Memoria de Calculo con Etabs

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MEMORIA DE CALCULO ESTRUCTURAL 1. GENERALIDADES 1.1. INTRODUCCION De acuerdo a los criterios que establece la norma E-30 Diseño Sismo resistente, establece los requisitos mínimos para que el denominado proyecto: “CREACION DEL CENTRO DEL DISTRITO DE YAULI-HUANCAVELICA-HUANCAVELICA", tenga un adecuado comportamiento sísmico con el fin de reducir el riesgo de pérdidas de vidas y daños materiales, y posibilitar que las estructuras esenciales puedan seguir funcionando durante y después de un sismo. Esta norma se aplica al diseño de todas las edificaciones nuevas, a la evaluación y reforzamiento de las edificaciones e industrias existentes y a la reparación de las edificaciones e industrias que resultan dañadas por acciones de los sismos.

1.2. OBJETIVOS Realizar el modelamiento y los cálculos estructurales necesarios que garanticen la funcionalidad adecuada de los diversos tipos de Estructuras propuestas en el proyecto; así mismo determinar las dimensiones optimas y características de éstos. 1.3. ANALISIS ESTRUCTURAL Con la finalidad de resolver sistemas estructurales hiperestáticos se ha desarrollado métodos no tradicionales, considerando la facilidad en el desarrollo del método seleccionado así como su sistematización mediante el uso de computadoras para este caso se usará el método de rigidez y el método de los Elementos Finitos (placas y muros), por seguir un procedimiento organizado que sirve para resolver estructuras determinadas e indeterminadas, estructuras linealmente elásticas y no linealmente elásticas. En la actualidad con el desarrollo de la computación se han desarrollado innumerables programas de computadora basados en el método general de rigidez y sobretodo el método de los Elementos Finitos, los programas utilizados en el proyecto son los siguientes: ETABS 2016 El programa ETABS 2016, pertenecen a la empresa CSI Computers & Structures, INC, apoyados en los sistemas operativos Windows 2000, Windows NT, Windows XP, W8 y W10. ETABS 2016 se ha desarrollado en un ambiente constructivo totalmente integrado del análisis y del diseño, ideal para el análisis y diseño de edificios y naves industriales, al igual que el SAP2000, puede realizar análisis de estructuras complejas, pero tiene muchísimas opciones extras que simplifican el diseño de edificaciones, como por ejemplo: cálculo automático de coordenadas de centros de masa (Xm, Ym), cálculo automático de coordenadas de centros de rigideces (Xt, Yt), cálculo automático de fuerzas sísmicas, sus excentricidades y aplicación en el centro de masas, cálculo automático de masas del edificio a partir de los casos de carga elegidos, división automática de elementos (Auto-Mesh), así se pueden definir elementos que se cruzan, y el programa los divide automáticamente en su análisis interno, o se puede dar el MEMORIA DE CALCULO ESTRUCTURAL

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comando de que divida los elementos en el mismo modelo, plantillas predefinidas de sistemas de losas planas, losas en una dirección, losas reticulares o con nervaduras y casetones, cubiertas, etc.

2. FILOSOFÍA DE DISEÑO El proyecto deberá de desarrollarse con la finalidad de garantizar un comportamiento que haga posible: a)

Resistir sismos leves sin daño. b) Resistir sismos moderados considerando la posibilidad de daños estructurales leves. c) Resistir sismos severos con posibilidad de daños estructurales importantes, evitando el colapso de la edificación.

3. PARÁMETROS DE SITIO Zonificación. El territorio nacional se encuentra dividido en cuatro zonas, esta zonificación se basa en la distribución espacial de la sismicidad observada, las características generales de los movimientos sísmicos y la atenuación de éstos con la distancia epicentral, así como en información neo tectónica. A cada zona se le asigna un factor Z según se indica en la tabla N° 01, este factor se interpreta como la aceleración máxima del terreno con una probabilidad de 10% de ser excedida en 50 años. El valos del factor “Z” esta expresado en gals (g). Tabla N° 01 FACTORES DE ZONA ZONA Z4 Z3 Z2 Z1

FACTOR DE ZONA - Z (g) 0.45 0.35 0.25 0.10

El presente proyecto se encuentra ubicado en: -

Departamento

: HUANCAVELICA

-

Provincia

: HUANCAVELICA

-

Distrito

: YAULI

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Donde los factores a tomar son: ZONA Z3

FACTOR Z(g) 0.35

4. FACTOR DE USO (U): Por el tipo de edificación el factor de uso es: U = 1.5 (A = EDIFICACIONES ESENCIALES)

Tabla N° 5 CATEGORIA FACTOR U A B C D

1.5 1.3 1 (*)

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5. FACTOR DE SUELO (S): A continuación, se muestran las tablas para obtener los valores de: Zona 03 y Suelos Intermedios (S3). S0

Roca Dura

S1

Roca o Suelos Muy Rígidos

S2

Suelos Intermedios

S3

Suelos Blandos

S4

Condiciones Excepcionales

Tabla N° 3, FACTOR "S" PARAMETROS DEL SUELO ZONA

S0

S1

S2

S3

Z4

0.80

1.00

1.05

1.10

Z3

0.80

1.00

1.15

1.20

Z2

0.80

1.00

1.20

1.40

Z1

0.80

1.00

1.60

2.00

Tabla N° 4, Periodo "Tp Y TL" PARAMETROS DEL SUELO PERIODO S0 S1 S2 S3 Tp (s) 0.30 0.40 0.60 1.00 TL (s) 3.00 2.50 2.00 1.60

Se obtiene los siguientes valores: TIPO

DESCRIPCIÓN

S3

Suelos Blandos

S

Tp (s)

TL (s)

1.20

1.00

1.60

6. COEFICIENTE DE AMPLIFICACIÓN SÍSMICA (C): De acuerdo a las características de sitio se define el factor de amplificación sísmica (C) por la siguiente expresión:

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7. COEFICIENTE DE REDUCCIÓN POR DUCTILIDAD (R) Tabla N° 7 SISTEMAS ESTRUCTURALES Coef. De Reducción, R Para Estructuras Sistema estructural Regulares (*) (**) Acero Pórticos dúctiles con uniones resistentes a momentos Otras estructuras de acero Arriostres Excéntricos Arriostres en Cruz Concreto Armado Pórticos Dual De muros estructurales Muros de ductibilidad limitada Albañilería Armada o Confinada Madera (Por esfuerzos admisibles)

8.0 7.0 6.0 8.0 7.0 6.0 4.0 3.0 7.0

Seleccionamos: SISTEMA ESTRUCTURAL Pórticos Albañilería Armada o confinada

Coeficiente de reducción R para estructuras regulares 8 3

8. DESPLAZAMIENTOS: El máximo desplazamiento relativo de entrepiso, calculado con el análisis estructural realizado con el SAP2000 V16, esta no deberá exceder la fracción de la altura de entrepiso que se indica: Límites para desplazamiento Lateral de Entrepiso Material Predominante

( i / he¡ )

Concreto Armado

0.007

Acero (*)

0.010

Albañilería

0.005

Madera

0.010

(*) Estos límites no son aplicables a naves industriales.

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9. ANALISIS DE LOS EDIFICIOS Solicitaciones sísmicas y análisis En concordancia con la filosofía de diseño Sismorresistente se acepta que las edificaciones tendrán incursiones inelásticas frente a solicitaciones sísmicas severas. Por tanto, las solicitaciones sísmicas de diseño se considerarán corno una fracción de la solicitación sísmica máxima elástica. -

El análisis podrá desarrollarse usando las solicitaciones sísmicas reducidas con un modelo de comportamiento elástico para la estructura.

-

El análisis podrá hacerse independientemente en cada dirección y para el total de la fuerza sísmica en cada caso.

Peso de la edificación P = PCM + α% PCV α = 50% Para edificaciones de las categorías A y B α = 25% Para edificaciones de la categoría C α = 80% Para Depósitos de Almacenaje Por tanto, para el presente trabajo será: 10. ANALISIS DINAMICO Alcances El análisis dinámico de las edificaciones podrá realizarse mediante procedimientos de superposición espectral o por medio de análisis tiempo historia. El programa ETABS 2015 No lineal, tiene en sus funciones realizar estos casos de análisis para lo que en el anexo presentamos la explicación básica del análisis Dinámico. En este caso la norma específica que para edificaciones convencionales podrá usarse el procedimiento de superposición espectral; y para edificaciones especiales deberá usarse un análisis tiempo - historia. Por lo que la presente estructura lo analizaremos usando el procedimiento de superposición espectral usados por el Reglamento Nacional de Edificaciones para los módulos presentados. Análisis por Superposición Espectral  Modos de Vibración Los periodos naturales y modos de vibración podrán determinarse por un procedimiento de análisis que considere apropiadamente las características de rigidez y la distribución de las masas de la estructura.  Aceleración Espectral Para cada una de las direcciones analizadas se utilizará un espectro inelástico de Seudo aceleración definido por:

Para el análisis en la dirección vertical podrá usarse un espectro con valores iguales a los 2/3 del espectro empleado para las direcciones horizontales

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DISEÑO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES 1. DISEÑO DE COBERTURA Este tipo de material se ha elegido por su resistencia a la intemperie. Policarbonato alveolar de 6mm color turquesa. 2. DISEÑO DE VIGAS La N.T.E. E-060 menciona unas disposiciones especiales par elementos sujetos a flexión y que resisten fuerzas de sismo. Estas disposiciones son aplicables a las vigas que forman pórtico  La relación ancho peralte de las vigas no deberá ser menor que 0.3.  El peralte efectivo (d) deberá ser menor o igual que un cuarto de la luz libre.  El ancho de las vigas no será menor que 25cm.  Debe existir refuerzo continuo a todo lo largo de la viga, constituido por dos barras tanto en la cara superior como en la cara inferior, Para f’c = 210 kg/cm2, ρ min = 0.0033. Las vigas empleadas en el presente proyecto son:  Vigas peraltadas  Vigas chatas y  Vigas cartela 3. DISEÑO DE COLUMNAS Las columnas son elementos que soportan momentos flectores y cargas axiales simultáneamente, solicitaciones de flexocompresión junto a esfuerzos de corte. En el diseño por flexocompresión y por cortante se consideraron las cargas amplificadas con las mismas cinco combinaciones del diseño de vigas. Con el procedimiento de diseño por flexocompresión se determinará la cantidad de acero de refuerzo longitudinal necesario para soportar la combinación más desfavorable de cargas axiales y momentos flectores. El diseño por cortante permitió conocer y calcularla distribución del refuerzo transversal a colocar. En el presente proyecto se empleó columnas rectangulares, para mejorar la rigidez de la estructura en ambas direcciones. 4. DISEÑO DE CIMENTACION Considerando que el diseño de las cimentaciones se realiza para absorber esfuerzos de corte y flexión, así como algunas verificaciones como las de punzonamiento. Adherencia y anclaje, transmisión de esfuerzos, etc. El diseño considera las expresiones indicadas en la norma de concreto armado comentarios en su sección 11 flexión, sección 13 corte y torsión y sección 16 zapatas; así mismo, se deberá tomar en cuenta algunas disposiciones para el diseño sísmico como las mencionadas en la norma ACI 318 – 08 en su sección 21.8 cimentaciones. Para el análisis de cimentaciones se emplea al programa SAFE, exportando las cargas directamente desde el programa de análisis y diseño de edificaciones ETABS; empleado en el método de los elementos finitos, con modelamiento de apoyos tipo resorte según el módulo de balasto del terreno. Con referencia al módulo de balasto¹ se tiene la siguiente tabla esfuerzo admisible versus módulo de balasto, la cual presenta valores en función a la capacidad de carga del terreno. MEMORIA DE CALCULO ESTRUCTURAL

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Verificación De Esfuerzos Para el presente estudio, el estudio de mecánica de suelos EMS indica un esfuerzo admisible del 1.21 kg/cm² (Dato proporcionado en el Estudio de Mecánica de Suelos), que equivale a 2.56 kg/cm³ (Winkler) siendo este dato importante para el análisis de la cimentación. La verificación de los resultados obedece a las combinaciones según el reglamento que exige, se crea una combinación de SERVICIO con el fin de comprobar los esfuerzos del terreno y esfuerzos en la estructura según las dimensiones geométricas de las zapatas asignadas.

Verificación por punzonamiento El procedimiento que lleva el programa SAFE para los cálculos al corte por punzonamiento son bastante rigurosos y usa las fórmulas siguientes. MEMORIA DE CALCULO ESTRUCTURAL

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Ratio: expresa la relación entre esfuerzo de corte por punzonamiento (valor máximo) y la capacidad del esfuerzo de corte por punzonamiento con el factor incluido.

La capacidad del esfuerzo de corte máximo (Vcap) viene a ser las 3 últimas ecuaciones presentadas anteriormente; cabe mencionar que, el programa SAFE los presenta como esfuerzos, es decir, fuerza sobre área y las ecuaciones en el sistema ingles son:

Donde β es la relación de las dimensiones de la sección critica, b 0 es el perímetro de la sección crítica y αS es un factor con respecto a la ubicación de la sección crítica.

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MODELAMIENTO EN EL PROGRAMA ETABS 2015 PROYECTO: “CREACIÓN DEL CENTRO DE CONVENCIONES DEL DISTRITO DE YAULIHUANCAVELICA-HUANCAVELICA”

MODELAMIENTO EN EL ETABS 2016 CONSIDERACIONES GENERALES a. Propiedades de los materiales Concreto: CONC210 f’c = 210 kg/cm2 = 2100 t/m2 E = 15,100 * √f’c = 217,370.65 kg/cm2 E = 2’173,706.5 t/m2  = 2.4 t/m3 u = 0.25 (Modulo de Poisson)

Acero A36: ACERO f’m = kg/cm2 E =21000,000.00 t/m2  = 7.849 t/m3 u = 0.3 (Modulo de Poisson)

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b. Combinación de cargas Carga Muerta Carga Viva Sismo en X-X Sismo en Y-Y

: CM : CV : Sx : Sy

Combinaciones: Comb 01 = 1.4*CM + 1.4*CV

Comb 07 = 0.9*CM + 0.9SCP+1.3VX

Comb 02 = 1.2*CM +1.2*CV + 1.6SCP

Comb 08 = 0.9*CM + 0.9SCP+1.3VX

Comb

Comb 09 = 0.9*CM+0.9*SCP+1.3VY

03

=

1.2*CM

+0.5*CV

+1.6SCP+1.3VX

Comb 10 = 0.9*CM+0.9*SCP-1.3VY

Comb 04 = 1.2*CM +0.5*CV + 1.6SCP1.3VX Comb

E 05

=

1.2*CM

+0.5*CV

ENVOL = Combinación que genera mayores esfuerzos

+1.6SCP+1.3VY Comb 06 = 12*CM + 0.5CV+1.6SCP1.3VY

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Fig.01: Generación del modelo matemático de la edificación mediante coordenadas con el SAP 2000-V16

Fig.02: Geometría de la edificación.

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Fig.03: Asignando las propiedades de los materiales, Concreto f´c=210 kg/cm2

Fig.04: Asignando las propiedades de los materiales, Mampostería.

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Fig.05: Definiendo la Columna C-01 rectangular.

Fig.06: Definiendo la Columna C-02 rectangular.

Fig.08: Definiendo la Viga Principal VP-101 (0.25x0.40).

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Fig.09: Definiendo la Viga Principal VP-102 (0.25x0.20).

Fig.10: Definiendo la Viga Secundaria VS-101 (0.25x0.50). .

Fig.12: Definiendo la arriostres.

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Fig.14: Definiendo de policarbonato alveolar 6 mm.

Fig.15: Asignando las secciones de los elementos estructurales.

Fig.16: Definiendo las cargas.

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Fig.17: Asignando las cargas muertas CM.

Fig.18: Asignando las cargas vivas CV.

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Fig.19: Espectro de diseño.

Fig.21: Definiendo los casos de cargas.

Fig.22: Definiendo la combinación de cargas.

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RESULTADOS

Fig. 23: Desplazamiento

CUADRO DE VERIFICACION DE DESPLAZAMIENTOS

Según la norma debe ser 0.007 Y 0.005. en el proyecto resulta el punto mas critico 0.001. por lo tanto cumple

MOMENTOS DE LA ESTRUCTURA

Fig. 25: Momentos en el pórtico A-A.

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REFUERZO EN LA ESTRUCTURA

Fig. 34: Distribución de refuerzo en toda la estructura de la edificación.

Fig. 35: Área de Acero eje a-a. Cumple ya que se encuentra dentro de lo permisible

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