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Descripción: estructuras...
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Municipalidad Distrital de Santa Rosa de Sacco SNIP Nº 321697
ESTRUCTURAS PROYECTO:
“MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO EN LA I.E. DE EDUCACIÓN PRIMARIA N°3114 "ANTONIO RAIMONDI" DEL POBLADO DE CHUCCHIS, DISTRITO DE SANTA ROSA DE SACCO, PROVINCIA DE YAULI- JUNIN”.
UBICACIÓN LUGAR
: Centro Poblado Chuchis
PROVINCIA
: Santa Rosa de Sacco : Yauli : Junin
DISTRITO
DEPARTAMENTO
YAULI, AGOSTO 2015
Índice general
I INGENIERÍA DEL PROYECTO
5
1
INGENIERÍA DEL PROYECTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.1
NOMBRE DEL PROYECTO
6
1.2
DESCRIPCIÓN DE LOS MÓDULOS
6
1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4 1.2.5
Módulo de aulas (BLOQUE 01) . . . . . . . . . . . . . . . . Módulo de ambientes administrativos (BLOQUE 02) Módulo de servicio higiénico (BLOQUE 03) . . . . . . . Caja de escalera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rampa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3
ESTRUCTURACIÓN
1.3.1 1.3.2 1.3.3
Cimentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Paramentos y estructuras de apoyo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Entrepisos y cubiertas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.4
NORMAS DE REFERENCIA
8
1.5
DIMENSIONAMIENTO
8
1.5.1 1.5.2 1.5.3
Losa aligerada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Vigas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Columnas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.6
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
1.6.1 1.6.2
Concreto Armado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Albañilería . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.7
CARGAS
1.7.1 1.7.2
Carga Muerta o Permanente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Sobre cargas o Carga Viva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.8
PARÁMETROS SÍSMICOS Y ESPECTRO SÍSMICO
1.8.1
Método de análisis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.9
ESTADOS DE CARGAS
1.9.1
Combinación de Cargas según el RNE E -060 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
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6 6 6 7 7
7
8
9
10 12
ÍNDICE GENERAL
2
II BLOQUE II
13
1.10
ANÁLISIS Y DISEÑO DE LOS BLOQUES
14
1.10.1 1.10.2 1.10.3 1.10.4
Bloque 02 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Modelo de la estructura . . . . . . . . . . . Disposición de Cargas en los Módulos Análisis de la estructura . . . . . . . . . . .
1.11
ANÁLISIS DINÁMICO POR COMBINACIÓN MODAL ESPECTRAL (RNE E-030)
1.11.1 1.11.2 1.11.3 1.11.4 1.11.5 1.11.6
Definiendo el Espectro de Respuesta . . . . . Método del Análisis . . . . . . . . . . . . . . . . . . Derivas máximos Módulo de Administración Desplazamientos absolutos de piso . . . . . . Verificación de Fuerza Cortante en la Base . Diseño de acero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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14 14 15 16
18 . . . . . .
III BLOQUE I
18 19 19 21 21 22
23
1.11.7 Bloque 01 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1.11.8 Modelo del bloque I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1.11.9 Disposición de Cargas en los Módulos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.12
ANÁLISIS DINÁMICO POR COMBINACIÓN MODAL ESPECTRAL
1.12.1 1.12.2 1.12.3 1.12.4
Derivas máximos Módulo de Aulas . . . . . . Desplazamientos absolutos de piso . . . . . Verificación de Fuerza Cortante en la Base Diseño de acero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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27 28 29 29
Índice de figuras
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 1.12 1.13 1.14 1.15 1.16 1.17 1.18 1.19 1.20 1.21 1.22 1.23 1.24 1.25 1.26
Espectro sismico portico . . . . . . . . . . . . . Espectro sismico albañileria . . . . . . . . . . . Vista general . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cargas peso propio . . . . . . . . . . . . . . . . Cargas sobre elementos frame . . . . . . . . . Sobre carga en aulas y pasadizo . . . . . . . . . Sobre carga en techo . . . . . . . . . . . . . . . Análisis de masa . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cargas de sismo X e Y obtenidas en Excel . . . Espectro de Aceleración en X e Y . . . . . . . . Deformaciones Elásticas Bloque 02 Sismo X-X Deformaciones Elásticas Bloque 02 Sismo Y-Y Derivas máximos en X e Y . . . . . . . . . . . . Diagrama de momentos . . . . . . . . . . . . . Acero requerido por los elementos . . . . . . . Vista general . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cargas peso propio . . . . . . . . . . . . . . . . Cargas sobre elementos frame . . . . . . . . . Sobre carga en aulas y pasadizo . . . . . . . . . Sobre carga en techo . . . . . . . . . . . . . . . Deformaciones Elásticas Bloque 01 Sismo X-X Deformaciones Elásticas Bloque 01 Sismo Y-Y Desplazamientos máximos en X e Y . . . . . . Diagrama de momentos máximos . . . . . . . Diagrama de momentos mínimos . . . . . . . Acero requerido por los elementos . . . . . . .
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11 11 14 15 15 16 16 17 17 18 19 19 20 22 22 24 25 25 26 26 27 27 28 30 30 31
Índice de cuadros
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11
Factor de zona . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Parámetros de duelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cuadro de participación modal de las masas . . . . . . . . . . . Máximas Derivas Elasticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Máximos Desplazamientos de Piso Inelásticos. . . . . . . . . . Cortantes del análisis sísmico dinámico . . . . . . . . . . . . . Cortantes en la base producido por análisis sísmico dinámico Máximos Desplazamientos de Piso Inelásticos. . . . . . . . . . Máximos Desplazamientos de Piso Inelásticos. . . . . . . . . . Cortantes del análisis sísmico dinámico . . . . . . . . . . . . . Cortantes en la base producido por análisis sísmico dinámico
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10 10 17 20 21 21 21 28 29 29 29
Parte I
INGENIERÍA DEL PROYECTO
1 1.1
INGENIERÍA DEL PROYECTO
NOMBRE DEL PROYECTO
PROYECTO: “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO EN LA I.E. DE EDUCACIÓN PRIMARIA N°3114 ”ANTONIO RAIMONDI“ DEL POBLADO DE CHUCCHIS, DISTRITO DE SANTA ROSA DE SACCO, PROVINCIA DE YAULI- JUNIN”
1.2
DESCRIPCIÓN DE LOS MÓDULOS
1.2.1. Módulo de aulas (BLOQUE 01) La Estructura a diseñar tiene una configuración regular en planta y elevación con una longitud de 31.45 m, un ancho de 7.90, de 02 niveles con techo aligerados de 20 cm en el primer nivel y losas aligeradas inclinadas de 17 cm en el segundo nivel según se detalla en los planos. El presente módulo se conforma en base a un sistema estructural aporticado en los ejes longitudinales y un sistema de albañilería confinada en la dirección transversal.
1.2.2. Módulo de ambientes administrativos (BLOQUE 02) La Estructura a diseñar tiene una configuración regular en planta y elevación con una longitud de 31.45 m, un ancho de 7.90, de 02 niveles con techo aligerados de 20 cm en el primer nivel y losas aligeradas inclinadas de 17 cm en el segundo nivel según se detalla en los planos. El presente módulo se conforma en base a un sistema estructural aporticado en los ejes longitudinales y un sistema de albañilería confinada en la dirección transversal.
1.2.3. Módulo de servicio higiénico (BLOQUE 03) La Estructura a diseñar tiene una configuración regular en planta y elevación con una longitud de 5.95 m, un ancho de 7.90, de 02 niveles con losas aligeradas de 20 cm en el primer nivel y segundo
CAPÍTULO 1. INGENIERÍA DEL PROYECTO
7
nivel según se detalla en los planos. El presente módulo se conforma en base a un sistema estructural aporticado en los ejes longitudinales y un sistema de albañilería confinada en la dirección transversal.
1.2.4. Caja de escalera La Estructura a diseñar tiene una configuración regular en planta y elevación con una longitud de 4.60 m, un ancho de 7.90, de 02 niveles con techo aligerados de 20 cm en el primer nivel y losas aligeradas inclinadas de 17 cm en el segundo nivel según se detalla en los planos. El presente módulo se conforma en base a un sistema estructural aporticado en los ejes longitudinales y un sistema de albañilería confinada en la dirección transversal.
1.2.5. Rampa La Estructura a diseñar tiene una configuración irregular en planta y elevación con una longitud de 20.10 m, un ancho de 5.20, de 01 nivel con losas macizas armadas en doble sentido de 15 cm, según se detalla en los planos. El presente módulo se conforma en base a un sistema estructural aporticado en los todos los ejes.
1.3
ESTRUCTURACIÓN
1.3.1. Cimentación El Estudio de Mecánica de Suelos recomienda una profundidad minina de fundación de 1.50 m. para todos los Bloques, con una capacidad portante de 1.0 kg/cm2. El sistema de cimentación empleado es el de vigas de cimentación de forma ?T? invertida en los ejes longitudinales de los bloques y cimientos corridos armados para los muros de albañilería confinada.
1.3.2. Paramentos y estructuras de apoyo Muros portantes en los ejes indicados en los planos. Tabiquería de albañilería confinada perimetralmente, en los ejes detallados en los planos de arquitectura, y separados de los pórticos de concreto armado mediante las respectivas juntas de separación sísmica en caso de que conformen ventanas altas. Columnas estructurales diseñadas de acuerdo a las cargas envolventes. Vigas estructurales peraltadas y vigas de amarre para conseguir un desempeño adecuado frente a solicitaciones sísmicas.
1.3.3. Entrepisos y cubiertas Se cuenta con losas aligeradas planas de 20 cm en el primer nivel y losas aligeradas inclinadas de 17 cm según se detalla en los planos respectivos.
CAPÍTULO 1. INGENIERÍA DEL PROYECTO
1.4 . . . . . . .
8
NORMAS DE REFERENCIA
Reglamento Nacional de Edificaciones. R.N.E., N.T.E. E-020 Cargas. R.N.E., N.T.E. E-030 Diseño Sismorresistente. R.N.E., N.T.E. E-050 Suelos y Cimentaciones. R.N.E., N.T.E. E-060 Concreto Armado. R.N.E., N.T.E. E-070 Albañilería. R.N.E., N.T.E. E-090 Estructuras Metálicas.
1.5
DIMENSIONAMIENTO
1.5.1. Losa aligerada h = L/16 Simplemente apoyada. h = h/18.5 Un extremo continuo. Del los cálculos realizados tenemos: h = 0.20m Para los techo aligerados en el primer nivel. h = 0.17m Para los techo aligerados inclinados en el segundo
1.5.2. Vigas h = L/10 @ h=L/12 bw = 0.25m Como mínimo.
1.5.3. Columnas Se plantea secciones T, L y cuadradas, de acuerdo a la configuración arquitectónica de los paramentos y las condiciones de servicio impuestos, además de buscar la rigidez del sistema en las dos direcciones. h i Pn ; Si los refuerzos transversales son espirales. 0,85(0,85) f c 0
Ag =
Ag =
h
1.6
i
Pn ; Si los refuerzos transversales son estribos. 0,80(0,85) f c 0
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
1.6.1. Concreto Armado kg
f c 0 = 210 cm 2 ; Considerado en zapatas, losas de cimentación, vigas de confinamiento, vigas,columnas, losas aligeradas, losas macizas y placas de concreto armado.
CAPÍTULO 1. INGENIERÍA DEL PROYECTO kg
f y 0 = 4200 cm 2 p kg E = 15000 f c 0 cm 2 ; Modulo de elasticidad u = 0,20; Módulo de Poisson kg
G C = 91667 cm 2 ; Módulo de Corte Ec G C = 2(1+u)
1.6.2. Albañilería Compresión En Pilas
kg
f m 0 = 85 cm 2
Compresión Diagonal vm
0
kg
= 9,2 cm 2
PROPIEDADES MECÁNICAS: kg
f m 0 = 65 cm 2 (Ladrillos tipo IV sólidos (30King Kong Industrial). Em = 500 f m 0 ; Módulo de elasticidad de la albañilería
1.7
CARGAS
1.7.1. Carga Muerta o Permanente Peso de Losas aligeradas (t = 20 cm): 300 kg/m2 Peso de Losas aligeradas (t = 17 cm):280 kg/m2 Acabado en aleros:100 Kg/m2 Muros de albañilería (soga): 285 kg/m2 Muros de albañilería (cabeza): 475 kg/m2 Cobertura con teja artesanal: 160 kg/m2 Peso específico del Concreto: 2400 Kg/m3 Peso específico de Albañilería: 1800 Kg/m3
1.7.2. Sobre cargas o Carga Viva Adecuadamente indicada en planos con las siguientes consideraciones: Aulas y Oficinas: 250 Kg/m2. Corredores y escaleras: 400 Kg/m2. Techos planos: 100 Kg/m2. Techos inclinados: 50 Kg/m2.
9
CAPÍTULO 1. INGENIERÍA DEL PROYECTO
1.8
10
PARÁMETROS SÍSMICOS Y ESPECTRO SÍSMICO
1.8.1. Método de análisis Se realizó un análisis dinámico por el método de Superposición Modal Espectral, de acuerdo al Reglamento Nacional de Edificaciones, Norma E-030 de Diseño Sismorresistente, considerando los parámetros mostrados a continuación: Tipo
Factor de zona Z(g)
3
0.40
2
0.30
1
0.15
Cuadro 1.1: Factor de zona Se interpreta como la aceleración máxima del terreno con una probabilidad de 10 % de ser excedida en 50 años
Tipo
Descripción
Tp(s)
S
S1
Roca o suelos muy rígidos
0.4
1.0
S2
Suelos intermedios
0.6
1.2
S3
Suelos flexibles o con estratos de gran espesor
0.9
1.4
S4
Condiciones especiales
*
*
Cuadro 1.2: Parámetros de Suelo Los perfiles de suelo se clasifican tomando en cuenta las propiedades mecánicas del suelo, el espesor del estrato, el periodo fundamental de vibración y la velocidad de propagación de las ondas de corte. Tp: periodo que define la plataforma de espectro para cada tipo de suelo
Factor de Amplificación Sísmica
C = 2,5
h
i
Tp ;C T
≤ 2,50
Se interpreta como el factor de amplificación de la respuesta estructural respecto de la aceleración en el suelo. Categoría de las Edificaciones Categoría A (Edificaciones Esenciales) Factor de uso 1.5 Coeficiente de Reducción R
CAPÍTULO 1. INGENIERÍA DEL PROYECTO
11
R = 8.0 (Concreto armado) R = 3.0 (Albañilería) A partir de estos valores se determinó el espectro inelástico de pseudo aceleraciones, los cuales permitirán realizar el análisis sísmico de la edificación.
ZONA 2 CATEGORÍA A FACTOR DE SUELO S3 PERIODO QUE DEFINE LA PLATAFORMA PARA CADA TIPO DE SUELO COEFICIENTE DE REDUCCIÓN PARA SOLICITACIONES SÍSMICAS
Sa 0.1969 0.1969 0.1969 0.1969 0.1969 0.1969 0.1969 0.1969 0.1969 0.1969 0.1969 0.1969 0.1969 0.1969 0.1772 0.0886 0.0591 0.0443 0.0354 0.0295 0.0253 0.0221 0.0197 0.0177
Graficando T Vs ZUCS/R T
Z= U= S= Tp = R= ZUS/R = T 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0.05 0.06 0.07 0.3 1.5 0.08 1.4 0.09 0.9 0.1 3 0.2 0.21 0.3 0.4 Sa 0.5250 0.5 0.5250 0.6 0.5250 0.7 0.5250 0.8 0.5250 0.9 0.5250 1 0.5250 0.5250 2 0.5250 3 0.5250 0.5250 0.5250 0.5250 0.5250 0.4725 0.2363 0.1575 0.1181 0.0945 0.0788 0.0675 0.0591 0.0525 0.0473
Ci = 2.5 * (Tp/Ti) 2.5000 2.5000 2.5000 2.5000 2.5000 2.5000 2.5000 2.5000 2.5000 2.5000 2.5000 2.5000 2.5000 2.5000 2.2500 1.1250 0.7500 0.5625 0.4500 0.3750 0.3214 0.2813 0.2500 0.2250
ESPECTRO E-030 (X-X) 0.2500 0.2000 0.1500
Sa
T 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0.3 1.5 1.4 0.9 8 0.07875
0.1000 0.0500 0.0000 0
2
4
6
8
10
12
8
10
12
PERIODO
Figura 1.1: Espectro sismico portico ZUCS/R
0.1969 0.1969 ZONA 0.1969 2 CATEGORÍA A 0.1969 FACTOR0.1969 DE SUELO S3 PERIODO QUE DEFINE LA PLATAFORMA PARA CADA TIPO DE SUELO 0.1969 COEFICIENTE DE REDUCCIÓN PARA SOLICITACIONES SÍSMICAS 0.1969 0.1969 0.1969 Ci = 2.5 * (Tp/Ti) 2.5000 0.1969 2.5000 0.1969 2.5000 0.1969 2.5000 0.1969 2.5000 ESPECTRO E-030 (Y-Y) 0.1969 2.5000 0.6000 0.1772 2.5000 2.5000 0.0886 0.5000 2.5000 0.0591
Graficando T Vs ZUCS/R
2.5000 2.5000 2.5000 2.5000 2.5000 2.2500 1.1250 0.7500 0.5625 0.4500 0.3750 0.3214 0.2813 0.2500 0.2250
0.4000
Sa
Z= U= S= Tp = R= ZUS/R =
0.3000 0.2000 0.1000 0.0000 0
2
4
6
PERIODO
Figura 1.2: Espectro sismico albañileria
T
ZUCS/R
0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.2 0.3 0.4
0.5250 0.5250 0.5250 0.5250 0.5250 0.5250 0.5250 0.5250 0.5250
CAPÍTULO 1. INGENIERÍA DEL PROYECTO
1.9
12
ESTADOS DE CARGAS
El análisis estructural se efectuó considerando un comportamiento elástico lineal de la estructura, para cargas de gravedad, sobrecargas y solicitaciones sísmicas. Para el análisis estructural se empleó el programa ETABS 2013 versión 13.1.5 que resuelve la estructura bajo las consideraciones antes mencionadas, modelando la estructura para un análisis matricial tridimensional. Las verificaciones en concreto armado se realizaron en concordancia a las normas técnicas correspondientes. Se han considerado las siguientes combinaciones de carga para el diseño de los elementos de concreto armado:
1.9.1. Combinación de Cargas según el RNE E -060 U1 = 1.4 D + 1.7 (L + azotea) U2 = 1.25 (D + L + azotea) + Sx) U3 = 1.25 (D + L + azotea) - Sx) U4 = 1.25 (D + L + azotea) + Sy) U5 = 1.25 (D + L + azotea) - Sy) U6 = 0.9 D + 1.25 Sy U7 = 0.9 D - 1.25 Sy U8 = 0.9 D + 1.25 Sx U9 = 0.9 D - 1.25 Sx U = U1 + U2 + U3 + U4 + U5 + U7 + U8 + U9 En concordancia con la norma E-060 se aplicaron los siguientes coeficientes de reducción a consecuencia de que los valores de las dimensiones y propiedades de los materiales fueron determinados mediante ensayos y mediciones. Flexión sin carga Axial φ = 0.90 Compresión con o sin flexión Elementos con estribos φ = 0.85 Cortante o Torsión φ = 0.85
Parte II
BLOQUE II
CAPÍTULO 1. INGENIERÍA DEL PROYECTO
1.10
14
ANÁLISIS Y DISEÑO DE LOS BLOQUES
1.10.1. Bloque 02 Se ha planteado como sistema estructural sismorresistente un sistema de pórticos semi rígido de concreto armado en la dirección longitudinal y un sistema de albañilería confinada en la dirección transversal. La estructura fue dimensionada mediante un proceso iterativo optimizando la respuesta de la estructura, siendo el requisito que gobierna el diseño el de deformación donde los desplazamientos laterales no deben exceder los valores dados por la Norma E-030, particularmente en la dirección longitudinal de la estructura. Las dimensiones adoptadas para satisfacer los requisitos de deformación de la norma fueron: 14 Columnas “T” de 0.90 m. de peralte en la dirección longitudinal y 0.45 m en la dirección transversal, en los ejes longitudinales A y C ejes transversales 2, 3, 4, 5, 6, 7 y 8. 4 Columnas esquineras de sección “L” de 0.90 m. de peralte en la dirección longitudinal y 0.45 m en la dirección transversal, en los ejes longitudinales A y C ejes transversales 1 y 9. Vigas de 0.25x0.50 m. en los ejes longitudinales perimetrales y transversales del primer entrepiso, con excepción de la viga VB-01 que es de 0.20x0.40 m de sección. Vigas de 0.25x0.40 m. horizontales de confinamiento de los muros de albañilería del segundo piso en los ejes transversales 1, 5, 6 y 9. Vigas de 0.25x0.50 m horizontales en los ejes longitudinales y en las vigas inclinadas en los ejes transversales tenemos vigas de 0.25x40 en los muros de albañilería y el resto de 0.25x50 4 muros de albañilería confinada de 0.25 m. de espesor en los ejes 1, 5, 6, 9 en el primer piso. 4 muros de albañilería confinada de 0.25 m de espesor en los ejes 1, 5, 6, 9 en el segundo piso. Losa aligerada de 0.17 m. de espesor en techo inclinado y aleros.
1.10.2. Modelo de la estructura
Figura 1.3: Vista general
CAPÍTULO 1. INGENIERÍA DEL PROYECTO
15
1.10.3. Disposición de Cargas en los Módulos 1
Carga Muerta aplicada sobre los elementos de losa aligerada (kg/cm2), adicionada a la carga calculada del peso propio del programa.
Figura 1.4: Cargas peso propio
2
Vista de la carga muerta aplicada sobre los elementos frame adicionales al modelo. (kg/cm2).
Figura 1.5: Cargas sobre elementos frame
CAPÍTULO 1. INGENIERÍA DEL PROYECTO 3
16
Sobre carga aplicada a las losas aligeradas (0.03 Kg/cm2 en aulas y 0.04 Kg/cm2 en pasadizo).
Figura 1.6: Sobre carga en aulas y pasadizo
4
Sobre carga viva aplicada a los elementos de vigas, la cual actúa adicionalmente a la carga sobre la losa aligerada.
Figura 1.7: Sobre carga en techo
1.10.4. Análisis de la estructura Periodos de Vibración (T) Se han considerado 12 modos de vibración de la estructura. De acuerdo a la participación de masas, destacan los siguientes modos: El modo 1 en la dirección Y-Y con un periodo de 0.281 seg. y un acumulado de 95.36 % de participación de masas en los 12 modos. El modo 2 en la dirección X-X con un periodo de 0.124 seg. y un acumulado de 96.35 % de participación de masas en los 12 modos.
CAPÍTULO 1. INGENIERÍA DEL PROYECTO TABLE: Modal Participating Mass Ratios Case Mode Period sec Modal 1 0.281 Modal 2 0.124 Modal 3 0.109 Modal 4 0.074 Modal 5 0.062 Modal 6 0.061 Modal 7 0.057 Modal 8 0.052 Modal 9 0.052 Modal 10 0.047 Modal 11 0.045 Modal 12 0.043
17
UX
UY
UZ
Sum UX
Sum UY
Sum UZ
0.8864 0.000009231 0.00000475 0.0767 0.0001 0.00001014 0.000002882 0.00001836 0.0001 0.000006671 0.00003429 0.0001
0.000001805 0.7692 0.0966 0.00003411 0.000002502 0.000004817 0.000002786 0.0273 0.0044 0.0455 0.00001182 0.0105
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0.8864 0.8864 0.8864 0.9632 0.9632 0.9632 0.9632 0.9633 0.9634 0.9634 0.9634 0.9635
0.000001805 0.7692 0.8658 0.8658 0.8658 0.8658 0.8658 0.8931 0.8976 0.9431 0.9431 0.9536
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Cuadro 1.3: Cuadro de participación modal de las masas
El peso sísmico (P) El peso (P), se calculará adicionando a la carga permanente y total de la Edificación un porcentaje de la carga viva o sobrecarga que se determinará de la siguiente manera: a. En edificaciones de las categorías A y B, se tomará el 50 % de la carga viva. b. En edificaciones de la categoría C, se tomará el 25 % de la carga viva.
Figura 1.8: Análisis de masa
c. En depósitos, el 80 % del peso total que es posible almacenar. d. En azoteas y techos en general se tomará el 25 % de la carga viva. e. En estructuras de tanques, silos y estructuras similares se considerará el 100 % de la carga que puede contener. Del valor “Modal 1” obtenido al correr el programa. DIRECCIÓN X - X EL VALOR DE "MODAL 1" DEL ANALISIS EN ETABS T= 0.281 Reeplazando: C=
C=2.5(Tp / T)
por lo tanto C = C/R =
donde Tp:
0.9
8.007117438 debe ser ≤ 2.5
0.3125
2.5 donde R =
donde C/R debe ser > 0.125 entonces C/R =
0.3125
Finalmente: ZUCS/R = donde Z = U= S=
0.196875 0.3 1.5 1.4
(a) Concreto armado
8
DIRECCIÓN Y - Y CONTROL SEGÚN RNE E.030 DERIVAS MÁXIMAS DERIVAS MÁXIMAS CONTROL SEGÚN RNE E.030 EL VALOR DE "MODAL 1" DEL ANALISIS EN ETABS EJE X-X R= 8 EJE X-X R= 8 T= 0.281 Δ=Dx0.75xR (cm) ENTREPISO D(cm) Δ=Dx0.75xR (cm) ENTREPISO D(cm) Reeplazando: C=2.5(Tp PISO 1 / T) 0.22 1.32 donde Tp: 0.9 PISO 1 0.22 1.32 PISO 2 0.51 3.06 PISO 2 0.51 3.06 1.12 ser ≤ 2.5 6.72 C= TECHO 8.007117438 debe TECHO 1.12 6.72 por lo tanto C = 2.5 DERIVAS MÁXIMAS C/R = 0.833333333 donde R = 3 EJE Y-Y R= 3 donde C/R debe ser > 0.125 Δ=Dx0.75xR (cm) ENTREPISO D(cm) PISO 1 C/R = 0.047 0.10575 entonces 0.83333333 PISO 2 0.11 0.2475 Finalmente: TECHO 0.19 0.4275 ZUCS/R = 0.525 donde Z = U= S=
0.3 1.5 1.4
(b) Albañilería
Figura 1.9: Cargas de sismo X e Y obtenidas en Excel
DERIVAS MÁXIMAS EJE Y-Y ENTREPISO PISO 1 PISO 2 TECHO
R= D(cm) 0.047 0.11 0.19
3 Δ=Dx0.75xR (cm) 0.10575 0.2475 0.4275
CAPÍTULO 1. INGENIERÍA DEL PROYECTO
1.11
18
ANÁLISIS DINÁMICO POR COMBINACIÓN MODAL ESPECTRAL (RNE E-030)
El método dinámico indicado por el RNE. E-030 es el de superposición modal espectral. El espectro de aceleraciones queda definido en función de la zona de suelo y la categoría y el sistema estructural de la edificación. El RNE. E-030 establece dos criterios de superposición, el primero en función de la suma de los valores absolutos y la media cuadrática completa de valores (CQC), este último es la que se usará para este efecto. En general resulta siempre más sencillo emplear el procedimiento dinámico. Bastará con usar el espectro de aceleraciones apropiado y elegir entre los dos criterios de superposición. Generalmente los programas de computación más difundidos tienen como alternativa de superposición la CQC, en tal caso se emplea con 5 % de amortiguamiento.
1.11.1. Definiendo el Espectro de Respuesta Un espectro de respuesta es la máxima respuesta de un sistema excitado en su base por una función aceleración ? tiempo. Esta función se expresa en términos de la frecuencia natural de la estructura y el amortiguamiento del sistema. El espectro de Respuesta según el RNE E-030 para el diseño Inelástico utilizando el Coeficiente Sísmico Inelástico (ZUSC/R) que vamos a emplear para el análisis, es suministrado con el programa de cómputo ETABS y fue necesario definirlo de acuerdo al control que se detalla más adelante. Dotar a las estructuras de una resistencia a fuerzas laterales tan elevada como de régimen elástico, es en mucho caso imposible e injustificable dada la baja probabilidad de que las fuerzas máximas se presenten durante su vida útil de una estructura (10 % de la probabilidad de excedencia en 50 años de exposición). Todos los códigos de diseño reconocen este hecho y permiten reducir la resistencia lateral de las estructuras a una fracción de la máxima solicitación elástica, a cambio de garantizar un comportamiento post-elástico adecuado.
(a) Espectro de Aceleración en X
(b) Espectro de Aceleración en Y
Figura 1.10: Espectro de Aceleración en X e Y
CAPÍTULO 1. INGENIERÍA DEL PROYECTO
19
1.11.2. Método del Análisis La edificación se idealiza como un ensamblaje de vigas, columnas, placas y sistemas de muros, con diafragmas horizontales de piso que le brinden rigidez. La integración de las fuerzas internas del elemento finito en cuanto a fuerzas y momentos, está completamente automatizado, de tal manera que produce el equilibrio completo para las fuerzas aplicadas a las estructuras. Las formulaciones de columnas, viga y muros incluyen efectos de flexión, carga axial y deformaciones por corte.
1.11.3. Derivas máximos Módulo de Administración En los siguientes gráficos de salida se muestran las deformaciones elásticas del bloque ante los sismos de diseño en las direcciones X-X (sismo severo) y Y-Y respectivamente.
Figura 1.11: Deformaciones Elásticas Bloque 02 Sismo X-X
Figura 1.12: Deformaciones Elásticas Bloque 02 Sismo Y-Y
CAPÍTULO 1. INGENIERÍA DEL PROYECTO
20
Derivas máximos Módulo de Aulas Las derivas inelásticas según la Norma E-030 se obtienen multiplicando el valor calculado por el 75 % del factor de reducción R. En siguiente tabla se calculan dichas derivas y se comparan con las derivas permisibles por la Norma E-030, que son: deriva máxima de 0.007 en la dirección X-X para pórticos de concreto armado y deriva máxima de 0.005 en la dirección Y-Y para albañilería .
(a) Derivas sismo X-X
(b) Derivas sismo Y-Y
Figura 1.13: Derivas máximos en X e Y
CONTROL SEGÚN RNE E.030
DERIVAS MÁXIMAS EJE X-X ENTREPISO REF 1 PISO 1 TECHO
R= D(cm) 0.038 0.268 0.484
8 Δ=Dx0.75xR (cm) δ (cm)= Δi+1 - Δi 0.228 0.228 1.608 1.38 2.904 1.296
H(cm) 120 325 327
ỹ = δ/H < 0.007 CONTROL OK 0.00190 OK 0.00425 0.00396 OK
H(cm) 120 325 327
ỹ = δ/H < 0.005 CONTROL OK 0.00068 OK 0.00095 0.00117 OK
DERIVAS MÁXIMAS EJE Y-Y ENTREPISO REF 1 PISO 1 TECHO
R= D(cm) 0.036 0.173 0.343
3 Δ=Dx0.75xR (cm) δ (cm)= Δi+1 - Δi 0.081 0.081 0.38925 0.30825 0.77175 0.3825
Cuadro 1.4: Máximas Derivas Elasticas
De estos resultados se concluye que la estructura cumple con la verificación de derivas en ambas direcciones.
CAPÍTULO 1. INGENIERÍA DEL PROYECTO
21
1.11.4. Desplazamientos absolutos de piso Los desplazamientos absolutos máximos de cada piso en cm se muestran en la siguiente tabla de la salida del programa: Los desplazamientos inelásticos esperados se obtienen multiplicando los valores elásticos del cuadro anterior por 0.75R
Story
Diaphragm
PISO1 PISO1
D1 D1
TABLE: Diaphragm Center of Mass Displacements Load Case/Combo UX UY 0.75R cm cm EQ-XX Max 0.266 0.00043 6 EQ-YY Max 0.003 0.119 2.25
UX cm 1.5960 0.0068
UY cm 0.0026 0.2678
Cuadro 1.5: Máximos Desplazamientos de Piso Inelásticos.
Observase que el desplazamiento máximo en la dirección X es de 1.59 cm que debe tomarse en cuenta para el cálculo del espesor de la junta de separación con el bloque adyacente al Pabellón.
1.11.5. Verificación de Fuerza Cortante en la Base Del análisis sísmico dinámico se obtienen cortantes en la base iguales a 119.93 ton en la dirección X-X y 292.54 ton en la dirección Y-Y, como se muestra en el siguiente cuadro. TABLE: Base Reactions Load Case/Combo FX FY tonf tonf EQ-XX Max 119.9325 0.4724 EQ-YY Max 1.2596 292.5391 Cuadro 1.6: Cortantes del análisis sísmico dinámico
Según la misma norma, debe verificarse que la fuerza cortante en la base del análisis dinámico es mayor que el 80 % de la fuerza cortante basal para el análisis estático. El peso de la edificación se determina a partir de las fuerzas verticales PD y PL (reducida según la norma E-030) en ton, obtenidas del mismo análisis. En el siguiente cuadro se muestra la verificación de la norma, que en la dirección Y-Y requiere un factor de corrección de 1.005, que será incorporado en el análisis.
Load Pattern ZUSC/R SISMO ES YY SISMO ES XX
0.525 0.197
TABLE: Auto Seismic - User Coefficients P 80%H v H=ZUSCP/R V>80%H F.C tonf tonf tonf 700.11 367.56 294.05 292.54 NO 1.005 700.11 137.83 110.27 119.93 OK 1.000
V>80%H OK OK
Cuadro 1.7: Cortantes en la base producido por análisis sísmico dinámico
Es de destacar que el espectro de diseño corresponde en la dirección Y-Y a un sismo severo, sismo que es empleado para las verificaciones de los muros de albañilería. Para el diseño de otros elementos de la estructura el sismo de diseño en la dirección Y-Y es el sismo moderado, que según la norma corresponde a fuerzas cortantes iguales al 50 % de las obtenidas por el sismo severo.
CAPÍTULO 1. INGENIERÍA DEL PROYECTO
1.11.6. Diseño de acero
Figura 1.14: Diagrama de momentos
Figura 1.15: Acero requerido por los elementos
22
Parte III
BLOQUE I
CAPÍTULO 1. INGENIERÍA DEL PROYECTO
24
1.11.7. Bloque 01 Se ha planteado como sistema estructural sismorresistente un sistema de pórticos semi rígido de concreto armado en la dirección longitudinal y un sistema de albañilería confinada en la dirección transversal. La estructura fue dimensionada mediante un proceso iterativo optimizando la respuesta de la estructura, siendo el requisito que gobierna el diseño el de deformación donde los desplazamientos laterales no deben exceder los valores dados por la Norma E-030, particularmente en la dirección longitudinal de la estructura. Las dimensiones adoptadas para satisfacer los requisitos de deformación de la norma fueron: 14 Columnas “T” de 0.75m. de peralte en la dirección longitudinal y 0.40m en la dirección transversal, en los ejes longitudinales 12 y 14 ejes transversales G, H, I, J, K, L y M. 4 Columnas esquineras de sección “L” de 0.75 m. de peralte en la dirección longitudinal y 0.40 m en la dirección transversal, en los ejes longitudinales 12 y 14 ejes transversales F y N. Vigas de 0.25x0.50 m. en los ejes longitudinales perimetrales y transversales del primer entrepiso, con excepción de la viga VB-01 que es de 0.20x0.40 m de sección. Vigas de 0.25x0.40 m. horizontales de confinamiento de los muros de albañilería del segundo piso en los ejes transversales F, H, J, L y N. Vigas de 0.25x0.50 m horizontales en los ejes longitudinales y en las vigas inclinadas en los ejes transversales tenemos vigas de 0.25x40 en los muros de albañilería y el resto de 0.25x50 4 muros de albañilería confinada de 0.25 m. de espesor en los ejes 1, 5, 6, 9 en el primer piso. 5 muros de albañilería confinada de 0.25 m de espesor en los ejes F, H, J, L y N en el segundo piso. Losa aligerada de 0.17 m. de espesor en techo inclinado y aleros.
1.11.8. Modelo del bloque I
Figura 1.16: Vista general
CAPÍTULO 1. INGENIERÍA DEL PROYECTO
25
1.11.9. Disposición de Cargas en los Módulos 1
Carga Muerta aplicada sobre los elementos de losa aligerada (kg/cm2), adicionada a la carga calculada del peso propio del programa.
Figura 1.17: Cargas peso propio
2
Vista de la carga muerta aplicada sobre los elementos frame adicionales al modelo. (kg/cm2).
Figura 1.18: Cargas sobre elementos frame
Estas vigas son los que soportan los diferentes elementos como muros, el alfeizar de las ventanas, baranda de protección y también los parapetos de las escaleras. Todos los muros están formados por muros de soga (espesor = 15cm) . El peso específico de la albañilería para unidades de arcilla sólidas es de 1.9Tn/m3 . Estas cargas son soportadas por las vigas que se muestran en la imagen a anterior .
CAPÍTULO 1. INGENIERÍA DEL PROYECTO 3
26
Sobre carga aplicada a las losas aligeradas (0.03 Kg/cm2 en aulas y 0.04 Kg/cm2 en pasadizo).
Figura 1.19: Sobre carga en aulas y pasadizo
4
Sobre carga viva aplicada a los elementos de vigas, la cual actúa adicionalmente a la carga sobre la losa aligerada.
Figura 1.20: Sobre carga en techo
CAPÍTULO 1. INGENIERÍA DEL PROYECTO
1.12
27
ANÁLISIS DINÁMICO POR COMBINACIÓN MODAL ESPECTRAL
1.12.1. Derivas máximos Módulo de Aulas En los siguientes gráficos de salida se muestran las deformaciones elásticas del bloque ante los sismos de diseño en las direcciones Y-Y (sismo severo) y X-X respectivamente.
Figura 1.21: Deformaciones Elásticas Bloque 01 Sismo X-X
Figura 1.22: Deformaciones Elásticas Bloque 01 Sismo Y-Y
Derivas máximos Módulo de Aulas Las derivas inelásticas según la Norma E-030 se obtienen multiplicando el valor calculado por el 75 % del factor de reducción R. En siguiente tabla se calculan dichas derivas y se comparan con las derivas permisibles por la Norma E-030, que son: deriva máxima de 0.007 en la dirección Y-Y para pórticos de concreto armado y deriva máxima de 0.005 en la dirección X-X para albañilería . De estos resultados se concluye que la estructura cumple con la verificación de derivas en ambas direcciones.
CAPÍTULO 1. INGENIERÍA DEL PROYECTO
(a) Derivas sismo X-X
28
(b) Derivas sismo Y-Y
Figura 1.23: Desplazamientos máximos en X e Y DERIVAS MÁXIMAS EJE Y-Y ENTREPISO PISO 1 PISO 2 TECHO
CONTROL SEGÚN RNE E.030 R=
D(cm) 0.1567 0.3808 0.3818
8 Δ=Dx0.75xR (cm) δ (cm)= Δi+1 - Δi 0.9402 0.9402 2.2848 1.3446 2.2908 0.006
H(cm) 325 387 88
ỹ = δ/H < 0.007 CONTROL OK 0.00289 OK 0.00347 OK 0.00007
H(cm) 325 387 88
ỹ = δ/H < 0.005 CONTROL OK 0.00068 OK 0.00049 OK -0.00001
DERIVAS MÁXIMAS EJE X-X ENTREPISO PISO 1 PISO 2 TECHO
R= D(cm) 0.0983 0.1829 0.1824
3 Δ=Dx0.75xR (cm) δ (cm)= Δi+1 - Δi 0.221175 0.221175 0.411525 0.19035 0.4104 -0.001125
Cuadro 1.8: Máximos Desplazamientos de Piso Inelásticos.
1.12.2. Desplazamientos absolutos de piso Los desplazamientos absolutos máximos de cada piso en cm se muestran en la siguiente tabla de la salida del programa: Los desplazamientos inelásticos esperados se obtienen multiplicando los valores elásticos del cuadro anterior por 0.75R Observase que el desplazamiento máximo en la dirección Y es de 0.936 cm que debe tomarse en cuenta para el cálculo del espesor de la junta de separación con el bloque adyacente al Pabellón, El cual no causa ningún problema por ser pequeño.
CAPÍTULO 1. INGENIERÍA DEL PROYECTO
Story piso 1 piso 1
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TABLE: Diaphragm Center of Mass Displacements Diaphragm Load Case/Combo UX UY 0.75R UX cm cm cm D1 EQ X Max 0.084 0.003 2.25 0.189 D1 EQ Y Max 0.00024 0.156 6 0.0014682
UY cm 0.00675 0.936
Cuadro 1.9: Máximos Desplazamientos de Piso Inelásticos.
1.12.3. Verificación de Fuerza Cortante en la Base Del análisis sísmico dinámico se obtienen cortantes en la base iguales a 317.15 ton en la dirección X-X y 113.195 ton en la dirección Y-Y, como se muestra en el siguiente cuadro. TABLE: Base Reactions Load Case/Combo FX FY tonf tonf EQ X Max 317.1543 2.4801 EQ Y Max 0.9302 113.1955 Cuadro 1.10: Cortantes del análisis sísmico dinámico
Según la misma norma, debe verificarse que la fuerza cortante en la base del análisis dinámico es mayor que el 80 % de la fuerza cortante basal para el análisis estático. El peso de la edificación se determina a partir de las fuerzas verticales PD y PL (reducida según la norma E-030) en ton, obtenidas del mismo análisis. En el siguiente cuadro se muestra la verificación de la norma, que en ambas dirección cumple.
Load Pattern ZUSC/R SISMO ES XX SISMO ES YY
0.525 0.197
TABLE: Auto Seismic - User Coefficients P 80%H v H=ZUSCP/R tonf tonf tonf 672.47 353.05 282.44 317.15 672.47 132.39 105.91 113.20
V>80%H OK OK
Cuadro 1.11: Cortantes en la base producido por análisis sísmico dinámico
Es de destacar que el espectro de diseño corresponde en la dirección X-X a un sismo severo, sismo que es empleado para las verificaciones de los muros de albañilería. Para el diseño de otros elementos de la estructura el sismo de diseño en la dirección X-X es el sismo moderado, que según la norma corresponde a fuerzas cortantes iguales al 50 % de las obtenidas por el sismo severo.
CAPÍTULO 1. INGENIERÍA DEL PROYECTO
1.12.4. Diseño de acero
Figura 1.24: Diagrama de momentos máximos
Figura 1.25: Diagrama de momentos mínimos
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CAPÍTULO 1. INGENIERÍA DEL PROYECTO
Figura 1.26: Acero requerido por los elementos
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