memoria de calculo-01

Graderías Estadio Domingo Tumaco González Ing. Diddier P. Paz Mosquera

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___________________________________________________________________________________ Calle Nva. Creación frente a la Iglesia La Merced (local Floristería y Decoraciones Leo) Telefax. 7- 271663 – Cel. 315 - 5821167

MEMORIA DE CALCULOS

ESTUDIO ESTRUCTURAL

ANALISIS Y DISEÑO

PROYECTO

AMPLIACION Y ADECUACIÓN ESTADIO DOMINGO TUMACO GONZÁLEZ TUMACO - NARIÑO

CALCULÓ:

Ing. DIDDIER PEDRO PAZ MOSQUERA

San Andrés de Tumaco, Junio de 2.007


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MEMORIA DEL ESTUDIO ESTRUCTURAL

GRADERÍAS DEL ESTADIO DOMINGO TUMACO GONZÁLEZ

INTRODUCCIÓN

La presente memoria técnica contiene el cálculo estructural para la construcción de las graderías del

estadio Domingo Tumaco González, localizado en la ciudad de Tumaco - Municipio de Tumaco, Nariño.

La estructura consiste en unas gradas conformadas por viguetas en forma de “L” invertida apoyadas sobre

las vigas de carga inclinadas las cuales se apoyan sobre las columnas, las vigas de amarre van en el mismo

sentido que las gradas y que unidas a las de carga y a las columnas conformando los pórticos, los que a su

vez forman la estructura tridimensional.

El sistema de resistencia tanto sísmica como para cargas verticales utilizado es el de Pórticos de concreto

resistentes a momentos con capacidad especial de disipación de energía (DES).

Las cargas de las gradas se transmiten a las vigas de carga y de éstas a las columnas, las cargas en la base

son transmitidas de las columnas al sistema de cimentación, pilas en concreto reforzado amarradas con

vigas de rigidez o de amarre a nivel de cimentación y de éstas al suelo de cimentación.

NORMAS Y PARAMETROS DE DISEÑO

Norma de diseño: NSR-98

Capítulos de diseño: A (Análisis sísmico)

B (Cargas)

C (Concreto reforzado)

Localización: San Andrés de tumaco - Tumaco - Nariño

Dirección: Vía al morro

Altura de la edificación: Gradería Norte y Sur 3.90 m

Gradería Oriental 6.30 m + 4.00 de columna de cubierta

Gradería Occidental 7.70 m + 4.00 de columna de cubierta

A partir del nivel de cimentación hasta la última grada, 4.00 m

adicionales donde hay cubierta.

Amenaza sísmica: Alta

Tipo de suelo: S3

Tipo de uso: Estructuras de ocupación especial.


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ENTREPISOS

Tipos de entrepisos:

Todas las graderías Entrepisos inclinados dispuestos ortogonalmente sobre el plano

inclinado.

N+7.70 m Occidental Losa aligerada diseñada en una dirección y apoyada sobre las vigas de

Carga.

Las losas de circulación de las graderías y las losetas que conforman las gradas son losas macizas diseñadas

en una dirección.

CARGAS MUERTAS Y VIVAS

Las cargas muertas se calculan de acuerdo con los pesos propios de los elementos considerados a partir de

la densidad de masa como lo establece el Código NSR-98 en el Capítulo B3; y las cargas vivas de acuerdo

al capítulo B4.

NIVEL DE AMENAZA SISMICA Y MOVIMIENTOS SISMICOS DE DISEÑO

Las características del movimiento sísmico de diseño se representan por medio del espectro elástico de

aceleraciones, realizado de acuerdo con A.2.6, según los siguientes parámetros:

Zona de Amenaza Sísmica

Localización de la edificación: Tumaco

Zona de amenaza sísmica: Alta

Coeficiente de aceleración pico efectiva (Aa): 0.40

Efectos locales

Tipo de perfil de suelo: S3

Coeficiente de sitio (S): 1.50

Coeficiente de importancia

Grupo de uso: Grupo II – Estructuras de ocupación especial

Coeficiente de importancia 1.10

Con los datos anteriores se grafica el espectro elástico de diseño, definido según la norma NSR-98.


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CARACTERISTICAS DE LA EDIFICACIÓN Y DEL MATERIAL ESTRUCTURAL EMPLEADO

Se clasifica la edificación en uno de los sistemas de estructuración y se define el grado de disipación de

energía requerido:

Sistema de resistencia sísmica (fuerzas horizontales):

Pórticos de concreto resistentes a momentos con capacidad especial de disipación de energía

(DES).

Sistema de resistencia para cargas verticales:

Pórticos de concreto resistentes a momentos con capacidad especial de disipación de energía

(DES).

Coeficiente de capacidad de disipación de energía básico: Estructuras de péndulo invertido Ro = 7.00

Configuración estructural de la edificación:

Irregularidad en planta: Si

Coeficiente de reducción de la capacidad de disipación de energía: øp = 0.90

Irregularidad en altura: Si

Coeficiente de reducción de la capacidad de disipación de energía: øa = 0.90

Coeficiente de reducción total de la capacidad de disipación de energía: ø = 0.81

Coeficiente de capacidad de disipación de energía para diseño: R = 5.67

FUERZAS SÍSMICAS DE DISEÑO Y PROCEDIMIENTOS DE ANÁLISIS

Mediante el uso del programa de computación SAP 2000 se analiza la estructura tridimensionalmente. El

programa calcula inicialmente la matriz de rigidez, considerando deformaciones axiales y de corte.

Para la obtención de las fuerzas sísmicas de diseño se utiliza el método de Análisis Dinámico Elástico

Espectral, incluyendo en el análisis dinámico todos los modos de vibración que contribuyan de una manera

significativa a la respuesta dinámica de la estructura, demostrando que con el número de modos

empleados, se ha incluido en el cálculo de la respuesta de cada una de las direcciones horizontales

principales, por lo menos el 90% de la masa participante de la estructura.


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Además se controla que una vez obtenido el valor del cortante dinámico total en la base después de

realizar la combinación modal, para cualquiera de las direcciones principales, no sea menor que el valor del

cortante sísmico en la base calculado de acuerdo al método de la Fuerza Horizontal Equivalente, teniendo

en cuenta el porcentaje según la irregularidad de la estructura, que por ser éste caso una edificación

clasificada como irregular se toma el 100% del valor total.

En los anexos correspondientes se presentan los cálculos y resultados de los chequeos mencionados.

CALCULO DE LOS DESPLAZAMIENTOS HORIZONTALES Y EVALUACION DE LA DERIVA MAXIMA

Se realiza el análisis de la estructura utilizando las fuerzas sísmicas de diseño actuantes sobre ella,

localizadas sobre el centro de masa corregido de las losas para tener en cuenta los efectos torsionales y

de segundo orden.

Una vez obtenidos los desplazamientos horizontales se chequean las derivas máximas en cada dirección

bajo estudio y en cada piso de la edificación.

COMBINACIONES DE CARGA

Las combinaciones de carga con las cuales se obtiene la envolvente máxima de esfuerzos en los miembros

estructurales, para este caso se tomaron las siguientes, como lo recomienda el Código NSR-98 en el

Capítulo B.2.

Para el diseño de los elementos estructurales de concreto:

N° Tipo de combinación Nombre de la Combinación

1.- 1.40 CM + 1.70 CV COMB1

2.- 1.05 CM + 1.28 CV + 0.18 EQx COMB2

3.- 1.05 CM + 1.28 CV - 0.18 EQx COMB3

4.- 1.05 CM + 1.28 CV + 0.18 EQy COMB4

5.- 1.05 CM + 1.28 CV - 0.18 EQy COMB5

6.- 0.90 CM + 0.18 EQx COMB6

7.- 0.90 CM - 0.18 EQx COMB7

8.- 0.90 CM + 0.18 EQy COMB8

9.- 0.90 CM - 0.18 EQy COMB9

10.- Envdiseño COMB10


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Para el diseño de la cimentación:


11.- 1.00 CM + 1.00 CV COMB11

12.- 1.00 CM + 1.00 CV + 0.126 EQx COMB12

13.- 1.00 CM + 1.00 CV - 0.126 EQx COMB13

14.- 1.00 CM + 1.00 CV + 0.126 EQy COMB14

15.- 1.00 CM + 1.00 CV - 0.126 EQy COMB15

16.- 1.00 CM + 0.126 EQx COMB16

17.- 1.00 CM - 0.126 EQx COMB17

18.- 1.00 CM + 0.126 EQy COMB18

19.- 1.00 CM - 0.126 EQy COMB19

20.- Envciment COMB20

En donde:

CM: Carga muerta, la cual incluye el peso propio de los elementos

CV: Carga Viva

EQx: Sismo en la dirección X

EQy: Sismo en la dirección Y

Envdiseño: Envolvente crítica de diseño de los elementos estructurales.

Envciment: Envolvente crítica de diseño de la cimentación

Para el diseño de los elementos estructurales metálicos de la cubierta:


1.- 1.40 CM DSTL1

2.- 1.20 CM + 0.50 Lr DSTL2

3.- 1.20 CM + 1.60 Lr + 0.80 W DSTL3

4.- 1.20 CM + 1.60 Lr - 0.80 W DSTL4

5.- 1.20 CM + 0.50 Lr + 1.30 W DSTL5

6.- 1.20 CM + 0.50 Lr - 1.30 W DSTL6

7.- 0.90 CM + 1.30 W DSTL7

8.- 0.90 CM - 1.30 W DSTL8

9.- 1.20 CM + 0.18 EQx DSTL9

10.- 1.20 CM - 0.18 EQx DSTL10

11.- 1.20 CM + 0.18 EQy DSTL11

12.- 1.20 CM - 0.18 EQy DSTL12

13.- 0.90 CM + 0.18 EQx DSTL13

14.- 0.90 CM - 0.18 EQx DSTL14


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15.- 0.90 CM + 0.18 EQy DSTL15

16.- 0.90 CM - 0.18 EQy DSTL16

En donde:

CM: Carga muerta, la cual incluye el peso propio de los elementos

Lr : Carga Viva sobre la cubierta

W : Carga de viento

EQx: Sismo en la dirección X

EQy: Sismo en la dirección Y

DISEÑO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES

A partir de los resultados ajustados y chequeados del análisis, se aplican las cargas correspondientes

teniendo en cuenta las combinaciones de carga para las envolventes máximas, se procede con la resolución

de toda la estructura obteniendo los siguientes resultados: desplazamientos y giros en los nudos, fuerzas

axiales, cortantes y momentos en los miembros y reacciones y momentos en los Apoyos para el

correspondiente diseño.

Se diseñan los elementos estructurales utilizando el Método de la Resistencia Última, de conformidad con

lo establecido en el capítulo C de la norma NSR-98, aplicada para concreto reforzado. Para el grado

especial de disipación de energía (DES) se utiliza de manera especial el capítulo C-21.

CIMENTACION

Parámetros del Estudio Geotécnico:

Sistema de cimentación: Pilas de concreto reforzado amarradas por medio de Vigas de rigidez o de amarre

a nivel de cimentación.

Nivel freático: 1.10 m, que debido al cambio de mareas puede llegar hasta la superfície.

La estructura de cimentación se diseña según los parámetros dados en el Estudio Geotécnico realizado por

la firma Ingeniería de Suelos y Cimentaciones Ltda.

El diseño de todos los elementos de cimentación se realizan utilizando el Método de la Resistencia Última,

de conformidad con lo establecido en el Código NSR-98.


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ESPECIFICACIONES DE MATERIALES

Los materiales con los cuales se realiza el presente estudio y deben corresponder a los que se

utilizarán en la construcción de la obra son:

CIMENTACIÓN Y ESTRUCTURA EN CONCRETO REFORZADO:

Concretos:

De limpieza: fć = 140 kg/cm2

Columnas, vigas de carga y de amarre, viguetas, losas,

escaleras: fć = 210 kg/c m2

Concretos impermeabilizados:

Pilas, vigas de amarre en cimentación y zapatas fć = 210 kg/cm2

Refuerzo:

Ø > = 3/8” Fy = 4.200 kg/cm2

Ø < 3/8” Fy = 4.200 kg/cm2

Mampostería:

Muros en ladrillo hueco.

ESTRUCTURA METÁLICA PARA CUBIERTA:

Acero estructural A36 con Fy=23.30 Kg/cm2 para perfiles en “C” y angulares y las varillas

roscadas.

A325 para tornillos o pernos de uniones y anclajes.

E-60 d=1/8” para soldaduras.


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CRITERIO DE DISEÑO

De acuerdo con las NORMAS COLOMBIANAS DE DISEÑO Y CONSTRUCCION SISMO RESISTENTE,

NSR – 98, la estructura aquí diseñada, es capaz de resistir, además de las fuerzas que le impone su uso,

los temblores pequeños o de poca intensidad sin daño, temblores moderados sin daño estructural, pero

posiblemente con algún daño en los elementos no estructurales, y un temblor fuerte con daños a elementos

estructurales y no estructurales pero sin colapso de la estructura, con un riesgo mínimo de la pérdida de

vidas humanas.

NORMAS DE DISEÑO Y CONSTRUCCION

El presente estudio, se realiza de acuerdo con las Normas contenidas en la Ley 400 de 1997 y el Decreto

33 de 1998 o NORMAS COLOMBIANAS DE DISEÑO Y CONSTRUCCION SISMO RESISTENTE, NSR –

98.

El cuidado tanto en el diseño como en la construcción y la interventoría, son fundamentales para que la

estructura sea Sismo Resistente.

El estudio estructural está constituido por las presentes MEMORIAS DE CALCULO Y PLANOS

ESTRUCTURALES que se acompañan, los cuales contienen toda la información sobre los materiales a

utilizar, secciones, tamaño y localización de todos los elementos estructurales con sus dimensiones y

refuerzo.

Si por alguna circunstancia existe alguna variación en ellos, que impliquen modificaciones al proyecto

estructural, se deberá hacer conocer al suscrito para estudiar su incidencia y definir la solución más

adecuada.


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EVALUACIÓN DE LAS CARGAS DE VIENTO Localización................................................................................................................................................... Tumaco - Nariño

Altura máxima de la cubierta Tipo ......................................................................................................... H = 12,31 m

Inclinación de la cubierta Tipo .………………………………………………………………………………………………………….

3,44 º

Velocidad del viento básico

Figura B.6.5.1

Región ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 1

Velocidad del viento básico…………………………………………………………………………………………………………………. V = 60,00 Km/h

Coeficientes de velocidad del viento

Coeficientes de topografía (S1) - Tabla B.6.5-1 …………………………………………………………………………….. S1 = 1,00

Coeficientes de rugosidad del terreno, del tamaño del edificio y de altura (S2)

Rugosidad 1

Clase A

Tabla B.6.5-

2…………………………………………………………………………………………………………………………………………........................… S2 = 1,03

Coeficientes de seguridad y vida útil (S3)

Grupo de uso II ……………………………………………………………………………………………………………………………………. S3 = 1,05

Velocidad del viento de diseño (Vs)

Vs = V x S1 x S2 x S3 …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. Vs = 64,89 Km/h

Coeficiente de variación de densidad del aire (S4) Tabla B.6.6

Altitud = 0 m …………………………………………………………………………………………………………………………………...……. S4 = 1,00

Presión dinámica (q)

q = 0.000048 x Vs x S4 , ( q en Kn/m2 y Vs en kph)…………………………………………………………………………………………………..……… q = 0,20 KN/m2

Según la tabla B.6.4-1 ………………………………………………………………………………………………………………………… q = 0,22 KN/m2

q diseño= 0,22 KN/m2

Coeficiente de presión (Cp)

Tabla B.6.7-7a

Global

Cp = 0,30 ó -1,20

Presión del viento (P)

P = Cp x q ……………………………Pmax = 6.60 Kg/m2 en compresión

Pmin = -26.40 Kg/m2 en succión


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EVALUACIÓN DE CARGAS DE CUBIERTA

Cubierta Arquitectónica galvanizada TZA - 0,73 Cal 22

A.- CARGA MUERTA :

Cub. Arquitectónica galvanizada TZA-0,73 Cal 22 = 6,9

Peso propio de la correa metálica lo calcula el programa = -

Total Carga Muerta = 6,9 Kg/m2

B.- CARGA VIVA

Carga viva, P < 20%

= 50,0

Impacto 30% CV no

= -

Sobrecarga

Total Carga Viva

= 50,0 Kg/m2

C CARGA DE VIENTO

Compresión + 6,6

=

Succión - 26,4

= 26,4

Total de Viento

= 26,4 Kg/m2

D CARGA DE SERVICIO :

Q = CM + CV + W = 83,3 Kg/m2

NOTA: En el diseño de las correas se tomará la mayor carga de viento más desfavorable, es decir en

compresión, y la succión se tendrá en cuenta en los amarres de las tejas.


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DISEÑO DE LA CORREA TIPO


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DISEÑO DE LA CERCHA TIPO

Carga Muerta en Kg

15

0.0

0

15

0.0

0

15

0.0

0

15

0.0

0

15

0.0

0

15

0.0

0

75

.00

X

Z


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Carga Viva en Kg

59

4.0

0

59

4.0

0

59

4.0

0

59

4.0

0

59

4.0

0

59

4.0

0

29

7.0

0

X

Z

Carga de Viento en Kg

31

4.0

0

31

4.0

0

31

4.0

0

31

4.0

0

31

4.0

0

31

4.0

0

15

7.0

0

X

Z


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Reacciones en los apoyos: Kg

Rz=5035.27

Ry=4.576E-05

Rx=28203.53

Rz=5229.20

Ry=0.57

Rx=-2264.43

Axiales en los elementos: Kg

-30

.47

4.2

3-2

4.3

3

3.4

0-1

8.3

9

2.5

9-1

2.6

2

1.7

9-7

.12

1.0

2-2

.56

0.3

9

- 3. 3

6

24

.00

- 2. 5

5

18

.15

- 1. 7

6

12

.46

- 1. 0

1

7.0

6- 0

. 39

2.6

0- 0

. 03

0.1

47.4

0

-1.0

0

-5.22

0.766.7

6

-0.9

3

-4.42

0.666.2

6

-0.8

7

-3.63

0.565.6

9

-0.7

9

-2.74

0.434.5

2

-0.6

3

-1.84

0.312.3

9

-0. 3

5-0.70

0.13


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Perfiles escogidos:

CINF

CINF

CINF

CINF

CINF

CINFCSUP

CSUPCSUP

CSUPCSUP

CSUP

DG

1

VE

RT

1

DG1

VE

RT

1

DG2

VE

RT

2 DG2

VE

RT

2 DG3

VE

RT

3 DG3

VE

RT

3

Cordón Superior: 2 L 2 ½ ” x 5/16”

Cordón Inferior: 2 L 4 ” x 5/16”

Vertical Tipo1 : 2 L 2 ½ ” x ¼”

Vertical Tipo2 : 2 L 2 ½ ” x ¼”

Vertical Tipo3 : 2 L 2 ½ ” x 5/16”

Diagonal Tipo1 : 2 L 2 ” x ¼”

Diagonal Tipo2 : 2 L 1 ½ ” x 3/16”

Diagonal Tipo3 : 2 L 1 ½” x ⅛”


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DISEÑO DE LA LONGITUD DE SOLDADURA

1.- DATOS INICIALES

Electrodo E 60

Diámetro del electrodo = d = 1/8"

fs = 9.60 Kg/mm2

As = Long de soldadura x d x √2

2

f = P / A Por lo tanto:

As = P / f

Longitud de soldadura =

2P

d x f x √2

Como el axial que arrojan los resultados del análisis corresponde a dos angulares, entonces la expresión será:


2 (P/2)

d x f x √2


P

(1/8")x 25.4 mm x 9.60 Kg/mm2 x √2

Longitud de soldadura = 0.0232 x P mm

Con esta expresión se calcularon todas las longitudes de soldaduras de los angulares de las cerchas, tal y como

se consignaron en los planos, además de que las cargas se centraron.


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DISEÑO DE LOS APOYOS DE LA CERCHA

1.- DATOS INICIALES

P actuante máxima = 30468 Kg que se presenta en la cercha tipo

Tornillo A325 Grado 5 de ø1"

Para corte sencillo tenemos que:

Vtornillo ø 1" = 16.50 Kips= 7484.40 Kg

Vu tornillo ø 1" = 5346 Kg

n = 9.7 Tornillos

n = 10 Tornillos


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DISEÑO DE UNIONES PERNADAS O ATORNILLADAS

A. CORDON INFERIOR

1.- DATOS INICIALES

Fy = 23.20 Kg/mm2= 33.00 KSI

Fu = 40.78 Kg/mm2= 58.00 KSI

P actuante máxima = 13200.0 Kg

3 Tornillos A325 Grado 5 de ø 5/8 con rosca en el plano de corte

Placas a unir = 3

Nº supf de corte = 2

2.- ESFUERZO NOMINAL EN LOS TORNILLOS

fv = 11.11 < = 14.80 Kg/mm2

Ok

3.- ESFUERZO CORTANTE

Para corte doble tenemos que

Vtorn 5/8 = 12.90 Kips = 5851.44 Kg

Vutorn 5/8 = 5851.4 Kg

n total= 2.3 Tornillos

n total= 3.0 Tornillos

n ancho= 1 Tornillos a lo ancho de la platina

4.- ESFUERZO DE APLASTAMIENTO

f p = P / A < = Fp = 1.5 Fu = 87 KSI = 61.17 Kg/mm2

P / A < = Ft = 0.5 Fu =

a ) Entre los pernos y angulares 4 x 5/16

2 L 5/16


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A p = 1.17 pulg2 = 756.047 mm2

f p =

13200 Kg = 17.46 Kg/mm2 < 61.17 Kg/mm2

Ok

756.05 Kg/mm2

b ) Entre los pernos y la platina 4 x 5/16

1 PL 5/16

A p = 0.59 pulg2 = 378.023 mm2

f p =

13200 Kg = 34.92 Kg/mm2 < 61.17 Kg/mm2

Ok

378.02 Kg/mm2

5.- ESFUERZO DE TENSION

f t = P / A < = Ft = 0.5 Fu = 29 KSI = 20.39 Kg/mm2

a ) Angulares

2 L 4 x 5/16

An = 2.03 pulg2 = 1310.48 mm2

f t =

13200 Kg = 10.07 Kg/mm2 < 20.39 Kg/mm2

Ok

1310.5 mm2

b ) Platina

1 PL 4 x 5/16

An = 1.02 pulg2 = 655.24 mm2

f t =

13200 Kg = 20.15 Kg/mm2 < 20.39 Kg/mm2

Ok

655.2 mm2

memoria de calculo-01

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