Memoria de Cálculo-Fundaciones

MEMORIA DE CÁLCULO “LETRAS BIENVENIDA A COMUNA LONGAVÍ”

Fernando A. Araneda Rivera Ingeniero Civil

1 ALCANCE El diseño a proyectar tiene como objetivo el análisis geotecnico de una estructura, especificamente las letras de acero de bienvenida a la comuna de Longaví. Para el desarrollo del calculo de la fundacion se considera el resolucion de la letra mas desfavorable que se emplaza en el proyecto, en este caso es la L. La cual presenta solo un apoyo y se establece una distancia mayor de rotacion. El proyecto esta ubicado en la provincia de Linares ,Región del Maule. A través del presente documento, se tiene como objetivo la regularizacion de la construcción y proporcionar un resguardo estructural a la comunidad.

2 NORMAS A CONSIDERAR Normas Chilenas utilizadas para proporcionar una estructura y un sistema que no se vea afectado por diversas entidades y cargas propias de los materiales utilizados y diversos fuerzas ambientales de gran influencia.      

ACI 318-08, Building code requirements for reinforced concrete DS. 61, Decreto Supremo que modifica la norma NCh433 NCh17.Of2016 Hormigón , Requisitos generales NCh430.Of2008 Hormigón armado, Requisitos de diseño y cálculo NCh1537.Of2009-“Diseño estructural de edificios-Cargas permanentes y Sobrecargas de uso” NCh 3171 Of 2010- “Disposiciones generales y Combinaciones de carga”

3 DESCRIPCIÓN DE LA ESTRUCTURA El sistema estructural es un conjunto de letras, soldadas y compuestas por acero estructural A4227ES, las cuales estan unidas a un perfil cuadrado que las conecta a la fundación. Cada fundación de las letras presenta dimensiones distintas, pero similares, en promedio son de 60x60 cm, con una profundidad de 70 cm, de los cuales 10 cm corresponden a emplantillado, 60 cm de cimiento y sobre el N.N.T. hay 10 cm de sobrecimiento. La calidad del hormigon de las fundaciones es G20. La proyección de la estructura en la zonificación sismica, basandose en la norma NCh2369.Of2003, se encuentra ubicada en la Zona 2.

Figura 1. Letras compuestas por Acero A62-42ES.

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4 MATERIALES 4.1 HORMIGÓN.El hormigon estructural de la losa y vigas de amarre es de calidad G20 de resistencia especificada f’c= 20 MPa, 95% nivel de confianza (SIC), H.A. en general. Peso especifico 2400 kg/m3. Fundaciones: -Emplantillado 10 cm -Cimiento 60 cm -Sobrecimiento 10cm

4.2 ACERO ESTRUCTURAL.La calidad del acero estructural es A42-27ES, con Esfuerzo de Fluencia Fy=2700 kg/cm2 y Esfuerzo de Rotura=4200 kg/cm2. El Modulo de Elasticidad del acero es E=2,1*106 kg/cm2 y tiene un peso especifico de 7800 kg/m3.

5 ESTADOS DE CARGA Son los diversos estados considerados en la estructura en estudio, los cuales permiten derivar sus principales elementos competentes para garantizar su estabilidad, en el caso de eventualidades a las que se podria ver expuesta, por lo que se definiran brevemente a continuación: Peso Propio (PP): Materialidad que conforma la estructura y que se encuentra presenta durante toda la vida util de esta, es la carga debido al peso del elemento resistente, ya sea hormigón, acero, losas, etc. Sobrecarga (SC): Peso de los objetos que puedan gravitar por el uso, incluso durante la ejecución. Es decir elementos que pueden tener un uso momentaneo y recurrente. Reside netamente en la utilidad y funcionalidad que se le quiere asignar a la estructura. Sismo (E): Carga de mayor relevancia por la gran cosideración sismica del país y zona en estudio, ocasionada por fallas tectonicas y movimiento del suelo debido a ondas.

6 CARGAS DE DISEÑO 6.1 PESO PROPIO - PP.Comprende el peso de toda la estructura de hormigón armado que conforma la losa. - Calidad de hormigon G20 de resistencia especificada f’c= 20 MPa, 95% nivel de confianza. - La calidad del acero de refuerzo de la losa,vigas de amarre y estribos es A42-27ES con resaltes S.C.I.

6.2 SOBRECARGA-SC. – Carga de uso normal, analizada para un individuo que se ubica sobre el borde de la estructura metálica:

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Persona: 100kg

6.3 SISMO.El cálculo sismico de la estructura, se determina a través de la NCh2369.Of2003, para la cual se empleará el método lineal estático de masas concentradas. 𝑸𝟎 = 𝑪 ∗ 𝑰 ∗ 𝑷 Qo=Esfuerzo de Corte Basal horizontal C=Coeficiente Sísmico Máximo I=Coeficiente de Importancia P= Peso Sísmico Tabla 3. Datos de diseño sísmico Parámetros Zona Sísmica Clasificación Categoría Estructura Aceleración efectiva máxima (Ao) Razón de amortiguamiento (ξ) Factor de modificación de respuesta (R) Coeficiente de Importancia (I)

Valor 2 C2 0,30g 0,02 3 1,0

Coeficientes Sísmicos: Acción Sísmica Horizontal (CH) Para el caso de la acción horizontal, este se obtiene a partir de los valores máximos del coeficiente con relación a R y ξ, Tabla 5.7 NCh2369. El número de la tabla se multiplica por 0,75 para zonas sísmicas 2 y 1. Coeficiente máximo (CH=CMÁX): 0,30 Acción Sísmica Vertical (CV) Para los casos contemplados en 5.1.1 c) y 5.1.1 d) NCh2369, el coeficiente sísmico vertical debe ser 𝐶𝑣 =

2𝐴0 3𝑔

Coeficiente vertical(CV): 0,2 Peso Sísmico: La masa sísmica horizontal produce una reducción en la sobrecarga, para el caso de la estructura en estudio se considera un 0,5 SC. En cambio, en la masa sísmica vertical en los casos indicados en 5.1.1 en NCh2369, no se consideran reducciones de las cargas verticales. 𝑸𝟎𝑯 = 𝑪𝑯 ∗ 𝑰 ∗ 𝑷𝑯 𝑸𝟎𝑽 = 𝑪𝒗 ∗ 𝑰 ∗ 𝑷𝒗

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7 COMBINACIONES DE CARGA 7.2 FACTORES DE COMBINACIÓN DE CARGAS MAYORADAS USANDO EL DISEÑO POR RESISTENCIA. Las estructuras, los elementos componentes y las fundaciones deben ser diseñados de manera que su resistencia admisible sea mayor o igual que el efecto de las cargas nominales en las combinaciones siguientes: 1) 2) 3) 4)

1,4D 1,2D + 1,6L 1,2D + L 1,2D + 1,4E + L

Simbología: D: Peso propio de la estructura. L: Carga viva o sobrecarga de la estructura, en este caso en particular es el estanque contemplado lleno de agua.

E: Carga viva ocasionada por Sismo evaluada según zona donde se emplaza la estructura.

8 ANÁLISIS ESTRUCTURAL 8.1 TENSIONES ADMISIBLES DEL TERRENO. Para disponer de una idea orientativa tanto de las tensiones admisibles de los distintos tipos de terrenos, como de los asientos generales admisibles y las cargas a considerar en el proyecto de la cimentación. Dada la complejidad del problema de los asientos, cuando por las características de la estructura o la naturaleza del terreno sean de temer asientos superiores a los admisibles se considerará el caso más desfavorable. En este caso se posee un estudio de Mecánica de Suelos correspondiente a “Mejoramiento Plaza de Armas de Longaví”. Las tensiones admisibles del contacto en las fundaciones se presentan a continuación: -Capacidad Admisible cuadrada:

Qadm= 1.24 kgf/cm2

-Capacidad Admisible Sísmica:

Qadms= 2.21 kgf/cm2

Figura 2. Proyección Situación desfavorable, AutoCAD 2020.

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8.2 CIMENTACIONES CARGADAS EXCÉNTRICAMENTE. En varios casos, las cimentaciones están sujetas a un momento además de la carga vertical, como se muestra en la figura 3. En esas situaciones, la distribución de la presión por la cimentación sobre el suelo no es uniforme. Cabe mencionar que el análisis se deriva del caso más desfavorable, es decir el cálculo de fundaciones de la letra L:

Figura 3. Cimentaciones cargadas excéntricamente, Braja M. Das. Septima Edición. 8.2.1

Dimensión mínima de la cimentación 700 𝑘𝑔 = 𝑎2 → 𝑎 = 26,5 𝑐𝑚 1 𝑘𝑔/𝑐𝑚2

a= 𝑆𝑜𝑛 𝑐𝑚 𝑚í𝑛𝑖𝑚𝑜𝑠 𝑞𝑢𝑒 𝑑𝑒𝑏𝑒 𝑡𝑒𝑛𝑒𝑟 𝑙𝑎 𝑧𝑎𝑝𝑎𝑡𝑎 , 𝑝𝑜𝑟 𝑙𝑜 𝑡𝑎𝑛𝑡𝑜 𝑐𝑢𝑚𝑝𝑙𝑒 𝑦𝑎 𝑞𝑢𝑒 𝑝𝑜𝑠𝑒𝑒 50 𝑐𝑚 8.2.2

Excentricidad 𝑒=

𝑀 117 𝑘𝑔 ∗ 𝑚 = = 0,167𝑚 𝑄 700 𝑘𝑔

Q= 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑣𝑒𝑟𝑡𝑖𝑐𝑎𝑙 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 M= 𝑀𝑜𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑠𝑜𝑏𝑟𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛

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Para e > B/6 Observe que, en estas ecuaciones cuando la excentricidad e toma el valor B/6, qMÍN es cero. Para e> B/6, qMÍN será negativa, lo que significa que se desarrollará una tensión. Debido a que el suelo no puede soportar tensiones, habrá una separación entre la cimentación y el suelo debajo de ella. La naturaleza de la distribución de la presión sobre el suelo será como se muestra en la figura 3 (a) Entonces el valor de qMÁX es: 𝑞𝑚á𝑥 =

4𝑄 = 1,12 𝑘𝑔/𝑐𝑚2 3𝐿(𝐵 − 2𝑒)

𝑞𝑚á𝑥 ≤ 1.25 𝑞𝑎𝑑𝑚 *Por lo tanto, La capacidad de soporte del suelo resiste la solicitación.

8.3 COMPROBACIÓN AL VUELCO. La primera comprobación que debe efectuarse en zapatas sometidas a momentos o fuerzas verticales es la seguridad al vuelco. El problema se reduce a comprobar que el llamado momento de vuelco afectado indique el coeficiente de seguridad requerido. 𝐹. 𝑆 =

∑ 𝑀𝑜𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜𝑠 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑙𝑒𝑠 ∑ 𝑀𝑜𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜𝑠 𝑣𝑜𝑙𝑐𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠

(1)

175 𝑘𝑔∗𝑚

𝐹. 𝑆 = 117 𝑘𝑔∗𝑚 = 1,5 𝐶𝑢𝑚𝑝𝑙𝑒, 𝑎𝑙 𝑔𝑎𝑟𝑎𝑛𝑡𝑖𝑧𝑎𝑟 𝑙𝑎 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑟𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎𝑙 𝑣𝑢𝑒𝑙𝑐𝑜 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑙𝑒𝑡𝑟𝑎 𝑚𝑎𝑠 𝑑𝑒𝑠𝑓𝑎𝑣𝑜𝑟𝑎𝑏𝑙𝑒.

8.4 COMPROBACIÓN AL DESLIZAMIENTO. En el caso de zapatas sometidas a acciones horizontales y que no estén debidamente arriostradas, deberá comprobarse la seguridad al deslizamiento. La fuerza de rozamiento entre la base de la zapata y el terreno o la cohesión de este se tomará como única fuerza estabilizante. En este caso en particular no es necesario determinar esta comprobación.

8.5

FACTOR DE SEGURIDAD PARA COMBINACIÓN DE CARGA. Tabla 1. FS para combinacion de carga. TIPOS DE CARGA CARGA VIVA (S.C) CARGA MUERTA (P.P) CARGA TOTAL F.S combinación de carga

Q 100 kg 600 kg 700kg

% Carga Total 0,14 0,86

Factor de Carga 1,6 1,2

1,3

Fernando Araneda Rivera Ingeniero Civil SECPLAN Ilustre Municipalidad de Longaví

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