MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL
1. DESCRIPCIONLa obra consiste en una vivienda familiar que hay que remodelar en el municipio de león. La estructura actual es una vivienda de un piso a la cúal se le construirá un segundo piso, el entrepiso básicamente será ejecutado de estructuras metálicas entre las dos paredes existentes a las cuales se le añadirán vigas de asiento.
2. DESCRIPCION DE LOS MATERIALES
2.1 CONCRETO
2.1.1 Concreto f'c = 3 ksi= 3000 PSI (210 kg/cm^2)2.1.2 Peso volumétrico = 2400 k/cm^32.1.3 Ec
3. ACERO DE REFUERZO3.1 Tipo A-40 3.2 Es= 29,000 ksi( 2.1 x 10^6 kg/cm^2)3.3 Fs= 0.60 Fy
4. ACERO ESTRUCTURAL4.1 Perfiles doblados en frio A-364.2 Fy=36,000 psi=2,530kg/cm^24.3 Fs=0.60 Fy4.4 Pv=7,600 kg/m^3
5. SOLDADURA5.1 Electrodos E-60xx
6. SUELO DE FUNDACION6.1 Se considera un valor soporte de 2 kg/cm^2 obtenidos por compactación al 90%
Proctor estándar según recomendaciones de estudio de suelo.
7. CARGAS DE TECHO7.1Cubierta (lamina de zinc)7.2P=100 kg Carga puntual al centro del claro de los elementos secundarios.7.3Carga viva W=10 kg/m^2 carga adicional para miembros secundarios.7.4P= 200 kg carga puntual al centro del claro para miembros principales.7.5 Carga viva W=10 kg/m^2 carga adicional para miembros principales,
7.6 Carga de ceniza W=20 kg/m^2.
8. CODIGOS
8.1 Reglamento Nacional de la Construcción ( RNC- 83.) American Institute of steel Construction (AISC.)
Building code Requirements for Reinforced Concret (ACI.)
9. 0- DISEÑO DE CLAVADORES(PERLINES):
9.1-Datos: Longitud 3.13 mt , 10.27 ft Separación 1.12 mt , 3.67 ft Pendiente 20% θ= 11.31°9.2- Momentos de Inercia y Módulos de sección:
Ixy = 2 in4 Nicalit =2.5 lb/ft² sxx = 1 in³ Perlin =1 lb/ft² Total = 3.5 lb/ft²
9.3- Cargas :
Carga Muerta = 4 lb/ft² Carga Viva w= 2.05 lb/ft² (arena) P=220 lb al Centro
W= 6.05 lb/ft²(3.67ft)=22.20 lb/ft del claroL= 10.22 ft Wy=Wcos θ= 21.77 lb/ftWx=Wsen θ= 4.35 lb/ft
Py= Pcos θ=215.73 lbPx= Psen θ=43.15 lb
Mxx= MyL²/10+PyL/4 =783.50 lb-ftfbx= Mxx/ sxx =9.4 ksi
Myy= MxL²/10+PxL/4 =156.67 lb-ft fby= Myy/ sy =11.75 ksi ( fbx/ Fbx)+( fby/ Fby)≤ 1 Fbx=0.6x36=21.6 ksiFby=0.6x36=21.6 ksi (9.4/21.6)+(11.75/21.6)=0.97< 1 .....OK
Usar Perlin 2”x4”x3/32”
10.0- DISEÑO DE VIGA DE TECHO: (VM-1)
10.1- Longitud = 5 mt = 16.4 ft Separación = 1.00 mt 3.28 ft Pendiente = 20 % θ= 11.31°
10.2- Momento de Inercia y Módulos de Sección :
(VM-1)Ixx = 10.125 in4 sxx = 3.375 in³
10.3- Carga Muerta (CM): CM= 6 lb/ft² Carga Viva (CV): CV= 10 kg/mt² = 6 lb/ft²
200kg= 440 lb (al centro)
Py= Pcos θ Wy=Wcos θPx= Psen θ Wx=Wsen θ (VM-2)
Wy=77.67 lb/ft Py=431.46 lbWx=15.53 lb/ft Px=86.29 lb
Mxx= 4380 lb-ft = 4.38 kip-ft
Mxx= Wy(L)²/8+Py(L)/4fby= Mxx/ sy =15.57 ksi < 0.60 fy ……OK
Usar Una Sección Caja 4”x 6”x 3/32”Usar Una Sección Caja 4”x 5”x 3/32”
11.0-- DISEÑO DE LOSA DE ENTRE PISO:11.1-Cargas:
Carga Muerta =240 kg/mt² Carga Viva =200 kg/mt² Carga Ultima : 1.4CM+ 1.7CV= 676 kg/mt²
11.2-Momento: 676(0.75)²/8 = 47.53 kg-m/m11.3-Area de Refuerzo : As=47.53 x 2/0.9 x 2818 x 6 x 0.90= 0.694cm²/mt
Asmin= 0.005 x 100 x 6 =3cm²/mt
S = #3(0.71cm²)/0.03cm²/cm =23 cm
Usar Var #3 C/22cm (Segun Troquel)
12.0-- DISEÑO DE VIGA DE TABLERO DE ENTREPISO:
Caja Metalica 4”x 6”x 3/32” 12.1- Ixx = 10.125 in4 sxx = 3.375 in³ Separación := 0.75 mt Longitud = 3.50 mt
12.2- Cargas: CV:200 kg/mt² x 0.75mt = 150 kg/mt CM:240 kg/mt² x 0.75mt = 180 kg/mt
W = 330 kg/mt12.3- Momento: M = 330 x (3.50)²/8 =505.3 kg-mt 3.65 Kip-ft (V.M-1)12.4- Esfuerzo permisible:
Fs = 3.65 x 12/3.375 = 12.97 ksi ≤ 21 ksi ……OK
Usar Una Sección Caja 4”x 6”x 3/32”
13.0 - DISEÑO DE VIGA PRINCIPAL DE TABLERO DE ENTREPISO:
Caja Metalica 4”x 10”x 3/16”
13.1- Ixx = 55.25 in4 sxx = 31.25 in³
Separación := 3.50 mt Longitud = 6.00 mt13.2- Cargas: CV:200 kg/mt² x 3.50mt =700 kg/mt CM:240 kg/mt² x 3.50mt = 840 kg/mt W = 1540 kg/mt13.3- Momento: M =1540 x (6)²/8 =6930 kg-mt 50.7 Kip-ft 14.4- Esfuerzo permisible:Fs = 50.7 x 12/31.25 = 19.46 ksi ≤ 21 ksi ……OK (V.M-1.1')
Usar Una Sección Caja 4”x 10”x 3/16”
13.0-Análisis de Marco eje A-A (mas desfavorable). 13. 1- carga de Pared: Cp: 231 kg/mt²
alto : 3 mt,, Largo:5.30 mtWCM = 3.00mt x 231 kg/mt² = 693 kg/mt
13.2-Carga de Losa :
Carga Muerta : losa 0.10 mt x 5.10mt x 2400 kg/mt³ =1224 kg/mt Viga 0.20 mt x 0.30 mt x 2400 2400 kg/mt³ =144 kg/mt
1368 kg/mt Carga Viva : 200 kg/mt²
W = 5.10 mt x 200 kg/mt²
13.3-Carga Total Gravitacional : CM = 2061 kg/mt + CV = 1020 kg/mt = 3.08 ton/mt CU = 1.4 x 2061 + 1.7 x 1020 =4.62 ton/mt
14.0-- Determinación de Carga Sísmica:14.1- Clasificación de la estructura
León zona – 4 Clinica Grupo -2 Dos Plantas con Diafragma Cs = 0.287 Flexible Tipo – 4 0.287/1.33 Construcción y Supervición 0.216 Regular Grado-B
14.2-Carga Sísmica: H = Cs (CM+CV) CM = 3.08 ton/mt x 6.3mt = 19.10 ton CVR =80 kg/mt² x 6.3mt x 5.10mt = 2.57 ton CM+CVR= 21.97
H = 0.216 x 21.97 ton = 4.75 ton
Grupo:Tipo:Grado:Zona:Coeficiente sísmico:
15.0--Momentos de Inercia:
Columna : 0.22 x 0.22 Viga : 0.22 x0.30
Ic = (22)4/12 = 19.521 = IIv = 22 x (30)³/12 49.500 = 2.54 I
15.1-Momentos de Empotres:
Me21= WL²/2 = 3.08(1)²/2 = 1.54 ton-mt
Me23= WL²/2 = 3.08(5.3)²/12 = 7.21 ton-mt
15.2-Fuerzas Efectivas:
Fe = -5.67 7.21 4.75
4EIθ/LΘ=1
6EIΔ/L²
Δ= 1
Ley de Equilibrio :{Fe}=[K] {d} -5.67 = 3.25φ1+ 0.96φ2 + 0.667 Δ 7.21 = 0.96φ1+3.25 φ2 +0.667 Δ 4.75 = 0.667φ1+0.667φ2+0.889 Δ
Desplazamientos:
{d}= φ1= -3.68
Φ2= 1.94 Δ =6.65
Marco Definitivo:
Solucion de la matriz:
θA1
θB1e1
= =
Ψ=∆/hΦ1 +∆/h
θA2
θB2e2
= =
Ψ=∆/hΦ2 +∆/h
θA3
θB3e3
= =
Φ1
Φ2
= 2.22-1.46
=2.224.16
=
-3.681.94
Calculos de los momentos. Ley de Hooke:
Mi =Ki x ei
.
.
.
M1
=
1.33 0.665
0.665 1.33
2.22-1.46
M2
=
1.33 0.665
0.665 1.33
2.224.16
M3
=
1.92 0.96
0.96 1.92
-3.68 1.94
16.0- Cortantes verticales.
.
V1=W X L=3.08 t/m X 1m=3.08 ton
∑V =0
V2 + V3-WL=3.08 X 5.30=16.32 ton
5.30 V2 + 7=2 +3.08 x (5.30)2 /2
V2 =7.22 ton
7.00
5.72 1.98
0.46
1.54 2.00 7.00
3.08 t/m
V1 V2V3
V3 =16.32-7.22
V3 =9.10 tonV1 + V2 =3.08 + 7.22=10.30 ton
17.0.-Cortantes horizontales.
H1 = 198-0.46 /3 =0.51 ton
H2 =7.00+7.52/3 =4.24 ton
17.0.- Reacciones
H1 H2
4.75 ton4.75 ton
0.46
1.98
7.00
5.72
3 m
3.08 t/m
5.30 m
3.08 t/m4.75 ton
3 m
0.51 ton 4.74 ton
18.0.- Diseño de viga. AS =4 Var # 6=4 x 2.85=11.40 cm2
A’S =3 Var´ =3 Var# x 2.85=8.55 cm2
fy =2818 kg/cm2
f’c =210 kg/cm2
a=(AS - A’S ) fy/0.85 f’c b =2.85 x 2818/0.85 x 210 x 22=2.04 cm
a/2=2.04/2=1.02 cm.
Mu=A’S fy (d-d’) + (AS-A’S) fy ( d-a/2)
Mu=8.55 x 2818(24) + 2.85 x 2818(27-2.04/2)=7.87 t-m
M(-) =7.00 t-m
7.87 t-m ≥ 7.00 t-m ok
1.98
10.30
5.72
9.10
19.0.- Diseño de columna
Columna 1Seccion: 22 cm x 22 cm
e=∑M / ∑ V =11.98/10.30=0.19 m e/t=19/22 =0.86
k=Pu/f’c b t=2.00 x 10300/210 x 22 x 22=0.20
k e/t =0.20 x 0.86=0.172
k=0.20 ; ke/t=0.172 ; ρt =0.033
AS= ρt b d =0.033 x 22 x 22=15,99 cm2
Nº=As/Au; As=nº x Au
8 Var#5=8 x 2 =16 cm2
6 Var#6=6 x 2.85=17.10 cm2
γ/h=h-2d’/h
ρt =AS / b h
μ=fy/0.85f’c
19.0.- Diseño de columna
Columna 2Seccion: 22 cm x 22 cm
10.30 ton
10.30 ton
0.46
1.98
9.10 t-m
∑ V =9.10 ton x 2=18.2 ton
∑M =7.00 t-m
e=∑M / ∑ V =7.00/18.20=0.38 m e/t=38/22 =1.73
k=Pu/f’c b t= 18200/210 x 22 x 22=0.18
k e/t =0.18 x 1.73=0.31
k=0.18; ke/t=0.31 ; ρt =0.033
AS= ρt b d =0.033 x 22 x 22=15,99 cm2
Nº=As/Au; As=nº x Au
8 Var#5=8 x 2 =16 cm2
6 Var#6=6 x 2.85=17.10 cm2
γ/h=h-2d’/h
ρt =AS / b h
μ=fy/0.85f’c
20.0.-Diseño de zapata.
Peso de columna=0.22 x0.22 x 3.50 x 2,500=406 kg
Peso de zapata =0.20 x 1.20 x 1.20 x2,400 =691 kg
Peso del suelo =1.00 x 0.80 x 0.80 x 1,600=1024 kg
Peso total=2,121 kg
De columna 1
∑ V =10.30 ton
Pt = 2.12 ton
9.10 ton
7.00 t-m
5.72 t-m
_________ 12.42 ton
∑M =1.98 t-m
e=∑M / ∑ V =1.98/12.42=0.16 m
L/6=1.20 m/6=0.20 m ; L/6 ≥ e
f=∑ V / A (1±6e/L)=12,420/120 x 120(1±6 x 16/120)
f1=1.55 kg/cm2
f2=0.17 kg/cm2
W=f1 x L=15,525 kg/m2
Mf =W x L2/2=18,630 kg/m (0.49 m )
2/2=2,236.53 kg-m
As= 2Mf/Φ f’c b d=2 x 223,653/0.90 x 2818 x 15 x 0.9=12.38 cm2
Usar 7Var#5=7 x 1.97 cm2=13.79 cm
2
En ambas direcciones
21.0.-Diseño de viga asísmica. Eje 4-4 mas desfavorable L=3.25 m
21.1.-Se asume que el peso de la pared por debajo de la viga intermedia la carga la Viga asísmica.
21.2.-Tambien recibe la reacción horizontal encontrada en el marco.
Peso de la pared=231 kg/m2 x 1.40 m=323 kg/m
M=WL 2 /12=323 x (3.25)2 /12=284.30 kg-m
As= Mu/Φ f’c b d=1.5 x 284.30 x 100/0.90 x 2818 x 16 x 0.95=1.10 cm2
(requerido una cara)
2 Var #3=2 x 0.71=2.84 cm2
Usar sección:20 cm x 20 cmRefuerzo: 4 Var#3=4 x o.71=2.84 cm2
Reacción horizontal:T=4,240 kgfc=4240/20 x 20=10.6 ≤ 210 kg/cm2
ft=2818 kg/cm2 x 2.84 cm2=8003 kg
8003 kg ≥ 4240 kg ok
22.0.-Diseño de columna- Planta alta.
En eje C-C Columna central mas desfavorable.1.-Carga de techo: 25 kg/m2 x 6 m2=150 kg
2.-Carga de pared: 231 kg/m2 x 8m2=1848 kg
3.-Carga sísmica: Cs=0.216
Techo: 0.216 x 150=H1=32.4 kgPared:0.216 x 1848=H2=399.2 kg4.-Momento sismico:
3m x 32.4 kg=97.2 kg-m 2 m x 399.2 kg=798.4 kg-m _________
∑M=895.6 kg-m
5.-Diseño de columna.
Seccion: 16 cm x 16 cm
∑ V =1998 kg
∑M =895.6 kg-m
e=∑M / ∑ V =895.6/1998=0.44 cm
e/t=44/16 =2.75
k=Pu/f’c b t= 1998/210 x 16 x 16=0.037
3 m
2 m
H1
H2
k e/t =0.037 x 2.75=0.10
k=0.037; ke/t=0.10 ; ρt =0.021
AS= ρt b d =0.021 x 16 x 13=4.37 cm2
Nº=As/Au; As=nº x Au
4Var#4=4 x 1.26 =5.04 cm2
5.04cm2 ≥ 4.37 cm2
Usar 4 Var#4
γ/h=h-2d’/h
ρt =AS / b h
μ=fy/0.85f’c