-1.4QY 38351.67 -2.52 0.36 0.48 D-1.4QX 533.85 0.00 OK 0.00 0.00 1.00 V50X30 625.00 D+1.4QY -187417.84 -2.52 1.76 2.35 D-1.4QY 44649.73 -2.52 0.42 0.56 D-1.4QX 498.95 0.00 OK 115.00 0.00 1.00 V50X30 740.00 D+1.4QY -199795.74 -2.52 1.88 2.51 D-1.4QY 42104.63 -2.52 0.39 0.53 D-1.4QX 718.26 0.00 OK 230.00 0.00 1.00 V50X30 855.00 D+1.4QX -194244.80 -3.19 1.83 2.44 D-1.4QX 56072.66 -1.84 0.53 0.70 D+1.4QY 1084.85 0.00 OK 345.00 0.00 1.00 V50X30 970.00 D+1.4QX -207342.85 -3.19 1.95 2.61 D-1.4QX 143812.18 -1.84 1.35 2.61 D+1.4QY 1027.03 0.00 OK 460.00 0.00 1.00 V50X30 1020.00 D+1.4QX -128115.95 -107.97 1.23 1.64 D-1.4QX 141456.26 104.81 1.30 1.74 D+1.4QY 846.83 0.00 OK 510.00 0.00

Acero Superior 2.61 cm2 _{Acero Inferior} _2.61 _cm2

Varilla # 4 G60 3.00 Varilla # 4 G60 3.00

TABLE: Concrete Beam Design 01 - Flexural And Shear Data

Strip Station ConcWidth FTopCombo FTopMoment FTopArea FTopAMin FBotCombo FBotMoment FBotArea FBotAMin AxialForce VCombo VForce VArea Status GlobalX GlobalY Layer

Text cm cm Text kgf-cm cm2 cm2 Text kgf-cm cm2 cm2 kgf Text kgf cm2/cm Text cm cm Text CSA1 0.00 100.00 D+1.4QY -62698.85 0.98 6.00 D-1.4QY 65294.29 0.94 0.00 103.74 D-1.4QY 3589.38 0.00 OK -510.00 -77.50 A CSA1 50.00 100.00 D+1.4QY -246811.88 3.66 0.00 D-1.4QY 253378.48 3.68 6.00 99.70 D-1.4QY 3589.38 0.00 OK -510.00 -27.50 A CSA1 77.50 100.00 D+1.4QY -344391.78 5.10 0.00 D-1.4QY 353063.10 5.14 6.00 97.56 D-1.4QY 3589.38 0.00 OK -510.00 0.00 A CSA1 100.00 100.00 D-1.4QY -75581.09 1.13 0.00 D+1.4QY 79626.49 1.20 6.00 -195.22 D+1.4QY 937.48 0.00 OK -510.00 22.50 A CSA2 0.00 100.00 D+1.4QY -62698.85 0.98 6.00 D-1.4QY 65294.29 0.94 0.00 103.74 D-1.4QY 3589.38 0.00 OK 510.00 -77.50 A CSA2 50.00 100.00 D+1.4QY -246811.88 3.66 0.00 D-1.4QY 253378.48 3.68 6.00 99.70 D-1.4QY 3589.38 0.00 OK 510.00 -27.50 A CSA2 77.50 100.00 D+1.4QY -344391.78 5.10 0.00 D-1.4QY 353063.10 5.14 6.00 97.56 D-1.4QY 3589.38 0.00 OK 510.00 0.00 A CSA2 100.00 100.00 D-1.4QY -75581.09 1.13 0.00 D+1.4QY 79626.49 1.20 6.00 -195.22 D+1.4QY 937.48 0.00 OK 510.00 22.50 A CSB1 0.00 100.00 D+1.4QY -70638.99 1.12 0.00 D-1.4QY 74151.67 1.22 6.00 -287.07 D-1.4QX 581.62 0.00 OK -560.00 -27.50 B CSB1 50.00 100.00 D-1.4QX -71569.10 1.28 0.00 D-1.4QY 89039.98 1.38 6.00 -3.98 D+1.4QY 696.33 0.00 OK -510.00 -27.50 B CSB1 100.00 100.00 D+1.4QY -110293.95 1.74 6.00 D-1.4QY 88612.79 1.44 0.00 -277.85 D+1.4QY 696.33 0.00 OK -460.00 -27.50 B CSB2 0.00 100.00 D+1.4QY -110293.95 1.74 6.00 D-1.4QY 88612.79 1.44 0.00 -277.85 D+1.4QY 696.33 0.00 OK 460.00 -27.50 B CSB2 50.00 100.00 D+1.4QX -71660.23 1.28 0.00 D-1.4QY 89039.98 1.38 6.00 -3.98 D+1.4QY 696.33 0.00 OK 510.00 -27.50 B CSB2 100.00 100.00 D+1.4QY -70638.99 1.12 0.00 D-1.4QY 74151.67 1.22 6.00 -287.07 D+1.4QX 583.43 0.00 OK 560.00 -27.50 B

Acero Superior 6.00 cm2 _{Acero Inferior} _6.00 _cm2 Varilla # 4 G60 5.00 Varilla # 4 G60 5.00

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8.- Anexos

Anexo I:

PROPIEDADES GEOMÉTRICAS Y

MECÁNICAS DE LOS PERFILES

ESTRUCTURALES

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Propiedades geométricas y mecánicas de los perfiles utilizados en el proyecto portón de La Tiendona

SectionName Material Shape t3 t2 tf tw dis Area TorsConst I33 I22 I23 AS2 AS3 S33 S22 Z33 Z22 R33 R22

Text Text Text mm mm mm mm mm mm2 mm4 mm4 mm4 mm4 mm2 mm2 mm3 mm3 mm3 mm3 mm mm

# 5 G60 Pipe 15.88 7.94 197.93 6235.26 3117.63 3117.63 0.00 148.44 148.44 392.77 392.77 666.79 666.79 3.97 3.97

2L2.5X2.5X3/16-3/4 A36 Double Angle 63.50 146.05 4.76 4.76 19.05 1161.29 9157.09 453692.27 1305426.66 0.00 604.84 604.84 9930.56 17876.43 17861.90 31531.99 19.77 33.53

C 35x35 4000Psi Rectangular 350.00 350.00 122500.00 2113380208.00 1250520833.00 1250520833.00 0.00 102083.33 102083.33 7145833.33 7145833.33 10718750.00 10718750.00 101.04 101.04

P 45x45 4000Psi Rectangular 450.00 450.00 202500.00 5775046875.00 3417187500.00 3417187500.00 0.00 168750.00 168750.00 15187500.00 15187500.00 22781250.00 22781250.00 129.90 129.90

TS2x2x1.5mm A36 Box/Tube 50.80 50.80 1.50 1.50 295.80 179734.74 119934.08 119934.08 0.00 152.40 152.40 4721.81 4721.81 5470.29 5470.29 20.14 20.14

TS4x2x1/8" A36 Box/Tube 101.60 50.80 3.18 3.18 927.42 955329.06 1238803.36 412844.13 0.00 645.16 322.58 24385.89 16253.71 30277.66 18499.46 36.55 21.10