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MEMORIA DE CALCULO ESTRUCTURAL POZO DE INFILTRACION
Ing. Lester M. Gómez. Revisa: MSc.JIMMY VANEGAS 31/07/2017
MEMORIA DE CALCULO ESTRUCTURAL Proyecto: Diseño Estructural de Pozo de Infiltración para drenaje Pluvial. Dis eño: MSc. J immy Vaneg as .
1. DESCRIPCIÓN El Presente proyecto consiste en el análisis y diseño de lo que será el pozo de infiltración para el drenaje pluvial de la nueva bodega para almacenamiento de materiales, ubicado en la localidad de MANAGUA. El área de construcción es de aproximadamente de 20.00 m² (Cantidad de diseño ES). Para el diseño se analizó la estructura en su conjunto, teniendo en cuento las variables como son, deformaciones provocadas por el empuje de tierra sobre la sección de mampostería y asentamiento en área de fundación.
2. ESTRUCTURACIÓN DE LA OBRA. Sea propuesto un sistema de fundación carga la sección de mampostería, este a su vez se compone por un sistema de zapata corrida con un espesor de t=0.15m, la cual tiene el fin de rigidizar la nueva estructura, Como indica en el cuadro de sección de ES-1. A su vez, estos elementos se encargarán de evitar que se desplacen lateralmente y provoquen el colapso de la estructura, y a la vez harán que las cargas de las columnas sean transmitidas rápidamente al suelo. El sistema de fundaciones se cimentará a una profundidad adecuada a fin de evitar el efecto de volteo de la misma ante cualquier eventualidad sísmica en la zona. En las distintas áreas se propuso una modulación de sección de concreto en dependencia de criterios estructurales considerados en este diseño ya que su ubicación lo amerita.
3. CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES CONCRETO Se usará concreto cuya resistencia a los 28 días de fabricado sea de f'c = 210 Kg/cm 2 (3,000 psi), con un módulo de elasticidad Ec= 210,000 Kg/cm 2 (3, 000,000 psi) El peso volumétrico del concreto reforzado es de 2,400 Kg/m 3 (150 lb/ft 3). *NOTA: Se deberá de revisar el concreto para cada sección ya hay variante de acuerdo al tipo de elemento que se modulo en la estructura presenta.
A C E R O DE R E FUE R ZO El acero de refuerzo longitudinal deber ser corrugado del tipo ASTM A-40, con un esfuerzo Memoria de Cálculos Estructurales. MSc. Jimmy Venegas
de fluencia f y= 2,800 Kg/cm 2 (40,000 psi) y un módulo de elasticidad E s= 2, 100,000 Kg/cm 2 (30,000 Ksi) En tanto el acero transversal tendrá las mismas características mecánicas que el longitudinal, pero con la excepción que se utilizarán varillas lisas en el caso de la No.2. El peso volumétrico del acero es de 7,847.7 Kg/m 3 (490 lb/ft 3)
S UE LOS Por no contar con un estudio geotécnico (SPT) del sitio de construcción, se asumirá un valor soporte de 2.1 Kg/cm² para el caso de zapatas aisladas. Además, se considera un nivel de desplante de 2.20 m y se asume un peso volumétrico del suelo igual a 1,600 Kg/m3.
4. CLASIFICACION DE LAS ESTRUCTURAS Según las Normas Mínimas para la determinación de cargas debidas a sismos descritas en el Título II del Reglamento Nacional de la Construcción, RNC-07, la estructura posee las siguientes características:
Grupo B, Arto 20: b) Estructuras de normal importancia: (Grupo B) son aquellas en el que el grado de seguridad requerido es intermedio, y cuya falla parcial o total causaría pérdidas de magnitud intermedia como viviendas, edificios de oficinas, locales comerciales, naves industriales, hoteles, depósitos y demás estructuras urbanas no consideradas esenciales , etc.
Zona sísmica, C, Ato 24, figura 2, Zonificación Sísmica de Nicaragua
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Suelo Tipo III, Arto 25,
Tipo I: Afloramiento rocoso con Vs>750 m/s, Tipo II: Suelo firme con 360 < Vs ≤ 750 m/s, Tipo IIl: Suelo moderadamente blando, con 180 ≤ Vs ≤ 360 m/s, Tipo IV: Suelo muy blando, con Vs<180 m/s. Factor de amplificación del suelo, S=2.0, Arto 25, Tabla #2 Zona Sísmica A B C
I 1.0 1.0 1.0
Tipo de suelo II 1.8 1.7 1.5
III 2.4 2.2 2.0
Valor de a0 para la ciudad de Managua: 0.30g, Anexo C mapa de Iso aceleraciones
5. JUSTIFICACIÓN DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES Para el análisis y diseño de todos y cada uno de los elementos principales o secundarios constituyentes de la estructura modelada, se utilizaron las siguientes combinaciones de cargas que tienen que considerarse según los códigos de diseño de estructuras de acero y tal a como se indica en el arto 15 del RNC-07.
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6. ANALISIS DE LA ESTRUCTURA DE POZO A continuación, se presenta el análisis de la estructural, modulando la sección de mampostería, Con el fin de conocer las deformaciones críticas y valores de axial, momento y cortante del elemento a analizar.
Fig.1: Condiciones críticas de deformación =5.36 lb/in2.
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7. ANALIS ESTRUCTURAL –FUNDACION 7.1Sistema de fundaciones Para soportar las cargas de la pared, se propusieron para estas columnas con una separación de 60° para confinar y reforzar sección de mampostería (ver planos estructurales ES-1). El análisis de este elemento se realizó en una hoja de cálculos Excel preparada para este caso específico, donde se obtuvieron presiones sobre el suelo de 0.90 Kg/cm² menor que el valor soporte de suelo de 1.50 x 1.40 = 2.10 Kg/cm². El área de acero requerida es satisfecha con varillas corrugadas espaciada como se indica en los planos estructurales. *A continuación se presentan los cálculos realizados para este elemento:
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PROYECTO: POZO DE INFILTRACION DE AGUAS PLUVIALES *-Analisis de Tanques Circulares de Mamposteria Reforzada. Diametro de Tanque D: Altura de Tanque H Espesor Propuesta t=
2.4 mts = 2 mts = 0.15 mts =
7.872 pies 6.56 pies 0.492 pies
H2/(D*t) = 11.1111111 Factor de Carga = 1.7 Ver ACI Coeficciente Sanitario (C.S)= 1.65 ACI P.prop. Agua = Wu = Cs*Fact*Pp.agua = Wu*H*R =
62.5 lbs/pie3
1000 kg/m3 = 175.3125 4526.5968
2263.2984
1) Analisis en Tension. (A nillo Horiz ontal) Tabla A-5. Coeficiente = 0.88 Tension en anillo = 3983.40518 lb/pie Acero de refuerzo grado = 40000 psi Acero req = 0.11 plg2/pie Capacidad en Tension = As*0.90*fy= 7065 # varillas req. = Usar refuerzo # 4 @
Proponer # Area =
4 0.20 plg2
lbs = 3204.08163 kgs 0.56382239 c/pie 21.2833 plgs 54.06 cms
2) A nalisis en flexion. (R efuerzo vertical) Coeficiente de Momento = Momento = Wu*H3*Coeff = A's req =
0.0011 54.4398708 lb-pie/pie 0.0006 plg2/pie 0.01204473 cm2/mts
Acero minimo =0.0007*t*b =
1.05 cm2/mt s
3) Revisi on por C ortante. Resistencia a la compresion de mamposteria = Coeficiente de Tabla = 0.08 Cortante actuante = Coef*W u*H2 = 603. 54624 lbs Resistencia a c ortante = 0.55*f'c
1/2
*b*d =
6745.49604
55 kg/cm2
3059.18188 kgs = >
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603.54624
6745.49604 lbs Ok!!
PROYECTO: POZO DE INFILTRACION DE AGUAS PLUVIALES Calculo de Zapatas Circulares ante Carga Axial y Flexion. (Metodo de Octagono Equivalente). E sfuerz o a c om pres ion P erm is ible qa = 210. 000 k pa = 2.100 kg/cm2 4,000 psi =
Resistencia del Concreto f'c=
3
28.000
Peso Es pecifico de Concreto =
2407.000
kg/m =
23.605
Peso Especifico de Suelo =
1600.000
kg/m3 =
15.691
Diametro de Fundacion = Espesor de Fundacion = Desplante de Zapata = Altura de Pedestal = Diametro de Pedestal = Area de Octagono = Area Pedestal = Radio Efectivo = Modulo de Seccion respecto a Diametr Peso de Pedestal = Peso de Retorta = Peso de Relleno =
3.55 0.80 2.20 1.40 2.40 10.43 4.769 1.921 4.898
157.608 KN = 197.049 KN = 124.455 KN = 479.112
Revision Estabilidad al volteo. Tomando Momentos al rededor del toe M. resistente = 850.424 Momento Actuante 255.06
Kn-m = F.S =
Calculo de la Presion de Suelo. Reaccion Vertical Externa = q max = P/A + M/S = q min = P/A - M/S =
KN/m2 KN/m3 KN/m3
mts mts
mts2 mts mts3 16066.032 Kgs 20086.524 Kgs 12686.588 Kgs
86689.479 kg-m 26000.000 kg-m = 3.334
q = P/A + M/S < q admis. 134102.880 kgs = 178.108 < q adm = 73.951 < q adm =
1315.100 KN 210.000 Kpa 210.000 Kpa
La seccion Es Satisfactoria 178 kpa es menor que 210 kpa Calculo:
Revision de Peralte por Cortante. 1) Accion de Viga. Peralte efectivo "d" = 0.150 mts El area a ser resistida es el area " abcd ", bajo el talon. La pendient e "s " = (qt oe - q heel)/ B = 29.340 Dis t. a evaluar X = 0. 425 mts (Como accion de viga) asi el valor del esfuerzo qad = q toe - S*X = 165.638 Kpa
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Para un diagrama trapezoidal y un ancho de 1.00 mts ademas de aplicar un factor de carga Load Factor = 1.400 bw = 1.000 mts Cortante Ultimo Vad = 102.264 KN/m. Resistencia de concreto como accion de viga V'c= (0.85*f'c 0.5)/6 *bw*d; [Mpa] f'c = 4000.000 psi = 28.000 Mpa V'c = 112. 444 KN/ m > 102. 264 Ok!!!! 2) Accion de Columna Revision de cortante alrededor del arco abc, el cual es sustituido por un medio cuadrado equivalente con la misma area. Calculo del cuadrado equivalente en funcion de diametro Dt = Dp+d. diametro Dt = 2.550 mts, y el lado equivalente de un cuadrado basado en este diametro Ss = 2.260 mts. Perimetro de corte = 9.040 mts Resistencia a c orte V'c = 0.85*3*f'c0.5*bo*d =
2032.889 KN 207.226 ton
Corte como accion en dos direcciones. A.corte = Area Total - Area a una distancia d/2 del pedes tal. A .c orte = 5.051 m ts 2. 1259.421 KN > 1259.421
Cortante Ultimo Vu = V'c > Vu;
2032.889
Ok!!!!
Calculo del Momento Flexionante.
Realizando momento tom ando una franja de un metro en la cara del pedestal: Long. En volado = 0.575 mts. En esta longitud los momentos extremos de un trapecio son: q max = 178.108 kpa Esfuerzo en la cara de la Columna; q dist(x) =
64.460
kpa
Ubicacion de Resultante = 0.332 mts Momento = 23.181 KN-m/m = 2362.994 Para f'c = 28.000 Mpa = 280.000 kg/cm2 f'y = 400.000 Mpa 4200.000 kg/cm2 As req.= Fac tor*Mu / (0. 90*d*f'y*) = 6.680 cm2/m A's min (fundation S lab)= A's min (flexural el ement ) = Proponiendo var # 4 Area de una varilla = 1.266 Numero varillas @ un metro = Ac ero Total = 6.331
3.000 5.000
cm2/m cm2/m
5.000
(En forma Radial)
cm 2 cm 2 Calculo:
Ubicacion de varillas: Desarrollo de circulo = 11.147 mts El numero propuesto de varillas c orreponde a un angulo (grados) de por lo tanto ubicar una varilla @ 8.074 Grados.
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32.296
Kg-m/m
Todos los demás elementos que forman parte de la estructura resistente de este módulo son de similares características estructurales soportando menores valores de Momentos flexionante mencionados en este documento, por lo que tendrá que proporcionarles el acero de refuerzo mínimo que se indica en el Reglamento Nacional de la Construcción RNC-07. Este refuerzo será de varillas #4 (ver planos estructurales) con estribos de varilla #2 espaciado a 10 cm. Managua, julio de 2017.
MS c. J immy Vaneg as S .
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