MODELO MEMORIA DESCRIPTIVA

CALCULO ESTRUCTURAL MODULO SANITARIO

I. CARGAS, ESTRUCTURACION Y ANALISISCARGAS.

Las cargas estimadas en el presente diseo corresponden a los valores usuales, que se indican a continuacin:

Cargas Permanentes:

Peso de la Cobertura.

= 25 Kg / m2

Peso de elementos de Concreto

=2,400 Kg / m3

Peso de Albailera Confinada

=1,800 Kg / m3

Cargas Vivas

Sobrecarga techo Inclinado

= 50 Kg / m2

MATERIALES.

Se ha considerado en el diseo y para los clculos:

Los elementos de Concreto Armado son de concreto f`c = 210 Kg/cm2 y Acero de fy = 4,200 Kg/cm2.

En los clculos se ha tomado:

E c : 15,000 ( fc ) 1/2 (Modulo de Elasticidad del Concreto)

E y : 2 x 10 6

(Mdulo de Elasticidad del Acero)

ESTRUCTURACION.

La edificacin est proyectada para un nivel y tiene un sistema estructural: albailera Confinada para el eje X-X e Y-YLas columnas se disearon segn la norma E 070.y la E060 debido a que existen cargas puntuales generadas por la configuracin arquitectnica de la edificacin.

La cimentacin se ha resuelto mediante cimentacin corrida .

ANALISIS

Para el diseo de cada elemento se ha tomado los siguientes pasos:

Usando las frmulas para este tipo de modelo estructural segn sea la idealizacin, y con las diversas condiciones de carga, se obtuvo las condiciones envolventes de cada elemento.

La resistencia requerida se estableci para las siguientes combinaciones:

1. 1.4 D + 1.7 L

2. 1.25 D + 1.25 L + E

3. 1.25 D + 1.25 L - E

4. 0.9 D + E

5. 0.9 D - E

Para la comprobacin de los esfuerzos por sismo se utiliz los resultados de anlisis ssmico con el programa ETABS y se tom para el anlisis los esfuerzos mayores de los 3 primeros modos.

Se combinan los esfuerzos por carga permanente, carga viva alternada en su ubicacin y los esfuerzos por sismo obtenidos.

Con los momentos y cortantes obtenidos se disea finalmente los elementos.

Como ya se mencion lneas arriba la estructura se enmarca dentro de las de baja altura. Por lo tanto podemos calcular la fuerza cortante en la base .en el artculo 14 de la norma E 030 (14-2) dice textualmente que para edificaciones de altura menores a 45 m. se puede analizar por el mtodo de Fuerzas estticas Equivalentes (Anlisis Esttico).

Este mtodo representa las solicitaciones ssmicas mediante un conjunto de fuerzas horizontales actuando en cada nivel de la edificacin.

En el Artculo 17 de la norma E 030 se encuentra las diferentes expresiones matemticas y las consideraciones que se tomaron en cuenta para dicho clculo.

El peso de la edificacin se determin agregando a la carga permanente el 50% de la carga viva debido a que se cataloga a este tipo de edificaciones como de categora A.

La norma ms empleada para el anlisis y diseo de elementos estructurales en esta edificacin es la E 070 del Reglamento Nacional de Edificaciones.

II. ALTERNATIVAS DE ESTRUCTURACION

II.1. INTRODUCCIN

Sabemos que cada edificacin constituye un problema particular y adems estructurar un edificio significa tomar decisiones en conjunto con otros profesionales que intervienen en la obra (Arquitectos, Ingenieros de Instalaciones, etc.) acerca de la disposicin y caractersticas que deben tener los diferentes elementos estructurales, de manera que un edificio tenga un buen comportamiento durante su vida til; esto es que tanto las cargas permanentes, peso propio, acabados, etc.) como los eventuales (sobre carga, sismo, viento, etc.) , se transmitan adecuadamente hasta el suelo de cimentaciones. En el proceso descrito anteriormente se busca cumplir con las siguientes objetivos:

Esttica.

Al estructurar un edificio debemos en lo posible respetar el diseo arquitectnico hasta agotar el mximo de posibilidades estructurales.

Funcionabilidad.

Se debe buscar que la estructura no reste el carcter funcional al que los ambientes estn destinados.

Seguridad.

Este objetivo se antepone al resto, ya que el edificio debe ser capaz de soportar todo tipo de solicitacin, sin que se produzca de ninguna manera el colapso. Nuestra Norma Ssmica especifica que para terremotos severos pueden producirse grandes daos en los elementos estructurales, pero no deben comprometer la seguridad del edificio.

II.2. ALTERNATIVAS DE ESTRUCTURACION.

Se analiz las caractersticas de la estructura y se lleg a la conclusin del uso del Sistema de Albailera Confinada III. ESTRUCTURACION Y PREDIMENSIONAMIENTO III.1. GENERALIDADES

En el presente proyecto se ha buscado que la estructuracin que conforma la edificacin sea lo ms simple posible.

III.2. ESQUEMA ESTRUCTURAL

En la estructuracin se ha considerado un sistema de Ejes Globales X X e Y Y.

El sistema propuesto est compuesto por muros de albailera Confinada, columnas, vigas (Aprovechando al mximo el planteamiento arquitectnico) proporcionando de esta forma la rigidez y por lo tanto mayor resistencia a las fuerzas laterales.

De manera general el esquema estructural de la edificacin se ha considerado de la siguiente forma.

ABAILERIA CONFINADA

Estos muros de Albailera confinada han sido considerados en la direccin (ejes X X ) (Y-Y)VIGAS

La estructura presenta vigas, en ambas direcciones. Se ha considerado as con el objetivo primordial de proporcionar rigidez y resistencia en las dos direcciones principales y de esta manera ayudar al control de deformaciones y resistir los diferentes esfuerzos producidos por fuerzas laterales de sismo.

III.3. PREDIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES

La realizacin del pre dimensionamiento de los elementos estructurales principales se hizo segn criterios prcticos teniendo en cuenta los requerimientos de la Arquitectura pero anteponiendo el cumplimiento de lo exigido por el Reglamento Nacional de Edificaciones.

III.3.1. ELEMENTOS ESTRUCTURALES PRINCIPALES

Se pre dimension los siguientes elementos: Columnas.

Vigas.

Muros de Albailera Confinada

IV. METRADO DE CARGAS

IV.1. GENERALIDADES

Se proceder a estimar las cargas actuantes sobre los distintos elementos estructurales que componen la edificacin. Cabe resaltar que la tcnica empleada (METRADO DE CARGAS) es un proceso de carcter aproximado ya que por lo general se desprecian los efectos hiperestticos producidos por los momentos flectores, salvo que estos son demasiados grandes.

Para un correcto metrado de cargas se debe tener presente la secuencia de accin de los elementos estructurales, uno sobre el otro.

Se debe distinguir los tipos de cargas, entre ellos tenemos las cargas estticas, cargas dinmicas y otras solicitaciones. El metrado se realiz para la obtencin de las cargas estticas que a la vez se clasifican en:

Cargas Permanentes o Muertas.

Son cargas gravitacionales que actan durante la vida til de la estructura, como por ejemplo: El peso propio de la estructura y el peso de los elementos aadidos a la estructura (acabados, tabiques, coberturas y cualquier otro dispositivo de servicio que queda fijo en la estructura).

Carga Viva o Sobrecarga.

Son cargas gravitacionales de carcter movible, que podran actuar en forma espordica sobre los Ambientes del edificio. Entre estas solicitaciones se tiene: al peso de los ocupantes, muebles, nieve, agua, equipos removibles, etc. Las magnitudes de estas cargas dependen del uso al cual se destinen los ambientes.

Para la realizacin del siguiente metrado de cargas verticales se hizo uso de la Norma de Cargas E 020.

V. ANALISIS POR CARGAS DE GRAVEDAD

V.1. GENERALIDADES

En este parte del desarrollo del proyecto estructural se realiz el anlisis por cargas de gravedad de la edificacin.Este anlisis considera el efecto de las cargas de peso propio (muertas) y cargas vivas, las cuales fueron obtenidas en el captulo anterior (metrado de cargas)

El anlisis se realiz con las cargas de servicio tanto para carga viva como para carga muerta, en forma independiente para luego hacer las combinaciones de acuerdo al R.N.E.

Este anlisis se ha realizado utilizando el programa ETABS, mediante un anlisis tridimensional en base a metrados de vigas. Entre otras ventajas el uso de programa ETABS ofrece las siguientes ventajas.

La estructura puede ser analizada con mayor aproximacin a la realidad (anlisis tridimensional).

El ingreso de datos se puede hacer desde un entorno grfico, reduciendo la posibilidad de error.

Considera las deformaciones axiales producidas en las columnas, las cuales producen momentos en los elementos estructurales relacionado con estas y en ella misma. Este tipo de esfuerzos no son considerados en los anlisis convencionales.

Considera el desplazamiento lateral por asimetra de elementos estructurales o cargas.

VI. ANALISIS SISMICO

VI.1. GENERALIDADES

Segn la Norma de Diseo Sismorresistente E 030 la realizacin del Anlisis Ssmico se puede hacer por dos mtodos segn el grado de complejidad o irregularidad as como de su altura. Estos mtodos son:

Anlisis Esttico.

Para edificios sin irregularidades y de baja altura (altamente conservador).

Anlisis Dinmico.

Para cualquier tipo de estructuras.

Las estructuras analizadas por su complejidad se enmarcaran dentro de un anlisis ssmico dinmico.

VI.2. ANALISIS DINAMICO

Como se ha mencionado anteriormente se usar este anlisis como comprobacin del mtodo anterior puesto que la fuerza lateral que acta durante un sismo no se puede evaluar en forma precisa por el procedimiento de la fuerza lateral equivalente (mtodo esttico). Se ha usado el anlisis elstico dinmico, segn este la respuesta elstica de la estructura bajo una fuerza ssmica se puede determinar en mejor forma mediante un anlisis modal. Los valores mximos de respuestas para cada modo se obtienen de los espectros del diseo y se combinan para determinar la respuesta mxima de todo el sistema. Este procedimiento se llama anlisis modal del espectro de respuesta, la Norma E-030 prescribe para el caso en que se use anlisis dinmico Modal Espectral que la respuesta mxima elstica esperada (r), correspondiente al efecto conjunto de los diferentes modos de vibracin empleados (ri), podrn determinarse usando la siguiente expresin.

Expresin en la cual combina la suma de los valores absolutos de las respuestas con la raz cuadrada de la suma de las respuestas al cuadrado (RCSC). Pero a su vez nos manifiesta que podr estimarse mediante la combinacin cuadrtica completa (C.Q.C.) de los valores calculados para cada modo, considerando en cada direccin aquellos modos de vibracin cuya suma de masa efectivas sea por lo menos el 90 % de la masa de la estructura, pero deber tomarse en cuenta por lo menos los tres primeros modos predominantes en la direccin de anlisis.

Este anlisis se llev a cabo con la ayuda del programa ETABS que realiza un anlisis tridimensional del conjunto estructural para lo cual utiliza el mtodo CQC, que a pesar de ser ms difcil de implementar nos da resultados ms precisos que los anteriores descritos. Para este anlisis se tiene las siguientes consideraciones:

La estructura es linealmente elstica.

La cimentacin se considero empotrada.

La estructura se idealizo como prticos espaciales unidos por vigas y muros, esto es requerido para hacer el anlisis de las propiedades fsicas y geomtricas de todos sus elementos que lo conforman.

VI.3. CALCULO DE LAS PROPIEDADES POR NIVEL

El programa de anlisis ETABS realiza en forma automtica el clculo de las propiedades

VI.4. DATOS NECESARIOS Y CONSIDERACIONES

Espectro de respuesta del terreno determinado en el R.N.E.; Norma E-030.

Factores para Anlisis Ssmico

Factor de SueloS = 1.4

Periodo que define la plataforma del espectro para cada tipo de sueloTP = 0.9

Factor de Uso e ImportanciaU = 1.0

Factor de ZonaZ = 0.4

Coeficiente de Reduccin X-XR = 3

Coeficiente de Reduccin Y-YR = 3

Se consideran que las fuerzas dinmicas actan en las dos direcciones principales de la estructura (X e Y); el anlisis se hizo considerando que el sismo acta independientemente en cada una de las direcciones longitudinales.

VI.5. DESPLAZAMIENTOS LATERALES

Se tendr un riguroso control sobre estos; teniendo en cuenta que no deben superar el mximo permisible que dicta el R.N.E. el cual se calcula de la siguiente manera:

Para Muros de Albailera Confinada EJE X-X.

0.005Donde:

i: Desplazamiento relativo del entrepiso i.

Hei : Altura del entrepiso i.

Segn el proyecto; se tiene una altura de 2.5 m. por lo tanto el desplazamiento mxima ser.

.

VI.6. CONTROL DE GIROS EN PLANTA

Al igual que el control de desplazamiento el control de giros en planta se debe controlar en forma rigurosa. La Norma Tcnica de Edificacin E-030 DISEO SISMORESISTENTE, dice textualmente que en cada una de las direcciones de anlisis el desplazamiento relativo mximo entre dos pisos consecutivos, no debe ser mayor que 1.75 veces el desplazamiento relativo de los centros de masas. Este se puede expresar con la siguiente formula.

Donde:

n: Desplazamiento relativo mximo entre dos pisos consecutivos.

m: Desplazamiento relativo de los centros de masas.

n y m se extraen de los cuadros respecto a los desplazamientos relativos; n de los cuadros correspondientes al nudo de mayor desplazamiento y m al correspondiente al nudo maestro.

VI.7. SEGURIDAD DE VOLTEO

Segn la Norma Tcnica de Edificacin E. 030 DISEO SISMORRESISTENTES, toda estructura y su cimentacin debern ser diseados para resistir el momento de volteo que produce un sismo. El factor de seguridad deber ser mayor o igual que 1.5.

VI.8. DETERMINACION DEL CORTANTE BASAL

VI.8.1. CALCULO DE CORTANTE BASAL ESTATICO

Segn la NORMA TECNICA DE EDIFICACION E. 030 DISEO SISMORESISTENTE, la fuerza cortante total en la base de la estructura, correspondiente a la direccin considerada, se determinar por la siguiente expresin:

Debiendo considerarse para C/R el siguiente valor mnimo.

Donde:

Z: Factor de zona.

U: Factor de uso.

S: Factor de suelo.

C: Factor de ampliacin ssmica.

R: Coeficiente de reduccin de fuerza Ssmica.

P: Peso total de la edificacin.

A continuacin definimos cada una de estas variables.

FACTOR DE ZONA (Z). Este factor se interpreta como la aceleracin mxima del terreno con una probabilidad de 10% de ser excedida en 50 aos.

Nuestro Territorio Nacional est dividido en 3 zonas y a cada una de ellas le corresponde un factor. La edificacin de nuestro proyecto se encuentra en una zona a la cual le corresponde un factor de 0.4.

FACTOR DE USO (U): Es un coeficiente determinado por el grado de importancia o segn el uso que se le de a la estructura. Para determinar este factor la estructura debe ser dosificada de acuerdo a una de las categoras indicadas en la NORMA E-030 DISEO SISMORESISTENTE. Nuestra edificacin por tratarse de MODULO SANITARIO se encuentra en la categora C (edificaciones comunes) a la cual le corresponde un factor de 1.0.

FACTOR DE SUELO (S). Este factor considera las condiciones del suelo el cual posee a la vez un periodo (Tp), que define la plataforma del espectro. Para el caso de nuestra edificacin el suelo sobre el cual se cimentar corresponde a los denominados (S3) al cual le corresponder un factor igual a 1.4 y un Tp igual a 0.90 seg.

FACTOR DE AMPLIFICACION SISMICA (C): Este factor es interpretado como el coeficiente de amplificacin de la respuesta estructural respecto a la aceleracin del suelo, y se calcula con la siguiente expresin:

C 2.5

Tp: Periodo que define la plataforma del espectro para cada tipo de suelo.

T: Periodo fundamental de la estructura se calcula con la siguiente expresin:

Donde:

Ct: Coeficiente definido por el tipo de material de los elementos resistentes.

hn: Altura total de la edificacin o del bloque en estudio.COEFICIENTE DE REDUCCION DE FUERZA SISMICA (R)

Para la determinacin de este coeficiente es necesario que clasifiquemos al sistema estructural segn el material usado en el sistema de estructuracin sismorresistente predominante en cada direccin.

El sistema estructural usado en nuestro caso, es el de Albailera Confinada XX y Porticos en YY, por lo tanto la resistencia ssmica est dada fundamentalmente por muros confinados con columnas estos elementos, segn la Norma E-0.30 DISEO SISMORRESISTENTE le corresponder un R = 3.0 y 8.0 si es que la estructura es catalogada como regular caso contrario deber ser afectada por un factor de reduccin igual a 0.75 3/4. Nosotros nos acogeremos a la primera opcin debido a que la edificacin a estructurar si cumplen con todas las condiciones para ser catalogadas como regulares por lo tanto R = 3.0 y 8.0

R = 3; C/R 0.125 OK

R = 8; C/R 0.125 OK

PESO DE LA EDIFICACION (P). Se tomar el calculado de adicionar a la carga permanente y total de la edificacin un porcentaje de la carga viva o sobre carga que se determinar segn la categora a la que corresponda la edificacin. Para el caso de la edificacin en estudio que pertenece a la categora A se tomar el 50% de la carga viva.

Definido y calculado todos los valores que intervienen en la expresin, obtendremos las cortantes bsales para la edificacin de 1 piso.

VI.8.2. CALCULO DE LA CORTANTE BASAL DINAMICO

El cortante basal dinmico es calculada por el programa para el anlisis dinmico (ETABS). Haciendo uso para esto de la combinacin cuadrtica completa (C.Q.C.), que es un mtodo ms preciso que el de la raz cuadrada de la suma de los cuadrados. Se debe verificar que en cada una de las direcciones de anlisis, la fuerza cortante en la base del edificio no podr ser menor que el 80 % del valor calculado para el cortante esttico. Caso contrario ser necesario incrementar el cortante para cumplir con los mnimos sealados. Esto se puede lograr usando un factor para escalar que se obtiene de relacionar 0.8 V esttico/V dinmico y a continuacin con este valor afectar tanto a cortante como a momentos obtenidos con excepcin de los desplazamientos.

VIII: DISEO DE VIGAS Y COLUMNASPor ser El sistema estructural definidos como de Albailera Confinada y Prticos de concreto armado se ha considerado para el diseo la Norma E070 y la E060 del REGLAMENTO NACIONAL DE EDIFICACIONES.

IX: MODELACION Y RESULTADOS CON EL PROGRAMA ETABS

A continuacin presentamos el modelamiento de la edificacin y con la condicin de proyectada.

PLANTA MODULO SANITARIO

DATOS PARA EL CLCULO DEL CORTANTE BASAL

ANALISIS DINAMICO

Donde:

g es la aceleracin de la gravedad: g = 9.81 m/seg2

Las pseudo-aceleraciones a ser empleadas en el programa ETABS 9.7.0, se incluyeron en la tabla que se muestra a continuacin:

TABLA DE RESULTADOS DE INGRESO PARA ANLISIS

PSEUDO-TRIDIMENSIONAL

ESPECTRO X-X E Y-Y

ENVOLVENTE DE DISEO

La envolvente total (ENVELOPE), consiste en la envolvente, siguiendo la norma NTE E.60 deL Reglamento Nacional de Construcciones para concreto armado; en este caso:

1. 1.4 D + 1.7 L

2. 1.25 D + 1.25 L + E

3. 1.25 D + 1.25 L - E

4. 0.9 D + E

5. 0.9 D - E.

Para definir el efecto ssmico mximo (respuesta mxima esperada) se puede utilizar el criterio de superposicin de las respuestas modales especificado en la Norma NTE 0.30:

Sin embargo, el criterio de combinacin para estimar la respuesta modal mxima se ha considerado la combinacin cuadrtica completa de los valores calculados para cada modo, como lo estipula la NTE 0.30.

DISPOSITIVO DE CLCULO

Para el clculo estructural se ha realizado en forma automtica. Para cuyo efecto se ha utilizado el paquete ETABS Versin 9.6. El sistema estructural del modelo del edificio se muestra a continuacin:

MODELO DE LA ESTRUCTURA

VISTA TRIDIMENSIONAL DE LA ESTRUCTURA

CALCULO DE ACERO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES

REFUERZO POR CORTANTE

DIAGRAMA DE MOMENTOS

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

C/R EMBED Equation.3 0.125

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

CONSULTOR: ING. RAMIRO ROJAS MACHUCA Reg. CIP N 45530 Celular: (076)976142314

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