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AGOSTO 2017
“MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DE PRONOEI EN EL BARRIO CHURRIA DEL CENTRO POBLADO DE COYLLORPAMPA, DISTRITO DE PAZOS – TAYACAJA - HUANCAVELICA”
I.E. GOTITAS DE ROCIO – PAZOS
MEMORIA DE CALCULO ESTRUCTURAL
ANALISIS DINAMICO DE LA ESTRUCTURA POR SUPERPOSICION MODAL ESPECTRAL “MEJORAMIENTO DE LOS SERVICIOS DE EDUCACIÓN PROYECTO: INICIAL DE LA INSTITUCIÓN EDUCATIVA INICIAL N° DEL SERVICIO EDUCATIVO DE 116, “MEJORAMIENTO DISTRITO DE MARISCAL CÁCERES – HUANCAVELICA PRONOEI EN- HUANCAVELICA” EL BARRIO CHURRIA DEL CENTRO ÍNDICEPOBLADO GENERAL DE COYLLORPAMPA, DISTRITO DE
PAZOS – TAYACAJA - HUANCAVELICA” PRONOEI - PAZOS
HUBER YARANGA H
ANÁLISIS ESTRUCTURAL
HUBER YARANGA H.
1
“MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DE PRONOEI EN EL BARRIO CHURRIA DEL CENTRO POBLADO DE COYLLORPAMPA, DISTRITO DE PAZOS – TAYACAJA - HUANCAVELICA”
1.
GENERALIDADES. .................................................................................................... 07 1.1
Introducción. ............................................................................................................ 07
1.2
Objetivos. .................................................................................................................. 07
1.3
Análisis Estructural. ................................................................................................ 07
1.3.1
ETABS 2016 V.16.0.3. ………................................................................................. 07
1.3.2 SAFE 2016………………............................................................................................ 08 1.4
Análisis Estructural por Cargas Verticales: .......................................................... 09
1.5
Análisis Estructural por Cargas Dinámicas: ......................................................... 09
1.6
Códigos y Normas ................................................................................................... 10
1.7
Propiedades de los Materiales ............................................................................... 11
1.7.1
Concreto. ............................................................................................................... 11
1.7.2
Albañilería. ........................................................................................................... 11
1.7.3
Acero Corrugado ................................................................................................. 11
2.
DISEÑO ESTRUCTURAL DE MODULO PROPUESTO. ................................... 12 2.1DISEÑO ESTRUCTURAL MÓDULO AULA .............................................................. 21 2.1.1
Descripción General de la Edificación .............................................................. 13
2.1.2
Cargas Verticales ................................................................................................. 14
2.1.3
Diseño Sísmico ..................................................................................................... 22
2.1.4
Combinación de Cargas ...................................................................................... 25
2.1.5
Modelo para el Análisis ...................................................................................... 25
2.1.6
Modos de vibración ............................................................................................. 26
2.1.7
Verificación de Desplazamientos....................................................................... 27
2.1.8
Fuerzas Globales .................................................................................................. 27
2.1.9
Diagrama de Momentos Flectores (ton-m) ....................................................... 28
2.1.10
Diagrama de Fuerzas Cortantes ......................................................................... 32
2.1.11
Distribución de refuerzos ................................................................................... 35
2.1.12
Diseño de Cimentaciones ................................................................................... 39
2.1.12.1
Introducción ..................................................................................................... 39
2.1.12.2
Pre-dimensionamiento .................................................................................... 39
2.1.12.3
Verificación de esfuerzos ................................................................................ 39
2.1.12.4
Verificación Por punzonamiento ................................................................... 41
2.1.13
Modelo para el análisis ....................................................................................... 42
2.1.14
Verificación de Esfuerzos en el Suelo ................................................................ 43
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3.
2.1.15
Verificación de Esfuerzos en las Zapatas .......................................................... 44
2.1.16
Diseño de Zapatas ............................................................................................... 44
2.1.17
Diseño de cimiento Corrido para Muro Portante……………………............... 46
CONCLUSIONES. …………..…………………………………................................... 47
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INDICE DE FIGURAS Figura 1: ETABS, Planta Módulo AULAS (Estructuración.)............................................... 13 Figura 2: ETABS, Isometrico Módulo AULAS……............................................................. 14 Figura 3: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje A……………………........................... 14 Figura 4: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje B…………………… ......................... 15 Figura 5: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje C………………………..................... 15 Figura 6: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje D........................................................ 16 Figura 7: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje 3’-Volado……………........................ 16 Figura 8: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje 3………………………........................ 17 Figura 9: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje 1………………………........................ 17 Figura 10: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje 1’-Volado……………...................... 18 Figura 11: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje A…………………......................... 18 Figura 12: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje B…………………......................... 19 Figura 13: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje C……………...……...................... 19 Figura 14: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje D…………...……......................... 20 Figura 15: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje 3’-Volado…......…….................... 20 Figura 16: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje 3.……………............................... 21 Figura 17: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje 1. ……………….......................... 21 Figura 18: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje 1’-Volado. …….......................... 22 Figura 19: Mapa de diseño sismo resistente. …………………………...…......................... 23 Figura 20: Espectro Sistema Longitudinal X-X (Pórticos), Sistema Transversal Y-Y (Albañilería Confinada)………………………………………………………........................ 24 Figura 21: ETABS, Modelo 3d Modulo Aula para el Análisis. ........................................... 26 Figura 22: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje A Modulo AULA. ................. 28 Figura 23: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje B Modulo AULA. .................. 29 Figura 24: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje C Modulo AULA. .................. 29 Figura 25: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje D Modulo AULA. ................. 30
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Figura 26: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje 3 Modulo AULA.................... 30 Figura 27: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje 2 Modulo AULA................... 31 Figura 28: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje 1 Modulo AULA................... 31 Figura 29: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje A Modulo AULA....................... 32 Figura 30: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje B Modulo AULA. …………........ 32 Figura 31: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje C Modulo AULA. ....................... 33 Figura 32: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje D Modulo AULA....................... 33 Figura 33: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje 1 Modulo AULA. ......................... 34 Figura 34: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje 2 Modulo AULA. ...................... 34 Figura 35: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje 3 Modulo AULA. ........................ 35 Figura 36: ETABS, Refuerzos Eje A Módulo AULA. …………………………………......... 35 Figura 37: ETABS, Refuerzos Eje B Módulo AULA. …………………………………......... 36 Figura 38: ETABS, Refuerzos Eje C Módulo AULA. …………………………………......... 36 Figura 39: ETABS, Refuerzos Eje D Módulo AULA. …………………………………......... 37 Figura 40: ETABS, Refuerzos Eje 1 Módulo AULA. ……………………..…….…….......... 37 Figura 41: ETABS, Refuerzos Eje 2 Módulo AULA. ……………………..…….…….......... 38 Figura 42: ETABS, Refuerzos Eje 3 Módulo AULA. ……………………..…….…….......... 38 Figura 43: SAFE, Modelo Para Diseño y Analisis de Cimentaciones, Modulo AULA..... 42 Figura 44: SAFE, Verificación de Presiones en Suelo, Modulo AULA (Kg/cm2). …….. 43 Figura 45: SAFE, Verificación de Esfuerzo en Zapatas, Modulo AULA. ………………... 44 Figura 46: SAFE, Calculo de Refuerzo en Zapatas, Modulo AULA. ……………….......... 45
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ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1: Datos para la Construcción del Espectro de Pseudo Aceleraciones ................... 23 Tabla 2: Combinación de Cargas ........................................................................................... 25 Tabla 3: Modos de Vibración. ................................................................................................ 26 Tabla 4:
Desplazamiento X-X (Sistema Pórticos), desplazamiento Y-Y (Sistema
Albañilería Confinada) ........................................................................................................... 27 Tabla 5: Fuerzas Globales para escalar espectro de sismo. ................................................ 27 Tabla 6: Esfuerzo admisible versus módulo de balasto ...................................................... 40
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1. GENERALIDADES.
1.1 Introducción. El presente informe técnico, hace referencia al diseño y análisis estructural del proyecto “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DE PRONOEI EN EL BARRIO CHURRIA DEL CENTRO POBLADO DE COYLLORPAMPA, DISTRITO DE PAZOS – TAYACAJA - HUANCAVELICA”. El proyecto en mención tiene contemplado la construcción de 01 modulo que brinde servicio de educación no escolarizada en dicho barrio, este módulo es: modulo AULA (Consta de ambientes como: aula, SS.HH., deposito. El modulo es de un nivel con techos inclinados a dos aguas, la tipología en planta es del tipo regular; el sistema estructural predominante en un sentido es del tipo pórtico de concreto armado y para el otro sentido es de albañilería confinada. A nivel de cimentación el sistema es de zapatas aisladas para las columnas y cimientos corridos para los muros portantes y tabiquerías. A nivel de cimentación el sistema es de zapatas aisladas y de cimientos corridos para las tabiquerías, las losas de los techos serán de losa aligerada en una dirección según se indican en planos del proyecto. El modulo señalado es descrito posteriormente en el desarrollo de su cálculo estructural. 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; asimismo determinar las dimensiones optimas y características de éstos. 1.3 Análisis 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:
1.3.1 ETABS 2016 V. 16.0.3 El programa Etabs al igual que el Sap2000, pertenecen a la empresa CSI Computers & Structures, INC, apoyados en los sistemas operativos Windows 7, Windows 8, Windows 8.1 y W10. ETABS 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
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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 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.
1.3.2 SAFE VERSIÓN 2016 El programa Safe al igual que el Sap2000, pertenece a la empresa CSI Computers & Structures, INC, apoyados en los sistemas operativos Windows 7, Windows 8, Windows 8.1 y W10. Es un programa especial que automatiza el análisis de cimentaciones o fundaciones, empleando el Método de los Elementos Finitos y las técnicas de métodos numéricos más confiables y eficientes. Sus características son: Diseño de cimentaciones o fundaciones con la forma real, (sin aproximar la Geometría). Cimientos Aislados (circulares, Rectangulares, irregulares, etc.), de Borde, de Esquina, Combinados, Sobre pilotes. Plateas con diferentes espesores, sobre distintos terrenos (en un mismo sistema de cimentaciones), con huecos, etc. La aplicación directa de este programa, permitirá el análisis de la cimentación de la torres de los pases aéreos, interpretando como zapatas combinadas según corresponda.
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1.4 Análisis Estructural por Cargas Verticales: Este tipo de análisis se realizará para cargas Permanentes o Muertas y Sobrecargas o Cargas Vivas. A continuación, se hace una breve descripción de ambos casos.
Análisis por Cargas Permanentes o Muertas. Este análisis se realizará en base a las cargas que actúan permanentemente en la estructura en análisis tales como: Peso propio de vigas, losas, tabiquería, acabados, coberturas, etc. Estas cargas serán repartidas a cada uno de los elementos que componen la estructura. Los pesos de los materiales necesarios para la estimación de cargas muertas se encuentran registrados en la Norma de Cargas E.020.
Análisis por Sobre cargas o Cargas Vivas. Este análisis se realizará en base a las sobrecargas estipuladas en Normas Peruanas de estructuras referidas a Cargas E.020.
1.5 Análisis Estructural por Cargas Dinámicas: El análisis dinámico de las edificaciones se realiza mediante procedimientos de superposición espectral, según lo estipulado en la Norma de Diseño Sismorresistente E.030-2014. Actualmente la Norma de Diseño Sismorresistente E.030 exige analizar cada dirección con el 100% del sismo actuando en forma independiente: sin embargo, otros reglamentos contemplan la posibilidad que el sismo actúe en forma simultánea en ambas direcciones: 100% en X y 30% en Y, y viceversa. Un sismo puede actuar en el sentido N-S o S-N y también O-E o E-O, ya que las aceleraciones son positivas y negativas. De esta manera, para efectos de diseño, se trabaja con las envolventes de esfuerzos en condición de rotura. Al estructurar se buscará que la ubicación de columnas y vigas tengan la mayor rigidez posible, de modo que el sismo al actuar, éstas puedan soportar dichas fuerzas sin alterar la estructura. Para la determinación de los esfuerzos internos de la estructura en un análisis por sismo se emplea el Método de Discretización de masas.
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Método de Discretización de Masas Son modelos que permiten comprender de manera simplista el comportamiento de las estructuras. Debido a la dificultad para resolver problemas estructurales considerados como medios continuos, es decir, a tener que dar la respuesta de un sistema estructural cualesquiera en una infinidad de puntos se convierte en un problema complejo o complicado. Este imposible se facilita solo si calculamos la respuesta en unos cuantos puntos a través de la discretización de las masas concentradas y demás acciones de puntos determinados El número de concentraciones de masas depende de la exactitud deseada en la solución del problema. El método de masas concentradas consiste en asumir que la masas se encuentra concentrada en puntos discretos en la que definimos solo desplazamientos, traslaciones, de tal manera que el modelo se asemeje de la mejor manera a la estructura real. Las cargas dinámicas serán determinadas en base a un análisis dinámico según la ecuación matemática que gobierna la respuesta dinámica la cual se conoce con el nombre de ecuación de movimiento y se expresa de la siguiente manera: Donde: K
: Matriz de rigidez de la Estructura
C
: Matriz de amortiguamiento de la Estructura
M : Matriz de masas de la Estructura u(t), u(t),u(t): son las aceleraciones, velocidades y desplazamientos asociado a cada grado de libertad mx, my, mz: son las masas en cada dirección ugx, ugy, ugz: son las aceleraciones del terreno en cada dirección Uno de los métodos usados y de más fácil aplicación para obtener la solución de la ecuación diferencial de movimientos es el método de Superposición Modal para lo cual se hará uso del espectro de respuesta, donde se encuentra descrito en la Norma Peruana para el Diseño Sismorresistente E.030.
1.6 Códigos y Normas El proceso de estimación de las cargas, así como el análisis y diseño de las estructuras está basado en los siguientes códigos. Cargas.
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Norma Técnica E-020 Norma de Diseño Sismorresistente E-030-2014 HUBER YARANGA H
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Se entiende que todas aquellas normas a las que los códigos hacen referencia, forman parte integrante de los mismos en tanto sean aplicable a los materiales, cargas y procedimientos usados en el presente proyecto. Diseños.
Norma Técnica E.020, Cargas Norma Técnica E.030-2014, Diseño Sismorresistente. Norma Técnica E.050, Suelos y Cimentaciones. Norma Técnica E.060, Concreto Armado. Norma Técnica E.070, Albañilería. Norma de Construcciones en Concreto Armado ACI 318-08.
1.7 Propiedades de los Materiales Los siguientes materiales han sido considerados en el presente estudio:
1.7.1 Concreto. Modulo de Poisson
:
µ = 0.20
Módulo de Elasticidad
:
1500√f’c
Peso Unitario del Concreto
:
= 2400.0 Kg/m3.
Resistencia a la Compresión
:
Vigas de Pórticos Columnas de Pórticos Vigas de Confinamiento Columnas de Confinamiento Vigas de Cimentación Zapatas Losas aligeradas Sobrecimiento
: : : : : : : :
f´c = 210.0 Kg/cm2. f´c = 210.0 Kg/cm2. f´c = 210.0 Kg/cm2. f´c = 210.0 Kg/cm2. f´c = 210.0 Kg/cm2. f´c = 210.0 Kg/cm2. f´c = 210.0 Kg/cm2. f´c = 140.0 Kg/cm2.
Cimiento Corrido
:
f´c = 140.0 Kg/cm2.
: : : :
f ‘m=65 kg/cm² E=500 x f ‘m v=0.25. 1800 kg/m3
:
fy =4200.0 Kg/cm2.
1.7.2 Albañilería. Resistencia Mecánica del ladrillo Módulo de Elasticidad Módulo de Poisson cuantificado Peso Albañilería de unidades solidas 1.7.3
Acero Corrugado
Acero Corrugado ASTM 615 Grado 60
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2. DISEÑO ESTRUCTURAL DE MÓDULO PROPUESTO.
DISEÑO ESTRUCTURAL
MODULO AULA
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2.1 DISEÑO ESTRUCTURAL MÓDULO AULA
2.1.1 Descripción General de la Edificación MODULO AULA.- EL Modulo AULA contempla un área de 49.46m2 y 28.30ml de perímetro, el cual está constituido por un sistema estructural de pórticos de concreto armado para la dirección longitudinal (X-X), y un sistema estructural de albañilería confinada para la dirección transversal (YY), se considera por la tipología y forma de la edificación una edificación regular en planta, la estructura consta de 1 nivel, con losas de techo (losas aligeradas en una dirección), se tienen columnas del tipo rectangulares de 25x35, 25x25, y columnas en tipo tee, las vigas en su mayoría son VP- 25x45 y VS-25x40. La cimentación propuesta será conformada por zapatas aisladas, cimientos corridos para muros portantes y para tabiquerías, según se indican en planos. A continuación, se muestra el proceso de cálculo de los elementos estructurales.
Figura 1: ETABS, Planta Módulo AULA (Estructuración).
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Figura 2: ETABS, Isométrico Módulo AULA.
2.1.2 Cargas Verticales Las cargas verticales consideradas para el análisis y diseño son:
DEAD CM LIVE UP
: Cargas permanentes propia de la edificación. : Cargas permanentes aplicadas a la edificación. : Cargas vivas en Vigas y/o techo.
CARGAS PERMANENTES APLICADAS A LA EDIFICACIÓN (CM) CM: EJE A
Figura 3: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje A.
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CM: EJE B
Figura 4: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje B. CM: EJE C
Figura 5: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje C. PRONOEI - PAZOS
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CM: EJE D
Figura 6: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje D. CM: EJE 3’-VOLADO
Figura 7 : ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje 3’-Volado.
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CM: EJE 3
Figura 8: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje 3. CM: EJE 1
Figura 9: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje 1. PRONOEI - PAZOS
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CM: EJE 1’-VOLADO
Figura 10: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje 1’-Volado. CARGAS VIVAS EN TECHO (LIVE UP) LIVE UP : EJE A
F igura 11: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje A. PRONOEI - PAZOS
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LIVE UP : EJE B
Figura 12: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje B. LIVE UP : EJE C
Figura 13: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje C. PRONOEI - PAZOS
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LIVE UP : EJE D
Figura 14: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje D. LIVE UP : EJE 3’-Volado
F Figura 15: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje 3’-Volado. PRONOEI - PAZOS
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LIVE UP : EJE 3
Figura 16: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje 3. LIVE UP : EJE 1
Figura 17: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje 1.
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LIVE UP : EJE 1’-Volado
Figura 18: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje 1’-Volado.
2.1.3 Diseño Sísmico El análisis dinámico, corresponde al módulo propuesto se está considerando diafragma rígido, ya que existe una losa que mantenga a los elementos unidos. La masa de la estructura se determinada considerando el 100 % de las cargas permanentes (peso muerto y cargas externas) más el incremento 25 % de la carga de la azotea según lo estipulado en la Norma Sismorresistente E.030. Se verifica el desplazamiento lateral de cada punto además del piso de la edificación teniendo en cuenta los límites establecidos según el tipo y material de la edificación del RNE. Espectro de Diseño. El análisis sísmico se realiza por superposición espectral, generándose el espectro de diseño según el factor de zona, categoría de edificación, tipo de suelo y sistema estructural. Para la determinación del espectro de respuesta se usan los siguientes parámetros de diseño, los cuales se encuentran especificados en la norma vigente de Diseño Sismo resistente E.030-2014_DS-003-2016
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Figura 19: Mapa de diseño sismo resistente.
Descripcion Factor de zona Categoria de la edificacion Tipo de suelo Periodo fundamental Estructura Sistema Estructural Sistema Estructural
Simbolo Z U S Tp
Tipo Zona 3 A Perfil Tipo S2
Valor 0.35 1.5 1.15 0.6
Regular Porticos Albañileria
R R
8 3 Tabla 1:Datos para la Construcción del Espectro de Pseudo Aceleraciones Fuente:RNE
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“MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DE PRONOEI EN EL BARRIO CHURRIA DEL CENTRO POBLADO DE COYLLORPAMPA, DISTRITO DE PAZOS – TAYACAJA - HUANCAVELICA”
ESPECTRO DE RESPUESTA DE ACELERACIONES (MODULO AULA) PROYECTO : “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DE PRONOEI EN EL BARRIO CHURRIA DEL CENTRO POBLADO DE COYLLORPAMPA, DISTRITO DE PAZOS - TAYACAJA - HUANCAVELICA" Determinación del Espectro de Aceleraciones: Zonificación, Condición Local y Uso: Z=
0.35
Factor de zona (PAZOS - Zona 3)
U=
1.50
A Edificación Esencial
S=
1.15
Factor de suelo (S2)
Tp(S)=
0.60
Define plataforma del espectro
Seudo Espectro de Aceleraciones en X-X 2.5
2.0
Coeficiente de Reducción: X-X:
R=
7.00
PORTICO (REGULAR)
Y-Y:
R=
3.00
ALBAÑILERIA (REGULAR) .
Sa
1.5 1.0
Aceleración Espectral: 9.81
X-X: ZUSg/R=
0.846
Y-Y: ZUSg/R= C=
1.974 < 2.5
0.5 Gravedad 0.0 0.0
Espectro de diseño. X-X: T(seg) 0.010 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600 0.700 0.800 0.900 1.000 1.100 1.200 1.300 1.400 1.500 1.600 1.700 1.800 1.900 2.000 2.100 2.200 2.300 2.400 2.500
0.5
1.0
C
Sa
2.500 2.500 2.500 2.500 2.500 2.500 2.500 2.143 1.875 1.667 1.500 1.364 1.250 1.154 1.071 1.000 0.938 0.882 0.833 0.789 0.750 0.714 0.682 0.652 0.625 0.600
2.115 2.115 2.115 2.115 2.115 2.115 2.115 1.813 1.586 1.410 1.269 1.154 1.058 0.976 0.907 0.846 0.793 0.747 0.705 0.668 0.635 0.604 0.577 0.552 0.529 0.508
Y-Y: T(seg) 0.010 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600 0.700 0.800 0.900 1.000 1.100 1.200 1.300 1.400 1.500 1.600 1.700 1.800 1.900 2.000 2.100 2.200 2.300 2.400 2.500
1.5
2.0
2.5
C
Sa
2.500 2.500 2.500 2.500 2.500 2.500 2.500 2.143 1.875 1.667 1.500 1.364 1.250 1.154 1.071 1.000 0.938 0.882 0.833 0.789 0.750 0.714 0.682 0.652 0.625 0.600
4.936 4.936 4.936 4.936 4.936 4.936 4.936 4.231 3.702 3.290 2.961 2.692 2.468 2.278 2.115 1.974 1.851 1.742 1.645 1.559 1.481 1.410 1.346 1.288 1.234 1.185
Seudo Espectro de Aceleraciones en Y-Y 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
T (s)
Figura 20: Espectro Sistema Longitudinal X-X (Pórticos), Sistema Transversal Y-Y (Albañilería Confinada)
PRONOEI - PAZOS
3.0
T (s)
Coef. De amplificacion Sismica
Sa
g=
HUBER YARANGA H
ANÁLISIS ESTRUCTURAL
24
3.0
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La norma E.030 establece dos criterios de superposición espectral, el primero en función de la suma de valores absolutos y la media cuadrática y el segundo como combinación cuadrática completa de valores (CQC). Para el análisis se consideró la segunda opción. m
m
r r r 0.25 i 0.75 i i1
D 0.75 R
2
i1i
H
i1
2.1.4 Combinación de Cargas La verificación de la capacidad de los elementos de concreto armado se basó en un procedimiento de cargas factoradas, conforme a la Norma Técnica de Edificación E-060 "Concreto Armado". Los factores de carga se indican en la tabla siguiente. DEAD denota cargas permanentes propia de la edificación, CM cargas permanentes aplicadas a la edificación, LIVE denota cargas vigas de entrepiso, LIVE UP denota cargas vigas en azotea, Sx y Sy efectos de sismo. Combinación 1 2 3 4 5 6 7
DEAD
CM
LIVE
1.4 1.25 1.25 1.25 1.25 0.9 0.9
1.4 1.25 1.25 1.25 1.25 0.9 0.9
0 0 0 0 0 0 0
LIVE UP
Sx
1.7 1.25 1.25 0 0 0 0
0 ±1.00 0 ±1.00 0 ±1.00 0
Sy 0 0 ±1.00 0 ±1.00 0 ±1.00
Tabla 2: Tabla 2 :Combinación de Cargas
2.1.5 Modelo para el Análisis El modelo ha sido preparado teniendo como principal objetivo una estimación correcta de las rigideces laterales. Cabe anotar que el programa resuelve la aparente incompatibilidad entre distintos planos, en los que los nudos no siempre coinciden.
PRONOEI - PAZOS
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Figura 21: ETABS, Modelo 3d Módulo AULA para el Análisis.
2.1.6 Modos de vibración La tabla siguiente indica los resultados obtenidos para períodos y frecuencias naturales, así como las masas efectivas en cada dirección. Para el modelo se usaron 3 modos. De la tabla se observa que el primer modo de vibración obedece a una concentración de participación modal traslacional, en la dirección X-X, la segunda obedece a una concentracion de participacion modal traslacional, en la direccion Y-Y y para el tercer modo una concentracion de participacion modal rotacional. Además se observa que la participación de masa supera el 90% estando estas dentro de lo que la norma exige Y los valores de los primeros modos de vibracion de la estructura son menores a las del suelo, por lo cual no abra efectos de resonancia. %Participacion de masas traslacional
%Participacion de masas rotacional
Mode
Period
UX
UY
UZ
SumUX
SumUY
SumUZ
RX
RY
RZ
SumRX
SumRY
SumRZ
1
0.324
0.9999
0.0000
0.0000
0.9999
0.0000
0.0000
0.0000
0.9763
2
0.069
0.0000
0.0226
0
1
0.0226
0
0.0226
0.0015
0.0028
0
0.9763
0.0028
0.974
0.0226
0.9778
0.9769
3
0.062
0.0000
0.9736
0
1.0000
0.9962
0
0.9483
0.00003363
0.0201
0.9709
0.9779
0.9969
Tabla 3: Modos de Vibración.
PRONOEI - PAZOS
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2.1.7 Verificación de Desplazamientos Según Norma del Reglamento Nacional de Edificaciones, establece que para edificaciones de concreto armado la máxima distorsión de entrepiso será de 0.007, para edificaciones de albañileria confinada la maxima distorsion de entrepiso sera de 0.005. En la tabla de máximos desplazamientos observamos que tanto para la dirección X-X (Sistema Porticos) los valores máximos son 0.0043 y para la direccion Y-Y (Sistema Albañileria Confinada) los valores maximos son 0.0001, los cuales son valores menores a los que la norma exige, por tanto damos por aceptable este punto. TABLA STORY DRIFTS
MAX.=
Story
Item
Load
label
X
Y
Z
DriftX
PISO 1
Max Drift X
SISMO DINAM. XX
3
1.13
4.9
5.85
0.000845
PISO 1
Max Drift Y
SISMO DINAM. YY
5
9.23
4.9
5.85
PISO 1
Max Drift X
SISMO DINAM. XX
3
1.13
4.9
5.85
PISO 1
Max Drift Y
SISMO DINAM. YY
5
9.23
4.9
5.85
OK !!!
OK !!!
0.0050
0.00050
DriftY 0.004944 0.000085
0
0.00000
PISO 1
0 0.000082
0.000496
Tabla 4: Desplazamiento X-X (Sistema Pórticos), desplazamiento Y-Y (Sistema Albañilería Confinada)
2.1.8 Fuerzas Globales Empleando las expresiones de la norma E030 para el análisis sísmico con fuerzas estáticas equivalentes, se tiene: Dir.
Z
U
C
S
R
ZUCS/R
P (t)
80% V estatico (t)
V dinamico (t)
X
0.35
1.5
2.5
1.15
8
0.1463
77.52
5.85
9.45
Y
0.35
1.5
2.5
1.15
3
0.3900
77.52
20.14
24.9
Tabla 5: Fuerzas Globales para escalar espectro de sismo.
CALCULO DEL FACTOR DE ESCALA Tn Peso total de la edificacion Cortante en la base (sentido XX)
7.31
Cortante en la base (sentido YY)
25.18
Cortante en la base al 80% (XX)
5.85
Cortante en la base al 80% (YY)
20.14
Cortante en XX de Analisis Dinamico
9.45
Cortante en YY de Analisis Dinamico
24.90
Vx est 7.31 ton Vx din 9.45 ton Vx din. / Vx est. = 1.29 Configuración? REGULAR Cociente min. = 0.80 Factor (fx) = 0.62 SIN ESCALA
PRONOEI - PAZOS
77.52
HUBER YARANGA H
Vy est 25.18 ton Vy din 24.90 ton Vy din. / Vy est. = 0.99 Configuración? REGULAR Cociente min. = 0.80 Factor (fy) = 0.81 SIN ESCALA
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La norma E030-2014 indica que, para cada una de las direcciones consideradas en el análisis, la fuerza cortante en la base del edificio no podrá ser menor que el 80% del valor calculado con las fórmulas estáticas, tratándose de estructuras regulares. Si fuera necesario incrementar el cortante para cumplir los mínimos señalados, se deberán escalar proporcionalmente todos los otros resultados obtenidos, excepto los desplazamientos. En este análisis para la direccion X, se obtuvo un cortante basal dinamico mayor al 80% del corte estatico por lo cual no sera necesario escalar las acciones sismicas según se indican en la tabla adjunta por lo cual se tomara el valor de la gravedad de 9.81 para esta direccion. Para la direccion Y, se obtuvo un cortante basal dinamico mayor al 80% del corte estatico por lo cual no sera necesario escalar las acciones sismicas para el diseño según se indican en la tabla por lo cual se tomara el valor de la gravedad de 9.81 para esta direccion. Una vez escalada las acciones sismicas se procede a realizar el cálculo de los elementos estructurales
2.1.9 Diagrama de Momentos Flectores (ton-m)
Figura 22: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje A Módulo AULA.
PRONOEI - PAZOS
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Figura 23: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje B Módulo AULA.
Figura 24: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje C Módulo AULA. PRONOEI - PAZOS
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F i g
Figura 25: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje D Módulo AULA.
Figura 26: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje 3 Módulo AULA PRONOEI - PAZOS
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Figura 27: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje 2 Módulo AULA.
Figura 28: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje 1 Módulo AULA. PRONOEI - PAZOS
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2.1.10 Diagrama de Fuerzas Cortantes
Figura 29: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje A Módulo AULA.
Figura 30: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje B Módulo AULA.
PRONOEI - PAZOS
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Figura 31: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje C Módulo AULA.
Figura 32: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje D Módulo AULA.
PRONOEI - PAZOS
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Figura 33: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje 1 Módulo AULA.
Figura 34: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje 2 Módulo AULA.
PRONOEI - PAZOS
HUBER YARANGA H
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Figura 35: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje 3 Módulo AULA.
2.1.11 Distribución de refuerzos
Figura 36: ETABS, Refuerzos eje A Módulo AULA.
PRONOEI - PAZOS
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Figura 37: ETABS, Refuerzos eje B Módulo AULA.
Figura 38: ETABS, Refuerzos eje C Módulo AULA.
PRONOEI - PAZOS
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Figura 39: ETABS, Refuerzos eje D Módulo AULA.
Figura 40: ETABS, Refuerzos eje 1 Módulo AULA. PRONOEI - PAZOS
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Figura 41: ETABS, Refuerzos eje 2 Módulo AULA.
Figura 42: ETABS, Refuerzos eje 3 Módulo AULA.
PRONOEI - PAZOS
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2.1.12 Diseño de Cimentaciones 2.1.12.1 Introducción Considerando que el diseño de las cimentaciones se realiza para absorber esfuerzo 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 y Concreto Armado Comentarios en su sección 11 Flexión, sección 13 Corte y Torsión y sección 16 Zapata; 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 el programa SAFE, exportando las cargas directamente desde el programa de análisis y diseño de Edificaciones ETABS, empleando el Método de los Elementos Finitos, con modelamiento en los apoyos tipo resorte según el módulo de balasto del terreno. Como referencia al módulo de balasto4 se tiene la siguiente según la tabla siguiente, el cual presenta valores en función a la capacidad de carga del terreno, interpolando obtenemos de el coeficiente de balasto.
2.1.12.2 Pre-dimensionamiento Del análisis de la superestructura se obtienen las reacciones en todos los apoyos, siendo estos valores los datos necesarios para la asignación de las dimensiones de las cimentaciones, teniendo como primera etapa el pre-dimensionamiento correspondiente. 2.1.12.3 Verificación de esfuerzos Para el presente estudio, el suelo indica un esfuerzo admisible mínimo de 1.25 kg/cm² para un desplante de 1.80mt, que equivale a 2.65 kg/cm³ (Winkler) siendo éste 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.
PRONOEI - PAZOS
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Tabla 6: Esfuerzo admisible versus módulo de balasto Esf Adm Winkler Esf Adm Winkler Esf Adm Winkler (Kg/Cm2) (Kg/Cm3) (Kg/Cm2) (Kg/Cm3) (Kg/Cm2) (Kg/Cm3) 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 1.05 1.10 1.15 1.20 1.25 1.30 1.35 1.40 1.45 1.50
0.65 0.78 0.91 1.04 1.17 1.30 1.39 1.48 1.57 1.66 1.75 1.84 1.93 2.02 2.11 2.20 2.29 2.38 2.47 2.56 2.65 2.74 2.83 2.92 3.01 3.10
1.55 1.60 1.65 1.70 1.75 1.80 1.85 1.90 1.95 2.00 2.05 2.10 2.15 2.20 2.25 2.30 2.35 2.40 2.45 2.50 2.55 2.60 2.65 2.70 2.75 2.80
3.19 3.28 3.37 3.46 3.55 3.64 3.73 3.82 3.91 4.00 4.10 4.20 4.30 4.40 4.50 4.60 4.70 4.80 4.90 5.00 5.10 5.20 5.30 5.40 5.50 5.60
2.85 2.90 2.95 3.00 3.05 3.10 3.15 3.20 3.25 3.30 3.35 3.40 3.45 3.50 3.55 3.60 3.65 3.70 3.75 3.80 3.85 3.90 3.95 4.00
5.70 5.80 5.90 6.00 6.10 6.20 6.30 6.40 6.50 6.60 6.70 6.80 6.90 7.00 7.10 7.20 7.30 7.40 7.50 7.60 7.70 7.80 7.90 8.00
4 Universidad Politécnica de Cataluña, Barcelona- España. 1993 (Autor Nelson Morrison). Tesis de maestría “Interacción Suelo-Estructuras: Semi-espacio de Winkler”.
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q
1
6 e
P
1
S L
q
2
L
P
6 e
S L
L
1
2.1.12.4 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.
q q 2
q X 3 q X 4
F
VU
1
S L
2
C
ØVC
0.850.531
2 f '
b0 2
bc
C d
2
0.850.27 @d
ØV
2
b d
C
'
fC b0 d
0
ØVC 0.85
'
fC b0 d
Ratio: Expresa la relación entre el esfuerzo de corte por punzonamiento (valor máximo) y la capacidad del esfuerzo de corte por punzonamiento con el factor incluido.
V
máx Shear Ratio vu Øv V C
cap
La Capacidad del esfuerzo de corte máximo (Vcap) viene a ser las tres últimas ecuaciones presentadas anteriormente; cabe mencionar que, el programa SAFE los representa como esfuerzos, es decir, fuerza sobre área y las ecuaciones en el sistema Inglés son:
2
4
f ' c
d mín 2 s
v
c
bo
f'c
.....(ACI 11.12.2.1)
4 f ' c
Donde β es la relación de las dimensiones de la sección crítica, bo es el perímetro de la sección crítica y αs es un factor con respecto a la ubicación de la sección crítica.
40 Para Columnas Interiores.
s 30 Para Columnas Laterales.
PRONOEI - PAZOS
20 Para Columnas Esquineras. HUBER YARANGA H
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2.1.13 Modelo para el análisis
Figura 43: SAFE, Modelo Para Diseño y Análisis de Cimentaciones, Módulo AULA.
PRONOEI - PAZOS
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2.1.14 Verificación de Esfuerzos en el Suelo
Figura 44: SAFE, Verificación de Presiones en Suelo, Módulo AULA (kg/cm2).
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2.1.15 Verificación de Esfuerzos en las Zapatas
Figura 45: SAFE, Verificación de Esfuerzos en Zapatas, Módulo AULA.
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2.1.16 Diseño de Zapatas
Figura 46: SAFE, Cálculo de Refuerzo en Zapatas, Módulo AULA.
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ANÁLISIS ESTRUCTURAL
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“MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DE PRONOEI EN EL BARRIO CHURRIA DEL CENTRO POBLADO DE COYLLORPAMPA, DISTRITO DE PAZOS – TAYACAJA - HUANCAVELICA”
2.1.17 Diseño de Cimiento Corrido para Muro Portante DISEÑO DE CIMIENTO CORRIDO (MODULO AULA - PAZOS) METRADO DE CARGAS Elemento
Losa aligerada (e=0.17m) Viga solera Muro Sobrecimiento Sobrecarga Cimiento
N° Pisos
Longitud (m)
Alto (m )
Ancho (m)
1 1 1 1 1
1 1 1 1 1
0.45 4 0.45 -
0.25 0.25 0.25 -
Area Tributaria (m2) Peso Especifico (Kg/m3) Sobrecarga (Kg/m2)
3.1 3.1
2400 1800 2400
280 50 TOTAL
Parcial (Kg)
868 270 1800 270 155 447 3810
ANCHO DE LA CIMENTACION Peso Total Capacidad Portante Profundidad de desplante
PRONOEI - PAZOS
3810 1.12 0.9
Kg Kg/cm2 mt
B=
34.02 cm
Usamos
50.00 cm
HUBER YARANGA H
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3. CONCLUSIONES El análisis estructural del presente proyecto contempla la infraestructura de Modulo Aula mencionado anteriormente, siendo estos de comportamiento mixto, y tipo de material concreto armado, los mismos que se tuvieron en cuenta su comportamiento estructural y su análisis respectivo. Los Cálculos de estructuras se llevan a cabo bajo los programas del grupo CSI validados en aplicaciones reales y hoja de cálculo. Los resultados finales del análisis estructural se manifiestan en los distintos planos que contiene el presente proyecto. Para el diseño de Concreto Armado, se toma en cuenta el Reglamento Nacional de Edificaciones vigente y el Código ACI 318 – 08. Las consideraciones sísmicas, se toman en cuenta según los factores y características de la zona del proyecto. El análisis de cimentación se realizó conforme se adjunta el estudio de suelos y las
recomendaciones del especialista. Las especificaciones técnicas se tomarán en cuenta durante la ejecución del
proyecto. Los cálculos estructurales se realizaron en programas del grupo CSI y hojas de
cálculo de Microsoft Office. Para el diseño de Estructuras de Concreto y Cimentación, se recurrió a lo normado en NTP.030-2014, NTP.060 y NTP.050 respectivamente. Las consideraciones para asignar la carga vivas y cargas permanentes respondieron a lo dictado en NTP.020.
PRONOEI - PAZOS
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