E.P.S EMAPA HUACHO S.A
MEMORIA ESTRUCTURAL
Propi etario
:
EPS EMAPA HUACHO HUACHO S.A.
Proyecto
:
“ CONSTRUCC CONSTRUCCIÓN IÓN DE RESERVORIO, RESERVORIO, REHABILITACIÓN REHABIL ITACIÓN DE REDES MATRICES DE AGUA POTABLE, ALCANTA AL CANTARILL RILL ADO Y CONEXIONES DOMICILIARIAS DOMICILIA RIAS DE L A URB. HUACHO, SAN PEDRO Y ZONA ADYACENTE DISTRITO HUACHO”
Dirección
:
Urbanización Huacho – San Pedro, Distrito Hu acho, Provincia Huaura, Departamento Lima.
Fecha
:
Agosto 2012
Responsable
:
Ing. Pedro Daniel Flores Sintecala
INDICE
1.
Generalidades.
2.
Procedimiento de Analisis.
3.
Características de los Materiales.
4.
Metrado de Cargas.
5.
Predimensionamiento.
6.
Consideraciones Sísmicas. 6.1. Zonificación. 6.2. Parámetros del Suelo. 6.3. Factor de Amplificación Sísmica. 6.4. Categoría de las edificaciones. 6.5. Sistemas Estructurales. 6.6. Aceleración Espectral.
7.
Análisis Sismorresistente de la Estructura.
8.
Diseño
9.
Cimentación
Telf. 952-888885 RPM *818526, Jr. Mariátegui 123 Dpto. 401, Barranco – Lima /Perú
1
Propietario Atenc ión
: :
Dirección
:
1.
EPS EMAPA HUACHO S.A. “ CONSTRUCCIÓN DE RESERVORIO, REHABILITACIÓN DE REDES MATRICES DE AGUA POTABLE, ALCANTARILLADO Y CONEXIONES DOMICILIARIAS DE LA URB. HUACHO, SAN PEDRO Y ZONA ADYACENTE - DISTRITO HUACHO” Urbanización Huacho – San Pedro, Distrito Huacho, Provincia Huaura, Departamento Lima.
Generalidades
La finalidad del presente documento es realizar el ANALISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL del Reservorio Elevado Tipo Intze de 300 m3, ubicado en la Urbanización San Pedro, Distrito Huacho, Provincia Huaura, Departamento Lima. El reservorio elevado tipo Intze es de concreto armado con fuste de forma circular de capacidad de 300m3, tiene un diámetro de 10m. , y posee una altura de fuste de 18.00m. Los demás elementos estructurales fueron predimensionados y se pueden apreciar en la presente memoria. Se considera en el ANALISIS ESTRUCTURAL los análisis sugeridos en el Capítulo E0.302003 (Norma Sismorresistente), las cargas sugeridas en el Capítulo E-0.20 (Norma de Cargas), el Capítulo E-0.60-2009 (Norma de Concreto Armado), asi como las normas internaciones ACI 350-06 (Code Requirements for Environmental Engineering Concrete Structures), ACI 371-98 (Guide for the Analisys, Design and Construction of Concrete-Pedestal Water Towers), ACI 307-98 (ACI 307-98, Designand Constructionof ReinforcedConcrete Chimneys) y el ACI 350.306 (Seismic Design of Liquid-Containing Concrete Structures).
2.
Procedimiento de Análisis
Se verificará el comportamiento dinámico de la estructura frente a cargas sísmicas mediante un análisis espectral indicado en las ACI-350.3-06 y E030, con ese propósito se genera un modelo matemático para el análisis respectivo. Este modelo será realizado usando el programa de cálculo de estructuras SAP2000. 3.
Característic as de los material es
Los materiales usados deberán tener como mínimo las siguientes características: CONCRETO:
ACERO:
4.
- Resistencia a la compresión en elementos en general, f’c = 210 kg/cm2 - Resistencia a la compresión en elem. en contacto c/agua, f’c = 245 kg/cm2 - Modulo de elasticidad, E = 15000 √f’c Módulo de Poisson, υ = 0.15 - Resistencia a la fluencia del acero grado 60, fy = 4200 kg/cm2
Metrado de Cargas
Cargas por peso propio: Son cargas provenientes del peso de los materiales, dispositivos de servicio, y otros elementos que forman parte de la estructura y/o se consideran permanentes. Telf. 952-888885 RPM *818526, Jr. Mariátegui 123 Dpto. 401, Barranco – Lima /Perú
2
Cargas vivas: Cargas que provienen de los pesos no permanentes en la estructura, que incluyen a los ocupantes, materiales, equipos muebles y otros elementos móviles estimados en la estructura. Teniendo en cuenta que la edificación es de tipo escencial, se considera el 100% de la carga viva para el análisis sísmico. Cargas producidas por sismo: Análisis de cargas estáticas o dinámicas que representan un evento sísmico y están reglamentadas por la norma sismorresistente E.030 y el ACI-350. Cargas Muertas: Peso propio elementos de concreto armado Peso propio terminado
= =
2400 100
kg/m3 kg/m2
=
50
kg/m2
Cargas Vivas: Sobrecarga en cúpula Cargas de Sismo: Según norma de diseño sismorresistente: Sa
5.
ZUCS =
R
g
Predimensionamiento:
Telf. 952-888885 RPM *818526, Jr. Mariátegui 123 Dpto. 401, Barranco – Lima /Perú
3
Telf. 952-888885 RPM *818526, Jr. Mariátegui 123 Dpto. 401, Barranco – Lima /Perú
4
Telf. 952-888885 RPM *818526, Jr. Mariátegui 123 Dpto. 401, Barranco – Lima /Perú
5
6.
Consideraciones Sísmicas
Las consideraciones adoptadas para poder realizar un análisis dinámico de la estructura son mediante movimientos de superposición espectral, es decir, basado en la utilización de periodos naturales y modos de vibración que podrán determinarse por un procedimiento de análisis que considere apropiadamente las características de rigidez y la distribución de las masas de la estructura. Además del comportamiento Hidrodinamico de la masa convectiva e impulsiva producidos por los sismos. Entre los parámetros de sitio usados y establecidos por la norma Sismorresistente E-0.30 son: 6.1
Zonificación
La zonificación propuesta se basa en la distribución espacial de la sismicidad observada, las características esenciales de los movimientos sísmicos, la atenuación de estos con la distancia y la información geotécnica obtenida de estudios científicos. De acuerdo a lo anterior la Norma E-0.30 de diseño sismorresistente asigna un factor “Z” a cada una de las 3 zonas del territorio nacional. Este factor representa la aceleración máxima del terreno con una probabilidad de 10% de ser excedida en 50 años.
Telf. 952-888885 RPM *818526, Jr. Mariátegui 123 Dpto. 401, Barranco – Lima /Perú
6
Para el presente estudio, la zona en la que está ubicada la edificación corresponde a la zona 3 y su factor de zona Z = 0.4. 6.2
Parámetros del Suelo
Los perfiles de suelo se clasifican tomando en cuenta sus propiedades mecánicas, el espesor del estrato, y la velocidad de propagación de las ondas de corte. Según el estudio de suelos y de referencias, y para efectos de la aplicación de la norma E-0.30 de diseño sismorresistente, se considera que el perfil de suelo en donde se encuentra ubicada la estructura es de tipo (S2), el periodo predominante, Tp, asociado con este tipo de suelo es de 0.60 seg., y el factor de amplificación del suelo se considera S= 1.2. 6.3
Factor de amplificación Sísmica
De acuerdo a las características de sitio, se define al factor de amplificación sísmica (C) por la siguiente expresión: C =
6.4
2.5(
T P T
);
C ≤
2.5
Categoría de las edifi caciones
Cada estructura debe ser clasificada de acuerdo a la categoría de uso de la edificación. En este caso debido a que dentro de la edificación sólo se encuentran equipos de comunicaciones, se le considera una edificación escencial, Categoría A, por la tanto su factor de importancia es igual a U = 1.5, que es el que se tomará para este análisis. 6.5
Sistemas estructu rales
Los sistemas estructurales para el fuste es predominado por muros de concreto armado, pero con poca posibilidad de disipar energía. De acuerdo a la clasificación de una estructura se elige un factor de reducción de la fuerza sísmica (R). Por tanto el factor de reducción de la fuerza sísmica es igual a R = 3 (Masa Impulsiva) y R=1 (Masa Convectiva).
6.6
Aceleración Espectral
Para poder calcular la aceleración espectral para cada una de las direcciones analizadas se utiliza un espectro inelástico de pseudos-aceleraciones definido por: Sa
donde: Z U S Ri Rc g C
= = = = = = =
0.4 1.5 1.2 3 1 9.81
ZUCS =
R
g
(Zona 3 – Huacho) (Categoría A – Estructura Escencial) (Tp = 0.6 s) (Impulsivo) (Convectivo) (aceleración de la gravedad m/s2)
2.5 x (Tp / T ) ; C ≤ 2.5
El ACI 350.3-06 recomienda un 5% de amortiguamiento para modo impulsivo y 0.5% para el convectivo. Telf. 952-888885 RPM *818526, Jr. Mariátegui 123 Dpto. 401, Barranco – Lima /Perú
7
Con estos parámetros sismorresistente se elaboró el espectro inelástico de pseudoaceleraciones de acuerdo a la norma E-030, para realizar el análisis lineal dinámico. Se ha considerado el mismo espectro de pseudos-aceleraciones para ambas direcciones debido a que en ambas direcciones el sistema estructural predominante es el mismo.
Figura 1. Espectro Inelástico de Pseudo Aceleraciones.
Telf. 952-888885 RPM *818526, Jr. Mariátegui 123 Dpto. 401, Barranco – Lima /Perú
8
7. Análisis Sismo rresistente de la Estru ctura De acuerdo a los procedimientos señalados y tomando en cuenta las características de los materiales y cargas que actúan sobre la estructura e influyen en el comportamiento de la misma ante las solicitaciones sísmicas, se muestra a continuación el análisis realizado. 7.1
Modelo Estructur al Adoptado
El comportamiento dinámico de las estructuras se determina mediante la generación de modelos matemáticos. Las fuerzas de los sismos son del tipo inercial y proporcional a su peso, por lo que es necesario precisar la cantidad y distribución de las masas en la estructura. Los apoyos han sido considerados como fijos al suelo. El modelo se ha hecho tomando en cuenta el levantamiento de las dimensiones de los elementos estructurales. El modelo estructural para evaluar el comportamiento dinámico de la estructura se presenta en las siguientes figuras:
Telf. 952-888885 RPM *818526, Jr. Mariátegui 123 Dpto. 401, Barranco – Lima /Perú
9
Figura 2. Modelo tridimensional de la Estructura.
7.2
Análisis Modal de la Estructu ra
Según los lineamientos de la norma de diseño sismorresistente E.030 – 2003, que forma parte del RNE, y considerando las cargas indicadas anteriormente se ha hecho el análisis modal de la estructura total. Para el cálculo del peso de la estructura se ha considerado el 100% de la carga muerta y debido a la importancia de la edificación se ha considerado el 100% de la carga viva, por tratarse de una estructura escencial tipo A. El programa SAP2000 calcula los periodos para cada modo de vibración de la estructura. En el análisis tridimensional se ha empleado la superposición de los modos de vibración representativos de la estructura siguiendo el criterio de combinación indicado por la norma ACI350.1: SRSS En la siguiente tabla se muestran los resultados de los periodos de vibración con su porcentaje de masa participante, que indicará la importancia de cada modo: Tabla 1. Periodos y factores de participación de masa. TABLE: Modal Participating Mass Ratios StepNum
Period
UX
UY
UZ
SumUX
SumUY
SumUZ
Mode
Sec
Unitless
Unitless
Unitless
Unitless
Unitless
Unitless
1.000
3.666
0.237
0.000
0.000
0.237
0.000
0.000
2.000
0.280
0.582
0.000
0.000
0.819
0.000
0.000
3.000
0.222
0.000
0.700
0.000
0.819
0.700
0.000
4.000
0.078
0.000
0.000
0.000
0.819
0.700
0.000
5.000
0.056
0.000
0.000
0.000
0.819
0.700
0.000
6.000
0.056
0.000
0.000
0.000
0.819
0.700
0.000
7.000
0.052
0.008
0.000
0.002
0.827
0.700
0.002
8.000
0.051
0.082
0.000
0.000
0.909
0.700
0.002
9.000
0.050
0.000
0.151
0.000
0.909
0.851
0.002
10.000
0.045
0.000
0.000
0.798
0.909
0.851
0.800
11.000
0.044
0.000
0.000
0.000
0.909
0.851
0.800
12.000
0.042
0.000
0.000
0.000
0.909
0.851
0.800
Telf. 952-888885 RPM *818526, Jr. Mariátegui 123 Dpto. 401, Barranco – Lima /Perú
10
13.000
0.041
0.000
0.000
0.000
0.909
0.851
0.800
14.000
0.041
0.000
0.000
0.000
0.909
0.851
0.800
15.000
0.040
0.004
0.000
0.000
0.913
0.851
0.800
16.000
0.029
0.000
0.000
0.000
0.913
0.851
0.800
17.000
0.029
0.000
0.000
0.000
0.913
0.851
0.800
18.000
0.029
0.000
0.000
0.000
0.913
0.851
0.800
19.000
0.027
0.000
0.000
0.000
0.913
0.851
0.800
20.000
0.027
0.000
0.000
0.000
0.913
0.851
0.800
21.000
0.027
0.000
0.000
0.000
0.913
0.851
0.800
22.000
0.026
0.000
0.002
0.018
0.913
0.854
0.817
23.000
0.026
0.000
0.053
0.001
0.913
0.907
0.818
24.000
0.026
0.033
0.000
0.000
0.946
0.907
0.818
25.000
0.024
0.000
0.015
0.000
0.946
0.922
0.818
26.000
0.024
0.008
0.000
0.000
0.954
0.922
0.818
27.000
0.024
0.000
0.000
0.000
0.954
0.922
0.819
28.000
0.024
0.000
0.000
0.000
0.954
0.922
0.819
29.000
0.024
0.000
0.000
0.004
0.954
0.922
0.823
30.000
0.023
0.000
0.000
0.000
0.954
0.922
0.823
31.000
0.023
0.000
0.000
0.000
0.954
0.922
0.823
32.000
0.023
0.000
0.000
0.000
0.954
0.922
0.823
33.000
0.023
0.000
0.000
0.000
0.954
0.922
0.823
34.000
0.022
0.000
0.000
0.000
0.955
0.922
0.823
35.000
0.022
0.000
0.001
0.000
0.955
0.922
0.823
36.000
0.021
0.000
0.000
0.000
0.955
0.922
0.823
37.000
0.021
0.000
0.000
0.000
0.955
0.922
0.823
38.000
0.021
0.000
0.000
0.000
0.955
0.922
0.823
39.000
0.021
0.000
0.000
0.000
0.955
0.922
0.823
40.000
0.020
0.000
0.000
0.000
0.955
0.922
0.823
Los modos con una mayor participación de masa fueron el modo 1 (masa convectiva) y el modo 2 (de la estruct ura). Entonces para la estructura los periodos fundamentales son: T x-x = 3.66 s. T y-y = 0.28 s. Se muestra a continuación los gráficos con las deformadas de los modos 1 y 2.
Telf. 952-888885 RPM *818526, Jr. Mariátegui 123 Dpto. 401, Barranco – Lima /Perú
11
Figura 3. Periodo para la masa impulsiva
Figura 4. Periodo fundamental de la estructura.
Telf. 952-888885 RPM *818526, Jr. Mariátegui 123 Dpto. 401, Barranco – Lima /Perú
12
8.0
Diseño
A continuación se muestra el diseño de los elementos estructurales del tanque elevado:
Telf. 952-888885 RPM *818526, Jr. Mariátegui 123 Dpto. 401, Barranco – Lima /Perú
13
Telf. 952-888885 RPM *818526, Jr. Mariátegui 123 Dpto. 401, Barranco – Lima /Perú
14
Telf. 952-888885 RPM *818526, Jr. Mariátegui 123 Dpto. 401, Barranco – Lima /Perú
15
Telf. 952-888885 RPM *818526, Jr. Mariátegui 123 Dpto. 401, Barranco – Lima /Perú
16
Telf. 952-888885 RPM *818526, Jr. Mariátegui 123 Dpto. 401, Barranco – Lima /Perú
17
Telf. 952-888885 RPM *818526, Jr. Mariátegui 123 Dpto. 401, Barranco – Lima /Perú
18
9.0
Cimentación
Telf. 952-888885 RPM *818526, Jr. Mariátegui 123 Dpto. 401, Barranco – Lima /Perú
19
El diseño de la cimentación se realizó de manera de no exceder el esfuerzo admisible para el suelo de 2.87 Kg/cm2 como se indica en el estudio de mecánica de suelos (entregado por el propietario). Se calculó la presión considerando cargas de gravedad y sismo.
Fig.5 Presiones en Cimentación por cargas de Servicio en (kg/cm2)
Fig.6 Presiones en Cimentación por cargas de Sismo en (kg/cm2), el capacidad portante se aumenta por 1.33 para este caso.
Telf. 952-888885 RPM *818526, Jr. Mariátegui 123 Dpto. 401, Barranco – Lima /Perú
20
Fig.7 Envolvente de Momentos radial , Mu=104.09 Ton.m tomado a la cara del fuste.
Fig.8 Envolvente de Momentos anular, Mu=58.6 Ton.m
Telf. 952-888885 RPM *818526, Jr. Mariátegui 123 Dpto. 401, Barranco – Lima /Perú
21
Fig.9 Envolv ente al Corte radial , Vu= 65 Ton.m a d de la cara.
Ing. Estructural Ped ro D. Flores Sintec ala CIP 122766
Telf. 952-888885 RPM *818526, Jr. Mariátegui 123 Dpto. 401, Barranco – Lima /Perú
22
