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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA UNIDAD PROFESIONAL TECAMACHALCO

SEMINARIO DE TITULACION: “METODOS DE ANALISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS, ASISTIDO POR

COMPUTADORA”

MEXICO, D.F., SEPTIEMBRE 2015

“ANALISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL DE TIENDA DE AUTOSERVICIO EN

SANTA CATARINA, NUEVO LEON”

TESINA QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:

INGENIERO ARQUITECTO

PRESENTA:

ANTONIO MARTINEZ ROSALES

REVISÓ:

OSCAR BONILLA MANTEROLA

ANALISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL DE TIENDA DE AUTOSERVICIO EN SANTA CATARINA, NUEVO LEON

pág. 2

CONTENIDO

1. DESCRIPCION DEL PROYECTO ARQUITECTONICO 3 1.1 LOCALIZACION 4 1.2 DESCRIPCION ARQUITECTONICA 6 1.3 PLANOS GENERALES DE PROYECTO 8

2. SISTEMAS CONSTRUCTIVOS 12

2.1 SISTEMAS CONSTRUCTIVOS EN CUBIERTA 13 2.2 SISTEMAS CONSTRUCTIVOS EN MUROS 20

3. VALORES PARA EL DISEÑO ESTRUCTURAL 21

3.1 CLASIFICACION DE LA ESTRUCTURA SEGÚN SU DESTINO 22 3.2 CLASIFICACION DE LA CONSTRUCCION SEGÚN SU ESTRUCTURACION 22 3.3 CLASIFICACION POR SU UBICACIÓN GEOGRAFICA 23 3.4 COEFICIENTE SISMICO 24 3.5 FACTOR DE COMPORTAMIENTO SISMICO 25 3.6 MATERIALES A EMPLEAR Y SUS CARACTERISTICAS 26 3.7 REGLAMENTOS, CÓDIGOS Y MANUALES 27

4. DISEÑO ESTRUCTURAL 28

4.1 CARGAS DE DISEÑO 29 4.2 ANALISIS DE CARGAS 29 4.3 PREDIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS 38 4.4 GEOMETRIA 40 4.5 PROPIEDADES 41 4.6 GRUPOS Y CARGAS 44

5. ANALISIS 47

6. DISEÑO 52

6.1 PARAMETROS, AREAS A DISEÑAR 53 6.2 COLUMNAS 54 6.3 VIGAS 56 6.4 ARMADURAS 57 6.5 CONTRAVENTEOS 59 6.6 ZAPATAS AISLADAS 61 6.7 DADOS DE CIMENTACION 67


pág. 3

DESCRIPCION DEL

PROYECTO ARQUITECTONICO


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1.1- LOCALIZACION

El edificio se encuentra en un predio de carácter industrial cerca del área urbana, en el Boulevard

Díaz Ordaz No. 339, en la colonia Los Treviño, en el municipio de Santa Catarina, Nuevo León.

Ubicación del estado de Nuevo León en la República Mexicana

Ubicación del municipio de Santa Catarina en el estado de Nuevo León


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MONTERREY SALTILLO

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RodeoLa HaciendaHuerta

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SITIO

Más del 80% del municipio es ocupado por la Sierra Madre Oriental y gran parte del Parque Nacional Cumbres de Monterrey

Ubicación del predio en el municipio de Santa Catarina La tienda se genera en un lugar cuyas adyacencias son las áreas industriales, urbanas y de gran

transición vehicular debido al gran número de habitantes y por la importancia de la carretera ya que comunica a Monterrey y Saltillo.

https://es.wikipedia.org/wiki/Sierra_Madre_Oriental


pág. 6

1.2- DESCRIPCION ARQUITECTONICA

Es un edificio destinado al comercio de autoservicio al mayoreo y menudeo de abarrotes,

electrónica, electrodomésticos, vinos y licores, ropa, farmacia, congelados, carnes, panadería, repostería, herramientas, artículos para el hogar y papelería; además de contar con una área de comida rápida y postres.

Dichos servicios son la mayor demanda de esta zona urbana, porque cuentan con pocas tiendas de esta magnitud, la más cercana hacia el sur se encuentra hasta monterrey o en el lado Norte el más próximo se encuentra hasta Saltillo.

El edificio consta de 5 cuerpos de las cuales solo uno es la nave principal y el resto son

edificaciones secundarias que dan servicio a la nave principal:

1 Nave de piso de ventas (la cual se realizara el análisis)

2 Cafetería

3 Recibo

4 Planta de emergencia

5 Casa de bombas

PLANTA DE CONJUNTO

Está conformado en una sola planta, en una nave industrial, con desniveles entre cuerpos adyacentes no mayor a 1.50 m. Las dimensiones de la nave principal son:

Largo 108.56 m x 76.70 m de ancho

Dando un área de 8,326.55 m2

Cuenta con una altura libre en su interior de 6.30 m en la parte más baja y

8.20 m en la parte más alta.

15

04

12

32

NUEVO LEONSANTA CATARINA

2

EDIFICIO

1

3 3

4

5


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El acceso se encuentra en el lado Este, y habrá que pasar por el área de cafetería de acuerdo al proyecto, dentro de la nave principal se encuentra una estructura independiente a base de marcos de acero denominado “mezzanine” que concentra los siguientes espacios:

Oficinas

Sala de juntas

Sanitarios del personal

Atención a clientes

Ventas por internet

Sanitarios clientes

Cuarto de tableros eléctricos de media y baja tensión

Comedor

Farmacia

La nave principal se divide de la siguiente forma, sin el uso de muros, solo por ubicación de departamentos:

Kiosco de facturación

Zona de cajas

Mezzanine

Piso de ventas

Panadería

Rosticería

Servicio de carnes

Frutas y verduras

Sala de capacitación

Mantenimiento

Área de compactadora de cartón

Tableros eléctricos de baja tensión

Pasillos de servicios

Isla de Deli

Isla de Congelados

Tren de cámara de refrigeración

Tren de cámara de congelación

Salida a recibo. Por la ubicación en la región en la que se encuentra el edificio, será necesario la colocación de

unidades tipo paquete en la techumbre para controlar la temperatura de la tienda, contara con domos para aprovechar la mayor entrada de luz natural; como el edificio es considerado “bodega” contara con un sistema de protección contra incendios por medio de rociadores automáticos además de contar con hidrantes y extintores de acuerdo a protección civil, cuenta con 7 salidas de emergencia, la alimentación eléctrica será proveída desde otro edificio, contara con una planta de tratamiento prefabricada de aguas residuales para su rehúso en áreas verdes y para sanitarios, cuenta además con un patio de maniobras de tráileres, y estacionamiento para clientes y para el personal.


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1.3- PLANOS GENERALES DE PROYECTO

A continuación se indican los planos arquitectónicos generales y las áreas que se analizaran

PLANTA ARQUITECTONICA GENERAL

FACHADA PRINCIPAL

FACHADA POSTERIOR

12 TIENDA

AUTOSERVICIO

NAVE PRINCIPAL A DISEÑAR


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FACHADA LATERAL 1

FACHADA LATERAL 2


pág. 10

CORTE TRANSVERSAL 1

CORTE TRANSVERSAL 2

PLANTA DE TECHOS


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CORTE LONGITUDINAL 1

CORTE LONGITUDINAL 2


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2.- SISTEMAS CONSTRUCTIVOS


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2.1- SISTEMA CONSTRUCTIVO EN CUBIERTA

DEFINICIÓN Son elementos que, combinados con la estructura metálica o los largueros de acero, componen la techumbre o cubierta del edificio, formando elementos resistentes y de protección contra los fenómenos meteorológicos MATERIALES:

CUBIERTA o Lámina metálica, tipo KR-18, calibre 24, acero GR 33, recubrimiento 45% cinc / 55%

aluminio (zintro-alum), acorde con la norma ASTM 653.

ACCESORIOS DE FIJACION EN CUBIERTA (Todos los elementos metálicos de fijación deben ser galvanizados)

o 1. Clips fijos o 2. Clips móviles o 3. Pijas o 4. Pasadores tipo espiga o 5. Tornillos auto taladrantes con arandelas de neopreno o 6. Sellador de caucho butílico (sólo en zona de tornillos colocados en traslapes de o láminas) o 7. Closure (espuma de poliuretano) o 8. Caballete para cumbrera, calibre 24.

PREPARACIÓN DE LA SUPERFICIE

o Antes de la colocación del equipo de rolado sobre los elementos de la estructura se deberá reforzar las zonas donde se coloque el equipo de rolado.

o Antes de la colocación del aislamiento térmico, rígido o flexible según aplique el caso, la estructura deberá encontrarse libre de impurezas, desperdicios de material, quemaduras de soldadura, humedad en cualquier zona y de cualquier agente externo que pueda degradar el aislamiento.

o El aislamiento se instalará directamente sobre el sistema estructural de cubierta, toda vez que se encuentren terminados los trabajos de montaje, alineado y nivelado de la estructura principal.

o La colocación de clips de fijación de la cubierta laminada deberá realizarse después de haber colocado el aislamiento sobre el área de la vertiente. Los clips deberán alinearse conforme dicte el ancho de los paneles de la cubierta al momento de presentar la pieza en la estructura.

o Las zonas de remates de cubierta deberán de encontrarse libres de cualquier inconveniente previo a la instalación, así como también los preparativos para flashings en muros (parapetos, paneles de concreto), ranuras, etc. Es importante que estén listos y libres al momento de colocar la cubierta y sus accesorios.


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o Previo a las actividades de rolado en el sitio de los paneles metálicos, se deberá de reforzar los elementos de soporte de la estructura antes de colocar el equipo de rolado de manera que se eviten deformaciones o daños permanentes en los elementos de soporte de los paneles metálicos que afecten el desempeño del sistema de cubierta.

Al momento de realizar el rolado de las piezas de cubierta se deberá de asegurar, tanto como sea posible, el alineamiento y nivelación del equipo de rolado de manera que se eviten deflexiones excesivas en las piezas roladas.


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ALGUNOS DATOS TECNICOS DE LA LÁMINA

LUCERNARIOS TRASLÚCIDOS DE DOMOS TRAGALUCES PRISMÁTICOS

Tragaluces prismáticos

• Descripción o Tragaluces prismáticos de acrílico tipo arco cañón modelo 800MD con medidas internas

de 1.84m x 1.54m y externas de 1.92m x 1.62m. Fabricado para instalación inmediata. o Estos tragaluces poseen una doble capa de acrílico, la capa transparente es un acrílico

tipo SR50-I y la capa blanca es un acrílico tipo CC2. o Los marcos del tragaluz están fabricados con aluminio tipo 6063 T5, de acuerdo a los

estándares de construcción; cuentan con un aislante térmico de PVC para evitar que cualquier parte del marco metálico quede expuesto hacia el interior de la tienda.

o Las esquinas del marco están herméticamente soldadas y las hojas de acrílico están separadas del marco de aluminio mediante un sello de silicona.

o Para la sujeción de los tragaluces se utilizarán tornillos galvanizados tipo SMS del No. 12x2” colocados a cada 30cm.


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• Instalación o Para la instalación de los tragaluces se requiere de un pretil-soporte que es un brocal de

lámina tipo Pintro en color blanco calibre 22. o La base del brocal podrá sufrir modificaciones según el tipo y la posición de la techumbre

donde será sujetado, es decir, la base podrá ser lisa cuando la techumbre posea una superficie lisa o podrá ser engargolada cuando se fije a una lámina tipo KR-18, por ejemplo.

o En la sección del tragaluz opuesta a la pendiente de la techumbre, deberá colocarse un desviador de agua, justo en la unión entre la base del brocal y el lecho alto de la techumbre.

o En el interior del tragaluz, deberá colocarse un contramarco de lámina Pintro, color blanco, calibre 22 sujeto a la parte interior del brocal para impedir la visibilidad del corte de la techumbre desde el interior del tragaluz.

o Las uniones derivadas de la colocación del domo deberán sellarse de acuerdo a las indicaciones del proveedor.

De acuerdo al fabricante, el peso es de 95 kg/pieza con los refuerzos necesarios.


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PROTECCION TERMICA

Se define como: los elementos que permiten proteger el inmueble de los cambios climáticos (frío / calor) y que mantienen el interior del mismo a una temperatura adecuada. Para este caso, se utilizara aislamiento flexible por ser una zona semiseca, de clima templado, extremoso y con poca presencia de humedad: aislamiento de fibra de vidrio con barrera de vapor de polipropileno reforzado de 25 micras de pulgadas de espesor.


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SELECCIÓN DEL ESPESOR DEL AISLAMIENTO De acuerdo a las condiciones climáticas del lugar y a las recomendaciones del fabricante, se usara fibra de vidrio flexible con un espesor de 4”, que cubre un factor “R” de 13, necesarias para conservar el ambiente dentro de la nave. El peso de este material es de 0 .60 kg/m2


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ALGUNAS NOTAS PARA LAS FABRICACIONES METALICAS MATERIALES QUE DEBERAN UTILIZARSE PARA ESTA CONSTRUCCION a) Láminas de acero y perfiles: ASTM A36 b) Pernos, tuercas y arandelas (rondanas): ASTM A325 y ASTM A307. c) Acero rolado en frío: ASTM A366, clase I, terminación mate. d) Lámina de acero rolado en frío: ASTM A570. e) Lámina galvanizada:

1. Estructural: ASTM A466, G90. 2. Lámina galvanizada: ASTM A591, clase C.

f) Tubo de acero: ASTM A500, grado A y B. g) Tubería de acero: ASTM A53. h) Materiales para soldadura: AWS D1.1 y AWS D1.3 del tipo requerido para los materiales que se soldarán. i) Pinturas primarias: El color debe igualar a la pintura base usada en techos metálicos y viguetas y debe igualar también al elemento estructural que se esté retocando.

o Aplicación en taller y retoque en la obra: o Pintura primer para retoque de Superficies Galvanizadas: la línea de pintura primer elegida

debe cumplir con la norma ASTM A780. o Para la estructura que esté en exterior de tienda, que comprende estacionamiento en

sótano, andador peatonal, techumbre de carritos, techumbre de fast food, subestación, etc. Deberá utilizarse el primer mastique epóxico catalizado B58WJ01 con espesor de 0.006” y acabado acrílico poliacril, línea F64-V66VJ38 con espesor de 0.003” en dos capas. C

j) Anclajes en concreto: Pernos, arandelas y cuñas maleables o de acero fundido o forjado; galvanizado.


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2.2- SISTEMA CONSTRUCTIVO EN MUROS

ECONOMURO EN FACHADAS En la periferia de la nave estará constituido en primera instancia por block de concreto, de 20x20x40, la cual cubrirá la limitante hasta una altura de 4.20 m sobre el N.P.T., a partir de esta altura y hasta la parte inferior de la techumbre será cubierta por una fachada ligera a base de panel aislante para muros prefabricados compuesto por un núcleo de espuma rígida de poliuretano, una cara de acero Pintro y una cara interior de laminación de panel plastificado color blanco con malla de refuerzo, denominado “economuro”, para este caso y de acuerdo al clima de Santa Catarina, se ha optado por uno de un espesor de 2”, la cual tiene un peso aproximado de 6.41 kg/m2 de acuerdo a la información técnica del fabricante.


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3.- VALORES PARA EL DISEÑO

ESTRUCTURAL


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3.1- CLASIFICACION DE LA ESTRUCTURA SEGÚN SU DESTINO

TIPO DE ESTRUCTURA DE ACUERDO AL R.C.D.F. Grupo B: Estructuras en que se requiere un grado de seguridad convencional. Construcciones cuya falla estructural ocasionaría pérdidas moderadas o pondría en peligro otras construcciones de este grupo o del grupo A, tales como naves industriales, locales comerciales, estructuras comunes destinadas a vivienda u oficinas, salas de espectáculos, hoteles, depósitos y estructuras urbanas o industriales no incluidas en el grupo A, así como muros de retención, bodegas ordinarias y bardas. También se incluyen todas aquellas estructuras de plantas de generación de energía eléctrica que en caso de fallar por temblor no paralizarían el funcionamiento de la planta. Las que se subdividen en: a) Subgrupo B1: Edificaciones de más de 30 m de altura o con más de 6,000 m2 de área total construida, ubicadas en las zonas I y II a que se aluden en el artículo 170 de este Reglamento, y construcciones de más de 15 m de altura o más de 3,000 m2 de área total construida, en zona III; en ambos casos las áreas se refieren a un solo cuerpo de edificio que cuente con medios propios de desalojo: acceso y escaleras, incluyendo las áreas de anexos, como pueden ser los propios cuerpos de escaleras. El área de un cuerpo que no cuente con medios propios de desalojo se adicionará a la de aquel otro a través del cual se desaloje; b) Edificios que tengan locales de reunión que puedan alojar más de 200 personas, templos, salas de espectáculos, así como anuncios autosoportados, anuncios de azotea y estaciones repetidoras de comunicación celular y/o inalámbrica, y c) Subgrupo B2: Las demás de este grupo.

3.2-CLASIFICACION DE LA CONSTRUCCION SEGÚN SU

ESTRUCTURACION

TIPO 1: Estructuras de edificios: Estructuras comunes tales como edificios urbanos, naves industriales típicas, salas de espectáculos y estructuras semejantes, en que las fuerzas laterales se resisten en cada nivel por marcos continuos contraventeados o no, por diafragmas o muros o por la combinación de estos.


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3.3- CLASIFICACION POR SU UBICACIÓN GEOGRAFICA

TIPO DE TERRENO

El terreno es tipo I al encontrarse cerca de lomas, cerca de la sierra madre Oriental Terreno tipo I Roca compacta, suelo cementado o granular muy denso. De acuerdo al proyecto y levantamiento para el mismo, el terreno tiene una resistencia de 12 ton/m2 Velocidad de propagación de las ondas elásticas transversales o de cizalla, vS > 750 m/s.

ZONA SISMICA De acuerdo a la geografía, y a datos sísmicos del Servicio Meteorólogo Nacional se indica lo siguiente:

EL PROYECTO SE ENCUENTRA EN LA ZONA SISMICA “A”


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De acuerdo a la gráfica de “Riesgo Sísmico”, en Nuevo León existe una mayor tendencia a que se presenten sismos

con intensidad mayor o cercana a 5.0

3.4- COEFICIENTE SISMICO

COEFICIENTE SISMICO DEL MANUAL DE DISEÑO SÍSMICO DE LA CFE (CFE) 3.1.3.1 Diseño óptimo De acuerdo con el criterio descrito por Esteva (1970), se considera que un coeficiente de diseño es óptimo si minimiza la suma de los costos esperados de la decisión de usar precisamente ese valor de diseño. Los costos esperados se forman con dos componentes: el costo inicial, que crece con el valor adoptado para diseño, y el costo, actualizado a valor presente, de todas las pérdidas por sismo que puedan ocurrir en el futuro. (CFE) 3.1.3.1.4 Coeficientes óptimos para estructuras del grupo B Se supondrá que para estructuras de periodo corto (< 0.3 s), en terreno rocoso, el nivel de la meseta del espectro para zona D del MDOC-DS93 conduce a diseño óptimo en la costa del Pacífico. Puede apreciarse que la resistencia a la que se refiere el modelo simplificado para el valor presente de la esperanza de las pérdidas por sismo es la resistencia real, mientras que las ordenadas del espectro del MDOC-DS93 están reducidas por el efecto de la sobrerresistencia. Por esta razón, es necesario convertir estos espectros a resistencias reales. Para esto, se ha utilizado un factor de sobrerresistencia de 2, que es razonable para un grupo amplio de estructuras. En vista de esto, la resistencia real implícita en la meseta


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del espectro de zona D del MDOC-DS93 es c = 0.5 × 2 = 1. Con estas adopciones y utilizando la sismicidad de un punto representativo de la costa del Pacífico (el sitio seleccionado fue Acapulco y la ordenada espectral se midió en Te = 0.3 s) y el valor de SL = 12 usado en el MDOC-DS93 (Ordaz et al, 1989), se determinó con qué valores de K y α (ver ecuación 1.10) se llega a la conclusión de que el valor de c = 1 es óptimo en ese sitio. Se procedió por iteraciones, llegando a los siguientes valores: K = 1.6 y α = 2, que no son muy diferentes a los adoptados por Ordaz et al, (1989) para la determinación de espectros de diseño en el MDOC-DS93. Una vez determinados los valores de K y α, se determinaron los valores de los coeficientes óptimos en el resto del país PARA LA ZONA DE SANTA CATARINA SE TOMA EL COEFICIENTE SISMICO DE 0.30g DE ACUERDO AL MANUAL DE CFE AL ENCONTRARSE CON UNA INTENSIDAD MAYOR O CERCANA A 5.0

3.5- FACTOR DE COMPORTAMIENTO SISMICO

Sección 5.3 de las N.T.C. FACTOR DE COMPORTAMIENTO SISMICO (Q)

(N.T.C.) 5.3 Requisitos para Q=2 Se usará Q=2 cuando la resistencia a fuerzas laterales es suministrada por losas planas con columnas de acero o de concreto reforzado, por marcos de acero con ductilidad reducida o provistos de contraventeo con ductilidad normal, o de concreto reforzado que no cumplan con los requisitos para ser considerados dúctiles, o muros de concreto reforzado, de placa de acero o compuestos de acero y concreto, que no cumplen en algún entrepiso lo especificado por las secciones 5.1 y 5.2 de este Capítulo, o por muros de mampostería de piezas macizas confinados por castillos, dalas, columnas o trabes de concreto reforzado o de acero que satisfacen los requisitos de las Normas correspondientes. También se usará Q=2 cuando la resistencia es suministrada por elementos de concreto prefabricado o presforzado, con las excepciones que sobre el particular marcan las Normas correspondientes, o cuando se trate de estructuras de madera con las características que se indican en las Normas respectivas, o de algunas estructuras de acero que se indican en las Normas correspondientes.


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3.6- MATERIALES A EMPLEAR Y SUS CARACTERISTICAS

EL ACERO ESTRUCTURAL CUMPLIRÁ CON LOS SIGUIENTES REQUISITOS

o PERFILES IR & TR: 2530 Kg/cm2. A36 o ÁNGULOS PARA ARMADURAS: 2530 Kg/cm2. A36 o PERFILES TUBULARES (HSS): 2950 Kg/cm2. A572 Gr 42 o PERFILES DOBLADOS EN FRÍO (CF): 3515 Kg/cm2. A570 Gr 50 o ÁNGULOS PARA JOISTS: 3515 Kg/cm2. A572 Gr 50 o PLACAS DE CONEXIÓN: 2530 Kg/cm2. A36 o PERNOS DE ANCLAJE: 2530 Kg/cm2. A36/A307

PARA ALIGERAR LA ESTRUCTURA SE USARAN VIGUETAS PREFABRICADAS (JOIST) Se tomara de acuerdo a lo indicado por el fabricante: Joist de la serie K con un peralte de 20” (0.50 m) para cubiertas, de la cual necesitamos cubrir un claro de 12 m (40 ft), de acuerdo a la tabla con especificación LRFD será necesario utilizar joist 20K3, estos soportan una carga de 64 plf (libras por pie lineal) es decir 95.18 kg/m para el claro de 12 m

TABLA PARA SELECCIÓN DE VIGUETA


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3.7- REGLAMENTOS, CÓDIGOS Y MANUALES

REGLAMENTOS, CÓDIGOS Y MANUALES

o MANUAL DE CONSTRUCCIÓN EN ACERO, INSTITUTO MEXICANO DE LA CONSTRUCCIÓN EN ACERO A.C.

o NORMAS TÉCNICAS COMPLEMENTARIAS DEL REGLAMENTO DE CONSTRUCCIONES DISEÑO DE ESTRUCTURAS METÁLICAS

o MANUAL DE DISEÑO SÍSMICO DE LA CFE o STEEL JOIST INSTITUTE (SJI)


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4.- DISEÑO ESTRUCTURAL


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4.1 CARGAS DE DISEÑO

CARGAS VIVAS MAXIMAS

o CUBIERTA: 40 Kg/m² S > 5% (EN EL D. F.) 60 Kg/m² S > 5% (FUERA DEL D. F.)

CARGAS VIVAS DISEÑO POR SISMO

o CUBIERTA 20 Kg/m² S > 5% 70 Kg/m² S < 5%

DISEÑO POR SISMO QUE SE EMPLEARA PARA EL ANALISIS

o ZONA SISMICA: A o TERRENO TIPO: I o ESTRUCTURA GRUPO: B o COEFICIENTE SISMICO (C): 0.30 g o FACTOR DE COMPORTAMIENTO SISMICO (Q): 2

4.2 ANALISIS DE CARGAS

CARGAS UNIFORMEMENTE REPARTIDAS

El muro ligero estará fijada directamente a las columnas de la nave por medio de un bastidor, las cuales se analizaran para determinar la carga adicional, se tomara como una carga uniformemente repartida a lo largo de los ejes. El bastidor estará formado por un perfil “C” formado en frio (CF) de 203 x 10 en la sección horizontal y en la sección vertical: “IR” de 203 x 22.5, “LI” de 32 x 3 de 1.5 kg/m Se analizará un entre eje para determinar la carga por metro lineal.


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Análisis de fachadas laterales para determinar la carga por m

ANALISIS DE 3.55x12.06 M

ANALISIS DE BASTIDOR TOMANDO LA ALTURA DEL MURO DE 3.55 M POR UNA LONGITUD DE 12.06 M

PERFIL TIPO PERFIL PESO/M LONGITUD PZAS TOTAL PESO

203x10 CF 10.17 12.06 4 490.6008

203 x 22.5 IR 22.5 3.55 1 79.875

32 x 3 LI 1.5 3.34 4 20.04

TOTAL Kg 590.5158

PANEL AISLANTE “ECONOMURO”

LONGITUD ANCHO PESO/ M2 PZAS. TOTAL PESO (kg)

ECONOMURO 12.06 3.55 6.41 1 274.43

El total del peso de la fachada analiza es de: 590.5158 + 274.43 = 864.9458 kg Esta cantidad lo dividimos entre 12.06, que es el entre eje, para determinar la carga por metro lineal

864.9458 / 12.06 = 68.65 kg/m


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CARGAS CONCENTRADAS Para el caso de la fachada principal en los ejes 1-2, y 4-5, se tomara la distancia del entre-eje

ANALISIS DE BASTIDOR EN FACHADA PRINCIPAL EN LOS EJES 1-2, 4-5

PERFIL TIPO PERFIL

PESO/M LONGITUD PZAS TOTAL PESO

203x10 CF 10.17 17.01 5 864.96

203 x 22.5 IR 22.5 5.55 3 374.63

32 x 3 LI 1.5 5.34 5 40.05

TOTAL Kg 1,279.64

1,279.64/ 2

SECCIONES TOTAL Kg/ SECCION

639.82

639.82/2= 319.91 TOTAL KG / COLUMNA

319.9

La carga de la sección (enmarcada) es de 639.82 kg, la mitad de la carga de la sección es dirigida a la columna y la otra mitad de carga se dirige hacia el muro de block, por lo que cada columna será como sigue: La carga se reparte entre 2, 639.82/2 la cual cada una soportara un peso de: 319.9 kg, únicamente para los ejes 1,2, 4 y 5 dentro del eje A

CF 203x10

CF 203x10

CF 203x10

IR 2

03

x22

.5

IR 2

03

x22

.5

IR 2

03

x22

.5


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En la misma fachada principal, solo que para los ejes 2-4:

ANALISIS DE BASTIDOR EN FACHADA PRINCIPAL EN LOS EJES 2-4

PERFIL TIPO PERFIL


203x10 CF 10.17 42.67 6 2603.72

203 x 22.5 IR 22.5 6.55 5 736.88

32 x 3 LI 1.5 6.35 12 114.3

TOTAL Kg 3,454.9

4 SECCIONES (ENMARCADAS)

3,454.9 / 4= 863.725 KG

863.725 /2= 431.9

TOTAL Kg/ SECCION

431.9

CARGA POR COLUMNA

COLUMNAS 2, 4 SECCIONES 1 KG 431.9

COLUMNA 3 SECCIONES 2 KG 863.7

La mitad de la carga de cada sección será transmitida a la columna metálica, mientras que la otra mitad será dirigida hacia el muro de block Los ejes 2 y 4 cargan la mitad de una sección: 431.9 kg Mientras que el eje 3 cargara 2 mitades de sección: 863.7 kg Éstas serán las cargas que se utilizaran como puntuales para el análisis


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Fachada posterior para el eje 1 En la fachada posterior, el economuro se adapta a la forma trapezoidal, por lo cual se realiza una “bajada de cargas” para determinar dichas cargas por cada columna, y así agregarlo para los cálculos estructurales.

ANALISIS DE BASTIDOR EN FACHADA POSTERIOR PARA EL EJE 1

PERFIL TIPO PERFIL


203x10 CF 10.17 9.93 2 201.98

203x10 CF 10.17 9.95 2 202.38

203 x 22.5 IR 22.5 3.55 1 79.88

203 x 22.5 IR 22.5 4.05 0.5 45.56

32 x 3 LI 1.5 3.47+3.60+3.72= 10.79

1 16.19

TOTAL Kg ACERO

545.99

AREA ECONOMURO

(B+b)xh/2 6.41 (4.05+3.55)x10.44/2 = 39.67 m2

1 254.30

TOTAL PESO 800.29

800.29/2= 400.145

TOTAL KG EN COLUMNA

400.145

De la misma manera, la mitad de la carga del tablero será transmitida hacia la columna como carga puntual, y la otra mitad se dirigirá hacia el muro de block.


pág. 34

Fachada posterior para los ejes 2 y 4

ANALISIS DE BASTIDOR EN FACHADA POSTERIOR PARA LOS EJES 2 Y 4

PERFIL TIPO PERFIL


203x10 CF 10.17 19.17 3 584.88

203x10 CF 10.17 19.19 2 390.32

203 x 22.5 IR 22.5 4.05 0.5 45.56

203 x 22.5 IR 22.5 4.55 1 102.38

203 x 22.5 IR 22.5 5.05 0.5 56.81

32 x 3 LI 1.5 3.97+4.10+4.22+ 4.47+4.60+4.72= 26.08

1 39.12

TOTAL Kg ACERO

1219.07

1219.07/19.17= 63.59 TOTAL

AREA ECONOMURO

(B+b)xh/2 6.41 (5.05+4.05)x19.17/2 = 87.22 m2

1 559.08

TOTAL PESO 1,778.15

1,778.15/2= 889.075

TOTAL KG EN COLUMNA

889.075


pág. 35

La mitad de la carga del tablero será transmitida hacia las columnas como carga puntual, y la otra mitad se dirigirá hacia el muro de block. Y para el eje 3, tenemos:

ANALISIS DE BASTIDOR EN FACHADA POSTERIOR PARA EL EJE 3

PERFIL TIPO PERFIL


203x10 CF 10.17 18.52 3 565.05

203x10 CF 10.17 9.26 4 376.7

203 x 22.5 IR 22.5 5.05 1 113.63

203 x 22.5 IR 22.5 5.54 1 124.65

32 x 3 LI 1.5 4.96+5.09+5.21= 15.26

2 45.78

TOTAL Kg ACERO

1225.81

AREA ECONOMURO

(B+b)xh/2 6.41 (5.54+5.05)x9.28/2 = 49.14 m2

2 629.97

TOTAL PESO 1855.78

1855.78/2= 927.89

Total Kg EN COLUMNA

927.89

Al igual que en las demás columnas, la mitad de la carga del tablero será transmitida hacia el muro de block y la otra mitad hacia las columnas metálicas


pág. 36

UC-01UC-02

VE-01

VE-04

UC-03

VE-02

VE-03

VE-07

MCM

A B C D E F G H I M N O

1

2

4

5

J

3

L

K

TRIC

RESTRIC

525 349565 313565 565565 565

También hay equipos de aire acondicionado denominados “Unidades paquete” que se encuentran en diversos puntos de la cubierta, como sigue: Para fines prácticos y por los posibles cambios de equipos a futuro, se tomará el peso más alto de esta tabla: 0.565 Ton. Para insertarlos en el programa de análisis, se dividirá el peso del equipo entre 3, que es el número de “joist” que lo soportaran: 0.565/3 = 0.188 Ton


pág. 37

Ubicación de unidades paquete en azotea

CARGAS DE SERVICIO Lamina KR-18 calibre 24 5.93 kg/m2 Aislamiento térmico 0.60 kg/m2 Lucernarios 2.07 kg/m2 Instalaciones 25.0 kg/m2 Carga muerta: 33.6 kg/m2 Carga viva máxima 60.0 kg/m2 Carga viva: 93.6 kg/m2 Carga de servicio 93.6 kg/m2 CARGA POR SISMO: Carga muerta: 33.6 kg/m2 Cargas vivas diseño por sismo 20.0 kg/m2 Carga final por sismo 53.6 kg/m2


pág. 38

4.3.- PREDIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS

Se realiza el modelado de la estructura de acuerdo a los datos de proyecto, en el programa Staad.Pro Se utiliza armadura para aligerar el peso de la estructura ya que es necesario liberarse claros cercanos a los 20 m. Propuesta de armaduras con longitud de 19.89 m: Patines superior e inferior: sección “T” de 6x76 in x lb/ft Alma formada por 2 ángulos de lados iguales: 4”x4”x 7/16” Propuesta de columnas: Para los soportes internos de la nave, se proponen los siguientes Perfiles: HSS de 12”x12”x0.5”


pág. 39

Para las columnas perimetrales en dirección a la longitudinal de la nave, se proponen los siguientes perfiles: IPR de 27x102 Para la conexión entre columnas en el sentido longitudinal a la nave, se propone el siguiente perfil: Viga IPR de 16x36 Se utilizaran largueros de acero de alma abierta (joist) de designación de acuerdo a la tabla del fabricante, mismas que aparecen en el programa de Staad.Pro: Joist 20K3


pág. 40

4.4.- GEOMETRIA

Con la ayuda de “Open Structure Wizard” del programa Staad.Pro se realiza la geometría de la estructura principal de acuerdo a las dimensiones del proyecto arquitectónico

ISOMETRICO DE LA NAVE

VISTA TRANSVERSAL


pág. 41

4.5.- PROPIEDADES

Después de la geometría, a continuación se asignan propiedades a cada elemento, mismos que se habían determinado en el predimensionamiento, el resultado, lo siguiente:

ASIGNACION DE PROPIEDADES A ELEMENTOS DE LA GEOMETRIA

SE COLOCAN LOS SOPORTES


pág. 42

ISOMETRICO RENDERIZADO PARA UNA MEJOR VISUALIZACION DE LA ESTRUCTURA

VISTA EN UNA SECCION TRANSVERSAL


pág. 43

VISTA LATERAL DE LA NAVE

VISTA SUPERIOR DE LA NAVE


pág. 44

4.6.-GRUPOS Y CARGAS

Se procede a formar grupos, el programa no permitió realizar solo 2 grupos, uno para cada partición de agua, por lo que se procede a realizar 4 grupos, divididos en el eje de las columnas Únicamente se crean 4 grupos, solo para la techumbre.

CREACION DE GRUPOS EN LA TECHUMBRE PARA ASIGNACION DE CARGAS

Se colocan los parámetros de sismo de acuerdo a lo determinado en los puntos anteriores

PARAMETROS DE SISMO


pág. 45

Se colocan las cargas uniformes, puntuales y por grupos para sismo de acuerdo al análisis de cargas

COLOCACION DE CARGAS EN SISMO

Se agregan las cargas de sismo en las direcciones X y Z

CARGAS DE SISMO EN “X” Y “Z”


pág. 46

Se agregan las cargas de servicio: peso propio de la estructura, cargas de los grupos, cargas uniformes, cargas puntuales

EN LA IMAGEN: SE AGREGAN LAS CARGAS A UN GRUPO DE LA TECHUMBRE

Se agregan las combinaciones para los efectos que actuaran en la estructura

COMBINACIONES


pág. 47

El primer análisis indica que tenemos muchos desplazamientos horizontales

5.- ANALISIS


pág. 48

DESPLAZAMIENTOS EN PRIMER ANALISIS

Después de dicho análisis, se considera colocar contraventeos horizontales y verticales para restringir dichos desplazamientos, y se genera lo siguiente:

RESUMEN DE DESPLAZAMIENTOS DENTRO DEL RANGO PERMISIBLE

El máximo desplazamiento es en la armadura en la dirección Y de -25.68 mm


pág. 49

Se muestran los siguientes desplazamientos:

SISMO EN X

SISMO EN Z


pág. 50

CARGA DE SERVICIO

DIAGRAMA DE MOMENTOS (ENVOLVENTE)


pág. 51

DIAGRAMA DE CORTANTES (ENVOLVENTE)

DIAGRAMA DE CARGAS AXIALES (COMBINACION 4)


pág. 52

6.- DISEÑO


pág. 53

6.1.- PARAMETROS, AREAS A DISEÑAR

La estructura será de acero, por lo tanto se diseña bajo la especificación AISC LRFD, se indican los parámetros y se crean los grupos a diseñar para obtener un resultado un poco más “uniforme” esto para enlazar varios elementos diferentes a un solo tipo de perfil, reduciendo costos de adquisición, rapidez en la fabricación y montaje, reducción de detalles constructivos, en términos generales, será para optimizar la construcción de la estructura.

SELECCIÓN Y DEFINICION DE PARAMETROS

SE DEFINEN LOS ELEMENTOS A DISEÑAR


pág. 54

6.2.- COLUMNAS

COLUMNAS HSS

La columna propuesta era de un perfil HSS de 12x12x0.5”, el resultado final: Es un HSS de 12x12x0.25”

RESULTADO DE DISEÑO EN COLUMNAS INTERIORES


pág. 55

COLUMNAS EXTERIORES PERFILES IPR

La columna propuesta era de un perfil IPR 27x102, el resultado final: Es un IPR de 24x84

RESULTADO DE DISEÑO EN COLUMNAS EXTERIORES


pág. 56

6.3.- VIGAS

VIGAS PARA CONEXIÓN ENTRE COLUMNAS

Viga propuesta de un perfil IPR de 16x36, el resultado final: Es un IPR de 12x65

RESULTADO DE DISEÑO DE VIGAS


pág. 57

6.4.- ARMADURAS

CUERDAS SUPERIOR E INFERIO DE ARMADURA

Las cuerdas superior e inferior de la armadura se propone de una viga “T” de 6x76, el resultado final: Es una viga ”T” de 9x30

RESULTADO DEL DISEÑO DE LAS CUERDAS DE LA ARMADURA


pág. 58

ALMA DE LA ARMADURA

El alma de la viga fue propuesto por 2 ángulos de 4”x4”x7/16, el resultado final: El alma estará formado por 2 ángulos de 3”x2”x3/8”

RESULTADO PARA EL ALMA DE LA ARMADURA


pág. 59

6.5.- CONTRAVENTEOS

CONTRAVENTEOS VERTICALES

Se propone un contraventeo con HSS de 8x8x0.25”, el resultado final: HSS de 4x4x0.125”

RESULTADO PARA EL ALMA DE LA ARMADURA


pág. 60

CONTRAVENTEOS HORIZONTALES

Para estos contraventeos, el programa solo los verifica, el diseño inicial y final para estos contraventeos son: redondo de 1” de diámetro

PROPIEDADES DEL CONTRAVENTEO HORIZONTAL


pág. 61

6.6 ZAPATAS AISLADAS

Por las distancias entre columnas, se determina que los cimientos serán de zapatas aisladas, sin contratrabes de liga. Columnas interiores: Para determinar las cargas, utilizamos la herramienta del programa Staad.Pro que nos muestra a las columnas más fatigadas.

MUESTRA DE LOS ELEMENTOS FATIGADOS

CARGA AXIAL DE 65.8 TON


pág. 62

DATOS

PESO (TON) 65.8

RESISTENCIA DEL TERRENO T/M2 12

FACTOR DE CARGA (1 PARA ESTE CASO) 1

ANCHO DE DADO (M) 0.65

Altura DE ZAPATAS (cm) 35

Base (cm) 100

Recubrimiento (cm) 5

Esf. Acero Fy (kg/cm2) 4200

Esf. Concreto F´c 250

PESO ULTIMO 65.8

PESO TOTAL ULTIMO 69.09

BASE M 2.40

ESFUERZO EFECTIVO 11.99

LONGITUD DEL CANTILIVER 0.88

Momento M (T.-M) 4.59

Cortante TON 58.26

Esf. Concerto F"c (kg/cm2) 170

Peralte efectivo D(cm) 30

Factor de Reduccion 0.9

A -467

B 113400

C -459175.6185

Area de acero As (cm2) 4.12

f*c 200

Beta 1 0.85

Beta 2 0.91

Beta 0.85

As min (cm2) 7.9

As max (cm2) 46

As final 7.91

No. Diametro 4

as area de 1varilla (cm2) 1.27

SEPARACIÓN (CM) 16

Vcr FINAL KG 64488

VCR FINAL Ton 64.49

si pasa

SI REQUIERE ARMADO EN LECHO SUPERIOR

As MINIMO 7.91

No. Diametro 4

as area de 1varilla (cm2) 1.27

SEPARACIÓN (CM) 16

Se utilizan éstos datos del Staad.Pro, en el programa que se generó durante el seminario para el cálculo de zapatas aisladas.

PROGRAMA EN EXCEL UTILIZADO PARA EL CÁLCULO DE LAS ZAPATAS AISLADAS


pág. 63

PLANTILLA DE CONCRETO

f'c= 100 kg/cm²

2.4

0.20.35

0.65

VAR #4 @ 16 cm

AMBOS SENTIDOS LECHO INFERIOR

VAR #4 @ 16 cm

AMBOS SENTIDOS LECHO SUPERIOR

RECUBRIMIENTO 5 CM

ARMADO DE DADO

2.4

2.4

VAR #4 @ 16 cm

LECHO INFERIOR Y SUPERIOR

DADO DE 0.65x0.65 m

En resumen es: Zapata aislada de 2.40 x 2.40 m Armado con varillas # 4 @ 16 cm en ambos sentidos, en lechos inferior y superior

LA ZAPATA ADOPTARA UNA FORMA EN ESCARPIO, ESTO DEBIDO A QUE TENEMOS BASTANTE PERALTE


pág. 64

Columnas de la periferia en sentido longitudinal a la nave Debido a que la nave se encuentra dentro del predio, no se utilizara zapatas de tipo lindero

MUESTRA DEL ELEMENTO MÁS FATIGADO

SE TOMA LA COLUMNA PERIMETRAL MAS FATIGADA (37.9 TON)


pág. 65

Nuevamente se utiliza el programa en Excel para determinar las dimensiones y el armado de la zapata, ya que la columna es un IPR, para fines de cálculo se toma el ancho del dado: 0.55 m

PROCEDIMIENTO Y RESULTADO PARA LA ZAPATA AISLADA


pág. 66

2

2

VAR #4 @ 24 cm

LECHO INFERIOR Y SUPERIOR

EN AMBOS SENTIDOS

DADO DE 0.55x0.90 m

PLANTILLA DE CONCRETO

f'c= 100 kg/cm²

2

0.25

0.55

VAR #4 @ 24 cm

AMBOS SENTIDOS LECHO INFERIOR

VAR #4 @ 24 cm

AMBOS SENTIDOS LECHO SUPERIOR

RECUBRIMIENTO 5 CM

ARMADO DE DADO

En resumen es: Zapata aislada, indica que es de 1.85 m, se tomará de 2.00 x 2.00 m Armado con varillas # 4 @ 24 cm en ambos sentidos, en lechos inferior y superior


pág. 67

0.13

0.13

0.13

0.13

0.65

0.13 0.13 0.13 0.13

0.65

6.7 DADOS DE CIMENTACION

PARA COLUMNAS CENTRALES Para el cálculo del acero de los dados, se tomara el 1% del área del dado propuesto

CALCULO EN EXCEL

ARMADO DE DADO EN COLUMNAS CENTRALES


pág. 68

0.13

0.13

0.13

0.13

0.13

0.13

0.14 0.14 0.14

0.55

0.9

PARA COLUMNAS PERIMETRALES Para el cálculo del acero de los dados, se tomara el 1% del área del dado propuesto

CALCULO EN EXCEL

ARMADO DE DADO EN COLUMNAS PERIMETRALES


pág. 69

Z-2 Z-2 Z-2 Z-2 Z-2 Z-2 Z-2 Z-2 Z-2 Z-2

Z-2 Z-2 Z-2 Z-2 Z-2 Z-2 Z-2 Z-2 Z-2 Z-2

Z-1 Z-1 Z-1 Z-1 Z-1 Z-1 Z-1 Z-1 Z-1 Z-1

Z-1 Z-1 Z-1 Z-1 Z-1 Z-1 Z-1 Z-1 Z-1 Z-1

Z-1 Z-1 Z-1 Z-1 Z-1 Z-1 Z-1 Z-1 Z-1 Z-1

A B C D E F G

5

J

3

H I

1

2

4

D-2 D-2 D-2 D-2 D-2 D-2 D-2 D-2 D-2 D-2

D-2 D-2 D-2 D-2 D-2 D-2 D-2 D-2 D-2 D-2

D-1 D-1 D-1 D-1 D-1 D-1 D-1 D-1 D-1 D-1

D-1 D-1 D-1 D-1 D-1 D-1 D-1 D-1 D-1 D-1

D-1 D-1 D-1 D-1 D-1 D-1 D-1 D-1 D-1 D-1

UBICACIÓN DE DADOS Y ZAPATAS

PLANTA DE CIMENTACION

instituto politecnico nacionaltesis.ipn.mx/jspui/bitstream/123456789/16310/3... · escuela superior...

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