MEMORIA DE CÁLCULO DE ESTRUCTURAS1. GENERALIDADES 1.1. DESCRIPCION DEL SISTEMA ESTRUCTURAL EMPLEADO El proyecto cosiste en el diseño estructural de una edificación de dos niveles a base de marcos y muros de concreto reforzado, con entrepiso unidireccional aligerado, cobertura a dos aguas en base a vigas de madera y la cimentación a base de zapatas. El sistema aporticado se ha dividido por una junta sísmica en dos bloques debido a su disposición en planta, forma en “L”, la cual suponía un riesgo estructural. El bloque 1 cuenta con una planta mas alargada en el sentido “X” motivo por el cual se han peraltado las columnas paralelas a dicho sentido; el requerimiento por pre dimensionamiento suponía dimensiones estructurales de vigas y columnas insuficientes debido a la elevada rigidez de unos elementos frente a los otros (vigas vs columnas), lo cual preveía formación de rotulas plásticas en las columnas, por ello intencionalmente se elevaron las dimensiones de los elementos estructurales para el adecuado desarrollo de resistencia y ductilidad global. El bloque 2 cuenta con formas más regulares, no requiriendo incrementos adicionales en sus dimensiones. El diafragma rígido, es una losa aligerada de 20cm de espesor, siendo una estructura integrada, que responde a los esfuerzos propios de cargas aplicadas por su uso. La disposición en planta de las viguetas del aligerado es paralela tanto en el sentido “X” como en el sentido “Y”, debido a los requerimientos de ambientes y a la disposición de los ejes. Los muros de concreto armado se han proyectado por requerimientos de seguridad frente a ambientes que implican un natural riesgo. 5.020 o Norma Técnica de Diseño Sismorresistente E. El modelo idealiza el comportamiento de los elementos de la siguiente manera: Muros: mediante elementos SHELL.3.030 o Norma Técnica de Edificación de Concreto Armado E. 0.1. Capases de resistir los esfuerzos de flexión. METODO DE DISEÑO y REGLAMENTOS DE DISEÑO El método de diseño de elementos de concreto armado es por el estado limite de resistencia ultima.1. cortante y axial.2. Columnas y vigas: mediante elementos FRAME. SOFTWARE DE MODELACIÓN El Software empleado para el modelamiento de los pórticos es ETABS V9. PARAMETROS DE DISEÑO 2. CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES EMPLEADOS Concreto Armado: Cimentación corrida y zapatas Vigas de Cimentación Columnas Placas Vigas Losas aligeradas Escaleras Peso Especifico Simple Armado Acero Corrugado Estructural Albañilería Resistencia Característica Unidad de albañilería Mortero Juntas Peso Especifico Ladrillo Sólido Ladrillo Hueco Concreto f’c = 175 kg/cm2 Concreto f’c = 175 kg/cm2 Concreto f’c = 210 kg/cm2 Concreto f’c = 210 kg/cm2 Concreto f’c = 210 kg/cm2 Concreto f´c= 210 kg/cm2 Concreto f´c= 210 kg/cm2 2300 Kg/m3 2400 Kg/m3 : : : : : : : : : : fy = 4200kg/cm2 f’m = 35 kg / cm2.50 cms 1800 Kg/m3 1350 Kg/m3 : : : : : : .060 Especificaciones del ACI 318-99 1. 2. para el modelamiento de la escalera y viga de conexión en cimientos se empleo el software SAP 2000 V14. Reglamento Nacional de Edificaciones RNE-2009 o Norma Técnica de Edificación de Cargas E. asi como para el análisis de losas de entrepiso se empleo el software SAFE V12.14 X 0.24 (c:a) 1 : 5 1.10 X 0. Pre-dimensionamiento de Columnas Las columnas al ser sometidas a carga axial y momento flector.69 kg / cm2. pudiendo variar entre 0. (Según Estudio de 2.2. El ancho es menos importante que el peralte.5 de la altura. Esta limitación no impide tener vigas de menor espesor (15 o 20 cm) si se trata de vigas que no forman pórticos.3 a 0. tratando de evaluar cuál de los dos es el que gobierna en forma más influyente el dimensionamiento.Propiedades del Suelo Capacidad admisible Suelos) : 1. para el caso que éstas formen parte de pórticos o elementos sismo-resistentes de estructuras de concreto armado.060 indica que las vigas deben tener un ancho mínimo de 25 cms. Considerándose adicionalmente el tipo de falla probable de la edificación con la formulación . PREDIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES Pre-dimensionamiento de Vigas Las vigas se dimensionan generalmente considerando un peralte del orden de 1/10 a 1/12 de la luz. La Norma Técnica Peruana para Edificación de concreto armado E. fueron dimensionadas considerando los dos efectos simultáneamente. Hn/D≥4 Siendo Hn: luz libre entre niveles de la edificación. y D: peralte de la columna. Se ha considerado el criterio de estructuración vertical para losas con luces relativamente semejantes de los paños. Verificándose dicho cumplimiento para todas las columnas de la edificación. colocándose dobles viguetas perpendiculares al armado en la zona central del techo (San Bartolomé.BLOQUE 1 Predimensionamiento de elementos estructurales Losa (h) = 20 b (cm) 25 25 25 25 25 25 25 25 25 cm D (cm) 30 40 30 25 30 25 25 25 25 Dirección Principal Y X Y Y Y Y X X X Rigidez X-X Rigidez Y-Y (cm4) (cm4) 56250 133333 56250 32552 56250 39063 32552 32552 32552 32552 32552 32552 32552 32552 Viga Principal (VP1) = Viga Principal (VP2) = Viga Secundaria (VS1) = Viga Secundaria (VS2) = Columna C1 = Columna C1. 1999).5 m.5 m Se debe entender que “H” expresa la altura o espesor total de la losa aligerada y por tanto incluye los 5 cm de losa superior y el espesor del ladrillo de techo.1 = Columna C2 = Columna C3 = Columna C4 = Y por criterios de ductilidad y resistencia se modifican las dimensiones de C1 y C1. Luces comprendidas entre 5 y 6. Pre-dimensionamiento de Losas: El peralte de las losas aligeradas se a dimensionado considerando los siguientes criterios: H= 17 cm H= 20 cm H= 25 cm H= 30 cm Luces menores de 4 m.1.5 m. los ladrillos serán 15. a: . RESUMEN DEL PREDIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES . cm respectivamente. Luces comprendidas entre 4 y 5. Luces comprendidas entre 6 y 7. 3.BLOQUE 2 Predimensionamiento de elementos estructurales Losa (h) = 20 b (cm) 25 25 25 25 25 25 cm D (cm) 25 25 25 25 25 25 Dirección Principal Y Y Y X X X Rigidez X-X Rigidez Y-Y (cm4) (cm4) 32552.1 = b (cm) 25 25 D (cm) 45 45 Columna 189844 189844 Viga VP2 133333 133333 Columna 58594 58594 Viga VS1 56250 56250 RESUMEN DEL PREDIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES . . estimado en 100 kg/m2. 2. Adicionalmente a las cargas antes indicadas. siendo esta estructura modela como articulada a la edificación. Para las áreas de oficina y ambientes administrativos se ha asumido una carga viva de 250 kg/m2. Para la cobertura de Estructura Madera se ha tomado un Peso Propio 25 Kg/m2.0833 32552 32552 32552 32552 32552 32552 32552 32552 Viga Principal (VP1) = Viga Secundaria (VS1) = Columna C1 = Columna C2 = Columna C3 = Columna C4 = 2. Para zonas de circulación. considerándose para ellas las cargas a continuación.40m entre ejes. con viguetas separadas a 0. CARGAS DE DISEÑO Para la determinación de las cargas de diseño se han determinado en primera instancia las dimensiones de los elementos estructurales. para la Cobertura (tejas y otros) 15 Kg/m2 Cargas Vivas. Para las losas aligeradas de 20 cm de espesor.1. CARGAS ESTATICAS El análisis de los elementos estructurales se ha realizado con las siguientes cargas de diseño: Cargas Permanentes. pasadizos y escaleras se ha tomado una carga viva de 400 kg/cm2 Para la escalera se ha asumido carga viva de 400 kg/m2.Columna C1 = Columna C1.3. Para la tabiquería se ha asumido un peso determinado estimado de 210 kg/m2 y 350kg/m2.0833 32552. se ha asumido un peso propio de 300 kg/m2. se ha incluido entre las cargas permanentes el peso de acabados de piso y techo. a nivel de pre dimensionamiento. Espectro de Pseudo-Aceleraciones FACTOR DE ZONA "Z" Zona 3 SISTEMA ESTRUCTURAL "R" Sistema Estructural Muros de Concreto Armado Estructura Regular Coeficiente de Reducción "R" 7.50 1. SOLICITACIONES DINAMICAS Las solicitaciones dinámicas están determinadas por el espectro de pseudoaceleraciones considerando los parámetros de sitio de la edificación.00 0.3. el sistema estructural empleado y la categoría de importancia de la edificación.50 2.3.50 Sa 1.5 Factor de Zona "Z" 0. vivas (CV) y de sismo (CS) deberá ser como mínimo: .00 0.00 1.60 Factor "S" 1.20 Espectro de Pseudo-Aceleraciones 2.50 0.50 Espectro1 Periodo T(s) 2.00 1. 2.2.00 2.3. así como el efecto viento 35 Kg/m2. COMBINACIONES DE CARGA.50 2.40 CATEGORIA DE EDIFICACION "U" Categoría Importancia A Edificaciones Esenciales PARAMETROS DEL SUELO "S" Tipo S2 Factor "U" 1.La Sobrecarga Viva en la cobertura se ha tomado en valor de 25 Kg/m2.50 Descripción Suelos Intermedios Tp(s) 0.00 0. La resistencia requerida (U) para cargas muertas (CM). Para flexión sin carga axial Ø = 0. nervadas y/o aligerados en una o dos direcciones).U = 1.7 CV U = 1. Para cortante sin o con torsión 5. las losas aligeradas y llenas wn coberturas y pisos (losas macizas. los códigos consideran una cuantía mínima. El factor de reducción de resistencia Ø deberá ser: 1. Para aplastamiento en el concreto Ø = 0. en la mano de obra y en las dimensiones.70 Ø = 0.4 CM + 1.70 Los elementos sometidos a flexión son las vigas. y el grado de advertencia del modo de falla. Para asegurar que el acero colocado provea un momento resistente mayor al momento de agrietamiento.9 CM ± CS 3. CALCULO DE LAS SOLICITUDES La resistencia de diseño se ha tomado como la resistencia nominal (resistencia proporcionada considerando el acero realmente colocado) multiplicada por un factor Ø de reducción de resistencia. Adicionalmente se ha considerado en su determinación la importancia relativa de la falla de los miembros respecto a toda la estructura. pero combinados pueden producir menor capacidad en los elementos diseñados. las escaleras y en general todos aquellos que están sometidos a cargas perpendiculares a su plano. las cuales ocasionan esfuerzos de flexión y cortante. Para el caso de secciones rectangulares.25 (CM + CV) ± CS U = 0.90 Ø = 0. Para flexión con carga axial de tracción 3. Para flexión con carga axial de compresión y para compresión sin flexión: Elementos con refuerzo en espiral Otros elementos 4.75 Ø = 0. Este factor de reducción de resistencia se proporciona para tomar en cuenta inexactitudes en los cálculos y fluctuaciones en las resistencias del material. Cada uno de estos factores puede estar dentro de los límites tolerables.85 Ø = 0. se indica que el área mínima de refuerzo podrá calcularse con: .90 2. 0025 bh 0. debe cumplir con los siguientes límites: Losas con barras lisas Losas con barras corrugadas con fy<4200 kg/cm2 Losas con barras corrugadas con fy=4200 kg/cm2 Losas con barras corrugadas con fy>4200 kg/cm2 0.0018 x 4200/fy bd (pero no menor 0.0018 bh 0.0025 bh 0.0012 bh *Las mallas electrosoldadas de alambre liso o corrugado no mayor que W31 y D31 Para juntas de espaciamiento mayor a 7m Distancias entre juntas 7-9 m 9-12 m 12-15 m 15-20 m As Horizontal 0.0012 bh 0.0015 bh 0.0035 bh 0.0015 bh 0.0025 bh 0.0020 bh 0.0025 bh 0.0020 bh 0.0020 bh 0.0030 bh 0.0015 bh 0.0025 bh 0.0025 bh 0.0025 bh 0.0020 bh 0.Asmín 0.0020 bh 0.7 f ´c bd fy El refuerzo mínimo por contracción y temperatura que se coloca perpendicular al refuerzo por flexión en losas en una dirección.0012 bh 0.0012 bh 0.0015 bh 0.0015 bh 0.0014 bh) a Para los muros de concreto armado se considera Para juntas espaciadas a 7m o menos Barra 1/4 3/8 1/2 5/8 3/4 7/8 1 1 1/8 1 1/4 1 3/8 1 3/4 2 1/4 *Malla Electrosoldada As Horizontal As Vertical 0.0015 bh 0.0020 bh 0.0025 bh 0.0025 bh 0.0015 bh 0. o que es el mínimo exigido para las dos direcciones de losas así armadas.0040 bh .0015 bh 0.0025 bh 0.0012 bh 0. DISEÑO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES En el programa ETABS. . al correr el análisis de la estructura se han cumplido las desplazamientos laterales que son menores que el desplazamiento permitido (0.007) de acuerdo con la Norma Técnica de Diseño Sismorresistente E. Vigas y Columnas: Muestra las áreas de acero en las vigas y columnas en el programa ETABS.030 del RNE. Cimentación De acuerdo con las recomendaciones del estudio de suelos.80 m hasta el nivel del terreno. se ha adoptado una solución basada en cimentación corridas de concreto armado. y aisladas según se aprecia en los planos de diseño con una profundidad mínima de cimentación de 1. con montero tipo P1 con juntas horizontales y verticales de espesor de 1. . conectadas con vigas de cimentación. Las zapatas tienen un solado del concreto simple cuya resistencia es de 100kg/cm2 y las zapatas tienen refuerzo armado como se indican en los planos de cimentaciones con una resistencia de 175kg/cm2.5 cm. Muros Son de albañilería cuyos ladrillos son de arcilla Pandereta. Losas El proyecto contiene losas aligeradas con viguetas cuyo espeso total es de 15. Escaleras La escalera será de concreto armado.0 cm El espaciamiento de viguetas es de 40 cm.0 cm. que tiene una columna de apoyo y modelado con una articulación en la parte superior e inferior. Las dimensiones en planta de los ladrillos son de 30x30x15 cm. Y una losa de 5. Fueron diseñadas en el software Safe. .