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PROYECTO EJECUTIVO DE LA PLANTA DE BOMBEO LA LAGUNA MAYOR; AS COMO LEVANTAMIENTO TOPOGRFICO DE LA LAGUNA MAYOR DE IZTAPALAPA

MEMORIA DE CLCULO PARA DISEO DE EDIFICIO DE 5 NIVELES

PROFESOR: M.I. PABLO IVN NGELES GUZMNMATERIA: ANLISIS DE ESTRUCTURASNOMBRE DEL ALUMNO: MARTINEZ MARTINEZ ALVARO

MEMORIA DE CLCULO PARA DISEO DE EDIFICIO DE 5 NIVELES

DICIEMBRE 2013CONTENIDO.

1ANTECEDENTES2LOCALIZACION DEL SITIO3REGLAMENTACIN Y ESPECIFICACIONES4ANLISIS DE CARGAS5PROPIEDADES MECNICAS DE LOS MATERIALES6COEFICIENTE SSMICO DE DISEO7DESCRIPCIN DEL MODELO ESTRUCTURAL8COMBINACIONES Y FACTORES DE CARGA9EXCENTRICIDAD10FUERZAS INTERNAS EN ELEMENTOS11DENSIDAD ESTRUCTURAL12DISEO DE ZAPATAS13DISEO DE DADOS14DISEO DE CONTRATRABES15DISEO DE ELEMENTOS DE SUPERESTRUCTURA16RECOMENDACIONES17REFERENCIA BIBLIOGRAFA18PLANOS

1 ANTECEDENTES

Se elaborar el proyecto estructural (memoria de clculo y planos estructurales) del siguiente edificio.

Fig. 1. Isomtrico del edificio del cual se desarrollar el proyecto estructural

El edificio se disear de concreto reforzado. Se contemplarn los siguientes elementos estructurales: zapatas aisladas, dados de cimentacin, contratrabes, columnas, trabes y losas macizas. La resistencia a compresin del concreto fc= 250 kg/cm2.La capacidad de carga admisible del terreno es de 70 t/m2, el edificio es destinado a usarse como de teatro.El valor de Qadm incluye un factor de seguridad, F.S.=3. Las bases de las columnas se modelarn como apoyos simples. La profundidad de desplante de las zapatas aisladas ser de 1.5m por debajo del nivel de terreno natural.Los dados de cimentacin se disearn como columnas cortas. Las contratrabes tomarn los momentos que se generen en las bases de las columnas.

Para el diseo por sismo se utilizar un factor de comportamiento ssmico Q=2. Dado que es una estructura fuertemente irregular, se utilizar un factor de correccin por irregularidad de 0.7. Por lo tanto, Q=Q*0.7=1.40. No es necesario realizar un diseo por viento. Por lo que las combinaciones de diseo slo contemplarn las combinaciones gravitacionales y accidentales debido al sismo.

Se considerarn las cargas muertas debidas al peso propio de la estructura (calculadas automticamente por el software), ms una sobrecarga muerta de 250kg/m2 debido a elementos arquitectnicos, acabados, instalaciones, muros divisorios, entre otros.

2 LOCALIZACION DEL SITIO

La localidad de Mexicali limita al norte con los Estados Unidos de Amrica; al este con el estado de Sonora; al sur con el municipio de Ensenada; al oeste con el municipio de Tecate (Figura 2.1).

Fig. 2.1. Mexicali, Baja California NorteLa ubicacin del predio para la construccin del edificio de 5 niveles (teatro Las Palmas) es Boulevard Lzaro Crdenas No. 20 colonia Fraccionamiento Las Palmas, municipio Mexicali, Baja California (Figura 2.2).

Fig. 2.2. Ubicacin del predio3 REGLAMENTACIN Y ESPECIFICACIONESLos siguientes reglamentos, normas y manuales fueron empleados para el diseo estructural del edificio: Reglamento de construcciones par el Distrito Federal, 2004.- Del cual se tomaron los lineamientos para el diseo de la estructura. Normas tcnicas complementarias para diseo y construccin de estructuras de concreto de Distrito Federal, 2004.- De esta norma se tomaron los parmetros para disear los elementos estructurales, como las losas de entrepiso, columnas, trabes, contratrabes, y dados (este ltimo manejado como columna corta). Normas tcnicas complementarias para diseo y construccin de cimentaciones, del Distrito Federal, 2004.- En esta norma, se contemplaron las bases para disear las secciones de las zapatas aisladas como solucin a la cimentacin del edificio en diseo. Normas tcnicas complementarias sobre criterios y acciones para el diseo estructural de edificaciones, del Distrito federal, 2004.- Des esta norma se consideraron los valores de cargas vivas mximas e instantneas, mencionadas en el apartado 6. Cargas Variables. Normas tcnicas complementarias para diseo por sismo, del Distrito Federal, 2004.- Se obtuvieron las frmulas para analizar las fuerzas laterales ocasionadas por el sismo, para cada entrepiso de la edificacin en diseo. Manual de diseo de obras civiles, seccin C Estructuras, Diseo por sismo, CFE 1993.- Finalmente de este manual se obtuvo el coeficiente ssmico que corresponde a la zona donde se planea construir el teatro.4 ANLISIS DE CARGASLas cargas consideradas para el diseo del edificio de 5 niveles (teatro) son las siguientes:

Carga muerta (C.M)

Carga viva mxima (C.V.Max) Carga viva instantnea (C.V.inst)La carga muerta (C.M.), es una carga vertical aplicada sobre una estructura que incluye el peso de la misma estructura ms la de los elementos permanentes, tales como elementos arquitectnicos (cancelera, butacas, alfombrados, etc.), acabados (tapicera, recubrimientos acsticos, etc.), instalaciones (cableado elctrico, aire acondicionado, reflectores, iluminacin, etc.), muros divisorios (tablaroca, panel, etc.) entre otros elementos, como pisos laminados, apoyos para teln, bases y elementos para escenarios, etc.Las cargas vivas mximas y las cargas vivas instantneas se estn en funcin del uso del edificio (teatro). Estas cargas se determinaron de la tabla 6.1 de las Normas Tcnicas Complementarias sobre Criterios y Acciones para el Diseo Estructural de las Edificaciones del RCDF-04:Tabla 6.1 Cargas vivas unitarias, kN/m (kg/m)

Destino de piso o cubiertaWWaWmObservaciones

f)Otros lugares de reunin (bibliotecas, templos, cines, teatros, gimnasios, salones de baile, restaurantes, salas de juego y similares)0.4(40)2.5(250)3.5(350)5

5 PROPIEDADES MECNICAS DE LOS MATERIALES

Los materiales a usar en el diseo del modelo estructural son los siguientes:Concreto reforzado Clase IPeso Volumtrico

(kg/m3)Resistencia a la compresin

fc= (kg/cm2)Resistencia a la tensin esfuerzo de fluencia (acero de refuerzo)fy=(kg/cm2)Mdulo de elasticidad(kg/cm2)Relacin de Poisson

240025042002213600.2

6 COEFICIENTE SSMICO DE DISEO

La Repblica Mexicana se encuentra dividida en cuatro zonas ssmicas. Esto se realiz con fines de diseo antissmico. Para realizar esta divisin (Figura 6.1) se utilizaron los catlogos de sismos de la Repblica Mexicana desde inicios de siglo, grandes sismos que aparecen en los registros histricos y los registros de aceleracin del suelo de algunos de los grandes temblores ocurridos en este siglo. Estas zonas son un reflejo de que tan frecuentes son los sismos en las diversas regiones y la mxima aceleracin del suelo a esperar durante un siglo. La zona A es una zona donde no se tienen registros histricos de sismos, no se han reportado sismos en los ltimos 80 aos y no se esperan aceleraciones del suelo mayores a un 10% de la aceleracin de la gravedad a causa de temblores. La zona D es una zona donde se han reportado grandes sismos histricos, donde la ocurrencia de sismos es muy frecuente y las aceleraciones del suelo pueden sobrepasar el 70% de la aceleracin de la gravedad. Las otras dos zonas (B y C) son zonas intermedias, donde se registran sismos no tan frecuentemente o son zonas afectadas por altas aceleraciones pero que no sobrepasan el 70% de la aceleracin del suelo. Aunque la Ciudad de Mxico se encuentra ubicada en la zona B, debido a las condiciones del subsuelo del valle de Mxico, pueden esperarse altas aceleraciones. El mapa que aparece en la Figura 6.1 se tom del Manual de diseo de Obras Civiles (Diseo por Sismo) de la Comisin Federal de Electricidad.

Figura 61 Regionalizacin ssmica de la Repblica Mexicana

De acuerdo a la ubicacin del edificio en diseo, se define que el coeficiente ssmico segn la tabla 3.1 Espectros de diseo para estructuras del grupo B y la figura 3.1 del Manual de Obras Civiles de la CFE, Diseo por Sismo, 1993, es:

Tabla 6.1 Espectros de diseoZona ssmicaTipo de sueloa0cTa(S)Tb(S)r

DII0.860.860.01.22/3

Se tomo el valor de c conocido como coeficiente ssmico, y se hizo el anlisis de fuerzas laterales que afectar a cada entrepiso en su centro de masa.

Se calcularon las fuerzas laterales correspondiente para cada entrepiso de acuerdo a la siguiente ecuacin:

Esta ecuacin se encuentra en RCDF-04, apartado 8. Anlisis esttico

Figura 62 Anlisis de fuerzas laterales

Tabla 6.2 Resultados del anlisis de fuerzas laterales

NivelW (t)H(m)Fuerza lateral

(t)

13984105

23626.4153

33628.8210

436211.2267

531013.6278

Azotea21116222

7 DESCRIPCIN DEL MODELO ESTRUCTURAL

Se utiliz el programa de Modelacin y Calculo estructural SAP 2000, para la obtencin de esfuerzos en los elementos y la simulacin de los efectos sobre la estructura de las cargas accidentales, gravitacionales y sus posibles combinaciones para el diseo de columnas, trabes, losas, etc.

Al iniciar el programa se definen los materiales a utilizar, para este caso concreto reforzado, y secciones de elementos a disear (columnas, trabes, losas, contratrabes, y dados)

Como primer paso definimos la geometra en planta de nuestro modelo, indicando las secciones a utilizar (columnas, trabes, losas, contratrabes, y dados).

Despus indicamos las elevaciones correspondientes para cada entrepiso.

Se asignan las combinaciones de carga para el modelo (ver apartado 6 de este informe).

Teniendo estos elementos, se procede a ligar todos los elementos estructurales (columnas, trabes y losas).

Al terminar de ligar los elementos, se procede asignar diafragmas por cada entrepiso, este se realiza con el objeto de que las cargas laterales que se calculan debidas al sismo (ver apartado 6 de este informe), se establezcan en cada nivel correspondiente.

Se realiza la revisin de esfuerzos (diagramas de momento, cortante, axiales y reacciones) y finalmente se ejecuta la revisin de los elementos estructurales por la norma mexicana.

Terminando esta revisin, se obtiene el acero de refuerzo necesario para cada elemento estructural del modelo (columnas, trabes, losas, contratrabes, y dados).

8 COMBINACIONES Y FACTORES DE CARGA

Para realizar el modelo estructural, se realizaron las siguientes combinaciones de cargas:

1.- Gravitacional1.4(P.P. + C.M. + C.V.Max)

2.- Accidental 11.1(P.P. +C.M. + C.V.Inst + Sismo X positivo + 0.3 Sismo Y positivo)

3.- Accidental 21.1(P.P. +C.M. + C.V.Inst + Sismo X negativo + 0.3 Sismo Y positivo)

4.- Accidental 31.1(P.P. +C.M. + C.V.Inst + Sismo X positivo + 0.3 Sismo Y negativo)

5.- Accidental 41.1(P.P. +C.M. + C.V.Inst + Sismo X negativo + 0.3 Sismo Y negativo)

6.- Accidental 51.1(P.P. +C.M. + C.V.Inst + 0.3 Sismo X positivo + Sismo Y positivo)

7.- Accidental 61.1(P.P. +C.M. + C.V.Inst + 0.3 Sismo X negativo + Sismo Y positivo)

8.- Accidental 71.1(P.P. +C.M. + C.V.Inst + 0.3 Sismo X positivo + Sismo Y negativo)

9.- Accidental 81.1(P.P. +C.M. + C.V.Inst + 0.3 Sismo X negativo + Sismo Y negativo)

Donde:

P.P.

es el peso propio de la estructura

C.M.

es la carga muerta

C.V.Max

es la carga viva mxima

C.V.Inst

es la carga viva instantnea

Sismo X

Fuerza lateral en sentido x positivo negativo

Sismo Y

Fuerza lateral en sentido y positivo negativo

1.4, 1.1Factores de carga de usados, de acuerdo a las normas tcnicas complementarias para diseo y construccin de estructuras de concreto.9 EXCENTRICIDAD

La excentricidad torsional de rigideces calculada en cada entrepiso, es, se tomar como la distancia entre el centro de torsin del nivel correspondiente y el punto de aplicacin de la fuerza cortante en dicho nivel. Para fines de diseo, el momento torsionante se tomar por lo menos igual a la fuerza cortante de entrepiso multiplicada por la excentricidad que para cada marco o muro resulte ms desfavorable de las siguientes:

1.5 es+0.1 b ; o

es 0.1 b(Normas tcnicas complementarias para diseo por sismo apartado 8.8)

donde b es la dimensin de la planta que se considera, medida perpendicularmente a la accin ssmica.

Adems, la excentricidad de diseo en cada sentido no se tomar menor que la mitad del mximo valor de es calculado para los entrepisos que se hallan abajo del que se considera, ni se tomar el momento torsionante de ese entrepiso menor que la mitad del mximo calculado para los entrepisos que estn arriba del considerado.

En estructuras para las que el factor de comportamiento ssmico Q sea mayor o igual a 3, en ningn entrepiso la excentricidad torsional calculada estticamente deber exceder de 0.2 b. Para estas estructuras se tomar en cuenta que el efecto de la torsin puede incrementarse cuando alguno de sus elementos resistentes que contribuyan significativamente a la rigidez total de entrepiso entre en el intervalo no lineal o falle. A fin de disminuir este efecto, las resistencias de los elementos que toman la fuerza cortante de entrepiso deben ser sensiblemente proporcionales a sus rigideces, y dichos elementos deben ser de la misma ndole, es decir que si, por ejemplo, en un lado la rigidez y resistencia son suministradas predominantemente por columnas, en el lado opuesto tambin deben serlo predominantemente por columnas, o si de un lado por muros de concreto, en el opuesto tambin por muros de concreto.

Ningn elemento estructural tendr una resistencia menor que la necesaria para resistir la fuerza cortante directa.Por lo que la excentricidad accidental fue incorporada a las fuerzas laterales para cada combinacin de sismo (x, y) a 0.1 del centro de masa de cada entrepiso.10 FUERZAS INTERNAS EN ELEMENTOS

Al realizar el anlisis del modelo estructural en el software SAP 2000, se obtuvieron diagramas axiales, cortantes y momentos para las condiciones gravitacionales y de diseo, esta ltima creo una envolvente de todas las combinaciones realizadas.Diagramas Axiales para condicin gravitacional

Marco Eje D

Marco Eje C

Marco Eje B

Marco Eje A

Marco Eje 4

Marco Eje 3

Marco Eje 2

Marco Eje 1

Diagramas Axiales para condicin de diseo

Marco Eje D

Marco Eje C

Marco Eje B

Marco Eje A

Marco Eje 4

Marco Eje 3

Marco Eje 2

Marco Eje 1

No hay cambios importantes en los valores de los diagramas axiales, entre la combinacin gravitacional y la de diseo, por lo que se tomarn en cuenta los obtenidos en la combinacin de diseo.Diagramas de cortante para condicin gravitacional

Marco Eje D

Marco Eje C

Marco Eje B

Marco Eje A

Marco Eje 4

Marco Eje 3

Marco Eje 2

Marco Eje 1

Diagramas de cortante para condicin de diseo

Marco Eje D

Marco Eje C

Marco Eje B

Marco Eje A

Marco Eje 4

Marco Eje 3

Marco Eje 2

Marco Eje 1

Al hacer la comparativa entre los diagramas de cortante para la combinacin gravitacional y de diseo, se encuentra que en la de diseo, son mucho mayores los valores en los diagramas, debido a que se muestra la envolvente de todas las combinaciones realizadas.Diagramas de momento para condicin gravitacional

Marco Eje D

Marco Eje C

Marco Eje B

Marco Eje A

Marco Eje 4

Marco Eje 3

Marco Eje 2

Marco Eje 1

Diagramas de momento para condicin de diseo

Marco Eje D

Marco Eje C

Marco Eje B

Marco Eje A

Marco Eje 4

Marco Eje 3

Marco Eje 2

Marco Eje 1

Al hacer la comparativa entre los diagramas de momento para la combinacin gravitacional y de diseo, se encuentra que en la de diseo, son mucho mayores los valores en los diagramas, debido a que se muestra la envolvente de todas las combinaciones realizadas, las cuales sern consideradas para la revisin final de los elementos estructurales.11 DENSIDAD ESTRUCTURAL

Se calcul la densidad estructural del edificio en diseo, a continuacin se muestra en la siguiente tabla, los pesos por nivel y por metro cuadrado de cada entrepiso:Tabla 11.1 Densidad estructuralNivelPeso por nivel

W (t)Peso por nivel por metro cuadrado

w

(t/m2)

13981.90

23621.72

33621.72

43621.72

53101.48

Azotea2111.01

TOTAL20059.55

12 DISEO DE ZAPATAS

Para el diseo de zapatas, se necesitaron las reacciones en cada columna, para dimensionar la base de la zapata.Se tiene que el terreno tiene una Qadm= 70 t/m2, por lo que se busca que cada zapata descargue aproximadamente este valor, que no lo supere.Tabla 12.1 Reacciones en columnas

EJE DEJE CEJE BEJE A

EJE 1356340368359

EJE 2421394414393

EJE 3468394437

EJE 4512395

Para dimensionar las zapatas se emplean las siguientes expresiones:

= x

seccin de zapataObteniendo las siguientes secciones de zapatas:Tabla 12.2 Secciones de zapatas en metros

EJE DEJE CEJE BEJE A

EJE 12.30 X 2.302.25 X 2.252.35 X 2.352.3 X 2.3

EJE 22.5 X 2.52.4 X 2.42.5 X 2.52.4 X 2.4

EJE 32.65 X 2.652.45 X 2.452.55 X 2.55

EJE 42.75 X 2.752.4 X 2.4

Teniendo as un total de 9 secciones de zapata.Cada una de las zapatas, transmite aproximadamente 67 t/m2, por que se encuentran dentro del rango permitido. Tabla 12.3 Pesos transmitidos por zapata en t/m2EJE DEJE CEJE BEJE A

EJE 167.367.1666.6367.86

EJE 267.3668.4066.2468.23

EJE 366.6465.6467.20

EJE 467.7068.58

13 DISEO DE DADOS

Los dados son elementos que forman parte de una zapata, pero estos pueden ser diseados como columnas cortas.Una de las restricciones de proyecto es que debe tener una altura de 1.50m (profundidad de desplante o de excavacin), por lo que se modelo empleando el software SAP 2000, y considerando la reaccin ms desfavorable que se haya obtenido (512 t).Obteniendo el siguiente refuerzo, y seccin:

Manejando as, un solo tipo de dado.

Ver plano Detalles de refuerzo en dado.14 DISEO DE CONTRATRABESLas contratrabes fueron diseadas, para soportar los momentos que se dan en la parte baja de las columnas del edificio (planta baja), para modelarlas se empleo el software SAP 2000, resultando un rea de acero, necesaria para su refuerzo.Ejemplo:

Resultando para este caso, 14 varillas #12 y estribos #8 @ 50.Solo se clasificaron 2 tipos de contratrabe, en la siguiente tabla se muestran sus caractersticas:Tabla 14.1 Clasificacin de contratrabesCT-1CT-2

rea de acero Long. En cm2150229

Varillas del #121422

Estribos # @#8 @ 50#12 @ 40

15 DISEO DE ELEMENTOS DE SUPERESTRUCTURA

Los elementos considerados en la superestructura son las columnas trabes y losas, mismas que fueron diseadas y revisadas empleando el software SAP 2000, predimensionando sus secciones y revisando que cumplan con la norma mexicana.Resultando los siguientes:

Columnas

Se clasificaron 3 tipos de columnas, teniendo estas una seccin de 1.20 m x 1.20 m, tomando en cuenta algunos rangos en sus reas de acero requeridos.

Tabla 15.1 Clasificacin de columnas

C-1C-2C-3

rea de acero Long. En cm2144 -159160 - 342343 - 452

Varillas del #12143040

Estribos # @#5 @ 15#8 @ 25#10 @ 30

TrabesSe clasificaron 3 tipos de trabes, teniendo estas una seccin de 0.80 m x 0.40 m, tomando en cuenta algunos rangos en sus reas de acero requeridos.

Para observar los tipos de trabes y refuerzos, ver plano de detalles de refuerzo en trabes y contratrabes.Losas

Al igual que en las columnas y trabes, las losas fueron prediseadas, para obtener el peralte necesario, y estas no presenten deformaciones mayores a los 0.6 cm.Tabla 15.2 Revisin de losas

Seccin de losaTableroPeralte (cm)Acero de refuerzo BastonesLongitud de bastones (m)

5 x 6 m (seccin ms desfavorable)Interior de todos los bordes continuas12#3 @ 15(en ambos lechos superior e inferior)#3 @ 151.50

16 RECOMENDACIONES

Se debern verificar todas las dimensiones en campo, antes de construir o desplantar cualquier estructura.

Al construir los elementos de la superestructura en sitio, tales como trabes y losas, se deben colar monolticamente. Dejando un tiempo de fraguado de 28 das, aplicando curado y vibrado en todos los elementos de la superestructura.17 REFERENCIA BIBLIOGRAFA

Braja M. Das, Fundamentos de Ingeniera Geotcnica, Mxico. THOMSON LEARNING Joseph E. Bowles. Foundation Analysis and Desing. Mc Graw Hill Internacional 4 edicin, Singapur 1988. Manual de obras civiles de la CFE, Diseo por Sismo, 1993, CFE

Normas tcnicas complementarias para diseo y construccin de estructuras de concreto de Distrito Federal, 2004

Normas tcnicas complementarias para diseo y construccin de cimentaciones, del Distrito Federal, 2004

Normas tcnicas complementarias sobre criterios y acciones para el diseo estructural de edificaciones

Normas tcnicas complementarias para diseo por sismo, del Distrito Federal, 2004

Reglamento de Construcciones del Distrito Federal R.C.D.F.-2004 Sociedad Mexicana de Mecnica de Suelos, A.C. El Subsuelo y la Ingeniera de Cimentaciones en el rea Urbana del Valle de Mxico, Simposio, Mxico 1978.

Sociedad Mexicana de Mecnica de Suelos, A.C. Mejoramiento Masivo de Suelos, Mxico 1979

Software SAP 2000 V.14, Computer and Structure18 PLANOS

Listado de planosNOMBRECLAVE

Planta de excavacinTLP-PE-01

Planta estructural P.B.TLP-PE-PB-02

Planta estructural Nivel 1TLP-PE-N1-03

Planta estructural Nivel 2TLP-PE-N2-04

Planta estructural Nivel 3TLP-PE-N3-05

Planta estructural Nivel 4TLP-PE-N4-06

Planta estructural Nivel 5TLP-PE-N5-07

Planta estructural de azoteaTLP-PE-AZ-08

Planta estructural vistasTLP-PE-VS-09

Planta estructural cortesTLP-PE-CR-10

Planta estructural de losas tipoTLP-PE-LS-11

Detalle de refuerzo en columnasTLP-DR-CL-12

Detalle de refuerzo en trabes y contratrabesTLP-DR-TR-CT-13

Detalles de refuerzo en dadoTLP-DR-DA-14

U.N.A.M. F.E.S ACATLAN

_1448803357.dwg

_1448803982.dwg

_1448804682.dwg

_1448805136.dwg

_1448805197.dwg

_1448804049.dwg

_1448803472.dwg

_1448802247.unknown

_1448802357.unknown

_1448791606.dwg