Diseño de Monoposte

 

1. ASPECTOS GENERALES: 1.1.  INTRODUCCION El proyecto consiste en el diseño estructural de un monoposte de 27 m de altura, con sección variable de 30cm en la base y 15 cm en la clave. y la cimentación a base de zapatas y vigas de cimentación. El diseño que se desarrolla es básicamente una estructura de soporte.

1.2.  OBJETIVO DEL DISEÑO ESTRUCTURAL El objetivo del diseño es obtener: . Determinar los desplazamientos en cada pórtico, para poder comparar con los de la norma E.030. . Obtener los diagramas de momentos, cargas axiales, fuerzas cortantes, torsión; debido a la carga muerta, viva, sismo y viento, sus respectivas combinaciones de estas.

1.3.  ASPECTOS GENERALES DE DISEÑO 1.3.1.  DESCRIPCION DEL SISTEMA ESTRUCTURAL EMPLEADO 1.3.1.1.  

Elección del Sistema Estructural

El sistema estructural constituye el soporte básico, el armazón o esqueleto de la estructura total y el trasmite las fuerzas actuantes a sus apoyos de tal manera que se garantice seguridad, funcionabilidad y economía. En una estructura se combinan y se juegan con tres aspectos que son: Forma, materiales y dimensiones de los elementos. Los cuales determinan la funcionabilidad, economía y estética de la solución propuesta.

a. 

La edificación es de Categoría “B “ B” y el lugar se encuentra en la zona 2, por ende, según norma E.030 puedo utilizar en la superestructura el sistema estructural mostrado; como se puede observar en el cuadro adjunto:

 

 

b. 

Según estudio de suelos elaborados en la zona donde se realizará la edificación; el tipo de suelo es e s intermedio (S2) y según norma E.030 tenemos:

1.3.2.  DESCRIPCION DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES EMPLEADOS    COLUMNAS Básicamente la columna es un elemento estructural que trabaja en compresión, pero debido a su ubicación en el sistema estructural deberá soportar también solicitaciones de flexión, corte y torsión.

 

ZAPATAS Una zapata es una ampliación de la base de una columna o muro y que tiene por objeto transmitir la carga al subsuelo a una presión adecuada a las propiedades del suelo.

 

VIGA DE CIMENTACIÓN

 

Una viga de cimentación es una estructura de concreto armado que sirve para conectar zapatas aisladas. Las vigas de cimentación son usadas en suelos cuya capacidad capa cidad portante es muy baja (suelos malos) con la finalidad de disminuir el asentamiento diferencial de la estructura. Los asentamientos diferenciales pueden estar provocados  por muchas razones, por ejemplo, la construcción de la estructura sobre la ladera de un cerro o una baja capacidad portante del suelo.

1.3.3.  METODO DE DISEÑO Y REGLAMENTOS DE DISEÑO El método de diseño de elementos de concreto armado es por el Estado Límite de Resistencia Ultima.

  REGLAMENTO NACIONAL DE EDIFICACIONES RNE Norma Técnica de Edificaciones de Cargas E.020 o  Norma Técnica de Diseño Sismo resistente E.030 o  Norma Técnica de Edificaciones de concreto armado E.060 o  Norma Técnica de Edificaciones de concreto armado E.070 o 



  REQUISITOS DE REGLAMENTO PARA CONCRETO ESTRUCTURAL ACI 318-14.   ASCE 7-10 – MINIMUN DESIGN LOADS FOR BUILDINGS AND OTHER STRUCTURES





1.3.4.  SOFTWARE DE MODELACIÓN El software empleado para el modelamiento del monoposte es SAP, para el modelamiento de las zapatas y vigas de cimentación será mediante el Software Safe. El modelo idealiza el comportamiento de los elementos de la siguiente manera: Columnas

:

Frame

Zapata

:

Thick Plate

2. PARAMETROS DE DISEÑO: 2.1.  CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES EMPLEADOS Se utilizó las siguientes características de los materiales en el Modelo Matemático y para los Diseños Respectivos de los Elementos Estructurales.

CARACTERISTICAS

CONCRETO

f´c (kg/cm2)

210

Módulo de Elasticidad (kg/cm2)

15000 (f´c)^0.5

Poisson

0.15

Coeficiente de Amortiguamiento

0.05

 

CARACTERISTICAS

ACERO

fy (kg/cm2)

4200

Módulo de Elasticidad (kg/cm2)

2.1x10^6 (kg/cm2)

CARACTERISTICAS

SUELO

Capacidad admisible (kg/cm2)

1.35

CARACTERISTICAS

ACERO A-36

fy (ksi)

36

Módulo de Elasticidad (ksi)

29000

Peso específico (lb/in3)

0.28

 

2.2  CARGAS DE DISEÑO Para la determinación de las cargas de diseño se han determinado en primera instancia las dimensiones de los elementos estructurales, a nivel de pre dimensionamiento, considerándose para ellas las cargas a continuación. 2.2.1 

CARGAS ESTATICAS CARGAS UNITARIAS

Se consideró las siguientes sobrecargas y cargas muertas:

CARGA MUERTA Peso Específico del Concreto

2.4 Tn/m3 

Peso Específico del Acero

7.86 Tn/m3 (RN.E.)

Accesorios

0.1 Tn

Peso específico A-36

7.86 Tn/m3 

CARGA VIVA Mantenimiento 2 personas

180 kg

 

 

MUERTA

2.2.2 

VIVA

CARGAS DE dos VIENTO Se realizará análisis el primero con el R.N.E. y el segundo con el ASCE SEI 7-10.

2.2.2.1  Según el R.N.E.

 

 

2.2.2.2  Según el ASCE SEI 7-10 En este caso se considera el Tipo 3 del R.N.E. Edificaciones que representan problemas aerodinámicos especiales tales como domos, arcos, antenas, chimeneas

 

esbeltas y cubiertas colgantes. Para este tipo de edificaciones las presiones de diseño se determinarán a partir de procedimientos de análisis reconocidos en ingeniería, pero no serán menores que las especificadas para el Tipo 1, para lo cual se revisa los parámetros para el análisis de viento. a.  Velocidad básica de viento

Según el anexo 2 (Mapa Eólico del Perú), en la ciudad de Huánuco se cuenta con una velocidad de viento de: 90 Km/h., a 10 m. del suelo con un periodo de retorno de 50 años.

 

b.  Clasificación de la estructura

c.  Categoría y coeficiente de exposición Kz ó Kh

 

  d.  Factor de direccionalidad

 

 

 

 

 

2.2.3 

MASAS PARA EL ANÁLISIS DINÁMICO MODAL Y SÍSMICO En el cálculo de la masa de la estructura se consideró el 25% de la carga viva (R.N.E. E.030/ 4.3).

2.2.4 

ANALISIS SISMICO Se realizó un Análisis Sísmico Dinámico por Superposición Modal Espectral. Los parámetros empleados para el cálculo del Espectro de Respuesta fueron: Factor de Zona Z = 0.25 (Zona 2) Factor de Uso U= 1.3 (Categoría B) Factor de Suelo S = 1.2 Periodo que define la Plataforma del Espectro Tp = 0.6 Periodo que define el Inicio de la Zona del Factor Fac tor C T L = 2.0 Factor de Reducción de Fuerza Sísmica Rx = 7 Periodo Fundamental de vibración T = hn / CT = 27 / 35 = 0.771 seg Altura total de la edificación hn = 27 m. Tp = 0.6 < T = 0.771 < T L = 0.6 → C = 2.5 (Tp / T) = 1.95 De esta forma el factor Cbx = ZUCS/Rx = 0.1085

 

 

2.2.5 

COMBINACIONES DE CARGA La resistencia requerida (U) para cargas muertas (CM), vivas (CV), de sismo y de viento (W) deberá ser como mínimo:

 

2.3  CALCULO DE LAS SOLICITUDES La resistencia del diseño sea tomada como la resistencia nominal (resistencia proporcionada considerando el acero realmente colocado) multiplicada por un factor Ø de reducción de resistencia. Este factor de reducción de resistencia se proporciona para tomar en cuenta inexactitudes en los cálculos y fluctuaciones en las resistencias del material, en la mano de obra y en las dimensiones. Cada uno de estos factores puede estar dentro de los límites tolerables, pero combinados pueden producir menor capacidad en los elementos diseñados. Adicionalmente se ha considerado en su determinación la importancia relativa de la falla de los miembros respecto a toda la estructura, y el grado de advertencia del modo de falla. 1º para flexión sin carga axial 2º para flexión con carga axial de tracción 3º para flexión con carga axial de compresión y compresión sin flexión: Elementos con refuerzo en espiral Otros elementos. 4º para cortante con o sin torsión. 5º para aplastamiento en el concreto.

Ø = 0.90 Ø = 0.90 Ø = 0.75 Ø = 0.70

Ø = 0.85 Ø = 0.70

Los elementos sometidos a flexión son las vigas. Para asegurar que el acero colocado provea un momento resistente mayor al momento agrietamiento, los códigos consideran una cuantía mínima. Para el caso de sección rectangular, se indica que el área mínima de refuerzo podría calcularse con:

El refuerzo mínimo por contracción y temperatura que se coloca perpendicular al refuerzo por flexión en losas en una dirección, o que es el mínimo exigido para dos direcciones para losa así armadas, debe cumplir con los siguientes límites.

Losas con barras lisas Losas con barras corrugadas f y < 4200 kg/cm2 Losas con barras corrugadas f y = 4200 kg/cm2 Losas con barras corrugadas f y >4200 kg/cm2

0.0025 bh 0.0020 bh 0.0018 bh 0.0018 x 4200/ f y bd ( pero no menor a 0.014 bh)

 

3.  MODELAMIENTO DE LA ESTRUCTU ESTRUCTURA RA EN EL SAP  3.1 PLANTEAMIENTO GENERAL

frecuencia menor a 1 Hz.

 

3.2 DISEÑO DEL MONOPOSTE  Desarrollado el diseño en el SAP, con el AISC 360-10, siendo el resultado con una relación de demanda versus capacidad de 33.5%, pero con la salvedad de que no cumple con la relación de esbeltez kL/r > 200.

 

3.3 DISEÑO DE LA ZAPATA  

a)  Modelo Estructural

b)  Cálculo de Acero en zapatas  Acero en la dirección x-x

 Acero en la dirección y-y

 

3.4 DISEÑO DE LA VIGA DE CIMENTACION VIGA (30 X 60) TRAMO 1-2 VC base = peralte = recubrimi. = d efectivo =

fc = fy = f=

rmin = rb = rmax =  0.5 rb =

30.00 60.00 6.00 5 4.00 21 0.00

cm cm cm cm kg/c m2

420 0.00 0.90 0.85

kg/c m2

(ha s ta ej e As Long.)

0.00333

 ( rmin = 14 / fy )

0.02125

 (r  = 0.85x0.85x f'c x 6000/(fy x (6000+fy))

0.01063

AREAS DE ACERO A COLOCAR (ETABS) VIGA (30 X 60) As (cm2) con eje A-A

CENTRO A-B

con ej e B-B

Neg ativo

P ositivo

Negativo

0.27 0.10 6

0.1 3 0.1

0.1 437 0.0 725

5.40 17.2 1

5.4 0 17.2 1

5.40 17 .21

Superior Inferior As mi n = As ma x = usar:

 Area de Acero a Colocarse

Superi or I nfer i or

5.40 0 5.40 0

cm2 5.40 0 5.40 0

5.400 5.400

3.00 0.00 0.00

3.0 0 0.0 0 0.0 0

3.00 0.00 0.00

SUPERIOR :

N° VAR. COR. I : N° VAR. COR. II : N° VAR. BAS. I :

Var. Corrido I : Var. Corrido II : Var. Bastones I: Dist. De Acero Ar ea Col oca da Obser vacion

I ZQUI ERDA 5 /8

Diametro CENTRO 5 /8

DERECHA 5 /8

3 Φ0.625 + 0 Φ + 0Φ

3Φ0.625 + 0 Φ + 0Φ

3 Φ0.625 + 0 Φ + 0 Φ

5.96 Ok!

5.9 6 Ok!

5.96 Ok!

3.00 0.00 0.00

3.0 0 0.0 0 0.0 0

3.00 0.00 0.00

INFERIOR :

N° VAR. COR. I : N° VAR. COR. II : N° VAR. BAS. I :

Var. Corrido I : Var. Corrido II : Var. Bastones I: Dist. De Acero Ar ea Col oca da Obser vacion

I ZQUI ERDA 5 /8

Diametro CENTRO 5 /8

DERECHA 5 /8

3 Φ0.625 + 0 Φ + 0Φ

3Φ0.625 + 0 Φ + 0Φ

3 Φ0.625 + 0 Φ + 0 Φ

5.96 Ok!

5.9 6 Ok!

5.96 Ok!

VER DETALLE EN PLANOS

 

Diseño por cortante DISEÑO A CORTANTE (VIGAS) Longi Longitud tud de la Viga Viga en entre tre cara caras s de column columna a=

3.40 3.40 m

h=

60.00 c m

Re Reff ue ue rrz z o l on on gi gi ttu u di di na na l =

1 ..0 00 (c ca a pa pa )

Rec ub ub rrii mi mi en ento =

4.00 c m

d=

54.25 c m

ACI 318 - 14 - 18.4.2.4  Zona de Co nfi nami ento = Di ámet ámetro ro de la Barra Long itudinal más delgada =

 

Diámetro de la Bar ra Usada para Estribo Cerrado =

 

 

120.00 120.00 cm #5  #3

Espaciami ento e en n Zona de Confinami ento =

 

12.70 12.70 cm

d/4 =

 

13.56 13.56 cm

8 d vL  =

 

12.70 12.70 cm

 24 d ve  =

 

22.86 22.86 cm

Espaciami ento e en n Zona de Confinami ento a Usar =

 

10.00 10.00 cm

# de Estri Estri bos en Zona de Confi namiento =

 

12.00 12.00 Estribos

Espaciami ento Fuera de Zona de Confi namiento =

 

27.13 27.13 cm

Espaciami ento Fuera de Z Zona ona de Confinami ento a Us Usar ar =

 

# de Estri Estri bos en Zona Fuera de Confinami ento =

15.00 15.00 cm  

6.00 Estribos

 A rr eg lo par a R efuer zo Tr ansv ersa l = Estribos :

ϕ 

Estribos : 32

3: 1@ 5, 5, 12 @ 10, Resto @ 15 ϕ 

3: 1@ 5, 5, 12 @ 10, Resto @ 15

Verificación con Programa  Zo na d e C on fi nam ie nto :

 A v/s = Diámetro de la Bar ra Usada para Estribo Cerrado = # Veces Veces de la vari lla del estribo = Long itud de Zona de Confi namiento =

 

#3

   

Espaciami ento d de e Estribos = Espaciami ento d de e Estribos a Usar =

2  0.026   cm  /cm

 

2.00  120.00 120.00 cm

 

55.45 55.45 cm

 

25.000 25.000 cm

# de Estri Estri bos =

 

5.00 Estribos

Fuer a de l a Z ona de C onfinamient o: co l ocar el mayor  

 A v/s = Long itud fuera de Zona de Confi namiento =

   

Espaciami ento d de e Estribos =

 

Espaciami ento d de e Estribos a Usar =

 

# de Estri Estri bos =

2  0.022    cm  /cm 0.022 

100.00 100.00 cm 64.19 64.19 cm 30.00 30.00 cm  

3.00 Estribos

 A rr eg lo par a R efuer zo Tr ansv ersa l = Estribos :

ϕ 

Estribos : 15

3: 1@ 5, 5, 5 @ 25, Resto @ 30 ϕ 

3: 1@ 5, 5, 5 @ 25, Resto @ 30