Memoria de Cálculo Galpón Paddock.pdf

PROYECTO: Análisis y Diseño Estructural Estructural GALPÓN PADDOCK

Memoria Descriptiva de Cálculo

Adolfo Castro Bustamante Ingeniero Civil U.C

Felipe García Ferrada Ferrada Ing. Civil (E) en Obras Civiles UACh

Valdivia, Enero 2014

Proyecto Galpón Paddock – Memoria Descriptiva

Adolfo Castro B.

ÍNDICE RESUMEN 1

2

BASES DE CÁLCULO ........................................................................................... 3

1.1

Introducción............................................................................................................................... 3

1.2

Métodos de diseño .................................................................................................................... 3

1.3

Normas y códigos utilizados .................................................................................................. 4

1.4

Materiales empleados, calidades y propiedades mecánicas ................................................ 5

1.5

Cargas y sobrecargas de uso .................................................................................................... 6

1.6

Combinaciones de cargas......................................................................................................... 7

1.7

Flechas admisibles ..................................................................................................................... 9

1.8

Hipótesis de análisis y diseño .................................................................................................. 9

ESPECIFICACIONES TÉCNICAS ....................................................................... 9

2.1

Generalidades............................................................................................................................. 9

2.1.1 Seguridad en obra.................................................................................................................... 10 2.1.2 Calidad de los materiales ........................................................................................................ 10 2.2

Obras Previas ........................................................................................................................... 10

2.2.1 Pago derechos municipales.................................................................................................... 10 2.2.2 Retiro de elementos existente ............................................................................................... 10 2.2.3 Replanteo, trazado y niveles .................................................................................................. 10 2.2.4 Instalaciones provisorias ........................................................................................................ 11 2.3

Obra Gruesa............................................................................................................................. 11

2.3.1 Fundación ................................................................................................................................. 11 2.3.2 Estructura metálica ................................................................................................................. 11 2.3.3 Estructura techumbre ............................................................................................................. 12 2.3.4 Conexiones ............................................................................................................................... 12 2.3.5 Pintura antióxido y de terminación ...................................................................................... 12 2.3.6 Aseo y entrega.......................................................................................................................... 12

pág. 1


3

Adolfo Castro B.

MEMORIA DE CÁLCULO .................................................................................. 13

3.1

Modelo y diseño de elementos estructurales ......................................................................13

3.1.1 Análisis 2D elevación frontal ................................................................................................13 3.1.1 Análisis 2D elevación lateral..................................................................................................13 3.2

Diseño de fundaciones ...........................................................................................................14

3.2.1 Tensiones admisibles estáticas del suelo de fundación .....................................................14 3.2.2 Comprobación del dimensionamiento ................................................................................14 3.2.3 Tensiones en el suelo fundación F1 y F2 ............................................................................14 3.2.4 Diseño de la armadura F1 ......................................................................................................14

4

3.2.4.1

Cálculo de esfuerzos fundación F1.............................................................................. 14

3.2.4.2

Diseño a flexión viga F1 ................................................................................................ 14

3.2.4.3

Diseño de la armadura de corte viga F1 ..................................................................... 14

3.2.4.4

Diseño de la armadura pedestal F1.............................................................................. 14

3.2.4.5


3.2.4.6

Diseño a flexión viga F2 ................................................................................................ 14

3.2.4.7


3.2.4.8

Diseño de la armadura pedestal F2.............................................................................. 14

ANEXOS ............................................................................................................... 18

4.1

ANEXO 1: Control de deformaciones elevación frontal ................................................ 18

4.2

ANEXO 2: Control de deformaciones elevación lateral ................................................. 18

pág. 2


1 1.1

Adolfo Castro B.

BASES DE CÁLCULO

Introducción

La presente Memoria tiene por objeto proporcionar los antecedentes usados para el análisis, diseño y verificación de los elementos estructurales de la estructura para el Paddock. 1.2

Descripción del proyecto

El proyecto consiste en una estructura tipo galpón a dos aguas y un vano, este posee una superficie aproximada de 842m2 de marcos reticulados de acero estructural. La estructura resistente del patio techado está conformada en su totalidad por marcos reticulados resistentes. La materialidad es de acero estructural. Las fundaciones son del tipo aislada para todos los pilares de los marcos, siendo zapatas excéntricas para todos ellos, se dispondrán de vigas de fundaciones en todo el perímetro para unirlos . Para el diseño de las estructuras, se ha realizado previamente un predimensionamiento, un modelado, el análisis para cargas sísmicas y estáticas y finalmente el diseño y verificación para estados de servicio. 1.3

   

Métodos de diseño

Software para análisis y diseño: SAP2000 v.15.0.0 Elementos estructurales de Acero: Método de Tensiones Admisibles (AISC-ASD89) Diseño de elementos de hormigón armado: ACI 318-S08. Fundaciones: Método de tensiones admisibles σadm = 1,0 kg/cm2

pág. 3


1.4

Adolfo Castro B.

Normas y códigos usados

Hormigones NCh 430 Of 2008: “Hormigón Armado – Requisitos de Diseño Y Cálculo” Código ACI 318-S08 “Requisitos de Reglamento Para Concreto Estructural y Comentario”

Acero de Refuerzo  

NCh 211 Of 70: “Barras con Resaltes en Obras de Hormigón Armado” NCh 434 Of 70: “Barras de Acero de Alta Resistencia en Obras de Hormigón Armado” Acero Estructural

  

Catálogo “FORMAC VALOR EN ACERO”, 201 1. Código AISC: “Seismic Provisions for Structural Steel Buildings” NCh 1159 Of 77: “ Acero Estructural de Alta Resistencia y Baja Aleación Para Construcción”

Cargas, Sobrecargas y Normas de diseño   

  

pág. 4

NCh 433 Of 96 Mod. 2009 : “Diseño Sísmico de Edificios” Diario Oficial de la República de Chile, 25 de Febrero de 2011: “ Modificaciones de Emergencia a NCh 433 Of 96 y NCh 430 Of 2008” NCh 1537 Of 2009: “Diseño Estructural de Edificios – Cargas Permanentes y Sobrecargas de Uso” NCh 432 Of 71: “Cálculo de La Acción del Viento Sobre las Construcciones” NCh 3171 Of 2010: “ Diseño Estructural – Disposiciones Generales y Combinaciones de Carga”

Ordenanza general de construcciones y urbanización.


1.5



Materiales empleados, calidades y propiedades mecánicas

Acero Estructural:  



Adolfo Castro B.

Perfiles metálicos: calidad A42-27ES Pernos de anclaje y uniones: calidad A42-23

Hormigón:

Hormigón para fundaciones: calidad H25, 90% N.C. Hormigón para emplantillados: calidad H15. Recubrimientos mínimos: 5 cm en fundaciones 3 cm en cadenas de amarre de fundaciones 2 cm en pilares  

  

Acero de Refuerzo:



Calidad A63-42H





Soldaduras: 



Soldaduras hechas en taller: Se harán usando proceso MIG, electrodo E70-S6 Soldaduras hechas en terreno: Se harán usando proceso arco manual, electrodo E70XX. PROPIEDADES MECANICAS DE LOS MATERIALES: E   

pág. 5

Acero

Hormigón

2,1 x 106 (kg/cm2 ) 0,3 1,1 x 10-5 (1/ ºC) 7,85 T/m3

15100 f c (kg/cm2) 0,2 1,43 x 10-5 (1/ ºC) 2,5 T/m3


1.6

Adolfo Castro B.

Cargas y sobrecargas de uso 

Cargas Muertas: Peso propio de los perfiles, estructuras y de todo aquel elemento estructural o no estructural que se encuentre sobre el elemento en cuestión. Corresponde esencialmente a la carga de peso propio más carga permanente. Las cargas muertas se determinan a partir de NCh 1537 Of 2009. Peso Propio Costaneras: 6,13 kg/m² Plancha OSB: 7,66 kg/m² Estas cargas se distribuirán en la techumbre de acuerdo a su proyección como cargas concentradas sobre los montantes, para así reducir el efecto de la flexión sobre la canal en que se apoyan. Es decir: CM  6,13  7, 66  15

kg/m2  5, 0  75 kg/m

Esta carga por metro lineal se tributará por la separación de las costaneras, la cual será de 1,05m, así se genera la siguiente carga por unidad de fuerza: CM 



75 kg/m 1,05 



78,75 kg

Cargas Vivas: Según NCh 1537 Of 2009 se tiene que qk 100 kg/m 2 . Ángulo de inclinación de la techumbre izquierda: 5,85° (10,25%) Ángulo de inclinación de la techumbre derecha: 5,71° (10%) Se elige la pendiente más desfavorable para el diseño, en este caso 10%. Área tributaria: A  20,85 5, 0  104, 25m 2  50m 2  C  0, 6 

t

A

 

C   1  2, 333 tan   1 2, 33 tan

qk ,red

 C  CA  qk 

5, 71   0, 767

0,767  0,6  100  46,02 kg/m2

Tributado en un ancho que corresponde a la separación entre pórticos: qk ,red



230,1 5,0 



230,1 kg/m

Esto debe pasar como cargas concentradas, para ello se tributa en la separación proyectada entre costaneras: q(%)

1

q(%) 2

pág. 6



230,11,05  cos2 5,85 =239,1 kg



230,11,05  cos2  5,71  =239,2 kg




Adolfo Castro B.

Cargas Sísmicas: La determinación de las solicitaciones sísmicas se regirá según lo establecido en la norma chilena NCh 433 Of 96 Mod 2009, más la modificación de emergencia aparecida en el Diario Oficial de República de Chile, del 25 de febrero de 2011. Se realizará un análisis estático en las direcciones positivas y negativas, debido a que el marco no es simétrico. Se considera que el corte sísmico de la estructura está dado por la relación: Q0



CIP

Donde C: Coef. Sísmico, I: Coef. De Importancia, P: Peso sísmico, el coeficiente C está tabulado en el ítem 6.4, para cuando no se tiene el valor del período fundamental de la estructura, éste dice tomar el máximo valor, según su clasificación: 0,55 S A0 

C máx



0,55 1, 2 0, 4g



g









g

0,264

Con I = 1,0; obtenemos un Q0 0,264 P Para el cálculo del peso sísmico (P), consideraremos el peso propio de la estructura más un 25% de reducción para sobrecarga, quedando: 

P





PP  0,25 SC

PP = 1085 kg (Según SAP2000) SC 

46,02  20,85  5,0  4797,6 kg

Así el peso sísmico queda: P  1085  0, 25 4797,6



2284, 4 kg

Finalmente el corte basal es: Q0



0,264 2284,4 



603,1 kg

Este Corte obtenido será distribuido en los nodos que conforman el marco metálico de acuerdo a la masa participante.



pág. 7

Cargas De Viento: Como presión básica de viento se consideró una velocidad del viento de 120 Km/h establecido en la NCh 432 con lo cual obtenemos una presión básica de q b = 70 kg/m2, multiplicada por los factores de forma correspondientes.


1.7

Adolfo Castro B.

Combinaciones de cargas

Las combinaciones de cargas serán las establecidas en NCh 3171 Of 2010 más las complementaciones correspondientes según acción de cálculo. Las cargas consideradas son el peso de los elementos estructurales y cargas permanentes como carga muerta (D), sobrecargas de uso para techo como carga viva (L), sismo (E) y de viento (W). Las cargas de categoría dinámica son la acción del viento y las vibraciones producidas por movimientos telúricos (Sismos). La acción del sismo sobre el edificio produjo esfuerzos de magnitud despreciable (debido a que es una estructura muy liviana) frente a los generados por el viento, aunque también se detallará dentro de las combinaciones en la memoria. Combinaciones de carga para diseño por tensiones admisibles para elementos de acero: COMB1



D

COMB13  D  0, 75  W x

COMB2  D  L1

COMB14  D  0, 75  W x

COMB3  D  L2

COMB15  D  0, 75  E x

COMB4  D  L3

COMB16  D  0, 75  E x

COMB5  D  E



COMB6  D  E



COMB7  D  W



COMB8  D  W



x

x

x

x

COMB9  D  0, 75  W x



0, 75L3





0, 75L3





0, 75L1





0, 75L1





0, 75L2





0, 75L2





0, 75L3





0, 75L3

COMB17  D  0, 75  E x COMB18  D  0, 75  E x

COMB19  D  0, 75  E x COMB20  D  0, 75  E x 



COMB10  D  0, 75  W x COMB11  D  0, 75  W x





COMB12  D  0, 75  W x



0, 75L1

COMB21  0,6 D  W x





0, 75L1

COMB22  0, 6 D  W x



0, 75L2

COMB23  0, 6 D  E x



0, 75L2

COMB24  0, 6 D  E x

Nota: L1: Sobrecarga actuante en la parte izquierda de la techumbre L2: Sobrecarga actuante en la parte derecha de la techumbre L2: Sobrecarga actuante en toda la techumbre

pág. 8










1.8

Adolfo Castro B.

Flechas admisibles

Las flechas que se consideran son:   

Costaneras de techo de acero: Vigas de acero reticuladas Vigas de hormigón armado:

1.9

L/200 L/500 L/480

Hipótesis de Análisis y Diseño

 

   



Se supondrá que existe proporcionalidad entre tensiones y deformaciones Se supondrá válida la Hipótesis de Bernoulli (las secciones planas se mantienen planas después de deformarse) Se asumirá que el hormigón no resiste esfuerzos de tracción Se supondrá que el acero tiene un comportamiento elasto-plástico perfecto Se asumirá que existe perfecta adherencia entre hormigón y acero Se supondrá que el módulo de elasticidad se mantiene constante para los materiales a emplear El suelo se considerará como un sólido-elástico

2 2.1

ESPECIFICACIONES TÉCNICAS

Generalidades

Las presentes especificaciones técnicas hacen referencia a la construcción de una estructura metálica tipo galpón. La obra deberá ejecutarse en estricto rigor, de acuerdo con los planos adjuntos y la presente Especificación Técnica. Todas las obras deben ejecutarse respetando la legislación y reglamentación vigente, en especial, la ley general de urbanismo y construcción, ordenanza general de urbanismo y construcción, ordenanzas municipales que correspondan a nivel local, leyes, decretos o disposiciones reglamentarias y normas para contratos de obras a nivel público. Así mismo son de aplicación obligatoria en todo aquello que no se oponga a las disposiciones de las presentes especificaciones técnicas o a las indicaciones consignadas en los planos, las normas de INN, pertinentes al proyecto.

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2.1.1

Adolfo Castro B.

Seguridad en Obra

El contratista deberá implementar a todo el personal con sus elementos de seguridad, además cerrará el perímetro del área intervenida, evitando que tanto propietarios como visitantes del lugar se vean expuestos a los riesgos propios de una obra. En todo momento y para cada acción se tomarán todas las medidas necesarias para asegurar condiciones y acciones seguras 2.1.2 Calidad de los Materiales

La totalidad de los materiales especificados, se entienden de primera calidad dentro de su especie, debiendo su provisión ajustarse estrictamente a las normas consignadas para cada uno de ellos, o a las especificaciones de la respectiva fábrica en los casos en que se establecen marcas determinadas 2.2

Obras Previas

2.2.1 Pago derechos municipales

Se debe considerar el pago de los derechos municipales por obra nueva, ampliación y/o obras menores, según el caso respectivo. El contratista deberá armar el expediente con las firmas respectivas para su ingreso a Dirección de Obras. 2.2.2 Retiro de elementos existentes

Se consulta el retiro de todo elemento que impida el normal desempeño de la obra proyectada. El lugar destinado para el acopio de materiales a utilizar durante la construcción se aprobará en la obra por el ITO. 2.2.3 Replanteo, trazado y niveles

Los trazados y niveles serán dirigidos por un profesional idóneo de la obra y aprobado por la unidad técnica de la obra. El replanteo se deberá verificar en las distintas etapas de excavaciones y fundaciones. Se efectuará conforme al plano de arquitectura y comprende un cerco de niveles alrededor del terreno descrito. Se deberá tener especial cuidado a la hora de replantear dicho trazado asegurándose de cumplir con la ortogonalidad y verticalidad necesaria para el buen desempeño de la obra.

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2.2.4 Instalaciones provisorias

Se debe contar con las instalaciones necesarias para poder llevar a cabo las obras detalladas. Se deberá implementar una bodega para acopio de materiales al igual que un cuarto destinado a los trabajadores. Se determinará en terreno las instalaciones de agua potable, alcantarillado y energía eléctrica necesarios para la ejecución de las obras correspondientes. 2.3

Obra Gruesa

2.3.1 Fundación

Una vez realizadas las excavaciones se procederá a crear un emplantillado de 5 cm. con hormigón pobre de 2 sacos, dejando una superficie pareja para luego proceder a realizar la fundación respectiva. Los apoyos de los marcos estructurales del galpón se dispondrán amarrados en todo su perímetro con una cadena armada. Estos pilares deben contar con placas base de 12mm mínimo de espesor, para su correcto empotramiento mediante barras de acero de 10 mm de diámetro. Se considera un hormigón de grado H25, 95% N.C. 2.3.2 Estructura Metálica

Comprende: - Pilares conformado por perfiles TECNO MM 300X200X4mm - Cumbrera y viga puntal (frontal y lateral) formada por perfiles CANAL C200x50x4mm - Marco reticulado (frontal) de perfil ÁNGULO DOBLE 2L 50X50X3mm - Marco reticulado (lateral) de perfil ÁNGULO DOBLE 2L 30X30X3mm - Proyección alero perfil CAJÓN 100X100X3mm 2.3.3 Estructura Techumbre

Comprende: - Costaneras de techumbre perfil CA125/50/15/3 separadas 1,05m. - Cubiertas Ondulado Zincalum Estándar de 0.93m x 3,5 m de largo y 0,5 mm de espesor. Se dispondrán 2 cubiertas en el largo de agua con un traslapo transversal horizontal de 500 mm para asegurar un buen calce y prevenir la infiltración de aguas de acuerdo a lo recomendado por el fabricante. - Colgadores fierro ϕ8mm -Arriostramiento de techumbre ϕ12mm - Aguas Lluvias en PVC u otro material . Instalación según indicaciones del fabricante

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2.3.4 Conexiones

- Conexiones: Se contemplan uniones soldadas y apernadas. Las uniones soldadas básicamente se llevan a cabo en la fabricación de elementos compuestos. Las uniones apernadas se especifican para conectar subestructuras entre sí al momento del montaje. - Pernos de unión: Se consideran pernos de calidad A42-23 en la unión de la cumbrera. El diámetro de los pernos es de 16mm. En el caso de la unión columna-fundación, se utilizarán barras de acero ϕ20mm fijadas mediante una tuerca de nivelación. - Soldaduras: Se emplearán de preferencia métodos y procedimientos que minimicen la distorsión de los elementos a soldar. En todo momento se considerará el efecto de las soldaduras en la estabilidad dimensional de las piezas y en las dimensiones sujetas a tolerancia. En la soldadura manual por arco, de emplearán máquinas soldadoras rotativas o estáticas con entrega de corriente continua. - Perforaciones: Las perforaciones o agujeros se efectuarán mediante punzonado, taladro mecanizado o mediante una secuencia de ellos. No se permitirá efectuar perforaciones mediante soplete oxigás. Sus dimensiones serán las indicadas en planos. Las perforaciones se ubicarán en forma precisa mediante trazados o plantillas, con el objeto de reducir los riesgos de que queden fuera de tolerancia. 2.3.5 Pintura Antióxido y de terminación

La aplicación de dos manos de anticorrosivo a toda estructura metálica, en 2 manos de distinto color a fin de que la ITO pueda comprobar fácilmente su realización Como pintura de terminación para las estructuras metálicas se utilizara esmalte sintético en aplicación de dos manos. El color a utilizar será definido por la ITO. 2.3.6 Aseo y entrega

Será de cargo del contratista el despeje de basura, escombros, despuntes, etc. a que hubiere lugar antes, durante y termino de la obra. Así mismo, será obligatorio la mantención y entrega de la obra en perfecto estado de limpieza. Al término de los trabajos se retiraran todos los escombros e instalaciones provisorias quedando el terreno y la obra limpia y despejada.

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3 3.1

MEMORIA DE CÁLCULO

Modelo y Diseño de elementos estructurales

3.1.1 Análisis 2D elevación frontal

3.1.2 Análisis 2D elevación lateral

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3.2

Adolfo Castro B.

Diseño de fundaciones

Según el estudio que se ha hecho de la calidad y resistencia del suelo, se considera un mejoramiento de suelo con un espesor h=0,5 m. A continuación se mostrarán los parámetros de diseño y cálculo de las fundaciones. El análisis al volcamiento y al deslizamiento de la fundación es irrelevante en este caso, debido a varios factores. Principalmente debido a que el sistema de fundaciones está amarrado con vigas de fundaciones que hace el sistema funcione como sola estructura única. En cuanto al deslizamiento, ocurre algo similar que lo dicho anteriormente, en este caso la fuerza de deslizamiento es cerca de un 60% menor que la fuerza de roce en la base de la estructura, esto, sin considerar la resistencia lateral producida por el mismo suelo de fundación.

3.2.1 Tensiones admisibles estáticas del suelo de fundación

De acuerdo al estudio previo del suelo, las tensiones admisibles máximas del suelo, están dadas por: 

adm



1,0 kg / cm2

3.2.2 Comprobación del dimensionamiento

Para el sistema de fundación se ha optado por amarrarlo de forma que las fundaciones de cada formen un solo sistema hiperestático. El amarre de las fundaciones se hace mediante la incorporación de cadenas de fundación.

3.2.3 Tensiones en el suelo fundación F1 y F2.

Se realizó una planilla de cálculo en Excel, donde se puede observar las tensiones en el suelo de

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Adolfo Castro B.

fundación de ambos pilares están por debajo de la tensión admisible.





sis max 

sis max 

0, 48 kgf / cm2

0, 52 kgf / cm2

sist   adm 

sist   adm 

1, 0 kgf / cm2

1, 0 kgf / cm2

Por lo tanto el dimensionamiento de la fundación es correcto para la fundación F1 y F2. 3.2.4 Diseño de la armadura de F1

Se diseñará la armadura de la fundación excéntrica, el diseño se hará usando las disposiciones del código ACI 318S-08. La fundación tipo se diseñará suponiendo que la máxima tensión del suelo actúa sobre ella. bm

b

h

q

l

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Datos bm=50 cm

l=190 cm

h=30 cm

b=110 cm

qu=0,83 kg/cm2

f'c=250 kg/cm2

r=2 cm

E=2,5 E6 kg/m2

f y=4200 kg/cm 2

d=28 cm

3.2.4.1 Cálculo de esfuerzos, para un ancho de zapata de 100 cm max u

M



qul b2 2



501545 kg-cm

Vumax



qul b



9119 kg

3.2.4.2 Diseño a flexión viga F1 Para el diseño a flexión de la viga se asume que solo necesita armadura a tracción: Se diseña para un ancho de zapata de 100 cm

3.2.4.3 Diseño de la armadura de corte viga F1 Resistencia de corte proporcionada por el hormigón:

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3.2.4.4 Diseño de la armadura pedestal F1

3.2.4.5 Diseño a flexión viga F2 Para el diseño a flexión de la viga se asume que solo necesita armadura a tracción: Se diseña para un ancho de zapata de 100 cm

3.2.4.6

Diseño de la armadura de corte viga F2

Resistencia de corte proporcionada por el hormigón:

3.2.4.7 Diseño de la armadura pedestal F2

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4 4.1

ANEXOS

ANEXO 1: Control de deformaciones elevación frontal (COMB4 = D+L)

(Fuente: Elaboración propia)

4.2

ANEXO 2: Control de deformaciones elevación lateral (COMB8 = D + Wx-)

(Fuente: Elaboración propia)

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