Memoria de Calculo 01

Graderías Estadio Domingo Tumaco González

Ing. Diddier P. Paz Mosquera

MEMORIA DE CALCULOS

ESTUDIO ESTRUCTURAL ANALISIS Y DISEÑO

PROYECTO AMPLIACION Y ADECUACIÓN ESTADIO DOMINGO TUMACO GONZÁLEZ TUMACO - NARIÑO

CALCULÓ: Ing. DIDDIER PEDRO PAZ MOSQUERA

San Andrés de Tumaco, Junio de 2.007 1 de 111

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Calle Nva. Creación frente a la Iglesia La Merced (local Floristería y Decoraciones Leo)

Telefax. 7- 271663 – Cel. 315 - 5821167



MEMORIA DEL ESTUDIO ESTRUCTURAL GRADERÍAS DEL ESTADIO DOMINGO TUMACO GONZÁLEZ

INTRODUCCIÓN La presente memoria técnica contiene el cálculo estructural para la construcción de las graderías del estadio Domingo Tumaco González, localizado en la ciudad de Tumaco - Municipio de Tumaco, Nariño. La estructura consiste en unas gradas conformadas por viguetas en forma de “L” invertida apoyadas sobre las vigas de carga inclinadas las cuales se apoyan sobre las columnas, las vigas de amarre van en el mismo sentido que las gradas y que unidas a las de carga y a las columnas conformando los pórticos, los que a su vez forman la estructura tridimensional. El sistema de resistencia tanto sísmica como para cargas verticales utilizado es el de Pórticos de concreto resistentes a momentos con capacidad especial de disipación de energía (DES). Las cargas de las gradas se transmiten a las vigas de carga y de éstas a las columnas, las cargas en la base son transmitidas de las columnas al sistema de cimentación, pilas en concreto reforzado amarradas con vigas de rigidez o de amarre a nivel de cimentación y de éstas al suelo de cimentación.

NORMAS Y PARAMETROS DE DISEÑO

Norma de diseño: Capítulos de diseño:

Localización: Dirección: Altura de la edificación:

Amenaza sísmica: Tipo de suelo: Tipo de uso:

NSR-98 A (Análisis sísmico) B (Cargas) C (Concreto reforzado) San Andrés de tumaco - Tumaco - Nariño Vía al morro Gradería Norte y Sur 3.90 m Gradería Oriental 6.30 m + 4.00 de columna de cubierta Gradería Occidental 7.70 m + 4.00 de columna de cubierta A partir del nivel de cimentación hasta la última grada, 4.00 m adicionales donde hay cubierta. Alta S3 Estructuras de ocupación especial.

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ENTREPISOS Tipos de entrepisos: Todas las graderías N+7.70 m Occidental

Entrepisos inclinados dispuestos ortogonalmente sobre el plano inclinado. Losa aligerada diseñada en una dirección y apoyada sobre las vigas de Carga.

Las losas de circulación de las graderías y las losetas que conforman las gradas son losas macizas diseñadas en una dirección.

CARGAS MUERTAS Y VIVAS Las cargas muertas se calculan de acuerdo con los pesos propios de los elementos considerados a partir de la densidad de masa como lo establece el Código NSR-98 en el Capítulo B3; y las cargas vivas de acuerdo al capítulo B4.

NIVEL DE AMENAZA SISMICA Y MOVIMIENTOS SISMICOS DE DISEÑO

Las características del movimiento sísmico de diseño se representan por medio del espectro elástico de aceleraciones, realizado de acuerdo con A.2.6, según los siguientes parámetros: Zona de Amenaza Sísmica Localización de la edificación: Zona de amenaza sísmica: Coeficiente de aceleración pico efectiva (Aa):

Tumaco Alta 0.40

Efectos locales Tipo de perfil de suelo: Coeficiente de sitio (S):

S3 1.50

Coeficiente de importancia Grupo de uso: Coeficiente de importancia

Grupo II – Estructuras de ocupación especial 1.10

Con los datos anteriores se grafica el espectro elástico de diseño, definido según la norma NSR-98. 3 de 111

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CARACTERISTICAS DE LA EDIFICACIÓN Y DEL MATERIAL ESTRUCTURAL EMPLEADO Se clasifica la edificación en uno de los sistemas de estructuración y se define el grado de disipación de energía requerido: Sistema de resistencia sísmica (fuerzas horizontales): Pórticos de concreto resistentes a momentos con capacidad especial de disipación de energía (DES). Sistema de resistencia para cargas verticales: Pórticos de concreto resistentes a momentos con capacidad especial de disipación de energía (DES).

Coeficiente de capacidad de disipación de energía básico: Estructuras de péndulo invertido

Ro = 7.00

Configuración estructural de la edificación: Irregularidad en planta:

Si

Coeficiente de reducción de la capacidad de disipación de energía: Irregularidad en altura:

øp = 0.90

Si

Coeficiente de reducción de la capacidad de disipación de energía:

Coeficiente de reducción total de la capacidad de disipación de energía:

øa = 0.90 ø = 0.81

Coeficiente de capacidad de disipación de energía para diseño:

R = 5.67

FUERZAS SÍSMICAS DE DISEÑO Y PROCEDIMIENTOS DE ANÁLISIS Mediante el uso del programa de computación SAP 2000 se analiza la estructura tridimensionalmente. El programa calcula inicialmente la matriz de rigidez, considerando deformaciones axiales y de corte. Para la obtención de las fuerzas sísmicas de diseño se utiliza el método de Análisis Dinámico Elástico Espectral, incluyendo en el análisis dinámico todos los modos de vibración que contribuyan de una manera significativa a la respuesta dinámica de la estructura, demostrando que con el número de modos empleados, se ha incluido en el cálculo de la respuesta de cada una de las direcciones horizontales principales, por lo menos el 90% de la masa participante de la estructura.

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Además se controla que una vez obtenido el valor del cortante dinámico total en la base después de realizar la combinación modal, para cualquiera de las direcciones principales, no sea menor que el valor del cortante sísmico en la base calculado de acuerdo al método de la Fuerza Horizontal Equivalente, teniendo en cuenta el porcentaje según la irregularidad de la estructura, que por ser éste caso una edificación clasificada como irregular se toma el 100% del valor total. En los anexos correspondientes se presentan los cálculos y resultados de los chequeos mencionados.

CALCULO DE LOS DESPLAZAMIENTOS HORIZONTALES Y EVALUACION DE LA DERIVA MAXIMA Se realiza el análisis de la estructura utilizando las fuerzas sísmicas de diseño actuantes sobre ella, localizadas sobre el centro de masa corregido de las losas para tener en cuenta los efectos torsionales y de segundo orden. Una vez obtenidos los desplazamientos horizontales se chequean las derivas máximas en cada dirección bajo estudio y en cada piso de la edificación.

COMBINACIONES DE CARGA Las combinaciones de carga con las cuales se obtiene la envolvente máxima de esfuerzos en los miembros estructurales, para este caso se tomaron las siguientes, como lo recomienda el Código NSR-98 en el Capítulo B.2.

Para el diseño de los elementos estructurales de concreto: N°

Tipo de combinación

1.- 1.40 CM + 1.70 CV 2.- 1.05 CM + 1.28 CV + 3.- 1.05 CM + 1.28 CV 4.- 1.05 CM + 1.28 CV + 5.- 1.05 CM + 1.28 CV 6.- 0.90 CM + 0.18 EQx 7.- 0.90 CM - 0.18 EQx 8.- 0.90 CM + 0.18 EQy 9.- 0.90 CM - 0.18 EQy 10.- Envdiseño

Nombre de la Combinación

0.18 0.18 0.18 0.18

COMB1 COMB2 COMB3 COMB4 COMB5 COMB6 COMB7 COMB8 COMB9 COMB10

EQx EQx EQy EQy

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Para el diseño de la cimentación: N°



11.- 1.00 CM + 1.00 CV 12.- 1.00 CM + 1.00 CV + 0.126 EQx 13.- 1.00 CM + 1.00 CV - 0.126 EQx 14.- 1.00 CM + 1.00 CV + 0.126 EQy 15.- 1.00 CM + 1.00 CV - 0.126 EQy 16.- 1.00 CM + 0.126 EQx 17.- 1.00 CM - 0.126 EQx 18.- 1.00 CM + 0.126 EQy 19.- 1.00 CM - 0.126 EQy 20.- Envciment

COMB11 COMB12 COMB13 COMB14 COMB15 COMB16 COMB17 COMB18 COMB19 COMB20

En donde: CM: Carga muerta, la cual incluye el peso propio de los elementos CV: Carga Viva EQx: Sismo en la dirección X EQy: Sismo en la dirección Y Envdiseño: Envolvente crítica de diseño de los elementos estructurales. Envciment: Envolvente crítica de diseño de la cimentación

Para el diseño de los elementos estructurales metálicos de la cubierta: N°


1.- 1.40 CM 2.- 1.20 CM + 0.50 Lr 3.- 1.20 CM + 1.60 Lr + 4.- 1.20 CM + 1.60 Lr 5.- 1.20 CM + 0.50 Lr + 6.- 1.20 CM + 0.50 Lr 7.- 0.90 CM + 1.30 W 8.- 0.90 CM - 1.30 W 9.- 1.20 CM + 0.18 EQx 10.- 1.20 CM - 0.18 EQx 11.- 1.20 CM + 0.18 EQy 12.- 1.20 CM - 0.18 EQy 13.- 0.90 CM + 0.18 EQx 14.- 0.90 CM - 0.18 EQx


0.80 0.80 1.30 1.30

DSTL1 DSTL2 DSTL3 DSTL4 DSTL5 DSTL6 DSTL7 DSTL8 DSTL9 DSTL10 DSTL11 DSTL12 DSTL13 DSTL14

W W W W

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15.16.-


0.90 CM + 0.18 EQy 0.90 CM - 0.18 EQy

DSTL15 DSTL16

En donde: CM: Carga muerta, la cual incluye el peso propio de los elementos Lr : Carga Viva sobre la cubierta W : Carga de viento EQx: Sismo en la dirección X EQy: Sismo en la dirección Y

DISEÑO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES A partir de los resultados ajustados y chequeados del análisis, se aplican las cargas correspondientes teniendo en cuenta las combinaciones de carga para las envolventes máximas, se procede con la resolución de toda la estructura obteniendo los siguientes resultados: desplazamientos y giros en los nudos, fuerzas axiales, cortantes y momentos en los miembros y reacciones y momentos en los Apoyos para el correspondiente diseño. Se diseñan los elementos estructurales utilizando el Método de la Resistencia Última, de conformidad con lo establecido en el capítulo C de la norma NSR-98, aplicada para concreto reforzado. Para el grado especial de disipación de energía (DES) se utiliza de manera especial el capítulo C-21.

CIMENTACION Parámetros del Estudio Geotécnico: Sistema de cimentación: Pilas de concreto reforzado amarradas por medio de Vigas de rigidez o de amarre a nivel de cimentación. Nivel freático: 1.10 m, que debido al cambio de mareas puede llegar hasta la superfície. La estructura de cimentación se diseña según los parámetros dados en el Estudio Geotécnico realizado por la firma Ingeniería de Suelos y Cimentaciones Ltda. El diseño de todos los elementos de cimentación se realizan utilizando el Método de la Resistencia Última, de conformidad con lo establecido en el Código NSR-98.

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ESPECIFICACIONES DE MATERIALES Los materiales con los cuales se realiza el presente estudio y deben corresponder a los que se utilizarán en la construcción de la obra son:

CIMENTACIÓN Y ESTRUCTURA EN CONCRETO REFORZADO:

Concretos: De limpieza: fć = Columnas, vigas de carga y de amarre, viguetas, losas, escaleras:

140 kg/cm

2

fć =

210 kg/c m

fć =

210 kg/cm

2

Concretos impermeabilizados: Pilas, vigas de amarre en cimentación y zapatas

2

Refuerzo: Ø > = 3/8”

Fy = 4.200 kg/cm

Ø <

Fy = 4.200 kg/cm

3/8”

2

2

Mampostería: Muros en ladrillo hueco.

ESTRUCTURA METÁLICA PARA CUBIERTA: 2

Acero estructural A36 con Fy=23.30 Kg/cm para perfiles en “C” y angulares y las varillas roscadas. A325 para tornillos o pernos de uniones y anclajes. E-60 d=1/8” para soldaduras.

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CRITERIO DE DISEÑO De acuerdo con las NORMAS COLOMBIANAS DE DISEÑO Y CONSTRUCCION SISMO RESISTENTE, NSR – 98, la estructura aquí diseñada, es capaz de resistir, además de las fuerzas que le impone su uso, los temblores pequeños o de poca intensidad sin daño, temblores moderados sin daño estructural, pero posiblemente con algún daño en los elementos no estructurales, y un temblor fuerte con daños a elementos estructurales y no estructurales pero sin colapso de la estructura, con un riesgo mínimo de la pérdida de vidas humanas.

NORMAS DE DISEÑO Y CONSTRUCCION El presente estudio, se realiza de acuerdo con las Normas contenidas en la Ley 400 de 1997 y el Decreto 33 de 1998 o NORMAS COLOMBIANAS DE DISEÑO Y CONSTRUCCION SISMO RESISTENTE, NSR – 98. El cuidado tanto en el diseño como en la construcción y la interventoría, son fundamentales para que la estructura sea Sismo Resistente.

El estudio estructural está constituido por las presentes MEMORIAS DE CALCULO Y PLANOS ESTRUCTURALES que se acompañan, los cuales contienen toda la información sobre los materiales a utilizar, secciones, tamaño y localización de todos los elementos estructurales con sus dimensiones y refuerzo. Si por alguna circunstancia existe alguna variación en ellos, que impliquen modificaciones al proyecto estructural, se deberá hacer conocer al suscrito para estudiar su incidencia y definir la solución más adecuada.

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EVALUACIÓN DE LAS CARGAS DE VIENTO Localización................................................................................................................................................... Altura máxima de la cubierta Tipo ......................................................................................................... Inclinación de la cubierta Tipo .………………………………………………………………………………………………………….

Velocidad del viento básico Figura B.6.5.1 Región ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Velocidad del viento básico………………………………………………………………………………………………………………….

Tumaco - Nariño H = 12,31 m 3,44 º

1 V = 60,00 Km/h

Coeficientes de velocidad del viento Coeficientes de topografía (S1) - Tabla B.6.5-1 ……………………………………………………………………………..

S1 = 1,00

Coeficientes de rugosidad del terreno, del tamaño del edificio y de altura (S2) Rugosidad 1 Clase A Tabla B.6.52…………………………………………………………………………………………………………………………………………........................…

S2 = 1,03

Coeficientes de seguridad y vida útil (S3) Grupo de uso II …………………………………………………………………………………………………………………………………….

S3 = 1,05

Velocidad del viento de diseño (Vs) Vs = V x S1 x S2 x S3 ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….

Vs = 64,89 Km/h

Coeficiente de variación de densidad del aire (S4) Tabla B.6.6 Altitud = 0 m …………………………………………………………………………………………………………………………………...…….

S4 = 1,00

Presión dinámica (q) q = 0.000048 x Vs x S4 , ( q en Kn/m2 y Vs en kph)…………………………………………………………………………………………………..………

q = 0,20

KN/m2

Según la tabla B.6.4-1 …………………………………………………………………………………………………………………………

q = 0,22

KN/m2

q diseño=

0,22

KN/m2

Coeficiente de presión (Cp) Tabla B.6.7-7a Cp =

0,30

Global ó

-1,20

Presión del viento (P) P = Cp x q ……………………………Pmax = 6.60 Kg/m2 en compresión Pmin = -26.40 Kg/m2 en succión 10 de 111

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EVALUACIÓN DE CARGAS DE CUBIERTA

Cubierta Arquitectónica galvanizada TZA - 0,73 Cal 22

A.-

B.-

C

D

CARGA MUERTA : Cub. Arquitectónica galvanizada TZA-0,73 Cal 22 Peso propio de la correa metálica lo calcula el programa

CARGA VIVA Carga viva, P Impacto 30% CV Sobrecarga

<

= =

6,9 -

Total Carga Muerta

=

6,9

20%

= =

50,0 -

Total Carga Viva

=

50,0

no

Kg/m2

Kg/m2

CARGA DE VIENTO Compresión

+

6,6

=

Succión

-

26,4

=

26,4

Total de Viento

=

26,4

Kg/m2

Q = CM + CV + W

=

83,3

Kg/m2

CARGA DE SERVICIO :

NOTA: En el diseño de las correas se tomará la mayor carga de viento más desfavorable, es decir en compresión, y la succión se tendrá en cuenta en los amarres de las tejas.

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DISEÑO DE LA CORREA TIPO

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DISEÑO DE LA CERCHA TIPO

7 5 .0 0

1 5 0 .0 0

1 5 0 .0 0

1 5 0 .0 0

1 5 0 .0 0

1 5 0 .0 0

1 5 0 .0 0

Carga Muerta en Kg

Z

X

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2 9 7 .0 0

5 9 4 .0 0

5 9 4 .0 0

5 9 4 .0 0

5 9 4 .0 0

5 9 4 .0 0

5 9 4 .0 0

Carga Viva en Kg

Z

X

1 5 7 .0 0

3 1 4 .0 0

3 1 4 .0 0

3 1 4 .0 0

3 1 4 .0 0

3 1 4 .0 0

3 1 4 .0 0

Carga de Viento en Kg

Z

X

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Reacciones en los apoyos: Kg

Rx=-2264.43 Ry=0.57 Rz=5229.20

Rx=28203.53 Ry=4.576E-05 Rz=5035.27

Axiales en los elementos: Kg

.9 3 -0

.0 0

-0 .3 5

2 .3 9 - 0 .6 3

4 .5 2 9 - 0 .7

9

5 .6 87

-1.84

0.13

-0.70

-0 .

6

6 .2

6

6 .7

0 7 .4

-3 0 .4 7

-2 4 .3 3

-1

-2.74

0.31

0 .1 40 .3 9

0.43

2 .6 0 -01. 0.032 -2 .5 6

4 .2 3

8 .3 9 3 .4 0 -1

-3.63

7 .0 6 -0 . 3 91 .7 9 -7 .1 2

-2 . 5 5

-3 . 3 6 -5.22

-4.42

.6 2 1 2 .4 6 -1 . 0 1 2 .5 9 -1 2

1 8 .1 5 -1 . 7 6

2 4 .0 0

0.66

0.76

0.56

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G 1

2

CSUP DG 3

CINF

CSUP DG3

CINF

V ERT3

DG 2

V ERT2

DG 1

DG

V ERT2

V ERT1

D

V ERT1

CSUP

CSUP

CSUP

CSUP

V ERT3

Perfiles escogidos:

CINF

CINF

CINF CINF

Cordón Superior: 2 L 2 ½ ” x 5/16” Cordón Inferior: 2 L 4 ” x 5/16” Vertical Tipo1 : 2 L 2 ½ ” x ¼” Vertical Tipo2 : 2 L 2 ½ ” x ¼” Vertical Tipo3 : 2 L 2 ½ ” x 5/16” Diagonal Tipo1 : 2 L 2 ” x ¼” Diagonal Tipo2 : 2 L 1 ½ ” x 3/16” Diagonal Tipo3 : 2 L 1 ½” x ⅛”

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DISEÑO DE LA LONGITUD DE SOLDADURA 1.- DATOS INICIALES Electrodo E 60 Diámetro del electrodo = fs = As =

9.60

Kg/mm

d =

1/8"

2

Long de soldadura x d x √2 2

f= P/A

Por lo tanto:

As = P / f

Longitud de soldadura =

2P d x f x √2

Como el axial que arrojan los resultados del análisis corresponde a dos angulares, entonces la expresión será:




2 (P/2) d x f x √2

P (1/8")x 25.4 mm x 9.60 Kg/mm2 x √2

0.0232 x P

mm

Con esta expresión se calcularon todas las longitudes de soldaduras de los angulares de las cerchas, tal y como se consignaron en los planos, además de que las cargas se centraron.

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DISEÑO DE LOS APOYOS DE LA CERCHA 1.- DATOS INICIALES

P actuante máxima =

30468 Kg

que se presenta en la cercha tipo

Tornillo A325 Grado 5 de ø1" Para corte sencillo tenemos que: Vtornillo ø 1"

=

Vu tornillo ø 1" =

16.50

Kips=

7484.40 Kg

5346 Kg

n = 9.7 Tornillos n = 10 Tornillos

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DISEÑO DE UNIONES PERNADAS O ATORNILLADAS A. CORDON INFERIOR 1.- DATOS INICIALES Fy = Fu =

23.20 Kg/mm2= 40.78 Kg/mm2=

P actuante máxima =

33.00 KSI 58.00 KSI 13200.0 Kg

3 Tornillos A325 Grado 5 de ø Placas a unir =

3

Nº supf de corte =

2

5/8

con rosca en el plano de corte

2.- ESFUERZO NOMINAL EN LOS TORNILLOS fv =

< =

11.11

14.80

Ok

Kg/mm2

3.- ESFUERZO CORTANTE Para corte doble tenemos que Vtorn

5/8

=

Vutorn

5/8

=

n

total=

2.3

Tornillos

n

total=

3.0

Tornillos

n

ancho=

1

12.90 Kips =

5851.44 Kg

5851.4 Kg

Tornillos a lo ancho de la platina

4.- ESFUERZO DE APLASTAMIENTO f p = P / A < = Fp = 1.5 Fu =

87

KSI =

61.17

Kg/mm2

P / A < = Ft = 0.5 Fu = a ) Entre los pernos y angulares 2 L 5/16

4

x

5/16

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pulg2 =

Ap=

1.17

fp=

13200 Kg 756.05 Kg/mm2

b ) Entre los pernos y la platina 1 PL 5/16 pulg2 =

Ap=

0.59

fp=

13200 Kg 378.02 Kg/mm2


756.047 mm2 =

17.46

Kg/mm2

4

x

5/16

<

61.17 Kg/mm2

Ok

<

61.17 Kg/mm2

Ok

378.023 mm2 =

Kg/mm2

34.92

5.- ESFUERZO DE TENSION ft=

P / A < = Ft = 0.5 Fu =

a ) Angulares 2 L An =

2.03

f t= b ) Platina

4

13200 1310.5

1 PL

pulg2 = Kg mm2

4

An =

1.02

f t=

13200 655.2

pulg2 = Kg mm2

x

29

KSI =

20.39 Kg/mm2

5/16

1310.48 mm2 =

10.07

x

5/16

Kg/mm2

<

20.39 Kg/mm2

Ok

Kg/mm2

<

20.39 Kg/mm2

Ok

655.24 mm2 =

20.15

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Memoria de Calculo 01

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