MEMORIA DE CALCULO PUERTO DPA SAN JOSE.docx

"CONSTRUCCION DEL DESEMBARCADERO PESQUERO ARTESANAL DE SAN JOSE, DISTRITO DE LAMBAYEQUE, REGION LAMBAYEQUE"

INGENIERÍA ESTRUCTURAL


PRESENTADO POR:


1


CONTENIDO 1

2

GENERALIDADES:........................................................... ................................................................................................................... ........................................................ 3 1.1

Introducción: ..................................................................... ................................................................................................................. ............................................ 3

1.2

Objetivos: .............................................................. ...................................................................................................................... ........................................................ 3

1.3

Metodología de Análisis Estructural: .................................................................... ............................................................................ ........ 3

1.3.1

Sap2000 Versión 15: ............................................................. .............................................................................................. ................................. 3

1.3.2

Safe Versión 12.3.2 .............................................................. ................................................................................................ .................................. 4

ANÁLISIS DE CARGAS: ............................................................... ............................................................................................................ ............................................. 5 2.1

Análisis estructural por cargas verticales: .......................................................... ..................................................................... ........... 5

2.1.1

Análisis por Cargas Permanentes o Muertas: ....................................................... 5

2.1.2

Análisis por Sobre cargas o Cargas Vivas:.............................................................. 5

2.2

Análisis Estructural por Cargas Dinámicas: ................................................................... 5

2.2.1 3

4

5

CÓDIGOS Y NORMAS: ............................................................... ............................................................................................................ ............................................. 7 3.1

Cargas: .................................................................... ........................................................................................................................... ....................................................... 7

3.2

Diseños: .................................................................. ......................................................................................................................... ....................................................... 7

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES: ............................................................... ..................................................................................... ...................... 7 4.1

Concreto: ............................................................... ....................................................................................................................... ........................................................ 7

4.2

Acero Corrugado: ............................................................. .......................................................................................................... ............................................. 8

ESTIMACIÓN DE CARGAS: ........................................................ ..................................................................................................... ............................................. 8 5.1

Diseño Estático para Análisis:.................................................................. ........................................................................................ ...................... 8

5.2

Diseño Dinámico para Análisis: ............................................................... ..................................................................................... ...................... 8

5.2.1 6

Espectro de Diseño:.............................................................. ............................................................................................... ................................. 8

ANÁLISIS ESTRUCTURAL OBRAS DE MAR: ..................................................................... ........................................................................... ...... 12 6.1.1

7

Método de Discretización de Masas: ......................................................... .................................................................... ........... 6

Descripción de las Estructuras: ..................................................................... ........................................................................... ...... 12

6.2

Distribución de Vigas – Columnas: .............................................................................. .............................................................................. 13

6.3

Diagrama de Momentos Flectores: ......................................................... ............................................................................. .................... 13

6.4

Diagrama de Fuerzas Cortantes: ............................................................. ................................................................................. .................... 14

6.5

Distribución de Refuerzos: ........................................................... .......................................................................................... ............................... 14

6.6

Verificación de Desplazamiento Lateral y Excentricidad: ........................................... 15

Diseño de Losas Maciza:........................................................... ...................................................................................................... ........................................... 16


2


1 GENERALIDADES: 1.1 Introducción: La presente memoria de cálculo, hace referencia al diseño estructural de Las Obras de Mar del proyecto "CONSTRUCCION DEL DESEMBARCADERO PESQUERO ARTESANAL DE SAN JOSE, DISTRITO DE LAMBAYEQUE, REGION LAMBAYEQUE", ubicado en el Departamento de Lambayeque, Provincia de Lambayeque, Distrito de san José. En el presente proyecto se contempla la construcción del siguiente módulo materia para el Análisis Estructural: Muelle Artesanal

1.2 Objetivos: El objetivo principal es Analizar, Modelar y Diseñar, realizando los cálculos estructurales necesarios que garanticen el funcionamiento adecuado de los diversos tipos de Estructuras propuestas en el proyecto, cumpliendo las normas sísmicas y de diseño en concreto armado, realizándose el diseño de los elementos de acuerdo a las Normas del ACI (American Concrete Institute), pero con los factores de amplificación indicados en la Norma Técnica de Edificación en Concreto Armado E-060 Peruana; así mismo como objetivo secundario se tiene la optimización de las dimensiones y características de estas estructuras.

1.3 Metodología de Análisis Estructural: Para el análisis y diseño de la Estructura usamos el programa SAP 2000 y para la losa maciza se uso el SAFE, programas muy reconocidos y más destacados del CSI (Computers & Structures), que utilizan el método de rigidez y el método de los Elementos Finitos y porque dichos programas siguen un procedimiento organizado que sirve para resolver estructuras determinadas e indeterminadas. A continuación se tiene una breve descripción de los principales programas utilizados en el análisis y diseño del presente proyecto:

1.3.1 Sap2000 Versión 15: Es un programa basado en el método de rigideces por procedimientos matriciales y por el Método de los Elementos Finitos, escrito bajo la hipótesis de la teoría de la elasticidad: continuidad, homogeneidad, isotropía, linealidad y elasticidad.


Figura de Presentación Sap2000 V15

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Teniendo en cuenta estas hipótesis, el programa SAP2000 es capaz de analizar sistemas estructurales formados en base a elementos del tipo marco, cáscara y sólidos realizando un análisis tridimensional. Este programa nos permite realizar el modelo idealizado de la estructura; a través de una interface gráfica, y posteriormente el respectivo análisis tridimensional, realizando la debida combinación de cargas según las diversas solicitaciones estipuladas tanto para el diseño de elementos de Concreto Armado (Norma E.060- sección 10.2) y Acero (Especificaciones AISC –LRFD 93), lo cual nos permite obtener los esfuerzos últimos de diseño de cada elemento.

1.3.2 Safe Versión 12.3.2 El programa Safe al igual que el Sap2000 y Etabs, pertenece a la empresa CSI Computers & Structures, INC, apoyados en los sistemas operativos Windows 2000, Windows NT, Windows XP, Windows Vista y W7. Figura Presentación Safe 12.3.2

Es un programa especial que automatiza el análisis de cimentaciones o fundaciones, empleando el Método de los Elementos Finitos y las técnicas de métodos numéricos más confiables y eficientes. Sus características son: Diseño de cimentaciones o fundaciones con la forma real, (sin aproximar la Geometría). Cimientos Aislados (circulares, Rectangulares, irregulares, etc.), de Borde, de Esquina, Combinados, Sobre pilotes. Plateas con diferentes espesores, sobre distintos terrenos (en un mismo sistema de cimentaciones), con huecos, etc. Se pueden definir las condiciones de Frontera que el usuario indique (Naturales o Impuestas). Refinamiento automático de mallas. Exportación al AutoCAD de la planta general de fundaciones. Cuantificación “instantánea” de materia les a utilizar. Análisis estructural

normal o iterativo. También considera una opción comprensiva de la exportación del programa ETABS, lo cual crea automáticamente modelos SEGUROS completos de cualquier piso o de la fundación de ETABS para el diseño inmediato por el programa Safe. INGENIERÍA ESTRUCTURAL

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2 ANÁLISIS DE CARGAS: 2.1 Análisis estructural por cargas verticales: El metrado de cargas es una técnica con la cual se estiman las cargas actuantes (cargas muertas o permanentes y cargas vivas o sobrecargas) sobre los distintos elementos estructurales que componen el edificio. Este proceso es aproximado ya que por lo general se desprecian los efectos hiperestáticos producidos por los momentos flectores, salvo que estos sean muy importantes. En la Norma Peruana de Cargas E.020 se especifica las cargas estáticas mínimas que se deben adoptar para el diseño estructural. Este tipo de análisis se realizará para cargas Permanentes o Muertas y Sobrecargas o Cargas Vivas. A continuación se hace una breve descripción de ambos casos.

2.1.1 Análisis por Cargas Permanentes o Muertas: Este análisis se realizará en base a las cargas que actúan permanentemente en la estructura en análisis tales como: Peso propio de vigas, columnas, losas, tabiquería, acabados, coberturas, etc. Estas cargas serán repartidas a cada uno de los elementos que componen la estructura, los pesos de los materiales necesarios para la estimación de cargas muertas se encuentran registrados en la Norma de Cargas E.020.

2.1.2 Análisis por Sobre cargas o Cargas Vivas: Este análisis se realizará en base a las sobrecargas estipuladas en Normas Peruanas de estructuras referidas a Cargas E.020.

2.2 Análisis Estructural por Cargas Dinámicas: El análisis dinámico de las edificaciones se realizó mediante procedimientos de superposición espectral, según lo estipulado en la Norma de Diseño Sismorresistente E.030. Actualmente la Norma de Diseño Sismorresistente E.030, exige analizar cada dirección con el 100% del sismo actuando en forma independiente: sin embargo, otros reglamentos contemplan la posibilidad que el sismo actúe en forma simultánea en ambas direcciones: 100% en X y 30% en Y, y viceversa.


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Un sismo puede atacar en el sentido N-S o S-N y también O-E o E-O, ya que las aceleraciones son positivas y negativas. De esta manera, para efectos de diseño, debe trabajarse con las envolventes de esfuerzos en condición de rotura. Al estructurar se buscará que la ubicación de columnas y vigas tengan la mayor rigidez posible, de modo que el sismo al atacar, éstas puedan soportar dichas fuerzas sin alterar la estructura. Para la determinación de los esfuerzos internos de la estructura en un análisis por sismo se podrá emplear el Método de Discretización de masas.

2.2.1 Método de Discretización de Masas: Son modelos que permiten comprender de manera simplista el comportamiento de las estructuras. Debido a la dificultad para resolver problemas estructurales considerados como medios continuos, es decir, al tener que dar la respuesta de un sistema estructural cualesquiera en una infinidad de puntos se convierte en un problema complejo o complicado. Este imposible se facilita solo si calculamos la respuesta en unos cuantos puntos a través de la discretización de las masas concentradas y demás acciones de puntos determinados. El número de concentraciones de masas depende de la exactitud deseada en la solución del problema. El método de masas concentradas consiste en asumir que la masas se encuentra concentrada en puntos discretos en la que definimos solo desplazamientos, traslaciones, de tal manera que el modelo se asemeje de la mejor manera a la estructura real. Las cargas dinámicas serán determinadas en base a un análisis dinámico según la ecuación matemática que gobierna la respuesta dinámica la cual se conoce con el nombre de ecuación de movimiento y se expresa de la siguiente manera:

          

Donde:

K C M u (t), u u x y(t), z(t) m , m x y, m z INGENIERÍA ESTRUCTURAL

: Matriz de rigidez de la Estructura. : Matriz de amortiguamiento de la Estructura. : Matriz de masas de la Estructura. : son las aceleraciones, velocidades y desplazamiento s asociado a cada grado de libertad. : son las masas en cada dirección.

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u , u , u gx gy gz

: son las aceleraciones del terreno en cada dirección.

Uno de los métodos usados y de más fácil aplicación para obtener la solución de la ecuación diferencial de movimientos es el método de Superposición Modal para lo cual se hará uso del espectro de respuesta el cual se encuentra descrito en la Norma Peruana para el Diseño Sismorresistente E.030.

3 CÓDIGOS Y NORMAS: El proceso de estimación de las cargas, así como el análisis y diseño de las estructuras está basado en los siguientes códigos:

3.1 Cargas:   

Norma Técnica E-020. Norma de Diseño Sismorresistente E-030. ASCE 7-05 – Capitulo 5 (Flood Loads)

Se entiende que todas aquellas normas a las que los códigos hacen referencia, forman parte integrante de los mismos en tanto sean aplicable a los materiales, cargas y procedimientos usados en el presente proyecto.

3.2 Diseños:      

Norma Técnica E-020, Cargas. Norma Técnica E-030, Diseño Sismorresistente. Norma Técnica E-050, Suelos y Cimentaciones. Norma Técnica E-060, Concreto Armado. Norma Técnica E-070, Albañilería. Norma de Construcciones en Concreto Armado ACI 318-05

4 PROPIEDADES DE LOS MATERIALES: Los siguientes materiales han sido considerados en el presente estudio:

4.1 Concreto:     

Módulo de Poisson Tipo de Concreto Módulo de Elasticidad Peso Unitario del Concreto Resistencia a la Compresión : Pilotes




7

: : : :

V Ec = 15000 √ fć

:

fć = 350.0 Kg/cm2.

μ = 0.20

γ = 2400.0 Kg/m 3.

"CONSTRUCCION DEL DESEMBARCADERO PESQUERO ARTESANAL DE SAN JOSE, DISTRITO DE LAMBAYEQUE, REGION LAMBAYEQUE"  

Vigas Losa Maciza

: :

fć = 280.0 Kg/cm2. fć = 280.0 Kg/cm2.

: :

fy =4200 Kg/cm2. E=2 x 10 6 Kg/cm2.

4.2 Acero Corrugado:  

Acero Corrugado ASTM 615 Grado 60 Módulo de Elasticidad del acero

5 ESTIMACIÓN DE CARGAS: 5.1 Diseño Estático para Análisis: El metrado de Cargas Verticales Permanentes se realizó independientemente para cada módulo y elemento estructural de diseño, las cuales se mostraran más adelante en cada análisis correspondiente; por otro lado las cargas vivas consideras según la Norma de Cargas E.020 son las siguientes: Tabla de Cargas Vivas Consideradas Ocupación o Uso Cargas Repartidas Edificación Industrial 500 Kg/m2 Carga Oleaje (pilote) 1030 kg/m Carga Impacto(dirección y) 5300 kg Carga Impacto(dirección x) 10400 kg Fuente: Elaboración Propia.

Tabla de Cargas Muertas Consideradas Ocupación o Uso Cargas Repartidas Losa Maciza e=0.20m 480 Kg/m2 Fuente: Elaboración Propia.

5.2 Diseño Dinámico para Análisis: El análisis dinámico, corresponde a los módulos propuestos considerándose dos diafragmas rígidos. La masa de la estructura es determinada considerando el 100% de cargas permanentes (peso muerto y cargas externas) más el incremento del 50% de las sobrecargas por cada nivel y finalmente un aporte del 25% de sobrecarga en techos según lo estipulado en la Norma Sismorresistente E.030. 5.2.1 Espectro de Diseño: El análisis sísmico se realiza por superposición espectral, generándose el espectro de diseño según el factor de zona, categoría de edificación, tipo de suelo y sistema estructural. INGENIERÍA ESTRUCTURAL

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Para la determinación del espectro de respuesta se usan los siguientes parámetros de diseño, los cuales se encuentran especificados en la norma vigente de Diseño Sismorresistente E.030. Tabla de Datos para Elaboración del Espectro de Seudo Aceleraciones Descripción Símbolo Tipo Z Zona 3 Factor de zona U C Categoría de la edificación S Perfil Tipo S3 Tipo de suelo (condiciones geotécnicas) Tp Período Fundamental R Pórtico Sistema Estructural

Valor 0.40 1.00 1.40 0.90 8

Fuente: Elaboración Propia

Espectro de Seudo-Aceleraciones 2 1.8 1.6 1.4 1.2 a 1 S 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0

0.5

1

1.5

2

Periodo T(s)

Figura de Espectro de Seudo Aceleraciones para el Sistema Aporticado

Tabla de Valores Periodo - Aceleraciones Huancavelica (Santa Ana)

Factor de Amplificación Sísmica

Periodo

Aceleración Espectral

C 2.5 2.50 2.50 2.50 2.50 2.50 2.50 2.50

T 0 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70

Sa 0 1.72 1.72 1.72 1.72 1.72 1.72 1.72


9

2.5


2.50 2.50 2.25 2.05 1.88 1.73 1.61 1.50 1.41 1.32 1.25 1.18 1.13

0.80 0.90 1.00 1.10 1.20 1.30 1.40 1.50 1.60 1.70 1.80 1.90 2.00

1.72 1.72 1.55 1.40 1.29 1.19 1.10 1.03 0.97 0.91 0.86 0.81 0.77

La Norma E.030 establece dos criterios de superposición espectral, el primero en función de la suma de valores absolutos y la media cuadrática y el segundo como combinación cuadrática completa de valores (CQC):

0.25×=1  0.75× =1  ∆∆×0.+1 −∆75×1  ∆ 


















10









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6

ANÁLISIS ESTRUCTURAL OBRAS DE MAR:

6.1.1 Descripción de las Estructuras: El muelle consta de un puente de acceso de 850 metros y un cabezo de 50 metros de longitud, cuenta con 3 grúas 36 T, así como barandas de tubo galvanizado de Ø 2 ½” . El sistema de cimentación será de pilotes de 50 x 50 cm de sección, con una longitud máxima de 26 metros en la zona más profunda (Df=15m), de resistencia a la compresión de 350 kg/cm2. En el modelamiento se consideró la interacción del suelo con la estructura con la incorporación de 2 resortes:  

Rigidez de Resorte Vertical: 532.5 T/m Rigidez de Resorte Horizontal: 266.25 T/m

El Suelo de Fundación tiene una capacidad portante de 0.96 kg/cm2 y un Balasto de 2.13 kg/cm3. La superestructura presenta vigas de secciones variables que se detallan en los planos con resistencia a la compresión de 280 kg/cm2. Además de una losa maciza de 20 cm de espesor con una resistencia a la compresión de 280 kg/cm.


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6.2

Distribución de Vigas – Columnas:

SAP2000: Secciones de Vigas y Columnas en Pórticos Principales.

6.3

Diagrama de Momentos Flectores:

SAP2000: Diagrama de Momentos Flectores.


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6.4

Diagrama de Fuerzas Cortantes:

SAP2000: Diagrama de Fuerzas Cortantes.

6.5

Distribución de Refuerzos:

SAP2000: Distribución de Refuerzos en Columnas.


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SAP2000: Distribución de Refuerzos en Vigas.

6.6

Verificación de Desplazamiento Lateral y Excentricidad: En cada nivel, se verifica el desplazamiento lateral de la edificación teniendo en cuenta los límites establecidos según el tipo y material de la edificación de acuerdo al RNE, para el caso de Análisis se tiene el siguiente resumen de desplazamientos tanto transversal como longitudinal, en las que se puede observar que se encuentran dentro del rango de desplazamientos máximos permisibles establecidos por el Reglamento Nacional de Edificaciones. Tabla de Resumen de Desplazamiento Entrepiso DESPLAZAMIENTO

DESPLAZAMIENTOS DEL CENTRO DE MASA SISMO EN LA DIRECCION X-X

1

1

0.0089

8

0.0712

0.0712

11

0.006473

0.007

cumple

8

0.0552

0.0552

11

0.005018

0.007

cumple

SISMO EN LA DIRECCION Y-Y

1

1

0.0069

Fuente: Elaboración Propia. Des.Ob.: Desplazamiento obtenido según análisis sísmico. Des.MaxN.: Desplazamiento Máximo permisible según Norma E-030.


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7

Diseño de Losas Maciza: El presente proyecto contempla losas macizas de 20 centímetros de espesor. Las cuales fueron modeladas en el programa SAFE.

SAFE: Momentos Flectores en X.


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SAFE: Momentos Flectores en X.

SAFE: Disposición de Acero en X.


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SAFE: Disposición de Acero en Y.


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DISEÑO DE CONCRETO ARMADO DE VIGAS:

VP101 280.00 100.00 50.00 5.00 45.00 14.34 15.06


433343.24 216671.62

108335.81 433343.24

433343.24 216671.62

0.45 0.23

0.11 0.45

0.45 0.23

15.06 15.06

15.06 15.06

15.06 15.06

8.00

#5

1.98

0.00 0.00

#5 #5

1.98 1.98

20


V 150 280.00 150.00 47.50 5.00 42.50 20.32 21.34

3185828.39 1592914.195


796457.0975 3185828.39

3185828.39 1592914.195

2.40 1.18

0.59 2.40

2.40 1.18

21.34 21.34

21.34 21.34

21.34 21.34

8.00

#6

2.85

0.00 0.00

#5 #5

1.98 1.98

21


V 90 280.00 90.00 47.50 5.00 42.50 12.19 12.80

1122071.5 561035.75


280517.875 1122071.5

1122071.5 561035.75

1.39 0.69

0.34 1.39

1.39 0.69

12.80 12.80

12.80 12.80

12.80 12.80

7.00

#5

1.98

0.00 0.00

#4 #4

1.27 1.27

22


V externa 280.00 25.00 40.00 4.00 36.00 2.87 3.01

456843.82 228421.91


114210.955 456843.82

456843.82 138830.368

2.45 1.21

0.60 2.45

2.45 0.73

3.48 3.01

3.01 3.48

3.48 3.01

2.00

#5

1.98

1.00 1.00

#3 #3

0.71 0.71

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DISEÑO DE CONCRETO ARMADO DE PILOTES:


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CAPACIDAD DE CARGA DE PILOTE: Peso de Elementos: a) Losa Maciza: Longitud Ancho Espesor Volumen Parcial b) Viga Principal: Longitud Ancho Peralte Volumen Parcial c) Viga Central: Longitud Ancho Peralte Volumen Parcial d) Viga Externa: Longitud Ancho Espesor Volumen Parcial

: 5.50 m. : 4.20 m. : 0.20 m. : 4.62 m3 : 5.20 m. : 1.00 m. : 0.50 m. : 2.60 m3 x 2 = 5.20 m3 : 4.95 m. : 1.70 m. : 0.60 m. : 5.049 m3 : 4.95 m. : 0.30 m. : 0.50 m. : 0.7425 m3 x 2 = 1.485 m3

Volumen Total

: 16.35 m3

Peso Total

: 16.35 m3 x 2.4 T/m3 = 39.25 T


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