DISEO DE UN EDIFICIO DE VIVIENDA DE 6 NIVELES

MINISTERIO DE EDUCACINVICEMINISTERIO DE GESTINOFICINA DE INFRAESTRUCTURA EDUCATIVA

MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO EN LOS NIVELES PRIMARIA Y SECUNDARIA DE LA IE 1218 SAN LUIS MARIA DE MONTFORTHUASPATA CHACLACAYO LIMA

MEMORIA DE CLCULO DE ESTRUCTURAS

LIMA PERU MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO EN LOS NIVELES PRIMARIA Y SECUNDARIA DE LA IE 1218 SAN LUIS MARIA DE MONTFORT HUASPATA CHACLACAYO LIMA.

ENERO 2015

MEMORIA DE CLCULO Ing. Juan Gutirrez EuribePgina31

CAPITULO IINTRODUCCIN1.1 RESUMENEl desarrollo de la presente memoria de clculo comprende el anlisis y diseo de las edificaciones a ser construidas para el proyecto Mejoramiento del Servicio Educativo en los niveles Primaria y Secundaria de la IE 1218 San Luis Mara de Montfort ubicado en Huaspata, Chaclacayo, LimaLos edificios que constituyen el proyecto y la intervencin estn constituidos por 12 pabellones y obras exteriores, segn la siguiente descripcin:

PabellnNro de PisosMeta

Pabelln A-103 PisosReforzamiento

Pabelln A-203 PisosNo intervenido

Pabelln B03 PisosObra Nueva

Pabelln C02 PisosReforzamiento

Pabelln D01 PisoObra Nueva

Pabelln E02 PisosObra Nueva

Pabelln F02 PisosObra Nueva

Pabelln G02 PisosObra Nueva

Pabelln H02 PisosObra Nueva

Pabelln I02 PisosObra Nueva

Pabelln J02 PisosObra Nueva

Pabelln K01 PisoObra Nueva

Las edificaciones de los pabellones constan de 02 o 03 pisos. El sistema estructural de las edificaciones de concreto armado est conformado en general por un sistema mixto: Muros de corte y de Albailera Confinada en el sentido perpendicular. Los techos estn conformados por losas aligeradas. Para la cimentacin, dada la capacidad del terreno, se hizo uso de zapatas conectadas y zapatas corridas segn las solicitaciones de carga a las que estarn expuestas. La profundidad de cimentacin es 1.40 m. segn el Estudio de Suelos respectivo.Se desarroll un modelo tridimensional en el programa ETABS, que fue utilizado para realizar el anlisis por cargas de gravedad y de sismo, suponiendo comportamiento lineal y elstico. Los elementos de concreto armado se representaron con elementos lineales. Sus rigideces se determinaron ignorando la fisuracin y el refuerzo. Los muros de albailera adosados a la estructura de concreto y las placas se modelaron con elementos de rea, con rigideces de membrana y de flexin. Las losas aligeradas de concreto armado como infinitamente rgidas frente a acciones en su plano.El proceso de anlisis y diseo se realiz siguiendo el Reglamento Nacional de Edificaciones (R.N.E.). La metodologa empleada para el diseo fue la de Resistencia, adems, en todos aquellos elementos con responsabilidad ssmica se realiz el diseo por capacidad.1.2 OBJETIVOSEl objetivo de la presenta memoria de clculo es pre dimensionar y disear los elementos resistentes que componen las edificaciones del proyecto Mejoramiento del Servicio Educativo en los niveles Primaria y Secundaria de la IE 1218 San Luis Mara de Montfort, para asegurar que las estructuras propuestas desarrollen un comportamiento sismorresistente satisfactorio en conformidad con la Normatividad vigente.1.3 ARQUITECTURA

La propuesta arquitectnica contempla la construccin de nuevos edificios, segn los requerimientos de uso. La propuesta arquitectnica considera los siguientes elementos:Pabelln A (Que se divide A1 y A2)

Es una edificacin de 3 pisos que presenta una antigedad de 15 aos (aprox). Construido por el INFES. Su sistema estructural es del tipo dual: prticos de concreto armado en su direccin longitudinal y prticos y muros de albailera confinada en su direccin transversal. Presenta una planta irregular, conformada por dos bloques monolticos, uno rectangular y el otro octogonal, los muros de albailera son de 25cm de espesor, entrepisos de losa aligerada de 20cm de espesor. La escalera est integrada a la estructura. Los alfeizares se encuentran acoplados a la estructura principal. La edificacin no presenta daos evidentes en su estructura. Se propone Reforzamiento Estructural de este bloque, dividindolo en dos sub estructuras que denominamos A1 y A2

Foto: Vista del Pabelln A

Foto: Vista del pasadizo del Pabelln A

Pabelln B (03 Pisos): Se plantea la construccin de un pabelln de acuerdo a la siguiente distribucinPrimer Piso: 01 aula y Laboratorio con depsito Escalera (1) de dos tramos.Segundo Piso: 01 aula y Biblioteca con depsito.Tercer Piso: 01 aula y CRT con cuarto de cargaPabelln C (A reforzar)Es una edificacin de 2 pisos que presenta una antigedad de 15 aos (aprox) construido por el INFES. Tiene un sistema estructural dual: prticos de concreto armado en su direccin longitudinal y prticos y muros de albailera confinada en su direccin transversal. Presenta una planta regular. Las columnas no otorgan la debida rigidez. Muros de albailera son de 25cm de espesor, entrepisos formados por losas aligeradas de 20cm de espesor. Escalera adosada separada por junta ssmica de 2. Alfeizares independientes de la estructura principal. No presenta daos evidentes. Se propone el Reforzamiento Estructural de este bloque.

Foto: Vista de los Pabelln C

Pabelln D (SS.HH) (A REFORZAR)Es una edificacin de 1 piso que presenta una antigedad de 15 aos (aprox.), construido por INFES, su sistema estructural est conformado por muros de albailera confinada. Los muros son de 25 cm de espesor. El techo conformado por losa aligerada de 20cm de espesor. No presenta daos evidentes en su estructura. Se propone realizar su Mantenimiento mediante trabajos menores conforme a las metas arquitectnicas de este bloque.

Pabelln E (02 Pisos): Se plantea la construccin de un pabelln de acuerdo a la siguiente distribucinPrimer Piso: taller de msica con depsito, Escalera de dos tramos Segundo Piso: taller de Industria del vestido con depsito.Pabelln F (Aulas 02 Pisos).Primer Piso: 02 AulasEscalera de dos tramos y ascensor.Segundo Piso: 02 Aulas.Pabelln G (Aulas 02 Pisos).Primer Piso: 04 AulasEscalera de dos tramos Segundo Piso: 04 Aulas.Pabelln H (02 Pisos).Primer Piso: Biblioteca con depsitoSegundo Piso: CRT con cuarto de carga.Pabelln I (01 Piso).Primer Piso: Servicio Higinico, incluye 06 bateras para hombres y 2 duchas, mas bao independiente para discapacitados y profesores.Pabelln J (01 Piso).Primer Piso: Cocina-cafetera Pabelln K (01 Piso).Primer Piso: Taller de carpintera, depsito y oficina

1.4 CONSIDERACIONES GENERALES PARA EL DISEO1.4.1 Estudio del suelo:Se consideraran los siguientes datos del sueloTipo de cimentacin:Cimentacin conectada y cimientos corridosEstrato de apoyo a la cimentacin: Arena Pobremente graduada arena arcillosa

Parmetros de diseo para la cimentacin

Profundidad de cimentacin:1.40 m.Presin admisible:2.143 Kg/cm2 cimientos corridos 3.006 zapatasAgresin del Suelo:Baja, Utilizar cemento portland tipo I

1.4.2Caractersticas y propiedades de los materiales:

CONCRETO.Caractersticas del concreto reforzado para el diseo estructural Resistencia nominal a compresin = f'c = 210 kg/cm2 Mdulo de elasticidad = Ec = 217,000 kg/cm2 Mdulo de Ruptura = fr = 28 Kg/cm2 Curva de comportamiento. Se asumir el modelo esfuerzo deformacin de Whitney.

Figura 1.1 Modelo de comportamiento esfuerzo deformacin del concreto no confinado, Whitney. Deformacin Unitaria Mxima c = 0.003

ACERO DE REFUERZO. Corrugado, grado 60, esfuerzo de fluencia ( fy )= 4200 kg/cm2 = 4.2 ton/cm2 Mdulo de elasticidad = Es = 2000,000 kg/cm2 Deformacin al inicio de la fluencia =0.0021 Curva de comportamiento: Se simplificara idealizndola como dos lneas rectas (Park, Pauley1) ignorando la resistencia superior de cedencia y el aumento en el esfuerzo debido al endurecimiento por deformacin.

Figura 1.2 Modelo de comportamiento esfuerzo deformacin del acero

ACERO ESTRUCTURAL. Esfuerzo de fluencia ( Fy )= 2530 kg/cm2 = 2.53 ton/cm2 (A-36) Mdulo de elasticidad = Es = 2000,000 kg/cm2

ALBAILERIA CONFINADA. Clase de Unidad : Ladrillo Clase IV Resistencia de la unidad a compresin axial (fb) = 130 Kg/cm2 Resistencia caracterstica a compresin axial de la albailera (fm) = 65 Kg/cm2 Resistencia caracterstica de la albailera al corte (vm)=8.1 Kg/cm2 Mdulo de elasticidad = Es = 500 fm = 32500 kg/cm21.4.3Normatividad:En todo el proceso de anlisis y diseo se utilizarn las normas comprendidas en el Reglamento Nacional de Edificaciones (R.N.E.): Metrado de cargasNorma E-020 Diseo sismorresistenteNorma E-030 Concreto ArmadoNorma E-060 Suelos y cimentacionesNorma E-050 Albailera ConfinadaNorma E-070 Acero EstructuralNorma E-090

CAPTULO 2ESTRUCTURACIN Y PREDIMENSIONAMIENTOEl proceso de estructuracin consiste en definir la ubicacin y caractersticas de los diferentes elementos estructurales (losas, vigas, muros, columnas), de tal forma que se logre dotar a la estructura de buena rigidez, adems resulte fcil y confiable reproducir el comportamiento real de la estructura.Mediante el predimensionamiento se brindar las dimensiones mnimas a las secciones de los elementos estructurales para que tengan una buena respuesta ante solicitaciones por carga de gravedad y de sismo.2.1 PREDIMENSIONAMIENTO POR CARGAS DE GRAVEDADEstructuracinLas vigas fueron ubicadas segn el entramado asignado del trabajo encargado, conformando junto a las columnas marcos sismorresistentes.Predimensionamiento Losas Aligeradas: En la seccin 9.6.2, representado en la Tabla 9.1 de la Norma E-060 del Reglamento Nacional de Edificaciones, se indican valores aproximados para la determinacin del peralte mnimo en losas aligeradas en una direccin y vigas, para evitar el clculo de deflexiones.Como el valor mximo de las luces consideradas en el proyecto es de cuatro (4) metros, segn la planimetra de arquitectura, el espesor mnimo requerido considerando la tabla 9.1 es de:Ambos extremos continuos = L/21 = 400/21 = 19.04 cmPor tanto asumimos una losa aligerada de 20 cm de espesor

Vigas: El peralte (h) y ancho (b) mnimo de la viga se obtendr de las siguientes relaciones:

Columnas: Se predimensiona de tal forma que el esfuerzo axial mximo en la seccin de la columna bajo solicitaciones de servicio sea igual o menor a 0.45 fc. En el predimensionamiento consideraremos tambin la posicin de la columna en la edificacin y el piso en el que est ubicado.

2.2 PREDIMENSIONAMIENTO POR CARGAS DE SISMOPara lograr que la estructura se comporte adecuadamente se debe estructurar de tal forma que sea simple, simtrica, hiperesttica y lograr dotarle de la rigidez, resistencia y ductilidad adecuada.Se tiene un edificio de concreto armado, de un solo bloque, conformado por columnas, vigas, losas aligeradas y macizas El sistema sismo resistente est conformado por prticos de concreto armado.2.3 ESTRUCTURACIN DE PABELLONES O MDULOS

Pabelln A1El mdulo est conformado por una estructura de tres niveles, con un total de 12.65 m de altura. Para la Estructuracin se est considerando a la edificacin como un sistema Aporticado en el Sentido Y-Y, pero tambin presenta muros de concreto armado y de albailera en la misma direccin. Se ha considerado un diafragma rgido a nivel de entrepiso y un diafragma semirrgido a nivel de techo para el clculo de los desplazamientos. El diseo y detallado se realiz en concordancia con el proyecto Arquitectnico.

Fig. 2.1 Modelo Estructural Pabelln A1Pabelln A2El mdulo est conformado por una estructura de tres niveles, No se requiere intervenir estructuralmente, luego de independizar.

Figura N3 Vista en planta Pabelln A-2

Figura N4 Vista 3D de Mdulo A-2

Mdulos: B: (03 Niveles). El mdulo est conformado por una estructura de tres niveles. Para la Estructuracin se est considerando a la edificacin como un sistema con muros de concreto armado en la direccin Y-Y, y en la otra direccin se plantearon un sistema de muros de corte. Se han considerado diafragmas rgidos a nivel de entrepiso para el clculo de los desplazamientos. El diseo y detallado se realiz en concordancia con el proyecto Arquitectnico.

Figura N5 Vista en planta Pabelln B

Figura N6 Vista 3D de Mdulo BMdulos: C:(02 Niveles, reforzamiento). El mdulo est conformado por una estructura de dos niveles. Para la Estructuracin se est considerando a la edificacin como un sistema con muros de albailera en la direccin Y-Y, y en la otra direccin se plantearon muros de corte de concreto armado como tcnica de reforzamiento. Se han considerado diafragmas rgidos a nivel de entrepiso para el clculo de los desplazamientos. El diseo y detallado se realiz en concordancia con el proyecto Arquitectnico.

Figura N7 Vista en planta Pabelln C

Figura N8 Vista 3D de Mdulo C

Pabelln E Mdulo para Servicios Higinicos, 01 Piso (Reforzar):El mdulo est conformado por una estructura de un nivel. Para la Estructuracin se est considerando a la edificacin como un sistema con muros de albailera en la direccin Y-Y, y en la otra direccin se plantearon en el eje posterior un reforzamiento con un muro de corte de concreto armado como tcnica de reforzamiento. Se ha considerado diafragma rgido a nivel de entrepiso para el clculo de los desplazamientos. El diseo y detallado se realiz en concordancia con el proyecto Arquitectnico.

Figura N9 Vista en planta Pabelln D

Figura N10 Vista 3D de Mdulo D

Mdulos: E: (02 Niveles). El mdulo est conformado por una estructura de dos niveles. Para la Estructuracin se est considerando a la edificacin como un sistema con muros de albailera en la direccin Y-Y, y en la otra direccin se plantearon muros de corte de dimensin de 0.90 m. de largo. Se han considerado diafragmas rgidos a nivel de entrepiso para el clculo de los desplazamientos. El diseo y detallado se realiz en concordancia con el proyecto Arquitectnico.

Figura N11 Vista en planta Pabelln E

Figura N12 Vista 3D de Mdulo EMdulos: F: (02 Niveles). El mdulo est conformado por una estructura de dos niveles. Para la Estructuracin se est considerando a la edificacin como un sistema con muros de albailera en la direccin Y-Y, y en la otra direccin se plantearon muros de corte de dimensin de 0.90 m. de largo. Se han considerado diafragmas rgidos a nivel de entrepiso para el clculo de los desplazamientos. El diseo y detallado se realiz en concordancia con el proyecto Arquitectnico.

Figura N13 Vista en planta Pabelln F

Figura N14 Vista 3D de Mdulo F

Mdulos: G: (02 Niveles). El mdulo est conformado por una estructura de dos niveles. Para la Estructuracin se est considerando a la edificacin como un sistema con muros de albailera en la direccin Y-Y, y en la otra direccin se plantearon muros de corte de dimensin de 0.90 m. de largo. Se han considerado diafragmas rgidos a nivel de entrepiso para el clculo de los desplazamientos. El diseo y detallado se realiz en concordancia con el proyecto Arquitectnico.

Figura N15 Vista en planta Pabelln G

Figura N16 Vista 3D de Mdulo G

Mdulos: H: (02 Niveles). El mdulo est conformado por una estructura de dos niveles. Para la Estructuracin se est considerando a la edificacin como un sistema con muros de concreto en la direccin Y-Y, y en la otra direccin tambin se plantearon un sistema de muros de corte. Se han considerado diafragmas rgidos a nivel de entrepiso para el clculo de los desplazamientos. El diseo y detallado se realiz en concordancia con el proyecto Arquitectnico.

Figura N17 Vista en planta Pabelln H

Figura N18 Vista 3D de Mdulo H

Mdulos: I: (01 Nivel). El mdulo est conformado por una estructura de un nivel. Para la Estructuracin se est considerando a la edificacin como un sistema con muros de albailera en la direccin Y-Y, y en la otra direccin se plantearon un sistema de muros de corte. Se han considerado diafragmas rgidos a nivel de entrepiso para el clculo de los desplazamientos. El diseo y detallado se realiz en concordancia con el proyecto Arquitectnico.

Figura N19 Vista Pabelln I

Mdulos: J: (01 Nivel). El mdulo est conformado por una estructura de un nivel. Para la Estructuracin se est considerando a la edificacin como un sistema con muros de albailera en ambas direcciones. Se han considerado diafragmas rgidos a nivel de entrepiso para el clculo de los desplazamientos. El diseo y detallado se realiz en concordancia con el proyecto Arquitectnico.

Figura N20 Vista 3D de Mdulo J

Figura N21 Vista en planta Pabelln K

Figura N22 Vista 3D de Mdulo K

2.4 CARGAS POR GRAVEDADSe han considerado las indicaciones de la Norma E-020 Cargas, del Reglamento Nacional de Edificaciones. Los pesos unitarios para los materiales del proyecto son: Peso Unitario del Concreto 2400 Kg/m3 Peso Unitario del Acero7850 Kg/m2 Peso Unitario de la Albailera1800 Kg/m3 Peso del Suelo relleno o natural1800 Kg/m3Adicionalmente, cada pabelln est sometido a diversos tipos de carga, segn el uso al que este destinado y la exposicin al medio.Las sobrecargas se calcularon de acuerdo a lo indicado en la Norma E.020 de Cargas2.5 CARGAS SISMICAS

La Norma E-030 Diseo Sismo resistente, indica en el Anexo N01, la zona ssmica al que pertenecen los departamentos y provincias del Per. Para el departamento de Junn todas sus provincias pertenecen a la Zona Ssmica 3. Por tanto las edificaciones a construir corresponden a la Zona 3, y la aceleracin en roca corresponde a 0.3g, es decir Z=0.4.Se han considerado los siguientes Parmetro Ssmicos

SaAceleracin Espectral

ZFactor de ZonaZ= 0.4 (Zona 1)

UFactor de Categora de EdificacinU=1.5 (Categora A, Edificaciones Esenciales)

SParmetro de SueloS= 1.2 (Suelo tipo S2)Tp= 0.6 seg

CFactor de Amplificacin Ssmica

RCoeficiente de ReduccinPlacas R=6 Albailera Confinada R=3

gAceleracin de la gravedad981cm/seg2

Del estudio de Suelos, se determin los parmetros S y Tp. A partir de estos valores se determin el espectro inelstico de pseudo aceleraciones, los cuales permitirn realizar el anlisis ssmico de la edificacin. Sin embargo dada la regularidad presentada por las edificaciones efectuaremos el anlisis estructural por el mtodo estatico equivalente

Fig. 23 Espectro Ssmico Para Sistema Estructural Aporticado

Fig. 24 Espectro Ssmico Para Sistema Estructural Albailera Confinada

2.6 EVALUACION DE REGULARIDAD DE LAS ESTRUCTURAS

En el Art. N11 de la Norma E.030, se prescriben los criterios para evaluar la regularidad de las estructuras.En principio la Tabla N 04 se establecen los criterios para las limitaciones de la irregularidad en planta.

A continuacin se indica el resumen de as verificaciones efectuadas:

Pabelln Piso blandoIrregularidad de MasaIrregularidadGeometricaDiscontinuidadTIPO

A1NONONONOREGULAR

A2NONONONOREGULAR

BNONONONOREGULAR

CNONONONOREGULAR

DNONONONOREGULAR

ENONONONOREGULAR

FNONONONOREGULAR

GNONONONOREGULAR

HNONONONOREGULAR

INONONONOREGULAR

JNONONONOREGULAR

KNONONONOREGULAR

En el Art. N11 de la Norma E.030, se prescriben los criterios para evaluar la regularidad de las estructuras.En principio la Tabla N 05 se establecen los criterios para las limitaciones de la irregularidad en elevacin

.

A continuacin se indica el resumen de as verificaciones efectuadas:

Pabelln Irregularidad TorsionalEsquinas entrantesDiscontinuidad de diafragmasTIPO

A1NONONOREGULAR

A2NONONOREGULAR

BNONONOREGULAR

CNONONOREGULAR

DNONONOREGULAR

ENONONOREGULAR

FNONONOREGULAR

GNONONOREGULAR

HNONONOREGULAR

INONONOREGULAR

JNONONOREGULAR

KNONONOREGULAR

Como conclusin, todas las estructuras son regulares.

CAPTULO 3ANLISIS ESTRUCTURAL Este anlisis permitir conocer el comportamiento de la estructura bajo cargas de gravedad y solicitaciones ssmicas, ver si existe irregularidad torsional, verificar que las derivas mximas cumplan lo estipulado en la Norma E.030, adems se obtendrn fuerzas internas de los diferentes elementos que conforman el sistema sismo resistente, dichas fuerzas sern consideradas al momento del diseo.Se realizar el anlisis dinmico utilizando el procedimiento de combinacin espectral.3.1MODELO ESTRUCTURALEl mismo modelo que se desarroll para el anlisis por cargas de gravedad, se utiliz para analizar la estructura bajo solicitaciones ssmicas. Las caractersticas y algunas definiciones del modelo ya fueron descritas en el Captulo 3, adicionalmente es preciso destacar: La base de las columnas y placas se consider empotrada, dado que el terreno puede considerarse rgido con una capacidad portante de 3 kg/cm2 Cada piso fue considerado como un diafragma rgido, con 3 grados de libertad, dos de los cuales son de traslacin horizontal (X-Y) y uno de rotacin en el plano horizontal. Por cada nivel se consideran dos masas traslacionales y una rotacional. Las masas fueron obtenidas directamente por el programa ETABS V9.2.0, en base al modelo, a partir de las cargas aplicadas y peso propio de los elementos, considerando 100% carga muerta + 50% carga viva.

3.3 RESULTADO DEL ANLISIS POR SUPERPOSICIN ESPECTRAL3.3.1 Control de Desplazamiento Lateral.Los desplazamientos laterales que nos proporciona el programa est en base a las solicitaciones ssmicas reducidas, por ende se debe multiplicar dicho desplazamiento lateral elstico por 0.75R para obtener los desplazamientos laterales inelsticos, que seran los desplazamientos esperados ante un sismo no reducido.En la tabla 3.2 se muestran los desplazamientos inelsticos (Dx, Dy) calculados para cada pabelln y las derivas de entrepiso.

PabellnDesplazamiento mximorelativoDesplazamiento mximoULTIMO NIVEL

XXYYXXYY

Pabelln A-10.440.361.160.90

Pabelln A-20.940.672.571.43

Pabelln B0.980.411.250.72

Pabelln C0.920.301.140.55

Pabelln D0.970.060.970.06

Pabelln E1.770.313.210.69

Pabelln F2.090.263.740.48

Pabelln G1.700.303.000.56

Pabelln H2.070.333.720.73

Pabelln I0.780.060.780.06

Pabelln J0.120.410.120.41

Pabelln K5.860.105.860.10

Como se observa el desplazamiento relativo mximo es del orden de 2.09cm., lo que es menor a lo indicado a la Norma E.030, es decir 0.007*380=2.66 cm., esto es en ambas direcciones por lo que lo encontramos conforme.

3.5 JUNTA DE SEPARACIN SSMICALa Norma de Diseo Sismo resistente E.030 seala que debe existir una distancia libre (s) entre estructuras vecinas para evitar el contacto entre ellas. Dicha distancia libre (s) ser:S 3 cm.S 2/3 de la suma de los desplazamientos mximos de los bloques adyacentes.S = 3 + 0.004(h-500) ; altura del edificio; h y S en cmUna edificacin se debe retirar del lmite de propiedad por lo menos 2/3 del desplazamiento mximo del edificio S/2. De la Tabla 3.2 el desplazamiento mximo corresponde al pabelln 01 Administracin y es de 2.77 cm. Asimismo, la suma de desplazamientos mayor entre dos pabellones adyacentes corresponde al Mdulo D2 Laboratorios (2.48cm) y el mdulo adyacente D (1.12 cm) sumando en total 3.6 cm.Junta ssmica:

Finalmente se decide usar una junta de 5.0 cm entre todos los pabellones adyacentes.

CAPTULO 4DISEO EN CONCRETO ARMADO4.1 MTODO DE DISEOLa metodologa empleada fue la de Diseo por Resistencia. Con este mtodo se busca que la resistencia ltima de un elemento sometido a flexin, compresin, o corte sea mayor o igual a la fuerza ltima que se obtiene mediante las combinaciones de cargas amplificadas, lo cual se resumen en la siguiente frmula:Rn >CiDonde:: Factor de reduccin de resistencia, menor que la unidadRn : Resistencia nominal: Factor de carga o de amplificacinCi : Efecto de las cargas de servicioLa tabla 5.1 muestra los factores de reduccin de resistencia indicados en la Norma E.060.Tabla 5.1 Factores de Reduccin de Resistencia

Los factores de amplificacin de carga para el caso de carga muerta, viva y sismo son los mostrados en la tabla 5.2.

Tabla 5.2 Combinaciones de Carga para Diseo en Concreto Armado

5.2 DISEO POR FLEXINLa seccin crtica para momento negativo se tomar en las caras de los apoyos, mientras que para momentos positivos en el interior de la luz.Para calcular la resistencia a flexin de una seccin, como la mostrada en la figura 5.1, se supone que: Las secciones planas permanecen planas (hiptesis de Navier). No existe deslizamiento entre el acero de refuerzo y el concreto. La mxima deformacin a considerar en la fibra extrema a compresin ser de 0.003

Para poder simplificar los clculos, el ACI permite que se emplee el bloque equivalentede compresiones. En consecuencia, para un elemento con ancho b y altura igual ah, tenemos:

Figura 5.1 Bloque equivalente de compresiones

Por tanto se puede estimar el momento resistente a flexin como:

Para flexin el valor del factor de reduccin () es 0.9Se alcanzar esta resistencia nominal cuando el acero llegue al esfuerzo de fluencia cuando el concreto alcance su deformacin mxima. El tipo de falla depender de la cuanta de acero colocado en la seccin.

Dicha cuanta se define como:

Donde:=Cuanta de aceroAs= rea de aceroB=ancho de la seccind=peralte efectivo de la seccin

Cuanta balanceada: Se define cuanta balanceada al rea de acero que propicia una falla por aplastamiento de la seccin de concreto en compresin al mismo tiempo que el acero alcanza la deformacin de fluencia.

Cuando se coloca una cuanta mayor a la balanceada se producir falla encompresin, es una falla frgil muy peligrosa. Por ello, lo que debemos buscar en eldiseo es una falla dctil. Por ende, es importante controlar la cuanta de acero, yaque una cuanta mayor o menor a la balanceada determinar el tipo de falla que puedepresentar la seccin del elemento.Cuanta mxima: La Norma E.060 Concreto Armado limita la cuanta mxima en zonas ssmicas al 50% de la balanceada, de tal forma que garanticemos una falla dctil. Se determinar segn:

Cuanta mnima: En la Norma E.060 se establece que se debe de proveer una cuanta mnima a la seccin de tal forma que la resistencia de la seccin fisurada sea por lo menos 1.5 veces mayor que el momento flector causante del agrietamiento de la seccin. El rea mnima para secciones rectangulares se calcular:

Los requisitos especficos para diseo por flexin en losas y vigas sern explicados en acpite correspondiente.5.3 DISEO POR FLEXO-COMPRESINCapacidad por Flexo-compresin: Las mismas hiptesis bsicas utilizadas en el anlisis de una seccin en flexin simple sern vlidas para este acpite.Los elementos tipo columnas o placas tienen una infinidad de combinaciones de momento flector y carga axial que pueden producir su falla.Conociendo las propiedades del material, la seccin de la columna o placa y la distribucin del acero de refuerzo se puede construir un diagrama de interaccin nominal (Mn Vs Pn) con las diferentes combinaciones de momento flector y carga axial que causa la falla de la seccin.Procedimiento de diseo: Se asume una seccin reforzada, luego se construye el diagrama de interaccin de diseo, esto se lograr afectando el diagrama de interaccin nominal con el factor (reduccin de resistencia) y el factor n correspondiente a carga axial. Finalmente, lo que debemos lograr es que los pares de fuerza (Mu, Pu) obtenidas de las combinaciones se encuentren dentro del diagrama de diseo.La figura 5.2 muestra el diagrama de interaccin nominal y de diseo de una seccin de concreto reforzada

Figura 5.2 Diagrama de interaccin nominal y de diseo4.4DISEO POR CORTEPara el diseo por corte ser de inters las secciones con mayor fuerza cortante, la seccin a analizar se tomar a una distancia d (peralte efectivo) de la cara de los apoyos. Slo se tomar el valor del cortante en la cara cuando la reaccin del apoyo induce traccin al elemento o si existiera alguna carga puntual ubicada a una distancia menor a d.Capacidad en corte: En una seccin reforzada la capacidad en corte (Vn) estar dada por la suma del aporte del concreto (Vc) y del refuerzo (Vs), es decir:Vn = Vc + Vs ; =0.85 Donde:Vn: resistencia nominal a corte, considerando el aporte del concreto (Vc)y del acero (Vs). Vc: resistencia a corte del concreto, se calcular como Ve =,Vs: resistencia a corte del estribo perpendicular el eje del elemento, cuya resistencia se calcula ; siendo Av el rea del refuerzo por corte y s el espaciamiento del refuerzo.Ser necesario reforzar mediante estribos perpendiculares al elemento cuando el concreto no sea capaz de resistir la fuerza cortante ltima.Las particularidades del diseo por corte en los diferentes elementos estructurales se mencionarn en sus respectivos acpites.

4.5DISEO DE LOSAS ALIGERADAS

El diseo de losas aligeradas se realiz considerando las cargas de gravedad indicadas en el Captulo 3 y se desarroll el diseo por flexin y por corte. Para el clculo de los momentos en las losas aligeradas se aplica el mtodo simplificado propuesto por la Norma E-060, acpite 8.3.4, para cargas de gravedad en losas en una direccin.

4.6 DISEO DE VIGASEl diseo por flexin se realizar considerando la envolvente de las diferentes combinaciones de carga. La Norma E.060 Concreto Armado establece que para secciones rectangulares el rea mnima se determinar usando la siguiente frmula: .El rea de acero mximo se calcula: Es preciso sealar, segn Norma E.060, las vigas con responsabilidad ssmica deben cumplir con las siguientes exigencias:

Se deber correr dos barras de acero tanto en la parte superior como inferior, las que debern de ser por lo menos el acero mnimo de la seccin. Se recomienda que el rea de acero positivo deber ser mayor o igual a un tercio del acero colocado para resistir momentos negativos.

Para el diseo por corte, la capacidad resistente de una viga reforzada estar dada por el aporte del concreto (Vc) y del estribo (Vs), es decir: Vn = Vc + Vs , de tal forma que: Vn >Vu. En vigas con responsabilidad ssmica, la Norma E.060 seala:

Se realizar el diseo por capacidad, por ello la fuerza cortante (Vu) de los elementos sometidos a flexin deber calcularse con la suma de la fuerza cortante asociada a cargas permanentes (cortante isosttica) y la cortante asociada al desarrollo de las resistencias nominales en flexin (Mn), sea :

Se deber colocar estribos (3/8 dimetro mnimo) en la zona de confinamiento con un espaciamiento que no exceda el valor de: 0.25d, 8db, 30 cm. Dicha zona de confinamiento ser considerada a una distancia 2d de la cara en ambos extremos. El espaciamiento de estribos fuera de la zona de confinamiento no ser mayora 0.5d.Los resultados se presentan el ANEXO 02. Diseo de Vigas.4.7 DISEO DE COLUMNASLas columnas estn sometidas a momentos flectores y cargas axiales (flexo compresin). Para diferenciar el comportamiento de una columna al de una viga es necesario calcular la carga axial que acta, entonces, si Pu < 0.1fc(Ag), el elemento se disear como viga, caso contrario como columna.El diseo se realiza para cada una de las combinaciones de carga y consiste en armar tentativamente una seccin para graficar su diagrama de interaccin, de tal forma que las combinaciones (Mu; Pu) queden dentro del diagrama.La Norma E.060 limita la cuanta mnima para el acero longitudinal a 1% de la seccin bruta de concreto y un mximo de 6 %. Para cuantas mayores al 4% ser necesario detallar la colocacin del refuerzo en las uniones con vigas. Asimismo en algunas columnas se ha diseado con una cuanta menor por tratarse de elementos estructurales que por requerimientos arquitectnicos tienen un rea transversal mayor a la requerida, cumpliendo con lo dispuesto segn el acpite 10.08.03 de la Norma.

La resistencia por corte estar dada por el aporte del concreto y del acero de refuerzo (estribos), de tal forma que: Vc + Vs >Vu.La fuerza cortante ltima se calcular siguiendo los criterios de diseo por capacidad:

La Norma limita la fuerza cortante mxima que puede actuar en una seccin:

La resistencia a corte se calculara siguiendo la siguiente expresin:

Donde :Nu: carga axial ltimaAg: rea bruta de la seccin

El aporte a la resistencia del acero de refuerzo (estribo) se calcular: Vs = Av.fy.d/SCon la finalidad de proveer una ductilidad adecuada se debe confinar una longitud Lo, donde:

En dicha zona de confinamiento el espaciamiento mximo S, ser menor de:

Fuera de la zona de confinamiento, el espaciamiento entre estribos no puede ser mayor a:

4.8 DISEO DE CIMENTACIONES

El diseo de la cimentacin debe garantizar que no se exceda la capacidad portante del suelo, evitar que se produzcan asentamientos diferenciales y que la resistencia de los elementos sea mayor o igual a las solicitaciones ltimas. Para efectos de la presente tesis, la capacidad admisible (qa) es 4kg/cm2, con una profundidad mnima de cimentacin de 1.2 m.

Las zapatas se dimensionaron trabajando con cargas de gravedad y de sismo, verificando que la presin ejercida sobre el terreno sea menor a la admisible. Para calcular la presin sobre el terreno se asumi una distribucin lineal de presiones, por lo tanto el esfuerzo ser determinado por:

Debido a que en las zapatas no se coloca acero de refuerzo por corte, se debe elegir un peralte adecuado, de forma tal que el concreto sea capaz de soportar los esfuerzos por corte y punzonamiento (Vc > Vu).

Corte simple: La fuerza cortante ser calculada a una distancia d de la cara de la columna, la resistencia del concreto ser: Vc= 0.85(0.53)(f'c^0.5) b.d Corte doble o punzonamiento: Se determina en una seccin perimetral ubicada a d/2 de la cara de la columna. La resistencia del concreto se puede calcular como:

Para el diseo por flexin se asumir una cuanta mnima (0.0018) similar al de las losas macizas. El diseo se realizar a la cara del elemento vertical.

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