TIENDA MELIPILLA
MEMORIA DE CÁLCULO 390-EES-MC-003
PREPARADO POR:
FEBRERO 2017
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A 16.10.17 F. Garcia A. Goffard
B 19.10.17 F. Garcia A. Goffard
0 24.10.17 F. Garcia A. Goffard
1 11.12.17 F. Garcia A. Goffard
2 20.02.18 F. Garcia A. Goffard
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A 16.10.17 Emitido para coordinación interna
B 19.10.17 Emitido para coordinación interna
0 24.10.17 Emitido para construcción
1 11.12.17 Emitido para construcción
2 20.02.18 Emitido para construcción
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INDICE
1 DESCRIPCION Y ALCANCE ESTRUCTURAL .......................................................... 4
2 ANTECEDENTES ................................................................................................. 5
2.1 NORMAS Y REFERENCIAS ....................................................................... 5
2.2 MATERIALES ........................................................................................... 6
2.3 PERNOS, TUERCAS, GOLILLAS Y SOLDADURA ......................................... 6
3 ESTADOS DE CARGA .......................................................................................... 8
3.1 CARGAS PERMANENTES ......................................................................... 8
3.2 CARGAS EVENTUALES............................................................................. 9
4 COMBINACIONES DE CARGA ........................................................................... 15
5 DISEÑO ESTRUCTURAL .................................................................................... 16
5.1 CONSIDERACIONES GENERALES ........................................................... 16
6 DISEÑO ESTRUCTURAL ENTREPISO INDEPENDIENTE ...................................... 18
6.1 CONTROL DE DEFLEXIONES .................................................................. 18
6.2 DEMANDA - CAPACIDAD PILARES 200X200X6MM .............................. 19
6.3 DEMANDA - CAPACIDAD VIGA IPE-330 ............................................... 20
6.4 DEMANDA - CAPACIDAD VIGA IPE-240 ............................................... 21
6.5 LOSA DE ENTREPISO ............................................................................. 22
7 DISEÑO ESTRUCTURAL MARCO METALICO PARA CUBIERTA DE TECHO.......... 24
7.1 DEMANDA - CAPACIDAD PILARES TUBEST 500X50.9 ........................... 24
7.2 DEMANDA - CAPACIDAD VIGA TUBEST 400X44.2 ................................ 25
7.3 DEMANDA - CAPACIDAD VIGA TUBEST 300X35.6 ................................ 26
7.4 DEMANDA - CAPACIDAD VIGA TUBEST 250X27.3 ................................ 27
7.5 FUNDACIONES ...................................................................................... 28
8 CONCLUSION ................................................................................................... 29
9 DOCUMENTOS DEL AUTOR ............................................................................. 30
9.1 PATENTE PROFESIONAL ....................................................................... 30
9.2 CERTIFICADO DE TÍTULO ...................................................................... 31
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1 DESCRIPCION Y ALCANCE ESTRUCTURAL
El presente documento corresponde a la memoria de cálculo para el proyecto “TIENDA
MELIPILLA”, ubicado en la comuna de Melipilla.
El proyecto consiste en el diseño de una edificación de dos niveles. El primer nivel está
estructurado como un sistema de entrepiso independiente con pilares metálicos de sección
cuadrada, vigas tipo IPE y losa con Placa Colaborante Sigaldeck de 11.35cm de espesor. Los marcos
metálicos que sostienen la cubierta de techo configurados con perfiles tipo TUBEST.
El análisis estructural de este edificio fue realizado con el programa de elementos finitos
ETABS V-16.2.0. Dentro de las verificaciones que se realizarán en este documento están:
Verificación de los elementos estructurales que conforman la edificación.
Análisis modal-espectral de estructura según norma NCh 433-Of.96, D.S. 61 Dic.2011
Diseño y verificación de fundaciones aisladas.
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2 ANTECEDENTES
2.1 Normas y referencias
La verificación de la estructura se efectuará considerando las siguientes normas de diseño:
Normas nacionales
NCh 431 of 2010 “Diseño estructural – Cargas de nieve”
NCh 432 of 2010 “Diseño estructural – Cargas de viento”
NCh 433 of 1996 Modificada en 2009 “Diseño Sísmico de Edificios” aprobación
decreto 61.
NCh 1537 of 2009 “Diseño estructural de edificios – Cargas permanentes y
sobrecargas de uso”
NCh 3171 of 2010 “Diseño estructural – Disposiciones generales y combinaciones de
carga”
Manual de Diseño en Acero, ICHA, 2000.
Normas y documentos extranjeros
American Institute of Steel Construction, AISC-ASD, 9º Edition, 1989.
AISC 360 – 05 “Steel construction manual” 13 edition.
ACI-318-05
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2.2 Materiales
MATERIAL CARACTERÍSTICAS
Acero Estructural
Perfiles Cuadrados
ASTM A-500
Tensión de Fluencia Fy = 3230 Kg/cm²
Tensión de Rotura Fu = 4070 Kg/cm²
Módulo de Elasticidad E = 2100000 Kg/cm²
Peso Específico 𝛾 = 7850 Kg/m³
Acero Estructural
Perfiles IPE
ASTM A-36
Tensión de Fluencia Fy = 2530 Kg/cm²
Tensión de Rotura Fu = 4080 Kg/cm²
Módulo de Elasticidad E = 2100000 Kg/cm²
Peso Específico 𝛾 = 7850 Kg/m³
Acero Estructural
Perfiles TUBEST
A42-27ES
Tensión de Fluencia Fy = 2700 Kg/cm²
Tensión de Rotura Fu = 4200 Kg/cm²
Módulo de Elasticidad E = 2100000 Kg/cm²
Peso Específico 𝛾 = 7850 Kg/m³
Acero Estructural
Placas Metálicas
ASTM A-36
Tensión de Fluencia Fy = 2530 Kg/cm²
Tensión de Rotura Fu = 4080 Kg/cm²
Módulo de Elasticidad E = 2100000 Kg/cm²
Peso Específico 𝛾 = 7850 Kg/m³
Cumplimientos de Normas para el acero
Los perfiles y planchas de acero deberán cumplir con la Norma NCh 203-2006.
Las planchas gruesas de acero que se empleen deberán satisfacer la Norma NCh 209
of. 71.
Las planchas delgadas de acero que se empleen deberán satisfacer la Norma NCh 217
of. 68.
2.3 Pernos, Tuercas, Golillas y Soldadura
Corrientes
Los pernos corrientes, tuercas y golillas serán de acero calidad ASTM A307 Grado A, y
deberán cumplir con las normas NCh 206 of. 56, NCh 208 of. 56 y NCh 301 of. 63.
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Alta Resistencia
Los pernos de alta resistencia serán de acero al carbono según ASTM tipo 2 (A-325). Las
tuercas y golillas deberán cumplir con las normas ASTM A563 y ASTM F436 respectivamente.
Soldaduras
Los electrodos empleados para soldaduras al arco manual, serán del tipo AWS E 70XX, de
acuerdo con la norma AWS. Se usará un filete mínimo de 5 mm, excepto cuando éste exceda el
menor espesor de los componentes soldados.
Para la soldadura en planta se utilizará una del tipo MIG (Metal Inert Gas), que consiste en
un hilo macizo o tubular continuo de diámetro 0,9mm. El espesor de filete mínimo será de 5 mm,
excepto cuando éste exceda el menor espesor de los componentes soldados.
Conexiones Empernadas
La colocación de pernos deberá cumplir con la “specification for structural joints using
ASTM A325 or A490 Bolts” del AISC. Los pernos corrientes, tuercas y golillas deberán ser calidad
ASTM A307 Grado A, con tuerca ASTM A563 Grado A y golilla de acero templado ASTM F-436.
Tensión mínima de apriete de pernos de alta resistencia (A325).
En seco (K=0.20) Lubricado (K=0.15)
1/2" 12000 14000 105 79
5/8" 19000 23000 210 155
3/4" 28000 34000 365 275
7/8" 39000 47000 597 448
1" 51000 61000 890 670
1 1/8" 56000 67000 1100 825
1 1/4" 71000 85000 1550 1165
1 3/8" 85000 102000 2045 1534
1 1/2" 103000 124000 2700 2025
Diámetro
Nominal
Tensión Mínima
(lbs)
Tensión Máxima
(lbs)
Torque (lbs-ft)
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3 ESTADOS DE CARGA
Para el análisis de la estructura se han considerado los siguientes estados de carga:
3.1 Cargas permanentes
Carga muerta (D)
Corresponde al peso propio de la estructura más los elementos que en forma permanente
se encontrarán apoyados en ella, tales como: peso propio de los elementos estructurales,
techumbre, cielo, muros, etc.
Sobrecarga Viva (L)
Según lo estipulado en la NCh 1537. Of2009 “Diseño Estructural – Cargas Permanentes y
Cargas de Uso”, tiene la siguiente tabla de cargas:
Cargas de Uso Uniformemente Distribuidas para Pisos y Techos
Tipo de Edificio Descripción de Uso Carga de Uso [kg/m2]
Tiendas Áreas para ventas al por menor 400
Techos Sin acceso 30
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3.2 Cargas Eventuales
Sobrecarga Nieve (W)
Se diseñaran las estructuras para soportar la sobrecarga originada por la nieve, de acuerdo a
lo estipulado en la norma NCh 431 Of 77.
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Según la norma chilena NCh 431 Of 77 la carga de nieve es: P= 25 Kg/m2
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Sobrecarga Viento (W)
Se diseñaran las estructuras para absorber las tensiones originadas por el viento si es
necesario, de acuerdo a lo estipulado en la norma NCh 432 Of 71 para el cálculo de la acción del viento
sobre las construcciones.
Según la norma chilena NCh 432 Of 71 la carga de viento es: P= 75 Kg/m2
Por lo tanto la Velocidad de viento que resiste la estructura viene dada por:
𝑃 = 0.00256𝑥𝑉2
𝑉 = √75 𝐾𝑔/𝑚²
0.00256= 171 𝐾𝑚/ℎ
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Carga de Sismo (E)
Diseño Sísmico: NCh 433 Of 96. En el método de análisis, la acción sísmica se asimila a un sistema de
fuerzas horizontales cuyos efectos sobre la estructura se calculan siguiendo los procedimientos de la
estática. Este sistema de fuerzas horizontales es aplicado en el centro de masas del piso.
Las estructuras se diseñan para resistir la acción sísmica de acuerdo a la norma Nch 433-of 96,
permitiendo la estabilidad frente a las solicitaciones a las que estará expuesta durante su vida útil. Se
considera entonces, características como: la zona geográfica en la cual estará emplazada, el efecto
del suelo de fundación y la topografía, clasificación de acuerdo al tipo de estructura, importancia, uso
y riesgo de falla, limitación de deformaciones horizontales, etc. El método de análisis utilizado será:
Análisis Modal Espectral.
Parámetros Sísmicos:
A0 = corresponde a la aceleración efectiva de la NCh 433 y que depende de la ubicación
geográfica del lugar.
I = Factor de importancia de la estructura. Corresponde a la categoría según punto 4.3.1 de
la NCh 433.
T’ =Parámetro que depende del tipo de suelo.
n= Parámetro que depende del tipo de suelo.
S= Parámetro que depende del tipo de suelo
To= Parámetro que depende del tipo de suelo.
Corte Basal: C*I*P Donde:
C: coeficiente sísmico
I: Coeficiente de importancia.
P: Peso sísmico.
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Coeficiente Sísmico:
𝐶 =2,75 ∗ 𝐴𝑜
𝑔 ∗ 𝑅∗ (
𝑇
𝑇∗)
𝑛
Donde: N, T`: Son parámetros relativos al tipo de suelo de fundación.
Ao: Es la aceleración máxima efectiva del suelo.
R: Factor de reducción que depende del material de diseño.
T*: Es el período del modo con mayor masa trasnacional equivalente en la dirección de análisis.
De acuerdo al Estudio de Mecánica de Suelos proporcionado por el cliente, se estimó
presencia de un suelo tipo D.
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Los parámetros sísmicos de diseño se muestran en la siguiente tabla:
Zona Sísmica Tipo de suelo Categoría del edificio Materialidad
Zona 3 Tipo D Tipo II Acero Estructural
Factor
A0 =0.40 g S=1.20; T0=0.75; T´=0.85; n=1.80;
P=1.00 I = 1.00 R=7
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4 COMBINACIONES DE CARGA
Para el análisis de la estructura se consideran las siguientes combinaciones de diseño,
según criterio de diseño del proyecto.
COMBINACIÓN D L Lr W S Ex Ey
1 1,4
2.1 1,2 1,6 0,5
2.2 1,2 1,6 0,5
3.a.1 1,2 0,5 1,6
3.a.2 1,2 0,5 1,6
3.b.1 1,2 1,6 0,8
3.b.2 1,2 0,8 1,6
4.1 1,2 1 0,5 1,6
4.2 1,2 1 1,6 0,5
5.1 1,2 0,5 0,2 1,4
5.2 1,2 0,5 0,2 -1,4
5.3 1,2 0,5 0,2 1,4
5.4 1,2 0,5 0,2 -1,4
6 0,9 1,6
7.1 0,9 1,4
7.2 0,9 -1,4
7.3 0,9 1,4
7.4 0,9 -1,4
D : Carga Permanente W : Sobrecarga Viento
L : Sobrecarga de Piso Ex : Espectro Dirección X
Lr : Sobrecarga de Techo Ey : Espectro Dirección Y
S : Sobrecarga Nieve
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5 DISEÑO ESTRUCTURAL
5.1 Consideraciones generales
El diseño de la estructura se realizó a través del programa ETABS V-16.2.0, mediante un
análisis modal espectral con tres grados de libertad, dos traslacionales y uno rotacional por nivel. Se
hizo el análisis de confiabilidad y seguridad contra la falla, para eso se modeló la estructura
espacialmente, se usó los estados límites de resistencia por consideraciones de seguridad. Para lograr
los estados límites, se hace uso de las combinaciones de cargas para evaluar los efectos de las
diferentes cargas adecuadamente para alcanzar un nivel de confiabilidad consistente, en donde la
mayor parte de los efectos de las cargas son funciones aleatorias en el tiempo.
Se sometió la edificación a las posibles consideraciones de cargas actuantes, y se verifica que
las mismas presenten capacidad de resistencia a los esfuerzos, así como compatibilidad de las
deformaciones. Para el cálculo de los esfuerzos actuantes en la estructura se consideraron los efectos
de las fuerzas por carga muerta correspondiente al peso propio de los elementos, y la fuerza debida
al sismo. Se modeló la estructura como un sistema de pórticos metálicos SMF.
En las siguientes imágenes podemos ver como se visualizaron los modelos para el diseño de
la estructura:
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Modelo 1. Estructura Metálica para Entrepiso Independiente
Modelo 2. Marco Metálico tipo TUBEST para Cubierta de Techo
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6 DISEÑO ESTRUCTURAL ENTREPISO INDEPENDIENTE
6.1 Control de Deflexiones
La norma ACI 318-08 establece valores límites de deflexiones que deben cumplir los
elementos sometidos a flexión, a través de la siguiente tabla:
Deflexión Máxima Permisible: L/360 = 880cm/360 = 2.44 cm
Deflexión máxima presente en la Estructura = 0.24 cm
Deflexión máxima presente en la Estructura < Deflexión Máxima Permisible “CUMPLE”
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6.2 Demanda - Capacidad Pilares 200x200x6mm
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6.3 Demanda - Capacidad Viga IPE-330
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6.4 Demanda - Capacidad Viga IPE-240
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6.5 Losa de Entrepiso
La Losa Colaborante Sigaldeck se caracteriza por sus excelentes propiedades estructurales, su
diseño geométrico recoge los criterios internacionales de diseño incorporando un sistema de unión
longitudinal eficiente, seguro y de fácil instalación. Se fabrica en acero estructural grado 37,
galvanizado G-90, según norma ASTM-A653.
Características Técnicas
Propiedades Estructurales
Los valores están calculados para la placa de espesor 0.8 mm
La determinación de las sobrecargas admisibles se basa en las recomendaciones del Steel
Institute del 91 (SDI), y son las mínimas de las obtenidas por flexión, deflexión (L/360) y corte.
Hormigón H25 mínimo.
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Las longitudes anteriores están determinadas para resistir el peso de la lámina del concreto
fresco y una carga de construcción distribuida de 100 Kg/cm² ó puntual de 200 Kg al centro;
considerándose como limitantes un esfuerzo de trabajo de 1560 Kg/cm² ó una deflexión
máxima de L/180 ó ¾”.
Los valores dela tabla superior, solo serán válidos si la lámina ha sido correctamente fijada a
las vigas o muros de apoyo.
La separación entre apoyo se considera entre ejes.
Losa Colaborante Seleccionada
Se empleará una losa colaborante con 5cm de hormigón por encima del trapecio metálico
resultando una altura total de 11.35cm. Además de la malla de retracción, se colocaran suples de
Ø12@20cm en los apoyos intermedios de las losas (la longitud de los suples está indicada en los
planos).
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7 DISEÑO ESTRUCTURAL MARCO METALICO PARA CUBIERTA DE TECHO
7.1 Demanda - Capacidad Pilares TUBEST 500x50.9
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7.2 Demanda - Capacidad Viga TUBEST 400x44.2
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7.3 Demanda - Capacidad Viga TUBEST 300x35.6
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7.4 Demanda - Capacidad Viga TUBEST 250x27.3
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7.5 Fundaciones
Se definieron zapatas aisladas como sistema de fundación para la estructura, y se
estableció el caso más desfavorable para el suelo debido a no tener información sobre la Mecánica
del Suelo.
En el diseño de las fundaciones o zapatas se utilizará el manual “Código de Diseño de
Hormigón Estructural (ACI 318-99)”, en el capítulo 15 de dicho código se encuentran las
expresiones utilizadas en este diseño.
Tensión Admisible del Suelo ≤ 5.00 Kg/cm²
𝝈𝒂𝒅𝒎. ≤𝑭𝒁
𝑨 → 𝐹𝑧𝑚á𝑥 = 𝝈𝒂𝒅𝒎. ∗ 𝐴
Donde:
Fz: Reacción producida por la estructura
A: Sección de apoyo
Zapata Aislada 100x100 cm
𝐿 = 100 𝑐𝑚
𝐵 = 100 𝑐𝑚 𝑭𝒛𝒎á𝒙 = 5.00 ∗ 100 ∗ 100 = 50000𝐾𝑔 = 50𝑇𝑛
Zapata Aislada: 150x150 cm
𝐿 = 150 𝑐𝑚
𝐵 = 150 𝑐𝑚 𝑭𝒛𝒎á𝒙 = 5.00 ∗ 150 ∗ 150 = 112500𝐾𝑔 = 112.5𝑇𝑛
Zapata Aislada 200x200 cm
𝐿 = 200 𝑐𝑚
𝐵 = 200 𝑐𝑚 𝑭𝒛𝒎á𝒙 = 5.00 ∗ 200 ∗ 200 = 200000𝐾𝑔 = 200𝑇𝑛
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8 CONCLUSION
La estructura considera sobre carga para Tiendas con mercancía venta al por menor 400Kg/cm²,
y Techos 30Kg/cm², según NCh1537.
La demanda - capacidad de la estructura metálica para el entrepiso es la siguiente:
Pilar metálico sección cuadrada 200x200x6mm: 93%
Viga IPE-330: 61%
Viga IPE-240: 79%
La losa de entrepiso es Placa Colaborante Sigaldeck con una loseta de hormigón de 5cm de
espesor, resultando en 11.35cm la altura final de la losa.
La demanda - capacidad de la estructura para el marco metálico de la cubierta es la siguiente:
Pilar metálico TUBEST 500x50.9: 90%
Viga TUBEST 400x44.2: 60%
Viga TUBEST 300x35.6: 57%
Viga TUBEST 250x27.3: 40%
El sistema de fundación para la estructura será zapatas aisladas:
Zapata Aislada 100x100 cm.
Zapata Aislada 150x150 cm.
Zapata Aislada 200x200 cm.
El suelo debe presentar una Tensión Estática Admisible mayor o igual a 1.00Kg/cm² para que sea
posible emplear el sistema de fundaciones antes mencionado.
“El diseño del proyecto TIENDA MELIPILLA cumple con los requisitos mínimos exigidos por las
normativas vigentes, siempre y cuando se desarrolle bajo las condiciones antes mencionadas”.
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9 DOCUMENTOS DEL AUTOR
9.1 Patente profesional
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9.2 Certificado de título