mc preparatoria emiliano zapata 15-09-29 - · pdf file5.5. carga de sismo ... manual de...

Preparatoria Gral. Emiliano Zapata Edificio 1

Alberto Anaya

Rodrigo Gómez y Julio A. RocaSector Heróico, Monterrey. N.L.

29 de septiembre del 2015

INDICE

INDICE .............................................................................................................................................. 1 

1.  Descripción ........................................................................................................................... 2 

2.  Consideraciones Generales ........................................................................................... 2 

3.  Reglamentos y normas ................................................................................................... 2 

4.  Calidad de los materiales ............................................................................................... 2 

5.  Cargas de Diseño ............................................................................................................... 3 

5.1.  Cargas sobre azotea ................................................................................................. 3 

5.2.  Cargas de entrepiso (aulas) .................................................................................. 3 

5.3.  Cargas de entrepiso (pasillos) ............................................................................. 3 

5.4.  Carga de viento ........................................................................................................... 3 

5.5.  Carga de sismo ............................................................................................................ 5 

5.6.  Combinaciones de carga ....................................................................................... 6 

6.  Análisis y Diseño Estructural ........................................................................................ 7 

6.1.  Modelo matemático .................................................................................................. 7 

6.2.  Revisión de desplazamientos laterales ............................................................ 8 

6.2.1.  Carga de viento ....................................................................................................... 8 

6.2.2.  Carga de sismo ........................................................................................................ 8 

6.3.  Diseño de cimentación ........................................................................................... 9 

6.4.  Diseño de columnas ............................................................................................ 10

6.5 Diseño de vigas…………………………………………………………………………………………..

6.6.  Diseño de losa ............................................................................................................ 13 

1. Descripción En esta memoria de cálculo se describe el análisis y diseño estructural de un edificio de 12 niveles el cual formará pare de 3 nuevos edificios en la Preparatoria Técnica “Gral. Emiliano” Zapata, cuya estructuración es a base de marcos (columnas y vigas) y losa aligerada con barroblock, cimentada con pilotes en cada columna.

2. Consideraciones Generales

a) Se respetaron íntegramente los planos arquitectónicos del proyecto.

b) La cimentación se diseñó conforme a las recomendaciones del estudio de Mecánica de Suelos proporcionado utilizando pilotes.

c) Todos los elementos de concreto se diseñaron en base a las especificaciones que marca el código del ACI 318 en su edición vigente.

3. Reglamentos y normas

a) Reglamento de Construcciones del Municipio de Monterrey.

b) Manual de diseño por viento, CFE, 2008.

c) Manual de diseño por sismo, CFE, 1993.

d) Reglamento del ACI 318 en su edición vigente.

4. Calidad de los materiales

a) Concreto f’c = 250 kg/cm2 b) Varilla de refuerzo #3 en adelante fy = 4200 kg/cm2 c) Varilla #2 (para estribos) fy = 2300 kg/cm2 d) Malla electrosoldada fy = 5000 kg/cm2

5. Cargas de Diseño 5.1. Cargas sobre azotea

Peso propio de losa 345 kg/m2 Sobrecarga muerta (empastado) 100 kg/m2

Total Carga Muerta = 445 kg/m2 Carga Viva (azotea pendiente <5%) = 250 kg/cm2

5.2. Cargas de entrepiso (aulas) Peso propio de losa 345 kg/m2 Acabados y pisos 60 kg/m2 Muros 100 kg/m2 Plafones e instalaciones 100 kg/m2

Total Carga Muerta = 545 kg/m2 Carga Viva (aulas) = 350 kg/cm2

5.3. Cargas de entrepiso (pasillos) Peso propio de losa 345 kg/m2 Acabados y pisos 60 kg/m2 Plafones e instalaciones 100 kg/m2

Total Carga Muerta = 445 kg/m2 Carga Viva (pasillos) = 350 kg/cm2

5.4. Carga de viento

Las cargas de viento fueron calculadas de acuerdo a una velocidad de viento obtenido del manual de diseño por viento de la CFE para Monterrey, con un periodo de retorno de 200 años (Grupo A) como se muestra a continuación.

Clasificación según su importancia Grupo ?

Clasificación según su respuesta al viento Tipo ?

Categoria del terreno según rugosidad ?

Velocidad regional, VR

Seleccione la velocidad regional a utilizar

Ciudad ?

Vel. Óptima VR km/h ?

Factor de exposición, Frz

Factor de topgrafia, FTSitio Ht m ?

FT Lu m

Xt m

L1 m

L2b m L2s m

Zt m

Presión Dinámica Base, qz

msnm m

Ω

G

H m Numero de niveles

4.2.4

Tabla 4.2.3

Normales 100

Periodo de Retorno Fijo

4.1.3

4.1.4

4.2.1

4.2.2

4.2.3

Monterrey, N. L.

ANÁLISIS POR VIENTO

160

3

A

1

0.95325

400

4.2 Velocidad básica de diseño, VD

Altura 

(m)Frz

17

VD  Barlovento 

(km/h)

VD  Sotavento 

(km/h)

71.25

40

160

30

1.00 100

‐30

4.2.5

495

718

0.8810

0.8810

0.8890

0.9274

0.9588

0.9854

1.0086

1.0292

1.0648

1.0479

1.0805

161.38

170.38

140.96

148.39

1.0950

153.40

157.66 157.66

140.96

140.96 140.96

142.25 142.25

172.88 172.88

153.40

175.20 175.20

161.38

164.68 164.68

167.66 167.66

qz (kg/m2) 

Barlovento

90.916

90.916

92.584

100.753

107.677

113.738

119.160

124.087

128.616

132.819

136.747

140.441

170.38

148.39

qz (kg/m2) 

Sotavento

90.916

90.916

92.584

100.753

107.677

113.738

119.160

124.087

128.616

132.819

136.747

140.441

30.4

33.7

37

40.3

4

7.3

10.6

13.9

17.2

20.5

23.8

27.1

5.5. Carga de sismo De acuerdo al manual de diseño por sismo de CFE se obtuvo el espectro de diseño.

FADx = 1.00 Cp = 1.30

FADy = 1.00

NivelPresión 

(kg/cm2)

Elevación 

(m)

Altura       

(m)

Ancho X    

(m)

Ancho Y    

(m)

Fx            

(kg)

Fy           

(kg)

1 90.9 4.0 4.0 10.5 34.15 4964 16145

2 90.9 7.3 3.3 10.5 34.15 4095 13319

3 92.6 10.6 3.3 10.5 34.15 4170 13564

4 100.8 13.9 3.3 10.5 34.15 4538 14761

5 107.7 17.2 3.3 10.5 34.15 4850 15775

6 113.7 20.5 3.3 10.5 34.15 5123 16663

7 119.2 23.8 3.3 10.5 34.15 5368 17457

8 124.1 27.1 3.3 10.5 34.15 5589 18179

9 128.6 30.4 3.3 10.5 34.15 5794 18843

10 132.8 33.7 3.3 10.5 34.15 5983 19458

11 136.7 37.0 3.3 10.5 34.15 6160 20034

12 140.4 40.3 3.3 10.5 34.15 6326 20575

Σ = 62961 204774

Fuerza de vento por nivel

ZONA A

Tipo de Suelo 2

Q= 2

ao c Ta (seg) Tb (seg) R

0.04 0.16 0.3 1.5 0.66666667

T a para Q

0.00 0.040 0.020

0.08 0.070 0.035

0.15 0.100 0.050

0.23 0.130 0.065

0.30 0.160 0.080

1.50 0.160 0.080

1.70 0.147 0.074

1.90 0.137 0.068

2.10 0.128 0.064

2.30 0.120 0.060

2.50 0.114 0.057

2.70 0.108 0.054

2.90 0.103 0.052

3.10 0.099 0.049

3.30 0.095 0.047

3.50 0.091 0.045

5.6. Combinaciones de carga Las combinaciones de cargas se hicieron de acuerdo al ASCE 7-10 Combinaciones de servicio:

a) D b) D + L c) D + 0.75L + 0.75L d) 0.6D + W

Combinaciones factorizadas

a) 1.4D b) 1.2D + 1.6L c) 1.2D + 1.0L + 1.6W d) 1.2D + 0.8W e) 0.9D + 1.6W f) 1.2D + 1.0L + 1.0E g) 0.9D + 1.6E

Donde:

D = Carga Muerta L = Carga Viva W = Carga de viento E = Carga de sismo

NOTA: Las cargas laterales de sismo y viento, se aplicaron tanto en las direcciones ortogonales “X” y “Y”.

6. Análisis y Diseño Estructural

6.1. Modelo matemático

Para el análisis y diseño se utilizó el software ETABS, modelando la estructura respetando los planos arquitectónicos.

Las consideraciones tomadas para realizar el modelo matemático son las siguientes:

La cimentación se hizo con pilotes, ligadas por trabes de cimentación

La estructuración se hizo a base de marcos de concreto reforzado y losa aligerada de barroblock.

El sistema de resistencia de cargas laterales son muros de cortante en la dirección débil y marcos en la dirección fuerte.

La losa de entrepiso será aligerada con barro block con un peralte total de 25 cm

A continuación se presenta la memoria generada por el programa ETABS donde se describe el modelo matemático.

Lateral Load to Stories - Set 1 Lateral Load to Stories - Set 2

6.2. Revisión de desplazamientos laterales

La revisión de los desplazamientos laterales es de gran importancia en este proyecto, ya que al estar entre pegado a otros dos edificios se debe de evitar el contacto entre ellos, sobre todo en la parte superior de la estructura.

6.2.1. Carga de viento

Los desplazamientos de entrepiso (drift) fueron menores a 0.004, por lo que cumplen con lo marcado en el manual de diseño por viento.

Tabla 1. Desplazamientos laterales por viento

6.2.2. Carga de sismo

Los desplazamientos de entrepiso (drift) fueron menores a 0.015, por lo que cumplen con lo marcado en el manual de diseño por sismo.

Story UX UY Z h entrepiso drift X drift Y Drift X Drift y

cm cm m cm cm cm

N‐12 9.34 ‐8.63 40.3 330 0.21 0.74 0.0006 0.0022

N‐11 9.13 ‐7.89 37.0 330 0.36 0.74 0.0011 0.0022

N‐10 8.77 ‐7.15 33.7 330 0.54 0.73 0.0016 0.0022

N‐9 8.23 ‐6.42 30.4 330 0.59 0.73 0.0018 0.0022

N‐8 7.64 ‐5.69 27.1 330 0.72 0.72 0.0022 0.0022

N‐7 6.92 ‐4.97 23.8 330 0.84 0.70 0.0025 0.0021

N‐6 6.08 ‐4.27 20.5 330 0.90 0.68 0.0027 0.0021

N‐5 5.18 ‐3.59 17.2 330 0.97 0.66 0.0029 0.0020

N‐4 4.21 ‐2.93 13.9 330 1.04 0.63 0.0032 0.0019

N‐3 3.17 ‐2.30 10.6 330 1.03 0.59 0.0031 0.0018

N‐2 2.14 ‐1.71 7.3 330 0.97 0.57 0.0029 0.0017

N‐1 1.17 ‐1.14 4.0 400 0.89 0.56 0.0022 0.0014

PB 0.28 ‐0.58 0.0 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐

Tabla 2. Desplazamientos laterales por sismo

6.3. Diseño de cimentación

De acuerdo a la mecánica de suelos se tienen las siguientes capacidades de pilotes desplantados a 28 m de profundidad.

Diámetro (cm) Capacidad (Ton) 150 440.7 200 666.0

Tabla 3. Capacidad de pilotes por punta y fricción

En base a las reacciones con las cargas de servicio arrojadas por el ETABS y la capacidad de los pilotes mostradas en la Tabla 3, se propusieron pilotes de 2 m de diámetro en el eje 2 y 1.5 m en el eje 3.

Story UX UY Z h entrepiso drift X drift Y Drift X Drift y

cm cm m cm cm cm

N‐12 27.57 11.13 40.3 330 0.62 0.94 0.0019 0.0028

N‐11 26.95 10.19 37.0 330 1.13 0.93 0.0034 0.0028

N‐10 25.82 9.26 33.7 330 1.67 0.93 0.0051 0.0028

N‐9 24.15 8.33 30.4 330 1.84 0.92 0.0056 0.0028

N‐8 22.31 7.41 27.1 330 2.19 0.92 0.0066 0.0028

N‐7 20.12 6.49 23.8 330 2.56 0.90 0.0078 0.0027

N‐6 17.56 5.59 20.5 330 2.68 0.88 0.0081 0.0027

N‐5 14.88 4.71 17.2 330 2.89 0.86 0.0088 0.0026

N‐4 11.99 3.85 13.9 330 3.04 0.82 0.0092 0.0025

N‐3 8.95 3.03 10.6 330 2.96 0.77 0.0090 0.0023

N‐2 5.99 2.26 7.3 330 2.76 0.74 0.0084 0.0022

N‐1 3.23 1.52 4.0 400 2.50 0.65 0.0063 0.0016

PB 0.73 0.87 0.0 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐

6.4. Diseño de columnas El diseño de las columnas se hizo directamente con el software Etabs tomando en cuenta las cargas axiales y momento biaxiales de acuerdo al manual ACI-318

40X40

50X50

60X60

70X70

Figura 1. Tamaño de columnas

Figura 2. Elevación de los eje 2. Acero Longitudinal en columnas

Figura 3. Elevación de los eje 2. Acero longitudinal en columnas

6.5 Diseño de vigas

6.6. Diseño de losa

El diseño de la losa se realizó respetando las dimensiones de las vigas y tomando una losa con 25 cm de peralte aligerada con Barroblock y trabajando en dos sentidos.

Figura 4. Planta de losa analizada.

Se revisaron mediante el programa los siguientes puntos:

Deformaciones verticales

Momentos flexionantes Esfuerzos cortantes

Figura 5. Deformación a largo plazo (cm) (Max = 2.40 cm).

Figura 6. Momentos flexionantes (kg-m/m) en dirección X.

Figura 7. Momentos flexionantes (kg-m/m) en dirección Y.

Figura 8. Fuerzas cortantes (kg/m) en dirección X.

Figura 9. Fuerzas cortantes (kg/m) en dirección Y.

Nervadura Nerv. Tipo

DISEÑO DE LOSA NERVADAS

Proyecto: Prepa Emiliano 01/01/2015Fecha:

===

= == == == ==

=

cm² cm²

cm cmcm cm

= =

===

Compresión dentro del patín? SI42.25

a 5.93Momento resistente

φMn

Recubrimiento

Refuerzo para Momento PositivoCantidad No. Varilla

Área en compresión 89.01

2 53 3 2.14

d 21.71d

Momento resistenteKg-m

cm

4.50

Analisis de la viga

Kg/cm²

2200.00 KgMmax- 3100 Kg-m

β 0.850Kg/cm²

Refuerzo para Momento NegativoCantidad No. Varilla

Propiedades de los MaterialesKg/cm²250f´c

16hf + bw 95.00

Área de acero mínimo 1.13

cm²cm²cm²

Mmax+ 1650 Kg-m

Area acero No. Camas

b efectivo 75.00 cmhf 5.00 cm

2.5

Area acero No. Camas

fy 4200Es 2040000

Área en compresión0 3 0.00 1

cml+bw 75.00 cm

Vmax

Determinación del ancho efectivo del patínL/4 186.25 cm

Área de acero mínimo 2 1.63 cm²Área de acero mínimo 2 1.13

ACEPTABLE

Acero MínimoÁrea de acero mínimo 1 1.02

1797.25φMn

22.52a/2 0.28

φVc 2335.78 KgVs -181.04 Kg

NO REQUIRE ESTRIBOS

Revison por CortanteKg2200.00Vud

ACEPTABLE

Acero MínimoÁrea de acero mínimo 1 1.42 cm²

3189.90 Kg-m

0 4 0.00 1

ACEPTABLE

ACEPTABLE

Acero MáximoArea de acero máximo 17.85 cm²

ACEPTABLE

1.63 cm²ACEPTABLE

Área de acero mínimo

Acero MáximoArea de acero máximo 5.68 cm²