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ROYECTO:
AMPLIACIÓN DE LA BODEGA DE LA PLANTA JUGOS DEL VALLE.
AV. INSURGENTES No. 30, BARRIO TEXCACOA,
TEPOTZOTLÁN, ESTADO DE MÉXICO, C.P. 54600.
MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL
CONTENIDO
1. INTRODUCCIÓN
2. DESCRIPCIÓN GENERAL
3. ESTRUCTURACIÓN
4. CRITERIO DE DISEÑO ESTRUCTURAL
5. MATERIALES
6. ANÁLISIS DE CARGAS
7. ANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL
8. CONCLUSIONES
1. INTRODUCCIÓN
En este documento se describen los Criterios de Diseño Estructural y la cimentación para el
proyecto de la Ampliación de la bodega de la Planta de Jugos del Valle ubicada en la Av.
Insurgentes No. 30, Barrio Texcacoa, C.P. 54600, Estado de México.
2. DESCRIPCIÓN GENERAL
La distribuidora cuenta con una bodega, en ella se almacena el producto para protegerlo
que no pierda sus propiedades. Esta bodega se pretende ampliar para aumentar la
capacidad de almacenamiento de producto. La altura de la nave varía desde 12.00 hasta
15.00 mts sobre nivel de piso terminado.
3. ESTRUCTURACIÓN
La bodega se estructura con base en columnas de acero formadas con placas en forma de
“I”, de sección variable apoyada en placas base de acero ancladas en dados de concreto
que son parte de la zapata de cimentación. En estas columnas se apoyan las trabes de
acero formadas con placas en forma de “I”, de sección variable conectadas a momento y
sobre las cuales se apoyan los largueros que sirven de apoyo a la lámina que forma la
cubierta. La ampliación de la bodega se hará respetando la arquitectura existente en
fachadas con las mismas alturas y los mismos materiales.
4. CRITERIO DE DISEÑO ESTRUCTURAL
Para el diseño estructural se consideraron los siguientes criterios y reglamentación.
4.1. Reglamentos y especificaciones
El diseño estructural del conjunto y su cimentación, la fabricación, procedimientos
constructivos, inspección, calidad de materiales y mano de obra, se regirán por la última
revisión de los reglamentos y especificaciones señalados a continuación:
MANUAL DE DISEÑO DE OBRAS CIVILES, DISEÑO POR SISMO, COMISIÓN FEDERAL DE ELECTRICIDAD
(MDSCFE), 1993.
MANUAL DE DISEÑO DE OBRAS CIVILES, DISEÑO POR VIENTO, COMISIÓN FEDERAL DE ELECTRICIDAD
(MDVCFE), 1993.
MANUAL DE DISEÑO DE OBRAS CIVILES, ESTRUCTURAS, C.1.2. ACCIONES, COMISIÓN FEDERAL DE
ELECTRICIDAD (MDACFE), 1981.
NORMAS TÉCNICAS COMPLEMENTARIAS, REGLAMENTO DE CONSTRUCCIONES PARA EL DISTRITO
FEDERAL (NTCRCDF-04), 2004.
ESPECIFICACIONES PARA DISEÑO, FABRICACIÓN Y MONTAJE DE ESTRUCTURAS DE ACERO PARA
EDIFICIOS, IMCA, 1987.
CÓDIGO DE PRÁCTICAS GENERALES, IMCA, 1987.
LOAD AND RESISTANCE FACTOR DESIGN SPECIFICATION FOR STRUCTURAL STEEL BUILDINGS, AISC,
2005 (LRFD-05).
STRUCTURAL WELDING CODE- STEEL (D1.1-92) AWS.
4.2. Criterio de diseño estructural
La estructura se diseñó conforme al criterio de estados límite especificado por estos
reglamentos. Así, se verifican los estados límite de servicios y de falla.
a) Revisión de estado límite de falla:
La estructura tendrá seguridad adecuada contra la aparición de cualquier situación que
corresponda al agotamiento de la capacidad de carga de la estructura y cualquiera de sus
componentes, incluyendo la cimentación, ante las combinaciones de acciones más
desfavorables que puedan presentarse durante su vida útil. O bien, al hecho de que ocurran
daños irreversibles que afecten significativamente la resistencia bajo nuevas aplicaciones de
cargas.
b) Revisión de estado límite de servicio:
Se revisó que la ocurrencia de desplazamientos, agrietamientos o vibraciones no afecten el
correcto funcionamiento de la edificación, ante combinaciones de acciones que
corresponden a condiciones normales de operación.
4.3. Clasificación de la estructura
Las estructuras de la planta se clasifican según su importancia en Grupos y por la
característica de la respuesta estructural ante una acción accidental en Tipos. Se empleará
la clasificación señalada por el Manual de Diseño Sísmico de la CFE (MDSCFE) y el Manual de
Diseño por Viento de la CFE (MDVCFE).
La estructura se clasifica, debido a su importancia y uso, dentro del Grupo B.
4.4. Diseño Estructural
Para la revisión de los elementos estructurales se verificó que no se rebase ningún estado
límite de falla, con base en el criterio de resistencia última, ésto se puede expresar como:
RN FC AN
donde
RN = resistencia nominal
= factor de reducción de resistencia
AN = acción nominal
FC = factor de carga
Los valores de los factores de carga y resistencia, corresponden a lo señalado en el RCDF-04
y sus NTC.
4.5. Estados límite de servicios
Para verificar que se cumplen con los estados límite de servicio se revisó:
a) El desplazamiento vertical máximo en trabes, incluyendo los efectos a largo plazo, en
elementos cuyas deformaciones no afecten a elementos no estructurales es de L/240 + 0.5 (L
en cm). En elementos en voladizo el límite indicado se multiplicará por dos
b) Ante fuerzas sísmicas, donde elementos no estructurales se ligan a la estructura, la relación
máxima de desplazamiento lateral relativo de entrepiso a la altura de dicho entrepiso, con un
factor de comportamiento sísmico Q=2, no excederá de 0.012
5. MATERIALES
Se consideran las siguientes propiedades de los materiales:
a) Concreto
La resistencia del concreto a la compresión simple a los 28 días en los elementos de concreto
reforzado es de f’c=250 kg/cm2.
b) Acero de refuerzo
El acero de refuerzo es grado 42, con esfuerzo de fluencia fy=4200 kg/cm2 y módulo de
elasticidad de E=2,100,000 kg/cm2.
c) Acero estructural
Se usará acero de calidad ASTM A36, para perfiles IPR y módulo de elasticidad E=2,100,000
kg/cm2.
d) Soldadura
En conexiones soldadas se emplean electrodos de la serie E-70XX.
6. ANÁLISIS DE CARGAS
En el análisis y diseño estructural se consideró la acción de cargas permanentes, variables y
accidentales, conforme a la geometría, estructuración y a los criterios básicos del proyecto.
6.1. Cargas permanentes
a) Se consideran las acciones de carácter permanente por Carga Muerta, como son el peso
propio de toda la estructura. Peso de lámina 10 kg/m2
Instalaciones 5 kg/m2
6.2. Acciones variables
Esta carga consiste en aquellas acciones producidas por el uso y ocupación de las
edificaciones sin ser de carácter permanente:
b) La carga viva máxima, (wm), se emplea para diseño por fuerzas gravitacionales, para
cálculo de asentamientos inmediatos en suelos, y para diseño de cimientos ante cargas
gravitacionales. Carga viva máxima 40 kg/m2
c) La carga viva instantánea, (wa), se aplica para diseño sísmico y por viento, y cuando se
revisen distribuciones de carga más desfavorables que la uniformemente repartida.
Carga viva por sismo 20 kg/m2
6.3. Acciones accidentales
Estas acciones no se deben al funcionamiento normal de la edificación y pueden alcanzar
intensidades significativas sólo durante lapsos breves. Pertenecen a esta categoría las
acciones sísmicas y los efectos de viento. Se consideró, que esta estructura, durante su vida
útil, estará sometida a la acción de cargas accidentales de sismo, principalmente.
Para el diseño sísmico de la estructura se aplicó el Reglamento de Construcción del Distrito
Federal. Para efectos de este reglamento, la estructura se clasifica como Grupo B y se
localiza en:
Suelo Tipo: II
Así, el espectro de diseño sísmico se define a partir de los siguientes parámetros:
coeficiente sísmico: c = 0.32
coeficiente de aceleración del terreno: a0 = 0.08
periodo característico de inicio de meseta: Ta = 0.20 s
periodo característico de fin de meseta: Tb = 1.35 s
exponente de parte curva del espectro: r = 1.33
Las ordenadas espectrales (a), expresadas como fracción de la gravedad se obtienen
como:
b
r
b
b
a
a
TTT
Tc
TTc
TTT
Taca
a
si
T si
si
a
00
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0 0.6 1.2 1.8 2.4 3 3.6 4.2 4.8 5.4 6 6.6 7.2 7.8 8.4 9 9.6
a
areducida
Por otra parte, debido a que la estructura considera marcos de acero, conectados a
momento en las dos direcciones, capaces de resistir el 100% de las fuerzas laterales totales, el
Factor de Comportamiento Sísmico adoptado es de Q=2. Entonces, las fuerzas sísmicas se
disminuyen, dividiéndolas entre el Factor Reductivo:
Con estos parámetros, se grafica el espectro de diseño:
Figura 6.1 Espectro de Diseño
La estructura se analiza bajo la acción simultánea de dos componentes horizontales
ortogonales del movimiento del terreno. Los efectos de las componentes horizontales del
movimiento se combinaron tomando en cada dirección que se analizó la estructura, el 100%
de los efectos de una componente actuando en una dirección y el 30% de los efectos de la
otra componente, en las direcciones y sentidos más desfavorables (ver combinaciones de
carga).
El análisis sísmico se efectuó con base en el método estático.
a
a
a
TTQT
T
TTQ
Q si11
si
'
6.4. Combinaciones de cargas
La seguridad de la estructura se verificó para el efecto combinado de todas las acciones
que tienen probabilidad no despreciable de ocurrir simultáneamente, rigiendo en el diseño la
combinación que produjo los efectos más desfavorables. Estas combinaciones de carga,
relacionadas como sumas vectoriales, se basan en el criterio de estados límite de falla y
corresponden a la normatividad del MDSCFE. Así, las combinaciones empleadas para la
revisión de los estados límite de falla fueron:
a) 1.4(CM + CVm)
b) 1.1(CM + CVa ± Sx ± 0.3Sy )
c) 1.1(CM + CVa ± 0.3Sx ± Sy )
donde
CM = carga muerta
CVm = carga viva máxima
CVa = carga viva instantánea
Sx = fuerzas sísmicas en la dirección longitudinal (x)
Sy = fuerzas sísmicas en la dirección transversal (y)
Asimismo, para la revisión de estados límite de servicio se tomó en todos los casos anteriores
un factor de carga de 1.0
7. ANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL
El análisis estructural se efectúa con base en la geometría y acciones indicadas
anteriormente. Se elaboró un modelo matemático-numérico tridimensional donde se genera
la geometría y las propiedades mecánicas de los materiales, señaladas en los puntos
anteriores. Las acciones permanentes, variables y accidentales se aplican sobre los
elementos estructurales.
En la cimentación se empleó una zapata aislada de concreto reforzado. La capacidad de
carga considerada fué de 10.5 ton/m2.
Con referencia a la estructura metálica, ésta se diseñó con base en el LRFD (Load Resistance
Factor Design), este código es equivalente al indicado en las NTC- RCDF-04.
MODELO DE LA BODEGA
APLICACIÓN TIPICA DE CARGA VIVA EN LA CUBIERTA
APLICACIÓN TIPICA DE FUERZAS SISMICAS EN X
APLICACIÓN TIPICA DE FUERZAS SISMICAS EN Z
DEFORMACION POR EMPUJES DE FUERZAS DE SISMO EN X
DIAGRAMAS DE MOMENTOS EN TRABES Y COLUMNAS POR SISMO EN X
RELACION DE ESFUERZOS EN LA ESTRUCTURA
8. CONCLUSIONES
8.1- El análisis estructural se efectuó con base en la geometría y acciones indicadas a
continuación:
a).- Cargas permanentes, peso propio de la estructura.
b).- Cargas variables, carga viva máxima en lámina de cubierta.
c).- Cargas accidentales, sismo en las dos direcciones ortogonales
8.2- Se verificó el efecto combinado de todas las acciones que tienen probabilidad no
despreciable de ocurrir simultáneamente, rigiendo en el diseño la combinación que produjo
los efectos más desfavorables. Así, las combinaciones empleadas para la revisión de los
estados límite de falla fueron:
a) 1.4(CM + CVm)
b) 1.1(CM + CVa ± Sx ± 0.3Sy )
c) 1.1(CM + CVa ± 0.3Sx ± Sy )
8.3- Se elaboró un modelo matemático-numérico tridimensional con el programa STAAD-Pro
2007 Versión 8i, donde se genera la geometría y las propiedades mecánicas de los
materiales. Las acciones permanentes, variables y accidentales se aplican sobre los
elementos estructurales. Después de hacer el análisis, el programa es capaz de diseñar los
diferentes elementos de la estructura en base al reglamento del AISC-2005, que es la base
del Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal.
8.4- De acuerdo a los análisis realizados, cálculo de desplazamientos, y revisión de esfuerzos
en trabes y columnas de la estructura, en los cuales se observa que ninguno de ellos rebasa
el valor permisible, se concluye que el diseño es adecuado y la estructura debe comportarse
con seguridad a las cargas aplicadas.
