2. Memoria Calculo Estructuras

7/26/2019 2. Memoria Calculo Estructuras

1/23

MUNICIPALIDAD PROVINCIAL DE HUAMANGA - MPH

SUB GERENCIA DE ESTUDIOS Y PROYECTOS

EXPEDIENTE T CNICO: "MEJORAMIENTO Y AMPLIACION DEL SERVICIO DE SEGURIDAD CIUDADANA EN EL DISTRITO DE AYACUCHO,PROVINCIA DE HUAMANGA- AYACUCHO".

CALCULOS DE DISEO ESPECIALIDAD DE

ESTRUCTURAS

1) GENERALIDADES

Todas las estructuras del proyecto "Mejoramiento y Ampliacin del Serviciode Seguridad Ciudadana en el distrito de Ayacucho, provincia de Huamanga Ayacucho" fueron diseadas y deben ser construidas para que, con unaseguridad aceptable, sean capaces de soportar todas las acciones que la puedansolicitar durante la construccin y el perodo de vida til previsto en el proyectoas como la agresividad del medio.

El anlisis estructural consiste en la determinacin de los efectos originados por

las acciones sobre la totalidad o parte de la estructura, con el objeto de efectuarcomprobaciones en sus elementos resistentes.

Para la realizacin del anlisis y diseo estructural, se idealizan tanto lageometra de la estructura como las acciones y las condiciones de apoyo

mediante un modelo matemtico adecuado. Los modelos elegidos reproducen elcomportamiento estructural dominante.

Generalmente, las condiciones de compatibilidad o las relaciones tenso-deformacionales de los materiales resultan difciles de satisfacer estrictamente,por lo que pueden adoptarse soluciones en que estas condiciones se cumplanparcialmente, siempre que sean equilibradas y que se satisfagan a posteriori lascondiciones de ductilidad apropiadas.

Ingeniera estructural conceptualLa ingeniera estructural conceptual es la elaboracin de propuestas de solucinen trminos de conceptos generales, es decir ideas que permitan resolver elproblema de la existencia de la estructura. Se refiere a la posibilidad delequilibrio y de la estabilidad que debe existir mucho antes de cualquiercomprobacin numrica.

En esta etapa se definen los sistemas resistentes, eligiendo los tipos

estructurales y organizndolos en el espacio. Es la etapa ms importante delproceso de anlisis y diseo, pues una vez definido el sistema resistente el restodel proceso es una consecuencia. Asimismo, se ha tenido en cuenta lacoherencia entre la estructura y la arquitectura.

Ingeniera estructural bsica

En el modelamiento de las estructuras se han tenido en cuenta la definicin delas dimensiones de los componentes estructurales con una precisin adecuadapara garantizar la compatibilidad final de la solucin estructural.

La solucin elegida es viable desde el punto de vista funcional, para garantizar elequilibrio, las dimensiones de los componentes estructurales son aceptablespara los espacios funcionales de la construccin al igual que para su economa.

Ingeniera estructural de anlisis y diseoEl anlisis estructural planteado se yuxtapone con la interpretacin fsica. Sedeterminaron modelos analticos que resuelva el funcionamiento de laestructura. Saber cmo funciona una estructura es saber cmo se deforma, porlo cual se modelaron e interpretaron los resultados, en particular lasdeformaciones.


2/23




Una cuestin que se ha tenido en cuenta es que con frecuencia no hay un solomodelo que permita describir todos los aspectos del funcionamiento de laestructura.

Con frecuencia hay que emplear ms de uno y obtener resultados envolventesque permitan estimar el funcionamiento probablemente intermedio de laestructura real.

Referente a las tcnicas de modelado, se emplearon como medios auxiliares declculo disponibles el Programa ETABS Nonlinear v. 9.7.0 y SAP2000 v. 14 deComputers And Structures I.N.C., por su capacidad de modelado e indexacin

que posibilita una mayor precisin en la descripcin de los fenmenos fsicos.

Una vez superada la etapa de anlisis de solicitaciones de los sistemas ycomponentes se procedi a realizar el Diseo de Concreto Armado.

Ingeniera estructural para el diseo del edificioEl diseo del edificio de la Sub gerencia de Seguridad Ciudadana agrupa losconceptos de ingeniera estructural. Para el desarrollo del proyecto estructuralse plante definir la estructura de un Edificio de Concreto Armado de 2 nivelespara la central de operaciones, mediante el clculo, anlisis y diseo estructuralsismorresistente, utilizando los criterios establecidos en el Reglamento Nacionalde EdificacionesNorma E.020 (Cargas), Norma E030 (Diseo Sismorresistente),

Norma E.050 (Suelos y Cimentaciones) y Norma E.060 (Concreto Armado).Asimismo, lo establecido en el Building Code Requirements for Structural ConcreteACI 318-05para el diseo y usando los Programas de Computers and StructuresI.N.C. como son el ETABS para el Anlisis Estructural de la arquitectura del

proyecto.

2) ESTRUCTURACIN

a) Criterios de EstructuracinEl diseo de la estructura debe asegurar la vida de las personas as como losequipos que se encuentran dentro delos edificios, ante las cargas que comofuerzas externas actan sobre l, asimismo debe asegurar que estas seantransmitidas al suelo.

Se adoptaron los siguientes criterios para realizar la estructuracin:

i. Simplicidad y simetra. Una estructura debe ser lo ms simpleposible, mientras lo permita la distribucin arquitectnica, adems sesabe que las estructuras simples se comportan mejor durante los sismosy son ms fciles de idealizar.

ii. Resistencia y ductilidad. Las estructuras deben tener resistenciassmica adecuada en todas las direcciones, es decir se debe asegurar que

exista por lo menos dos direcciones ortogonales en las cuales el sistemade resistencia ssmica exista, de tal manera que se garantice laestabilidad de la estructura.

iii. Hiperestaticidad y monolitismo. Toda estructura debe tener unadisposicin hiperesttica de tal manera de lograr una mayor capacidad

resistente al permitir que al formarse las rotulas plsticas se disipe mejorla energa ssmica.

iv. Uniformidad y continuidad de la estructura. En lo posible se debetratar de que la estructura sea continua tanto en planta como enelevacin, esto por supuesto depende de la Arquitectura.


3/23




v. Rigidez lateral. Cualquier estructura debe tener la suficiente cantidad deelementos estructurales, de tal manera que pueda resistir la accin defuerzas externas sin tener deformaciones importantes.

vi. Existencia de diafragmas rgidos. Se debe considerar como hiptesisbsica la existencia de una losa rgida en su plano, de tal manera quepermita considerar a la estructura como una unidad. Como consecuencia deesto se puede distribuir las fuerzas horizontales aplicadas entre las

columnas y placas de acuerdo a su rigidez lateral.

vii. Elementos no estructurales. En toda estructura se presentan elementosno estructurales como son los parapetos, tabiquera, etc. Estos elementostienen sobre la estructura efectos positivos y negativos. Los positivo es que

al ocurrir un sismo estos elementos colaboran a un mayor amortiguamientodinmico, pues al agrietarse contribuyen a disipar energa ssmica, aliviandode esta manera a los elementos resistentes. Lo negativo es que al tomaresfuerzos no previstos en el clculo, distorsionan la distribucin supuesta

de esfuerzos.

b) Estructuracin del Edificio

Para darle rigidez lateral y resistencia ssmica, la estructura del edificio estcompuesta por muros, columnas y vigas de concreto armado ubicados enambos sentidos formando prticos simples y mixtos.

ColumnasUna columna es aquel elemento que tiene por funcin, soportar las cargasverticales de la edificacin, as como las flexiones y cortes en ellaintroducidos, por su funcin como parte de los prticos. De acuerdo a ladistribucin arquitectnica ubicamos las columnas en la interseccin de losejes. Las columnas estn dispuestas en la direccin X-X y YY para tener

aporte de rigidez en las dos direcciones.

TechosLos techos estarn constituidos por una estructura tipo losa aligerada queactan en forma monoltica con las vigas de los prticos, formando undiafragma que amarra los prticos entre s en su plano.

Consideramos utilizar losa maciza en la zona de descanso de la escalera, estopara rigidizar la zona y lograr una buena distribucin de esfuerzos.

Vigas peraltadasUna viga es un elemento que trabaja generalmente a flexin y a corte, elobjetivo ser colocarlas en lugares donde se pueda disimular su presencia.

Para ambas direcciones consideraremos vigas peraltadas con el mismo valor,con esto logramos, por una parte cooperar con la rigidez de la estructura ypor otra logramos una distribucin uniforme de peraltes.

En nuestro caso las vigas en la direccin X e Y trabajarn bajo

requerimientos de gravedad y de sismo.

En las diferentes zonas si bien por esttica se deberan colocar vigas chatas,pero se optara por colocar vigas peraltadas pues estas son vigas que carganaligerado.

Slo se colocar vigas chatas para soportar tabiques cuando estos seanparalelos al aligerado y para confinar los ductos.


4/23


5/23


6/23




Las luces de la losa aligerada varan entre 2.80m y 5.325m, por tanto teniendoen cuenta las recomendaciones de varios autores y los criterios del RNE seelegir como peralte de la losa aligerada h = 20cm para los aligerados entre

2.80m y 3.475m, y como peralte de la losa aligerada h = 25cm para losaligerados entre 3.60m y 5.325m para todos los pabellones y niveles. Segn laNorma E-060 del RNE, para losas aligeradas de peralte (h) igual 20 cm, no esnecesario controlar deflexiones si este cumple con:

hL/21 donde L es la luz libre de la losa aligerada.

L=4.025 L/21= 19,2 20 cm

L=2.575 L/25= 12,320 cm

De acuerdo a esto no controlaremos deflexiones

As temp. 1/4" @ .25

Esc. : 1/10LOSA ALIGERADA (H = 20CM)

.40

.15

.10 .30 .10 .30 .10

.40

.0

5

.20

As temp. 1/4" @ .25

Esc. : 1/10LOSA ALIGERADA (H = 25CM)

.40

.20

.10 .30 .10 .30 .10

.40

.05

.25

VIGAS

Las vigas se dimensionan generalmente considerando un peralte del orden de1/12 a 1/14 de la luz libre, incluyendo esta altura el espesor de la losa deltecho. Segn la Norma E-060, el ancho mnimo para vigas sismorresistentes es

de 25cm. Pudiendo variar entre 0.30h a 0.50h.De acuerdo a esto nuestras vigas tendrn un ancho de 25 cm

Por otro lado el RNE en la N.T.E-060 en su acpite 10.4.1.3 dice que lacondicin para no verificar deflexiones en una viga es que el peralte efectivo debeser mayor o igual que el dieciseisavo de la luz libre.

Entonces para cumplir con esta condicin se debe cumplir que L 8.80m

Para Lyy = 6.60 h41 ok

Para Lxx = 5.30 h33 ok

Tambin indica en el acpite 11.3.2 - 4 que el peralte efectivo (d) debe ser menoro igual a un cuarto de la luz libre

Para Lyy = 6.60 d55 ok

Para Lxx = 5.30 d33 ok


7/23




VIGAS CHATAS

Usaremos vigas chatas para soportar tabiques cuando estos sean paralelos a ladireccin del techado del aligerado, tambin para confinar los ductos Tenemos

dos tipos de vigas, de 25cm de ancho y 20cm a 25cm de alto.

Para verificar el dimensionamiento de las vigas chatas se calcul la viga mscrtica, la que tiene tabiquera casi en toda su longitud. Para ella adoptamos unancho de 25 cm.

COLUMNAS

Para edificaciones con luces menores a 6 7 m, y con un adecuado nmero demuros confinados en cada direccin, las columnas se dimensionan estimando sucarga axial, la cual suele ser crtica para definir su seccin.

Cuando se usan columnas rectangulares los efectos de esbeltez son ms crticosen la direccin de menor espesor, no siendo recomendables secciones con

espesores menores de 25 cm.

Para edificios que tengan muros de corte en las dos direcciones, tal que la rigidez

lateral y la resistencia van a estar principalmente controladas por los muros, lascolumnas se pueden dimensionar suponiendo un rea igual a:

Para el mismo edificio, el dimensionamiento de las columnas con menos cargaaxial, como es el caso de las exteriores o esquineras, se podr hacer con un reaigual a:

En nuestro edificio todas las columnas son laterales, por tanto emplearemos lasegunda relacin.

Revisando la planta de nuestro edificio podemos ver que el rea tributaria decada columna 23 m2, por tanto fijado un ancho de 30cm, el peralte ser de55cm.

Sin embargo como mencionamos antes las columnas s sobredimensionaran,

siendo sus dimensiones finales de las columnas L 60cm de lado y 25cm deancho y columnas T de ancho de ala 70cm y alma de 40cm, as como columnasT de ancho de ala 60cm y 30 cm de alama.

ESCALERA

En l ttulo III, Requisitos Arquitectnicos y de Ocupacin del RNE, acpite III-X-13.5-13.11 se especifica que el ancho mnimo de ser de 1.20 m esto sin contarcon los pasamanos.

La escalera debe tener como mximo 17 pasos continuos. Los descansosintermedios deben tener en la lnea de pasos una longitud mnima de 0.90 m.Asimismo las dimensiones de un paso (p) y un contrapaso (cp), deben cumplir

las siguientes condiciones:

P 25 cm


8/23




15 cp18 cm60 2cp +p 64 cm

Considerando que nuestra escalera se comporta como una losa maciza deconcreto armado, su espesor debe ser como mnimo un veintiunavo de la luzlibre.

Tomando la luz entre la viga del eje 3 y la losa que se apoya en las vigas y

descansa el ltimo tramo en otra viga, nuestra escalera debera tener un espesorde 15cm.

Para la losa de descanso adoptaremos un espesor de 20 cm

ANLISIS ESTRUCTURAL

MODELO Y PARMETROS GENERALES

El anlisis ssmico se desarroll de acuerdo a los requerimientos de la NormaPeruana de Diseo Sismorresistente E-030 del Reglamento Nacional deEdificaciones.

El anlisis del proyecto contempl un Anlisis Esttico previo para el diseopreliminar. Para el diseo final se emple un Anlisis Dinmico por elprocedimiento de Combinacin Modal Espectral (Norma E.030 Art. 18), donde

los periodos naturales y modos de vibracin se determinaron por unprocedimiento de anlisis que considera apropiadamente las caractersticas derigidez y la distribucin de masas de la estructura. Para el modelo de losprticos planos se ha tomado en cuenta deformaciones por flexin, fuerzacortante y carga axial.

Para el concreto se asumi un mdulo de elasticidad E = 217,000 Kg/cm2y uncoeficiente de Poisson v = 0.20. Para todos los elementos se consideraron lassecciones brutas.

El anlisis ssmico se hizo empleando el mtodo de superposicin espectral,considerando como criterio de superposicin la combinacin cuadrticacompleta (C.Q.C.) de los modos necesarios.

Tal como lo indica la Norma E-030, los parmetros para definir el espectro dediseo fueron:

ANALISIS EN LA DIRECCION X-X: La estructura en estudio se presenta en estadireccin como prtico, la estructura en conjunto trabaja pero en un porcentaje es

este eje los que mayor carga reciben de las losas debido a que estos ejes son losejes principales y estn interactuando rigidizando la estructura, por lo que se toma

lo siguiente valores:

FACTOR DE AMPLIACION SISMICA

ACELERACION ESPECTRAL

5.25.2

C

T

TpC

gR

ZUCSSa


9/23




T C C/R>=0.1 T ZUCS/R

0.00 2.5000 0.3509 0 0.1895

0.05 2.5000 0.3509 0.05 0.1895

0.06 2.5000 0.3509 0.06 0.1895

0.07 2.5000 0.3509 0.07 0.1895

0.08 2.5000 0.3509 0.08 0.1895

0.09 2.5000 0.3509 0.09 0.1895

0.10 2.5000 0.3509 0.1 0.1895

0.20 2.5000 0.3509 0.2 0.1895

0.30 2.5000 0.3509 0.3 0.1895

0.40 2.5000 0.3509 0.4 0.1895

0.50 2.5000 0.3509 0.5 0.1895

0.60 2.5000 0.3509 0.6 0.1895

0.70 2.1429 0.3008 0.7 0.1624

0.80 1.8750 0.2632 0.8 0.1421

0.90 1.6667 0.2339 0.9 0.1263

1.00 1.5000 0.2105 1 0.1137

2.00 0.7500 0.1053 2 0.0568

3.00 0.5000 0.1000 3 0.0379

4.00 0.3750 0.1000 4 0.0284

5.00 0.3000 0.1000 5 0.0227

6.00 0.2500 0.1000 6 0.0189

7.00 0.2143 0.1000 7 0.0162

8.00 0.1875 0.1000 8 0.0142

9.00 0.1667 0.1000 9 0.0126

10.00 0.1500 0.1000 10 0.0114

0.000

0.050

0.100

0.150

0.200

0.250

0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0

Sa

T(seg)

Seudo-Espectro Inelastico de

Aceleraciones


10/23




ANALISIS EN LA DIRECCION Y-Y: La estructura en estudio se presenta en estadireccin como Dual por la presencia de muros y prticos, por lo que se toma losiguiente valores:

T C C/R>=0.1 T ZUCS/R

0.00 2.5000 0.3125 0 0.1688

0.05 2.5000 0.3125 0.05 0.1688

0.06 2.5000 0.3125 0.06 0.1688

0.07 2.5000 0.3125 0.07 0.1688

0.08 2.5000 0.3125 0.08 0.1688

0.09 2.5000 0.3125 0.09 0.1688

0.10 2.5000 0.3125 0.1 0.1688

0.20 2.5000 0.3125 0.2 0.1688

0.30 2.5000 0.3125 0.3 0.1688

0.40 2.5000 0.3125 0.4 0.1688

0.50 2.5000 0.3125 0.5 0.1688

0.60 2.5000 0.3125 0.6 0.1688

0.70 2.1429 0.2679 0.7 0.1446

0.80 1.8750 0.2344 0.8 0.1266

0.90 1.6667 0.2083 0.9 0.1125

1.00 1.5000 0.1875 1 0.1013

2.00 0.7500 0.1000 2 0.0506

3.00 0.5000 0.1000 3 0.0338

4.00 0.3750 0.1000 4 0.0253

5.00 0.3000 0.1000 5 0.0203

6.00 0.2500 0.1000 6 0.0169

7.00 0.2143 0.1000 7 0.0145

8.00 0.1875 0.1000 8 0.0127

9.00 0.1667 0.1000 9 0.0113

10.00 0.1500 0.1000 10 0.0101

0.000

0.020

0.040

0.060

0.080

0.100

0.120

0.140

0.160

0.180

0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0

Sa

T(seg)

Seudo-Espectro Inelastico de

Aceleraciones


11/23




MTODO DEL ANLISIS:

La edificacin se idealiza como un ensamblaje de prticos verticales y sistemas de

muros interconectados por diafragmas horizontales de piso, los cuales son rgidosen su propio plano; para ello se utiliza el programa de computo ETABS 9.7.0.

La integracin de las fuerzas internas del elemento finito en cuanto a fuerzas ymomentos, est completamente automatizado, de tal manera que produce el

equilibrio completo para las fuerzas aplicadas a las estructuras.

Las formulaciones de columnas, viga y muros portantes incluyen efectos deflexin, carga axial y deformaciones por corte.

Las formas de modos y frecuencia, factores de participacin modal y porcentajesde participacin de masas son evaluados por el programa. Se considera unadistribucin de masas y rigideces adecuadas para el comportamiento dinmico. Elprograma del Etabs 9.7.4 en forma automtica calcula el centro de masas como

mostraremos a continuacinCENTROS DE MASAS

BLOQUE 1


12/23




BLOQUE 2

El programa automticamente al declarar los parmetros de las losas de 20cm y25cm ya calcul el peso muerto de la losa lo que se debe de adicionar es como semuestra en el cuadro siguiente:

AUTOMATICO

100.00Kg/cm2

100.00Kg/cm2

200.00Kg/cm2

ACABADOS

TABIQUERIA

CARGAS MUERTASLOSA DE e=0.25

En el caso de cargas vivas se usarn los valores de la tabla 3.2.1 de la Norma dePeruana.

400.00Kg/cm2

250.00Kg/cm2

100.00Kg/cm2

250.00Kg/cm2

CORREDORES

ESTACIONAMIENTOS

TECHOS ULTIMOS

OFICINAS

Estas cargas se distribuyeron en funcin de la arquitectura como muestra lassiguientes imgenes.


13/23




DIAGRAMA DE CARGAS

BLOQUE 1

BLOQUE 2


14/23




6.0 CARGAS ACTUANTES:

Las cargas a emplear para el presente diseo:

-Carga Muerta (D).-Carga Viva (L).-Carga de Sismo (E).

7.0 COMBINACIN DE CARGA:

- Carga Muerta (D) y Carga Viva (L):

U=1.4D+1.7L

- Carga Muerta (D), carga viva(L) y sismo (E)

U=1.25D + 1.25L+ 1.25EU=1.2D + 1.2L1.25EU=0.9D + 0.9L+ 1EU=0.9D + 0.9L - 1E

8.0 METRADO DE CARGAS EN VIGAS.Con respecto al metrado cargas el programa que se emple (Etabs 9.7.4) metraautomticamente las cargas muertas y cargas vivas que se distribuyen segn surea tributaria y como las imgenes anteriores se indica la direccin de las losaspara simplificar el metrado, se metro algunas cargas muertas como tabiquera

secundara que fue repartida a cada eje principal y en caso de que exista unamuro paralelo a la direccin de la losa se coloc una viga chata para que puedasoportar dicha carga.


15/23




IDEALIZACIN DE LA ESTRUCTURA EN EL PROGRAMA ETABS 9.7.4

BLOQUE 1

BLOQUE 2


16/23




ISOMETRICOBLOQUE 1

BLOQUE 2


17/23




ELEVACIONES

BLOQUE 1

BLOQUE 2


18/23




RESULTADOS

BLOQUE 1

Momentos 3-3 (ENVOLVENTE) Cortantes 2-2(ENVOLVENTE)

BLOQUE 2Momentos 3-3 (ENVOLVENTE) Cortantes 2-2(ENVOLVENTE)


19/23




MODOS Y PERIODOS DE VIBRACIN:

BLOQUE 1

Por lo que se obtienen los siguientes resultados

MODO PERIODO T (seg)

1 0.4436

2 0.4139

3 0.35064 0.0958


20/23




BLOQUE 2

Por lo que se obtienen los siguientes resultados

MODO PERIODO T (seg)

1 0.3529

2 0.3503

3 0.3097

4 0.1078


21/23




DESPLAZAMIENTOS

BLOQUE 1

En La Direccin X-X en el Eje 1-1

En La Direccin Y-Y en el Eje A-A


22/23




Con los resultados obtenidos en el Etabs 9.7.4, hacemos los siguientes cuadros:

1.0 Control de desplazamiento producido por la fuerza de sismo SX:

1.1 En la direccin X-X, de los centro de masa por niveles:

DINMICODIRECCION X-X

ENTREPISO D(cm) =D*0.75R(cm) (cm)=i+1-i =/H0.007 CONTROLSEGUNDO NIVEL 0.08725 0.4580 0.4580 0.00053 OK

PRIMER NIVEL 0.03530 0.1853 0.2727 0.00021 OK

2.0 Control de desplazamiento producido por la fuerza de sismo SY:

2.1 En la direccin Y-Y, de los centro de masa por niveles:DIRECCION Y-Y


PRIMER NIVEL 0.0436 0.2289 0.1775 0.00026 OK

DESPLAZAMIENTOS BLOQUE 2:

En La Direccin X-X en el Eje 6-6


23/23



En La Direccin Y-Y en el Eje G-G

Con los resultados obtenidos en el Etabs9.7.4, hacemos los siguientes cuadros:

1.0 Control de desplazamiento producido por la fuerza de sismo SX:

1.2 En la direccin X-X, de los centro de masa por niveles:

DINMICODIRECCION X-X


PRIMER NIVEL 0.03530 0.1853 0.2727 0.00021 OK

2.0 Control de desplazamiento producido por la fuerza de sismo SY:

2.1 En la direccin Y-Y, de los centro de masa por niveles:

DIRECCION Y-Y


PRIMER NIVEL 0.0142 0.0746 0.1806 0.00009 OK

2. Memoria Calculo Estructuras

Documents

Transcript of 2. Memoria Calculo Estructuras