Contenido I. INTRODUCCION .................................................................................................................. 3
II. ANALISIS E IDEALIZACION DE LA ESTRUCTURA AMPLIADA ......................................... 3
III. REFORZAMIENTO DEL EDIFICIO Y DISEÑO DE NUEVOS ELEMENTOS. ................... 8
IV. REVISION DE VIGAS EXISTENTES Y DISEÑO DE VIGAS NUEVAS ............................. 9
V. REVISION DE COLUMNAS EXISTENTES Y DISEÑO DE COLUMNAS
NUEVAS .................................................................................................................................... 13
VI. REVISION DE LOSA DE ENTREPISO ........................................................................... 15
VII. REVISION DE FUNDACIONES....................................................................................... 16
Especificaciones Técnicas Estructurales
Proyecto:
Edificio de Informática UCA
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Ampliación y rediseño edificio informática UCA.
Managua, abril 2017
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AMPLIACION Y REDISEÑO EDIFICIO INFORMATICA UCA
I. INTRODUCCION
A solicitud de la Universidad Centroamericana (UCA), a través del Ingeniero Axel
González, coordinador del proyecto, hemos procedido al rediseño estructural, de un
edificio existente, localizado en el sector Nor-Este del campus universitario, en la
ciudad de Managua.
Los sustentos del rediseño de la estructura, son basados bajo la presunción de que
la construcción del edificio existente se efectuó bajo la sana práctica de la ingeniería
y el cumpliendo de los estándares de calidad de los materiales, el reglamento
nacional de construcción y los planos constructivos originales del edificio.
Así mismo, se han tomado en cuenta los resultados del estudio de suelo efectuado
en el año 2013 por la firma “Rodríguez & Asociados” y los nuevos requerimientos
arquitectónicos detallados en los planos y memoria descriptiva presentados por la
firma “Renovatio” en marzo del presente año 2018.
Según las inspecciones visuales realizadas al edificio, se detectaron afectaciones
físicas por oxidación en algunos elementos metálicos y el deterioro de algunas áreas
de la losa de entrepiso, afectada por intemperismo. El resumen de estas
afectaciones es detallado en el informe técnico correspondiente, remitido por el
suscrito en fecha del 10 abril 2018.
La revisión inicial del modelo estructural actual, nos revela que el edificio es estable
y resistente, sin embargo, existen déficit de resistencia en algunos elementos de las
cerchas de entrepiso y deficiencia en algunas conexiones soldadas.
Todas estas observaciones han sido tomadas en consideración en el nuevo modelo
estructural ampliado del edificio, realizándose los reforzamientos necesarios de la
estructura actual para formar un conjunto armonioso con los nuevos elementos
contemplados en la ampliación del edificio.
II. ANALISIS E IDEALIZACION DE LA ESTRUCTURA AMPLIADA
La estructura actual del edificio es un sistema de marcos rígidos de acero, formados
por vigas y columnas de secciones laminadas en caliente tipo “I” en el sentido
longitudinal y por cerchas planas a nivel de entrepiso, que cubren todo el ancho del
edificio, en el sentido transversal.
El entrepiso está formado por un sistema de láminas troqueladas y losa de concreto
reforzado de 4” de espesor, soportado por clavadores metálicos tipo “caja”,
dispuestos en el sentido longitudinal del edificio y separados entre sí a cada metro.
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Estos clavadores son soportados a su vez por las cerchas metálicas ubicadas sobre
los ejes principales, en el sentido transversal del edificio.
La cubierta de techo está formada por laminas metálicas curvas, autoportantes,
colocadas en el sentido transversal del edificio y que cubren todo el ancho del
mismo. Estas laminas se traslapan entre sí y forman un diafragma flexible
deformable que es soportado en sus extremos por clavadores metálicos tubulares,
los que a su vez se apoyan en las vigas y columnas principales del edificio.
El sistema constructivo propuesto inicialmente para el cerramiento interno y externo
del edificio, era con paneles de “emmedue”; sin embargo, de acuerdo a la nueva
arquitectura planteada, los nuevos cerramientos internos y externos serán paneles
de Durock, Gypsum y muros cortina de vidrio fijo.
Las fundaciones de la estructura, es un sistema de zapatas aisladas conectadas en
sus dos ejes principales por pedestales y vigas de fundación de concreto reforzado.
Adicionalmente, existen zapatas corridas que servirían de soporte a las paredes
internas de “emmedue”.
Para la ampliación del edificio se ha mantenido en lo posible, la misma
estructuración y sistema de fundación del edificio, y a su vez se han incorporados
nuevos elementos para incrementar la rigidez y estabilidad del edificio.
La ampliación del edificio contempla extender el techo actual hacia el Este, hasta
cubrir toda el área de construcción del segundo nivel. Adicionalmente se contempla
techar la terraza Oeste del segundo nivel y construir una nueva escalera de
emergencia y una torre para equipos de aire acondicionado, en la parte externa del
edificio.
En el esquema a continuación se observa el nuevo “esqueleto estructural” del
edificio, identificando los elementos existentes en color celeste y los nuevos
elementos estructurales en azul.
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Para el análisis de la estructura, se efectuó el modelo tridimensional del edificio y
este fue sometido a las cargas gravitacionales generada por las condiciones de
servicio y las cargas accidentales de sismo y viento, consideradas en el
Reglamento Nacional de la Construcción (RNC-07) y descritas a continuación:
Carga de Techo:
CM= 15.00 Kg/m2 (más el peso propio de la estructura)
CV= 200 Kg + 10 Kg/m2 en elementos principales
CVR= 10 Kg/m2
Carga de Entrepisos:
CM= 40.00 Kg/m2 (más el peso propio de la estructura)
CV= 250 Kg/m2
CVR= 200 Kg/m2
Carga en Escaleras:
CM= 10.00 Kg/m2 (más el peso propio de la estructura)
CV= 500 Kg/m2
CVR= 250 Kg/m2
Carga Sísmica:
Grupo B (Oficinas)
Zona C (Managua), isoaceleracion ao=0.30
Factor de Sobreresistencia Ω=2
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Factor de amplificación de suelo Tipo II, S= 1.5
Factor de reducción por ductilidad (Marcos rígidos) Q=3 Coeficiente
sísmico considerado Cs= 0.45
Carga de Viento:
Grupo.. B
Tipo…. 1
Zona… 1 (Managua)
Periodo de retorno: 50 años.
Velocidad diseño: 30 m/s
Consideraciones sobre la calidad de los materiales existentes y proyectados.
Acero estructural: Todos los elementos metálicos se consideran tipo A-36 (Fluencia
Fy= 36 ksi)
Acero de refuerzo: El acero de las losas y fundaciones existentes se consideran de
grado A-40 (Fluencia Fy= 40 ksi)
Pernos: De alta resistencia tipo A-325 (Resistencia 120 ksi)
Concreto: Según los planos del diseño original, la resistencia a la compresión del
concreto existente es de 3000 psi.
Suelo: El estudio geotécnico realizado por la firma Rodríguez & Asociadas indica
una presión admisible de 2.0 Kg/cm2 al nivel del estrato a una profundidad promedio
de 3.00 m. A nivel superficial el suelo natural tiene una capacidad de 0.5 Kg/cm2.
Soldadura: se utilizan electrodos E-60 y E-70 con resistencia Fu= 60 ksi y 70 ksi
respectivamente.
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Propiedades geométricas de las secciones principales existentes.
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III. REFORZAMIENTO DEL EDIFICIO Y DISEÑO DE NUEVOS ELEMENTOS.
El análisis de la estructura existente, indica que la estructura principal del edificio
conformada por vigas y columnas metálicas tipo “I”, es resistente y sus fundaciones
estables. Sin embargo, el análisis también muestra, déficit de resistencia en las
cuerdas extremas de las cerchas de entrepiso.
En la idealización de la remodelación y ampliación del edificio, se ha considerado el
reforzamiento de las cerchas de entrepiso, la extensión de las columnas existentes
hasta el nivel de techo, en los ejes 3 y 4 y, la colocación de nuevas columnas, en
los ejes 1 y 2. De igual manera se ha contemplado la adición de nuevos elementos
a lo interno del edificio y las nuevas estructuras de escalera y torre adosadas al
edificio.
De acuerdo a los resultados del análisis estructural del edificio ampliado, se
muestran a continuación los elementos más esforzados según las solicitaciones y
combinaciones de cargas a que serán sometidos:
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IV. REVISION DE VIGAS EXISTENTES Y DISEÑO DE VIGAS NUEVAS
Vigas principales Transversales VM-5; acciones más desfavorables.
Mmax= 5.25 ton-m
Vmax= 2.39 ton
δmax= 7.6 mm
M 5.25 ∗ 100 ton fb3
. S
V 2.4 ton fv Av 24 0.10 cm2
1.04 2 .
δmax < Δperm= 49.4 mm > OK.
Utilizar misma sección en los nuevos ejes de la ampliación del edificio.
Vigas principales longitudinales VM-1, acciones más desfavorables.
V 2.26 ton fv Av
36 0.06cm 2
.
Utilizar misma sección para el nuevo tramo ampliado del edificio.
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Vigas secundarias de entrepiso VM-4, acciones más desfavorables.
Mmax= 0.76 ton-m
Vmax= 0.88 ton
δmax= 10.01 mm
fb3 M
S
0.76 ∗ 100 ton
1.22
62 cm2
1.52 .
2
fv
V
Av
0.88 ton
0.10 2
9 cm
1.04 .
2
δmax < Δperm= 15.4 mm > OK.
Vigas secundarias en particiones VM-3, acciones más desfavorables.
Mmax= 1.07 ton-m
Vmax= 3.46 ton
δmax=
5.98 mm
M 1.07 ∗ 100 ton fb3 1.14 .
S
V 0.88 ton fv Av 9
0.10cm 2 1.04 2 .
δmax < Δperm= 15.4 mm > OK.
Vigas principales escalera externa VM-2, acciones más desfavorables.
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Mmax= 2.03 ton-m
Vmax= 3.34 ton
δmax= 0.58 mm
0.53ton
. fb3 M 2.03 ∗ 100
S
V 3.34 ton fv Av 37 0.09 cm2
1.04 2 .
δmax < Δperm= 7.8 mm > OK.
Cerchas de entrepiso reforzada, acciones más desfavorables.
Fuerza axial en las barras sometidas a cargas sísmica.
Fuerza máxima en cuerdas extremas
Superior e Inferior
Fmax= 30.85 ton
Diagonales
Fmax= 10.80 ton
Fuerza máxima en cuerdas centrales
Superior e Inferior
Fmax= 17.03 ton δmax= 13.9 mm
Diagonales
Fmax= 6.85 ton
Fuerza axial en las barras sometidas a cargas gravitacionales.
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Revisión de cuerdas superior e inferior reforzadas Fuerza
máxima en cuerda, Tmax=Cmax= 30.85 ton
k = 1.0 L = 95 cm rmin = 4.06 cm A=60.26 cm2
λ= 23 < 200 OK. Fa = 1.43 Ton/cm2 Uniones soldadas.
FResist = 86.17 ton > Cmax. OK.
Se usará soldadura de fillete de ¼” a todo alrededor de los angulares.
Revisión de cuerdas superior e inferior, existentes Fuerza
máxima en cuerda, Tmax=Cmax= 17.03 ton
k = 1.0 L = 95 cm rmin = 2.34 cm A=18.58 cm2 λ=
41 < 200 OK. Fa = 1.34 Ton/cm2 Uniones soldadas.
FResist = 24.89 ton > Cmax. OK.
Se usará soldadura a tope en la unión de los angulares.
Revisión de cuerdas diagonales, existentes
Fuerza máxima en diagonales, Tmax=Cmax= 6.85 ton
k = 1.0 L = 100 cm rmin = 1.50 cm A=9.29 cm2 λ= 67 <
200 OK. Fa = 1.17 Ton/cm2 Uniones soldadas.
FResist = 10.86 ton > Cmax. OK.
Se usará soldadura de fillete de ¼” en la unión entre angulares.
Contraventeo Longitudinal
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Fuerza máxima en diagonales, Cmax= 29.2 ton
k = 1.0 L = 510 cm r2 = 6.27 cm A=56.5 cm2 λ= 81 <
200 OK. Fa = 1.07 Ton/cm2
An=48.44 cm2 (considerando pernos de 7/8”)
Resistencia del puntal 6”x10”x5/16” Cr= 51.83 ton > Cmax. OK.
Resistencia cortante de pernos A-325 de 7/8”, en la junta:
Pr= 34.32 ton > Cmax OK.
V. REVISION DE COLUMNAS EXISTENTES Y DISEÑO DE COLUMNAS NUEVAS
Columna principales CM-1, acciones más desfavorables.
M3= 18.8 ton-m
P= 11.82 ton
Vmax= 27.8 ton
λ= kL/r, k = 2.0 L = 370 cm rmin = 6.68 cm λ= 111 <
200 OK. Fa = 0.81 Ton/cm2; Fb= 1.52 Ton/cm2
M 18.8 ∗ 100 ton fb3
S 2725 0.69cm
2 .
P 11.82 Ton
fa A 1163 0.07 cm 2 0.15 .
fa fb3
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0.76 1.0 .
Fa Fb
Revisión del cortante Fv= 1.04 x 56.97= 59 ton > Vmax. OK.
Utilizar misma sección para nuevas columnas en la ampliación del edificio.
Columna escalera CM-5, acciones más desfavorables.
M2= 0.95 ton-m
P= 0.86 ton
Vmax= 0.28 ton
λ= kL/r, k = 2.0 L = 370 cm rmin = 6.25 cm λ= 118 <
200 OK. Fa = 0.74 Ton/cm2; Fb= 1.52 Ton/cm2
P 0.86 Ton
fa A 56 0.02 cm 2 0.15 .
M 0.95 ∗ 100 ton fb2
S 291
0.33cm 2
fa fb2
0.35 1.0 .
Fa Fb
Columnas particiones y torre CM-3, acciones más desfavorables.
M2= 0.55 ton-m P=
0.54 ton
Vmax= 0.79 ton
λ= kL/r, k = 2.0 L = 145 cm rmin = 4.34 cm λ= 67 <
200 OK. Fa = 1.17 Ton/cm2; Fb= 1.52 Ton/cm2
P 0.54 Ton
fb2 M
S
0.55 ∗ 100 ton
0.85 2
65 cm
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fa A 17 0.03 cm 2 0.15 .
VI. REVISION DE LOSA DE ENTREPISO
El sistema de entrepiso es un diafragma semirrígido formado por laminas
troqueladas metálicas y una sobre losa de concreto reforzado, cuya función
específica es de transmitir las cargas gravitacionales a los elementos soporte
secundarios (clavadores) los que a su vez transmiten las cargas a los elementos
principales de entrepiso formados por cerchas.
De esta manera, la losa se idealiza como una viga ancha de poco peralte,
simplemente apoyada sobre los clavadores.
De acuerdo al análisis realizado de la losa de entrepiso existente, considerando una
franja de diseño de 100 cm de ancho, tenemos:
Mmax= 85 kg-m Vmax= 340 kg
La resistencia de la losa, considerando malla de varillas #2 @ 25 cm:
Mr= 110 kg-m > Mmax OK.
Vr= 2400 kg > Vmax OK.
Se mantendrá este mismo sistema de entrepiso para las losas nuevas, pero
reforzadas con malla electrosoldada de 4”x4”x 5mm.
fa
Fa
fb2
Fb
0.88 1.0 .
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VII. REVISION DE FUNDACIONES.
De acuerdo a los planos estructurales originales del edificio, las fundaciones
existentes consisten un conjunto de zapatas aisladas unidas en sus dos sentidos
por medio de vigas asísmicas de gran peralte.
Las dimensiones de las zapatas son de 1.50 m x 2.00 m y peralte de 0.35m, con
profundidad de desplante de 2.00 m medidos desde el nivel de piso existente (0.00).
Las columnas metálicas del edificio descansan sobre pedestales de concreto, donde
se considera un tipo de apoyo simple.
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Como se puede apreciar, en el esquema de presiones sobre las zapatas, el esfuerzo
máximo en las mismas es de 11.8 ton/m2, inferior a la capacidad soporte del suelo
de 20 ton/m2.
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Los esfuerzos máximos en las vigas de fundación se producen durante el empuje
sísmico en el sentido O-E, donde el momento flexionante máximo en la viga es de
23.58 ton-m y el cortante de 12.9 ton.
La resistencia de la sección existente es:
Mr= 30.19 ton-m > Mmax. OK.
Vr= 16.0 ton > Vmax. OK.
Utilizar misma sección en la ampliación del edificio.