Memoria descriptiva de estructuras

MUNICIPALIDAD DIST. HUAMBOS

MEMORIA CÁLCULO DE ESTRUCTURAS

1.-Descripción

El proyecto contempla la construcción de una estructura destinada a un centro

educativo, la cual está conformada por dos módulos de dos niveles cada uno.

Lo que constituye únicamente la estructura base, en planta, las siguientes

dimensiones: 37.55 m. de largo (MODULO 01 + MODULO 02) x 6.80m. de

ancho. La altura del total de dos niveles de la edificación es de 8.82m.

El primer módulo + segundo módulo está compuesto por cinco, laboratorio,

biblioteca y sala cómputo. El tercer módulo, de un nivel, está destinado a

ambientes de Dirección y Secretaría, así mismo se tiene ambientes de un solo

nivel para servicios higiénicos con batería de SS.HH. para hombres, mujeres y

docentes. El primer y el segundo nivel de ambos módulos están conectados por

medio de una escalera, cuya ubicación está entre el módulo 01 y módulo 02. El

techo del segundo nivel posee una pendiente aproximada de 26%. Ambos

módulos están separados por una junta sísmica de 2”, para darles

independencia de comportamiento frente a un evento sísmico.

2.-Elección del sistema estructural

En la elección del sistema estructural influyeron los criterios de uso, resistencia,

economía, funcionalidad, estética, los materiales disponibles en la zona y la

técnica para ejecutar la obra. El resultado debe comprender el tipo estructural,

las formas y dimensiones, los materiales y el proceso de construcción.

Por lo anteriormente descrito y teniendo en cuenta las dimensiones y

distribución en planta se ha optado por establecer que en la dirección X-X la

edificación estará conformada por pórticos y muros de corte, en la dirección Y-

Y, la resistencia la brindarán básicamente muros de albañilería confinada; de

esta manera se espera un adecuado comportamiento estructural en las diversas

hipótesis de carga que se asuman al analizar la estructura y se brinde ductilidad

y resistencia en eventos sísmicos.

EDWIN DÍAZ DÍAZ PROYECTO: “AMPLIACIÓN, RECONSTRUCCIÓN DE LA Ingeniero Civil C.I.P. N° 080758 I.E. AUGUSTO SALAZAR BONDY YAMALUC – HUAMBOS

”


3.-Normas aplicadas

Reglamento Nacional de Edificaciones. Norma técnica de Edificación E-020

“Cargas”.


“Diseño Sismo Resistente”.


“Suelos y Cimentaciones”.


“Concreto Armado”.


“Albañilería”.

4.-Materiales

Concreto ciclópeo

Resistencia nominal (ACI 318-05) f’c=100 Kg/cm2

Se permitirá hasta 30% de piedra grande en

cimientos sin refuerzo y hasta 25% de piedra

mediana en sobrecimientos no reforzados

Concreto armado

Resistencia nominal (ACI 318-05) f’c=210 Kg/cm2

Módulo de elasticidad E=217,000 Kg/cm2

Peso específico λ= 2400 Kg/m3

Acero de refuerzo Grado 60 fy=4200 Kg/cm2

Albañilería

Resistencia nominal en pilas f’m=45 Kg/cm2

Módulo de elasticidad E=20,000 Kg/cm2

Unidades de albañilería tipo IV (ITINTEC 331.017)

Mortero 1:0.5:4 (cemento: cal: arena)

Todos los muros sombreados en planta serán de

Albañilería sólida con 25% máximo de vacíos.


”


5.- Cargas:

Cargas verticales

Las cargas verticales se evaluaron de acuerdo a las normas vigentes, para las

losas armadas en una sola dirección se supuso los siguientes valores:

Losa de h=0.20 m 300 Kg./m2

Losa de h=0.13 m 211 Kg./m2

Acabados de techo 100 Kg./m2

Los pesos de escaleras, vigas, columnas y muros de corte se estimó teniendo

en cuenta el peso especifico del concreto armado de 2400 Kg./m3. Para la

albañilería se supuso un peso específico igual de 1900 Kg/m3.

Las cargas vivas mínimas consideradas se resumen a continuación:

Aulas 300 Kg./m2

Corredores y escaleras 400 Kg./m2

Techo 100 Kg./m2

6.- Procedimiento de análisis:

El análisis de las estructuras de concreto armado se realizó mediante el

programa ETABS v 9.0.4. Para el análisis y verificaciones de los refuerzos de la

cimentación, losas armadas en una dirección, muros de corte, de mampostería

y de vigas se emplearon hojas de cálculo que nos permitió el diseño final de

dichos elementos estructurales. En el análisis se supuso un comportamiento

lineal elástico. Los elementos de concreto armado se representaron como

objetos lineales. Sus rigideces se calcularon ignorando su fisuración y el

refuerzo. Los módulos fueron analizados con modelos tridimensionales,

suponiendo losas infinitamente rígidas frente a acciones en su plano.

6.1.- Predimensionamiento

Predimensionar una estructura es darle las medidas preliminares a los

elementos que la conforman, los cuales serán utilizados para soportar las

cargas aplicadas. Los elementos predimensionados corresponden a columnas,

vigas, muros de corte y albañilería. La cimentación se predimensionó en el

momento de analizarla.


”


6.2.-Modelo para el análisis.

Las imágenes siguientes muestran los modelos empleados para el análisis

estructural, en el programa ETABS v 9.0.4, también se indica el sistema de

referencia:

MÓDULO Nº1

Módulo nº1-Modelo para el análisis, vista tridimensional.

Módulo nº1- Modelo para el análisis, vista anterior.


”


Módulo nº1- Modelo para el análisis, vista lateral.

MÓDULO Nº2

Módulo nº2-Modelo para el análisis, vista tridimensional.


”


Módulo nº2- Modelo para el análisis, vista anterior.

Módulo nº2- Modelo para el análisis, vista posterior.


”


Módulo nº2- Modelo para el análisis, vista lateral paralela al eje H.

6.3.-Acciones de sismo

Para el análisis sísmico se asumieron las siguientes hipótesis

Hipótesis del análisis:

1.-La estructura se comporta linealmente elástica.

2.-Existen diafragmas rígidos a nivel de piso, los que definen un sistema con

tres grados de libertad, dos traslaciones perpendiculares entre sí y un giro,

todos ellos referidos al centro de gravedad del nivel.

3.- La estructura está empotrada a nivel basal. (Columnas y muros)

4.- Todos los elementos que conforman la estructura soportan rigidez por

flexión corte y esfuerzo axial.

El análisis sísmico se efectuó según la Norma Técnica E-030 (2003), con el

procedimiento de superposición modal espectral, con combinación cuadrática

completa (CQC) y 5% de amortiguamiento. Considerando las condiciones de


”


suelo, las características de la estructura y las condiciones de uso, se utilizaron

los parámetros siguientes:

Parámetros para el análisis sísmico

Factor de zona (zona 3) Z= 0.4

Factor de uso e importancia (categoría A) U=1.5

Factor de suelo (suelos flexibles) S= 1.4

Período para definir espectro de seudo aceleración Tp= 0.6

Reducción de la respuesta

Dirección X-X Rx=7

Dirección Y-Y Ry=3

6.4.-Espectro de aceleraciones

ESPECTRO DE ACELERACIONES EN LA DIRECCIÓN X-X T C ZUSC Sa T C ZUSC Sa 0.00 2.50 2.10 2.94 3.50 0.64 0.54 0.76 0.20 2.50 2.10 2.94 4.00 0.56 0.47 0.66 0.40 2.50 2.10 2.94 4.50 0.50 0.42 0.59 0.60 2.50 2.10 2.94 5.00 0.45 0.38 0.53 0.80 2.50 2.10 2.94 5.50 0.41 0.34 0.48 1.00 2.25 1.89 2.65 6.00 0.38 0.32 0.44 1.20 1.88 1.58 2.21 6.50 0.35 0.29 0.41 1.40 1.61 1.35 1.89 7.00 0.32 0.27 0.38 1.60 1.41 1.18 1.66 7.50 0.30 0.25 0.35 1.80 1.25 1.05 1.47 8.00 0.28 0.24 0.33 2.00 1.13 0.95 1.32 8.50 0.26 0.22 0.31 2.50 0.90 0.76 1.06 9.00 0.25 0.21 0.29 3.00 0.75 0.63 0.88 9.50 0.24 0.20 0.28


”


ESPECTRO DE ACELERACIONES (X-X)

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00

PERÍODO (T)

AC

EL

ER

AC

IÓN

ES

PE

CT

RA

L

(Sa)

ESPECTRO DE ACELERACIONES EN LA DIRECCIÓN Y-Y T C ZUSC Sa T C ZUSC Sa 0.00 2.50 2.10 6.87 3.50 0.64 0.54 1.77 0.20 2.50 2.10 6.87 4.00 0.56 0.47 1.55 0.40 2.50 2.10 6.87 4.50 0.50 0.42 1.37 0.60 2.50 2.10 6.87 5.00 0.45 0.38 1.24 0.80 2.50 2.10 6.87 5.50 0.41 0.34 1.12 1.00 2.25 1.89 6.18 6.00 0.38 0.32 1.03 1.20 1.88 1.58 5.15 6.50 0.35 0.29 0.95 1.40 1.61 1.35 4.41 7.00 0.32 0.27 0.88 1.60 1.41 1.18 3.86 7.50 0.30 0.25 0.82 1.80 1.25 1.05 3.43 8.00 0.28 0.24 0.77 2.00 1.13 0.95 3.09 8.50 0.26 0.22 0.73 2.50 0.90 0.76 2.47 9.00 0.25 0.21 0.69 3.00 0.75 0.63 2.06 9.50 0.24 0.20 0.65

ESPECTRO DE ACELERACIONES (Y-Y)

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00

PERÍODO (T)

AC

EL

ER

AC

IÓN

ES

PE

CT

RA

L (

Sa)

Espectro de aceleraciones de los Módulos nº 1 y 2


”


6.5.-Combinaciones de carga

La verificación de la capacidad de los elementos de concreto armado, se basó

en un procedimiento de cargas mayoradas, conforme a la Norma técnica de

Edificación E-060 “Concreto Armado”.

Los factores de carga se precisan en la relación siguiente, donde Cm se refiere

a la carga muerta, Cv a la carga viva y Sx, Sy son las acciones de sismo según

las direcciones principales y ortogonales entre sí.

Combinación 1 = 1.50Cm + 1.80Cv.

Combinación 2 = 1.25Cm + 1.25Cv + 1.25Sx.

Combinación 3 = 1.25Cm + 1.25Cv - 1.25Sx.

Combinación 4 = 1.25Cm + 1.25Cv - 1.25Sy.

Combinación 5 = 1.25Cm + 1.25Cv + 1.25Sy.

Combinación 6 = 0.90Cm + 1.25Sx.

Combinación 7 = 0.90Cm - 1.25Sx

Combinación 8 = 0.90Cm + 1.25Sy

Combinación 9 = 0.90Cm - 1.25Sy

Combinación 10 = Envolvente (Comb1, Comb2, Comb3, Comb4, Comb5,

Comb6, Comb7, Comb8, Comb9)

6.6.-Estimación de las masas

Las masas se estimaron según lo especificado en la Norma técnica de

Edificación E-030 “Diseño Sismo Resistente” y la Norma técnica de Edificación

E-020 “Cargas”. Se incluyeron las masas de las losas, vigas, columnas y

tabiquería, acabados de pisos y techo y el 50% de la sobrecarga máxima. En la

tabla siguiente se indican las masas de cada nivel, la posición del centro de

masas y de rigideces (basándose en la distribución de fuerzas en altura

resultante del análisis modal).

Centros de masas y rigideces

Nivel Masa Centro de masas Centro de rigideces


”


ts2/m Xm(m) Ym(m) Xr(m) Yr(m)

2 3.4002 9.248 3.230 8.244 3.211

1 25.7078 8.780 2.365 8.587 3.224

Centros de masas y rigideces-Módulo nº1

La masa total, incluida la que no está asociada a los diafragmas resultó ser

31.1227 ts2/m.

Centros de masas y rigideces

Nivel Masa Centro de masas Centro de rigideces

ts2/m Xm(m) Ym(m) Xr(m) Yr(m)

2 2.9227 6.142 3.230 7.765 3.588

1 19.1975 6.550 2.727 8.070 3.907

Centros de masas y rigideces-Módulo nº2

La masa total, incluida la que no está asociada a los diafragmas resultó ser

26.3327 ts2/m.

6.7.-Modos de vibración

Información modal-Módlo nº1

Mode Period UX UY UZ ModalMass ModalStiff

1 0.240772 0.556151 0.000321 0 0.011521 7.84598

2 0.120576 0.005021 0.571353 0 0.011521 31.285296

3 0.103596 0.035198 -0.120098 0 0.011521 42.380982

4 0.074688 0.186962 0.006678 0 0.011521 81.537547

5 0.045433 -0.001133 0.066183 0 0.011521 220.356299


”


6 0.036505 0.000429 0.015134 0 0.011521 341.308426

7 0.033099 -0.000317 0.000187 0 0.011521 415.182868

8 0.024164 0.000046 0.00097 0 0.011521 778.959298

9 0.015122 -0.00005 -0.000425 0 0.011521 1989.1397

Modo nº 1, T=0.2408

Modo nº 2, T=0.1206


”


Modo nº 3, T=0.1036

Modo nº 4, T=0.0747


”


Modo nº 5, T=0.0454

Modo nº 6, T=0.0365

Modo nº 7, T=0.0331


”


Modo nº 8, T=0.0242

Modo nº 9, T=0.0151

Información modal-Módlo nº2

Mode Period UX UY UZ ModalMass ModalStiff

1 0.217744 -0.300682 0.006635 0 0.011521 9.593249

2 0.10907 0.144102 -0.323627 0 0.011521 38.234066

3 0.089008 -0.388854 -0.226146 0 0.011521 57.411675

4 0.076936 -0.124449 0.329086 0 0.011521 76.843062

5 0.049615 0.0194 0.079646 0 0.011521 184.771628

6 0.04314 -0.004879 0.056812 0 0.011521 244.403614

7 0.041536 0.003088 -0.000296 0 0.011521 263.637562

8 0.038378 0.004288 -0.011795 0 0.011521 308.815187

9 0.034669 -0.004152 0.059562 0 0.011521 378.425903


”


Modo nº 1, T=0.2177

Modo nº 2, T=0.1091


”


Modo nº 3, T=0.0890

Modo nº 4, T=0.0769

Modo nº 5, T=0.0496


”


Modo nº 6, T=0.0431

Modo nº 7, T=0.0415

6.8.- Determinación de las fuerzas cortantes en la base

En el análisis estático se realizan los cálculos correspondientes para la

obtención de los cortantes en la base de la edificación, según los datos

definidos previamente. El peso de la edificación por niveles se toma del metrado

de cargas que se presentará en el acápite correspondiente. Los cortantes por

fuerza dinámica se toman del análisis sísmico hecho mediante el programa

ETABS v 9.0.4. Según la Norma Sismorresistente, el cortante dinámico en la

base debe ser mayor o igual al 90% del cortante estático.

Módulo nº-1


”


Análisis Estático:

DETERMINACIÓN DE CARGAS LATERALES ( ANÁLISIS ESTÁTICO ) CALCULO DE LA CORTANTE BASAL ( V )

V=(ZUCS)*P/R

Datos: Z = 0.4 ZONA 3

U = 1.5EDIFICACIONES ESENCIALES

S = 1.4SUELOS FLEXIBLES O DE ESTRATOS DE GRAN ESPESOR

R = 7 X-X.-SISTEMA DUAL

R = 3Y-Y.-ALBAÑILERÍA CONFINADA

hn = 7.34 ALTURA DEL EDIFICIO

ANÁLISIS PARA EL MÓDULO 1

1) CÁLCULO DEL PESO TOTAL DE LA EDIFICACIÓN ( P )

MÓDULO 1

CARGANIVEL Nº 1

(Tn)NIVEL Nº 2

(Tn) MUERTA 124.11 138.92 VIVA (50%) 23.80 8.74 P= 295.56 Ton CT = 35

Tp = 0.9: SUELOS INTERMEDIOS (S2)

T = hn/CT T = 0.21 C = 2.5 ( Tp / T ), C<2.5 C = 10.7

C = 2.5 DIRECCIÓN X-X 2) Calculo de la cortante basal Verificando C / R C/R = 0.357 >= 0.1 OK V = 88.67 Ton 3) Calculo de fuerzas laterales ( Sísmicas en X ) Distribución de la fuerza sísmica en altura: F=V*Pi*Hi/(ΣPi*Hi)


”


NIVEL Pi ( Ton ) hi ( m ) Pi.hiPi.hi / ∑Pi.hi

Fi (Ton)

2 147.66 4.24 626.07 0.577 51.18 1 147.91 3.10 458.51 0.423 88.67 ∑Pi.hi= 1084.58

DIRECCIÓN Y-Y

2) Calculo de la cortante basal Verificando C / R C/R = 0.833 >= 0.1 OK V = 206.89 Ton 3) Calculo de fuerzas laterales ( Sísmicas en Y ) Distribución de la fuerza sísmica en altura:

F=V*Pi*Hi/(ΣPi*Hi)

NIVEL Pi ( Ton ) hi ( m ) Pi.hiPi.hi / ∑Pi.hi

Fi (Ton)

2 147.66 4.24 626.07 0.577 119.43 1 147.91 3.10 458.51 0.423 206.89 ∑Pi.hi= 1084.58

Análisis Dinámico (ETABS):

Dirección X-X:


”


Cortante estático en la base (X-X): 88.67 Tn

Cortante dinámico en la base (X-X): 82.14 Tn

Λ= 82.14 Tn/88.67 Tn

Λ=92.63%

Dirección Y-Y:



Λ= 198.60 Tn/206.89 Tn

Λ=95.99%

Como se observa en ambas direcciones se cumple con lo que en la Norma

Sismorresistente se estipula.

Módulo nº-2

Análisis Estático:

ANÁLISIS PARA EL MÓDULO 2 MÓDULO 2 CARGA NIVEL Nº 1 (Tn) NIVEL Nº 2 (Tn) MUERTA 105.54 111.47 VIVA (50%) 15.72 7.23 P= 239.96 Ton CT = 35 Tp = 0.9 : SUELOS INTERMEDIOS (S2) T = hn/CT T = 0.21 C = 2.5 ( Tp / T ), C<2.5 C = 10.7

C = 2.5 DIRECCIÓN X-X 2) Calculo de la cortante basal Verificando C / R C/R = 1.533 >= 0.1 OK V = 71.99 Ton


”


3) Calculo de fuerzas laterales ( Sísmicas en X ) Distribución de la fuerza sísmica en altura:

F=V*Pi*Hi/(ΣPi*Hi)

NIVEL Pi ( Ton ) hi ( m ) Pi.hi Pi.hi / ∑Pi.hi Fi (Ton)

2 118.70 4.24 503.28 0.572 41.21 1 121.26 3.10 375.91 0.428 71.99 ∑Pi.hi= 879.18 DIRECCIÓN Y-Y 2) Calculo de la cortante basal Verificando C / R C/R = 0.833 >= 0.1 OK V = 167.97 Ton 3) Calculo de fuerzas laterales ( Sísmicas en Y ) Distribución de la fuerza sísmica en altura:

F=V*Pi*Hi/(ΣPi*Hi)

NIVEL Pi ( Ton ) hi ( m ) Pi.hi Pi.hi / ∑Pi.hi Fi (Ton)

2 118.70 4.24 503.28 0.572 96.15 1 121.26 3.10 375.91 0.428 167.97 ∑Pi.hi= 879.18

Análisis Dinámico (ETABS):

Dirección X-X:



”



Λ= 100.94 Tn/71.99 Tn

Λ=140.21%

Dirección Y-Y:



Λ= 130.96 Tn/167.97 Tn

Λ=77.97%

En la dirección Y-Y no se cumple con ser el cortante dinámico mayor al 90% del

estático, sin embargo en la dirección X-X sobrepasa esta condición, por lo que

se concluye que la estructura de manera general cumpliría con la disposición

normativa, teniendo en cuenta el comportamiento sísmico con relación a los

desplazamientos de la estructura.

6.9.-Desplazamientos laterales

Los entrepisos deben tener un desplazamiento limitado según el tipo de

material predominante, en nuestro caso es el concreto armado por lo tanto los

entrepisos deben tener un máximo desplazamiento permisible (D/he) de 0.007,

se verificará que se cumpla con esta disposición.

Del análisis dinámico se tiene los siguientes valores en centímetros:

Módulo nº-1

MÓDULO Nº1DIRECCIÓN X-X


”


ENTREPISO D(cm) Δ=Dx0.75xR (cm) δ(cm)= Δi+1-Δi λ=Δ/H<0.007 CONTROL E1 0.1352 0.7098 0.7098 0.0023 OK E2 0.2866 1.50465 0.79485 0.0019 OK

DIRECCIÓN Y-Y ENTREPISO D(cm) Δ=Dx0.75xR (cm) δ= (cm)Δi+1-Δi λ=Δ/H<0.005 CONTROL E1 0.0910 0.20475 0.20475 0.00066 OK E2 0.1269 0.28553 0.080775 0.00019 OK

Módulo nº-2

MÓDULO Nº2DIRECCIÓN X-X

ENTREPISO D(cm) Δ=Dx0.75xR (cm) δ(cm)= Δi+1-Δi λ=Δ/H<0.007 CONTROL E1 0.1297 0.680925 0.6809 0.0022 OK E2 0.5042 2.64705 1.966125 0.0046 OK

DIRECCIÓN Y-Y ENTREPISO D(cm) Δ=Dx0.75xR (cm) δ= (cm)Δi+1-Δi λ=Δ/H<0.005 CONTROL E1 0.1122 0.25245 0.2525 0.00081 OK E2 0.1894 0.42615 0.1737 0.00041 OK

En ambas direcciones la distorsión es menor a 0.007


”

Documents

Memoria descriptiva de estructuras