“MEJORAMIENTO DE LOS SERVICIOS DE EDUCACIÓN INICIAL DE LA INSTITUCIÓN EDUCATIVA INICIAL N° 116, DISTRITO DE MARISCAL CÁCERES – HUANCAVELICA - HUANCAVELICA”
2017
I.E.I N° 116 MARISCAL –
PROYECTO: “MEJORAMIENTO DE LOS SERVICIOS DE EDUCACIÓN INICIAL DE
LA INSTITUCIÓN EDUCATIVA INICIAL N° 116, DISTRITO DE MARISCAL CÁCERES – HUANCAVELICA - HUANCAVELICA” ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
1
“MEJORAMIENTO DE LOS SERVICIOS DE EDUCACIÓN INICIAL DE LA INSTITUCIÓN EDUCATIVA INICIAL N° 116, DISTRITO DE MARISCAL CÁCERES – HUANCAVELICA - HUANCAVELICA”
DE LOS SERVICIOS DE EDUCACIÓN INICIAL DE LA INSTITUCIÓN EDUCATIVA INICIAL N° 116, DISTRITO DE MARISCAL CÁCERES – HUANCAVELICA - HUANCAVELICA” “MEJORAMIENTO
ÍNDICE GENERAL 1.
GENERALIDADES. ..................................................................... .................................................................................................... ...............................
13
1.1
Introducción. ............................................................... ......................................................................................................... ............................................. ...
13
1.2
Objetivos. ..................................................................... ............................................................................................................... ............................................. ...
13
1.3
Análisis Estructural. ...................................................................... ................................................................................................ ..........................
13
1.3.1
ETABS VERSIÓN 15.2….. 15.2….. ............................................................................ ..................................................................................... .........
13
1.3.2
SAFE VERSIÓN 14.2 .. ............................................................................ ............................................................................................ ................
14
1.4
Análisis Estructural por Cargas Verticales: .......................................................... ..........................................................
15
1.5
Análisis Estructural por Cargas Dinámicas: ......................................................... .........................................................
15
1.6
Códigos y Normas ........................................................................... ................................................................................................... ........................
16
1.7
Propiedades de los Materiales ............................................................................ ............................................................................... ...
17
1.7.1
Concreto. ...................................................................... ............................................................................................................... .........................................
17
1.7.2
Albañilería. .................................................................................... ........................................................................................................... .......................
17
1.7.3
Acero Corrugado ................................................................................................. .................................................................................................
17
DISEÑO ESTRUCTURAL DE MÓDULOS PROPUESTOS. ................................... ...................................
18
2.1 DISEÑO ESTRUCTURAL MÓDULO MODULO 01 AULA PEDAGÓGICA..........
19
2.
2.1.1
Descripción General de la Edificación .............................................................. ..............................................................
19
2.1.2
Cargas Verticales ......................................................................... ................................................................................................. ........................
20
2.1.3
Diseño Sísmico ............................................................................ ..................................................................................................... .........................
33
2.1.4
Combinación de Cargas ........................................................................... ...................................................................................... ...........
36
2.1.5
Modelo para el Análisis ........................................................................... ...................................................................................... ...........
36
2.1.6
Modos de vibración ................................................................................ ............................................................................................. .............
37
2.1.7
Verificación de Desplazamientos................................................ Desplazamientos....................................................................... .......................
37
2.1.8
Fuerzas Globales ........................................................................... .................................................................................................. .......................
38
2.1.9
Diagrama de Momentos Flectores (ton-m) ....................................................... .......................................................
39
2.1.10
Diagrama de Fuerzas Cortantes ......................................................................... .........................................................................
45
2.1.11
Distribución de refuerzos ........................................................................ ................................................................................... ...........
51
2.1.12
Diseño de Cimentaciones .................................................................................. ....................................................................................
57
2.1.12.1
Introducción .................................................................... ..................................................................................................... .................................
57
2.1.12.2
Pre-dimensionamiento ......................................................................... .................................................................................... ...........
57
ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
2
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DE LOS SERVICIOS DE EDUCACIÓN INICIAL DE LA INSTITUCIÓN EDUCATIVA INICIAL N° 116, DISTRITO DE MARISCAL CÁCERES – HUANCAVELICA - HUANCAVELICA” “MEJORAMIENTO
ÍNDICE GENERAL 1.
GENERALIDADES. ..................................................................... .................................................................................................... ...............................
13
1.1
Introducción. ............................................................... ......................................................................................................... ............................................. ...
13
1.2
Objetivos. ..................................................................... ............................................................................................................... ............................................. ...
13
1.3
Análisis Estructural. ...................................................................... ................................................................................................ ..........................
13
1.3.1
ETABS VERSIÓN 15.2….. 15.2….. ............................................................................ ..................................................................................... .........
13
1.3.2
SAFE VERSIÓN 14.2 .. ............................................................................ ............................................................................................ ................
14
1.4
Análisis Estructural por Cargas Verticales: .......................................................... ..........................................................
15
1.5
Análisis Estructural por Cargas Dinámicas: ......................................................... .........................................................
15
1.6
Códigos y Normas ........................................................................... ................................................................................................... ........................
16
1.7
Propiedades de los Materiales ............................................................................ ............................................................................... ...
17
1.7.1
Concreto. ...................................................................... ............................................................................................................... .........................................
17
1.7.2
Albañilería. .................................................................................... ........................................................................................................... .......................
17
1.7.3
Acero Corrugado ................................................................................................. .................................................................................................
17
DISEÑO ESTRUCTURAL DE MÓDULOS PROPUESTOS. ................................... ...................................
18
2.1 DISEÑO ESTRUCTURAL MÓDULO MODULO 01 AULA PEDAGÓGICA..........
19
2.
2.1.1
Descripción General de la Edificación .............................................................. ..............................................................
19
2.1.2
Cargas Verticales ......................................................................... ................................................................................................. ........................
20
2.1.3
Diseño Sísmico ............................................................................ ..................................................................................................... .........................
33
2.1.4
Combinación de Cargas ........................................................................... ...................................................................................... ...........
36
2.1.5
Modelo para el Análisis ........................................................................... ...................................................................................... ...........
36
2.1.6
Modos de vibración ................................................................................ ............................................................................................. .............
37
2.1.7
Verificación de Desplazamientos................................................ Desplazamientos....................................................................... .......................
37
2.1.8
Fuerzas Globales ........................................................................... .................................................................................................. .......................
38
2.1.9
Diagrama de Momentos Flectores (ton-m) ....................................................... .......................................................
39
2.1.10
Diagrama de Fuerzas Cortantes ......................................................................... .........................................................................
45
2.1.11
Distribución de refuerzos ........................................................................ ................................................................................... ...........
51
2.1.12
Diseño de Cimentaciones .................................................................................. ....................................................................................
57
2.1.12.1
Introducción .................................................................... ..................................................................................................... .................................
57
2.1.12.2
Pre-dimensionamiento ......................................................................... .................................................................................... ...........
57
ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
2
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2.1.12.3
Verificación de esfuerzos ................................................................................ ................................................................................
58
2.1.12.4
Verificación Por punzonamiento ................................................................... ...................................................................
59
2.1.13
Modelo para el análisis ............................................................................ ....................................................................................... ...........
60
2.1.14
Verificación de Esfuerzos en el Suelo ................................................................ ................................................................
61
2.1.15
Verificación de Esfuerzos en las Zapatas .......................................................... ..........................................................
62
2.1.16
Diseño de Zapatas ........................................................................ ............................................................................................... .......................
63
2.1.17
Diseño de cimiento Corrido para Muro Portante…………………… Portante……………………............ ............
64
DISEÑO ESTRUCTURAL DE MÓDULOS PROPUESTOS. ................................... ...................................
65
3.1 DISEÑO ESTRUCTURAL MÓDULO 02 AULA PEDAGÓGICA............................... PEDAGÓGICA...............................
66
3.
3.1.1
Descripción General de la Edificación .............................................................. ..............................................................
66
3.1.2
Cargas Verticales .......................................................................... ................................................................................................. .......................
67
3.1.3
Diseño Sísmico ............................................................................ ..................................................................................................... .........................
76
3.1.4
Combinación de Cargas ......................................................................... ...................................................................................... .............
79
3.1.5
Modelo para el Análisis ........................................................................... ...................................................................................... ...........
79
3.1.6
Modos de vibración ............................................................................................. .............................................................................................
80
3.1.7
Verificación de Desplazamientos............................................ Desplazamientos....................................................................... ...........................
81
3.1.8
Fuerzas Globales ........................................................................... .................................................................................................. .......................
81
3.1.9
Diagrama de Momentos Flectores (ton-m) ....................................................... .......................................................
82
3.1.10
Diagrama de Fuerzas Cortantes ......................................................................... .........................................................................
86
3.1.11
Distribución de refuerzos ................................................................................... ...................................................................................
90
3.1.12
Diseño de Cimentaciones .................................................................................. ....................................................................................
94
3.1.12.1
Introducción ................................................................ ..................................................................................................... .....................................
94
3.1.12.2
Pre-dimensionamiento ............................................................................. .................................................................................... .......
94
3.1.12.3
Verificación de esfuerzos ................................................................................ ................................................................................
95
3.1.12.4
Verificación Por punzonamiento ................................................................... ...................................................................
96
3.1.13
Modelo para el análisis ............................................................................ ....................................................................................... ...........
97
3.1.14
Verificación de Esfuerzos en el Suelo ................................................................ ................................................................
98
3.1.15
Verificación de Esfuerzos en las Zapatas .......................................................... ..........................................................
99
3.1.16
Diseño de Zapatas ........................................................................ ............................................................................................... .......................
3.1.17
Diseño de cimiento Corrido para Muro Portante…………………… Portante……………………............ ............ 101
100
4.
DISEÑO ESTRUCTURAL DE MÓDULOS PROPUESTOS. ................................... 102
4.1
DISEÑO ESTRUCTURAL MÓDULO ADMINISTRATIVO.................................... ADMINISTRATIVO.................................... 103
ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
3
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4.1.1
Descripción General de la Edificación .............................................................. 103
4.1.2
Cargas Verticales ................................................................................................. 104
4.1.3
Diseño Sísmico ..................................................................................................... 112
4.1.4
Combinación de Cargas ...................................................................................... 115
4.1.5
Modelo para el Análisis ...................................................................................... 115
4.1.6
Modos de vibración ............................................................................................. 116
4.1.7
Verificación de Desplazamientos....................................................................... 116
4.1.8
Fuerzas Globales .................................................................................................. 117
4.1.9
Diagrama de Momentos Flectores (ton-m) ....................................................... 118
4.1.10
Diagrama de Fuerzas Cortantes ......................................................................... 121
4.1.11
Distribución de refuerzos ................................................................................... 125
4.1.12
Diseño de Cimentaciones ................................................................................... 128
4.1.12.1 Introducción ........................................................................................................
128
4.1.12.2 Pre-dimensionamiento ....................................................................................
129
4.1.12.3 Verificación de esfuerzos ................................................................................
129
4.1.12.4 Verificación Por punzonamiento ...................................................................
130
4.1.13
Modelo para el análisis ....................................................................................... 131
4.1.14
Verificación de Esfuerzos en el Suelo ................................................................ 132
4.1.15
Verificación de Esfuerzos en las Zapatas .......................................................... 133
4.1.16
Diseño de Zapatas ............................................................................................... 134
4.1.17
Diseño de cimiento Corrido para Muro Portante………………………….. 135
5.
CONCLUSIONES…………………………………………………………………
ING. HUBER YARANGA
85
ANALISIS ESTRUCTURAL
4
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INDICE DE FIGURAS Figura 1: ETABS, Planta Módulo Modulo 01 Aula (Estructuración.)................................
19
Figura 2: ETABS, Isometrico Módulo 01 Aula …….............................................................
20
Figura 3: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje A……………………...........................
20
Figura 4: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje B…………………… .........................
21
Figura 5: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje C……………………….....................
21
Figura 6: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje D........................................................
22
Figura 7: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje E……….............................................
22
Figura 8: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje F……….............................................
23
Figura 9: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje G……….............................................
23
Figura 10: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje H……...............................................
24
Figura 11: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje I…….................................................
24
Figura 12: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje 3’-Volado……………......................
25
Figura 13 ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje 3……………………….......................
25
Figura 14: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje 1………………………......................
26
Figura 15: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje 1’-Volado……………......................
26
Figura 16: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje A………………….........................
27
Figura 17: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje B…………………...................... ...
27
Figura 18: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje C……………...……......................
28
Figura 19: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje D …………...…….........................
28
Figura 20: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje E……………...……....................
29
Figura 21: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje F……………...……....................
29
Figura 22: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje G……………...……....................
30
Figura 23: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje H…………...…….......................
30
ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
5
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Figura 24: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje I……………...……....................
31
Figura 25: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje 3- Volado…......…….....................
31
Figura 26: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje 3.……………...............................
32
Figura 27: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje 1. ………………..........................
32
Figura 28: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje 1-Volado. ……............................
33
Figura 29: Espectro Sistema Longitudinal X-X (Pórticos), Sistema Transversal Y-Y (Albañilería Confinada)………………………………………………………........................
35
Figura 30: ETABS, Modelo 3d Modulo Aula 1y2 para el Análisis. ...................................
37
Figura 31: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje A Modulo 01 Aula. ……........
39
Figura 32: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje B Modulo 01 Aula. …..........
40
Figura 33: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje C Modulo 01 A ula. ................
40
Figura 34: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje D Modulo 01 Aula. ................
41
Figura 35: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje E Modulo 01 Aula. ….........
41
Figura 36: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje F Modulo 01 Aula. …............
42
Figura 37: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje G Modulo 01 Aula. …............
42
Figura 38: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje H Modulo 01 A ula. …...........
43
Figura 39: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje I Modulo 01 Aula. …..............
43
Figura 40: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje 3 Modulo 01 Aula. .................
44
Figura 41: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje 2 Modulo 01 Aula. .................
44
Figura 42: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje 1 Modulo 01 Aula…..............
45
Figura 43: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje A Modulo 01 A ula. ...................
45
Figura 44: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje B Modulo 01 Aula ……...............
46
Figura 45: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje C Modulo 01 Aula …....................
46
Figura 46: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje D Modulo 01 Aula …................
47
Figura 47: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje E Modulo 01 Aula. …................
47
Figura 48: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje F Modulo 01 Aula. …................
48
Figura 49: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje G Modulo 01 Aula. ...................
48
ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
6
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Figura 50: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje H Modulo 01 Aula. ..................
49
Figura 51: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje I Modulo 01 A ula. .....................
49
Figura 52: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje 1 Modulo 01 Aula ….....................
50
Figura 53: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje 2 Modulo 01 Aula. ....................
50
Figura 54: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje 3 Modulo 01 Aula. ......................
51
Figura 55: ETABS, Refuerzos Eje A Módulo 01 Aula. ……………..………………….........
51
Figura 56: ETABS, Refuerzos Eje B Módulo 01 Aula. ….…….……………………….........
52
Figura 57: ETABS, Refuerzos Eje C Módulo 01 Aula. ….…….……………………….........
52
Figura 58: ETABS, Refuerzos Eje D Módulo 01 Aula .……...………………………….........
53
Figura 59: ETABS, Refuerzos Eje E Módulo 01 Aula. .. …….……………..…….…….........
53
Figura 60: ETABS, Refuerzos Eje F Módulo 01 Aula. .. …….……………..…….…….........
54
Figura 61: ETABS, Refuerzos Eje G Módulo 01 Aula. .. ……………………..…….….........
54
Figura 62: ETABS, Refuerzos Eje H Módulo 01 Aula. .. ……….…………..…….……........
55
Figura 63: ETABS, Refuerzos Eje I Módulo 01 Aula. .. …………..………..…….…….........
55
Figura 64: ETABS, Refuerzos Eje 1 Módulo 01 Aula. .. …………..………..…….…….........
56
Figura 65: ETABS, Refuerzos Eje 2 Módulo 01 Aula. ….………..………..…….……..........
56
Figura 66: ETABS, Refuerzos Eje 3 Módulo 01 Aula …... .………………..…….……..........
57
Figura 67: SAFE, Modelo Para Diseño y Analisis de Ciment, Modulo 01 Aula. ................
60
Figura 68: SAFE, Verificación de Presiones en Suelo, Modulo 01 Aula 2 (Kg/cm2).. …..
61
Figura 69: SAFE, Verificación de Esfuerzo en Zapatas, Modulo 01 Aula. ……..………...
62
Figura 70: SAFE, Calculo de Refuerzo en Zapatas, Modulo 01 Aula. ………...……..........
63
Figura 71: ETABS, Planta Módulo 02 Aula (Estructuración.) ........................................
66
Figura 72: ETABS, Isometrico Módulo 02 Aula …..............................................................
67
Figura 73: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje A …………………….........................
67
Figura 74: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje B…………………… .......................
68
Figura 75: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje C……..……………….....................
68
ING. HUBER YARANGA
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7
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Figura 76: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje D......................................................
69
Figura 77: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje E………............................................
69
Figura 78: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje 3’-Volado……………......................
70
Figura 79 ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje 3……………………….......................
70
Figura 80: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje 1………………………......................
71
Figura 81: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje 1’-Volado……………......................
71
Figura 82: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje A …………………..................... ....
72
Figura 83: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje B…………………...................... ...
72
Figura 84: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje C……………...……......................
73
Figura 85: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje D …………...…….........................
73
Figura 86: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje E……………...……....................
74
Figura 87: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje 3- Volado…......…….....................
74
Figura 88: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje 3.……………...............................
75
Figura 89: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje 1. ………………..........................
75
Figura 90: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje 1-Volado. ……............................
76
Figura 91: Espectro Sistema Longitudinal X-X (Pórticos), Sistema Transversal Y-Y (Albañilería Confinada)………………………………………………………........................
78
Figura 92: ETABS, Modelo 3d Modulo Aula 3 para el Análisis. ........................................
80
Figura 93: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje A Modulo 02 Aula. …............
82
Figura 94: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje B Modulo 02 Aula …..............
83
Figura 95: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje C Modulo 02 A ula …..........
83
Figura 96: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje D Modulo 02 Aula. ……........
84
Figura 97: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje E Modulo 02 Aula ….............
84
Figura 98: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje 3 Modulo 02 Aula. …..........
85
Figura 99: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje 2 Modulo 02 Aula …..............
85
Figura 100: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje 1 Modulo 02 Aula …............
86
Figura 101: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje A Modulo 02 Aula ................. .
86
ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
8
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Figura 102: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje B Modulo 02 Aula …….…........
87
Figura 103: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje C Modulo 02 Aula ............ .........
87
Figura 104: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje D Modulo 02 Aula ..................
88
Figura 105: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje E Modulo 02 Aula ...................
88
Figura 106: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje 1 Modulo 02 Aula. ....... ..............
89
Figura 107: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje 2 Modulo 02 Aula. .................
89
Figura 108: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje 3 Modulo 02 Aula. …................
90
Figura 109: ETABS, Refuerzos Eje A Módulo 02 Aula . …...…….…………………….........
90
Figura 110: ETABS, Refuerzos Eje B Módulo 02 Aula. ……..…..…………………….........
91
Figura 111: ETABS, Refuerzos Eje C Módulo 02 Aula. .. …..………………………….........
91
Figura 112: ETABS, Refuerzos Eje D Módulo 02 Aula. ... …….……………………….........
92
Figura 113: ETABS, Refuerzos Eje E Módulo 02 Aula. .. ……………...…..…….…….........
92
Figura 114: ETABS, Refuerzos Eje 1 Módulo 02 Aula. ... ….….…………..…….……..........
93
Figura 115: ETABS, Refuerzos Eje 2 Módulo 02 Aula. ... ….…….………..…….……..........
93
Figura 116: ETABS, Refuerzos Eje 3 Módulo 02 Aula. ……….…………..…….……..........
94
Figura 117: SAFE, Modelo Para Diseño y Analisis de Ciment, Modulo 02 Aula. ..............
97
Figura 118: SAFE, Verificación de Presiones en Suelo, Modulo 02 Aula (Kg/cm2) .. …..
98
Figura 119: SAFE, Verificación de Esfuerzo en Zapatas, Modulo 02 Aula … …………...
99
Figura 120: SAFE, Calculo de Refuerzo en Zapatas, Modulo 02 Aula .... ……….…..........
100
Figura 121: ETABS, Planta Modulo ADMINISTRATIVO (Estructuración). ……….........
103
Figura 122: ETABS, Isometrico Modulo Administrativo. ………………………..…..........
104
Figura 123: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje A. .....................................................
104
Figura 124: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje B. .....................................................
105
Figura 125: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje C. ...................................................
105
Figura 126: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje D. .....................................................
106
Figura 127: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje 3’-Volado. ......................................
106
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Figura 128: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje 3. ....................................................
107
Figura 129: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje 1. ......................................................
107
Figura 130: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje 1’ – Volado. ..................................
108
Figura 131: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje A. ............................................... 108 Figura 132: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje B. ...............................................
109
Figura 133: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje C. ...............................................
109
Figura 134: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje D. ............................................... 110 Figura 135: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje3-Volado. ................................... 110 Figura 136: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje3. ………........................................... 111 Figura 137: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje 1. .................................................
111
Figura 138: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje 1 - Volado...................................
112
Figura 139: Espectro Sistema Longitudinal X-X(Pórticos), Sistema Transversal YY(Albañilería Confinada)...........................................................................................................
114
Figura 140: ETABS, Modelo 3d Modulo Administrativo para el analisis...........................
115
Figura 141: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje A Modulo Administ. …......
118
Figura 142: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje B Modulo Administrativo...
118
Figura 143: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje C Modulo Administrativo...
119
Figura 144: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje D Modulo Administrativo...
119
Figura 145: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje 3 Modulo Administrativo. ...
120
Figura 146: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje 2 Modulo Administrativo. ...
120
Figura 147: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje 1 Modulo Administrativo. ...
121
Figura 148: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje A Módulo Administrativo.......
121
Figura 149: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje B Módulo Administrativo........
122
Figura 150: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje C Módulo Administrativo........
122
Figura 151: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje D Módulo Administrativo. .....
123
Figura 152: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje 1 Módulo Administrativo........
123
Figura 153: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje 2 Módulo Administrativo........
124
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Figura 154: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje 3 Módulo Administrativo........
124
Figura 155: ETABS, Refuerzos eje A Modulo Administrativo. …………………..............
125
Figura 156: ETABS, Refuerzos eje B Modulo Administrativo. …………………..............
125
Figura 157: ETABS, Refuerzos eje C Modulo Administrativo. …………………..............
126
Figura 158: ETABS, Refuerzos eje D Modulo Administrativo. …………………..............
126
7
Figura 159: ETABS, Refuerzos eje 1 Modulo Administrativo. …………………..............
127
Figura 160: ETABS, Refuerzos eje 2 Modulo Administrativo. …………………............
127
Figura 161: ETABS, Refuerzos eje 3 Modulo Administrativo. …………………............
128
Figura 162: SAFE, Modelo Para Diseño y Análisis de Cimentaciones, Modulo Administrativo........................................................................................................................... 131 Figura 163: SAFE, Verificación de Presiones en Suelo, Modulo Administrativo (Kg/cm2)……………………………………………………………………………………………………………………………………………
132
Figura 164: SAFE, Verificación de Esfuerzos en Zapatas, Modulo Administrativo........
133
Figura 165: SAFE, Calculo de Refuerzo en Zapata, Modulo Administrativo. ..................
134
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ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1: Datos para la Construcción del Espectro de Pseudo Aceleraciones ...................
34
Tabla 2: Combinación de Cargas ...........................................................................................
36
Tabla 3: Modos de Vibración. ................................................................................................
37
Tabla 4:
Desplazamiento X-X (Sistema Pórticos), desplazamiento Y-Y (Sistema
Albañilería Confinada) ...........................................................................................................
38
Tabla 5: Fuerzas Globales para escalar espectro de sismo. ................................................ 38 Tabla 6: Esfuerzo admisible versus módulo de balasto ...................................................... 58 Tabla 7: Datos para la Construcción del Espectro de Pseudo Aceleraciones ...................
77
Tabla 8: Combinación de Cargas .........................................................................................
79
Tabla 9: Modos de Vibración. ..............................................................................................
80
Tabla 10: Desplazamiento X-X (Sistema Pórticos), desplazamiento Y-Y (Sistema Albañilería Confinada) ...........................................................................................................
81
Tabla 11: Fuerzas Globales para escalar espectro de sismo. ..............................................
81
Tabla 12: Esfuerzo admisible versus módulo de balasto ....................................................
95
Tabla 13: Datos para la Construcción del Espectro de Pseudo Aceleraciones ..................
113
Tabla 14: Combinación de Cargas .........................................................................................
115
Tabla 15: Modos de Vibración. ..............................................................................................
116
Tabla 16: Desplazamiento X-X (Sistema Pórticos), desplazamiento Y-Y (Sistema Albañilería Confinada) ...........................................................................................................
116
Tabla 17: Fuerzas Globales para escalar espectro de sismo. ..............................................
117
Tabla 18: Esfuerzo admisible versus módulo de balasto ....................................................
129
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1. GENERALIDADES.
1.1 Introducción. El presente informe técnico, hace referencia al diseño y análisis estructural del proyecto “MEJORAMIENTO DE LOS SERVICIOS DE EDUCACIÓN INICIAL DE LA INSTITUCIÓN EDUCATIVA INICIAL N° 116, DISTRITO DE MARISCAL CÁCERES – HUANCAVELICA - HUANCAVELICA”. El proyecto en mención tiene contemplado la construcción de 3 módulos que brinden servicio de educación inicial en dicho Distrito, estos módulos son: modulo 01 Aula Pedagógica, (Consta de ambientes como: aula, SS.HH., deposito), modulo 02 Aula Pedagogica, (Consta de ambientes como: aula, SS.HH., deposito), modulo Administrativo (Consta de ambientes como: direccion, secretaria, deposito, SS.HH., topico). Todos los modulos son de un nivel con techos inclinados a dos aguas, la tipologia en planta es del tipo regular; el sistema estructural predominande en un sentido es del tipo porticos de concreto armado y para el otro sentido es de albañileria confinada. A nivel de cimentación el sistema es de zapatas aisladas para las columnas y cimientos corridos para los muros portantes y tabiquerias. A nivel de cimentacion el sistema es de zapatas aisladas y de cimientos corridos para las tabiquerias, las losas de los techos serán de losa aligerada en una dirección según se indican en planos del proyecto. Cada uno de los módulos señalados 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 VERSIÓN 15.2 El programa Etabs al igual que el Sap2000, pertenecen a la empresa CSI Computers & Structures, INC, apoyados en los sistemas operativos Windows 2000, Windows NT, Windows XP y W7 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
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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 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 14.2 El programa Safe al igual que el Sap2000, pertenece a la empresa CSI Computers & Structures, INC, apoyados en los sistemas operativos Windows 2000, Windows NT, Windows XP, W7 y W8. 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 esta 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
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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 Módulo de Elasticidad
: :
µ = 0.20 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/cm 2. f´c = 210.0 Kg/cm 2. f´c = 210.0 Kg/cm 2. f´c = 210.0 Kg/cm 2. f´c = 210.0 Kg/cm 2. f´c = 210.0 Kg/cm 2. f´c = 210.0 Kg/cm 2. f´c = 140.0 Kg/cm 2.
: : : :
f ‘m=65 kg/cm² E=500 x f ‘m v=0.25. 1800 kg/m3
:
fy =4200.0 Kg/cm 2.
Cimiento Corrido
Albañilería. Resistencia Mecánica del ladrillo Módulo de Elasticidad Módulo de Poisson cuantificado Peso Albañilería de unidades solidas
f´c = 140.0 Kg/cm 2.
1.7.2
1.7.3
Acero Corrugado
Acero Corrugado ASTM 615 Grado 60
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2. DISEÑO ESTRUCTURAL DE MÓDULOS PROPUESTOS.
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2.1 DISEÑO ESTRUCTURAL MÓDULO 01 AULA PEDAGOGICA
2.1.1 Descripción General de la Edificación MODULO 01 AULA PEDAGOGICA .- EL Modulo 01 contempla un área de 153.60m2 y 72.60ml de perímetro, el cual está constituido por un sistema estructural de pórticos de concreto armado para la dirección longitudinal (XX), y un sistema estructural de albañilería confinada para la dirección transversal (Y-Y), 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 tabiquerias, según se indican en planos. A continuación se muestra el proceso de cálculo de los elementos estructurales.
Figura 1: ETABS, Planta Módulo 01 Aula (Estructuración).
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Figura 2: ETABS, Isométrico Módulo 01 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. ING. HUBER YARANGA
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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.
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CM: EJE D
Figura 6: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje D. CM: EJE E
Figura 7: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje E.
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CM: EJE F
Figura 8: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje F. CM: EJE G
Figura 9: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje G.
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CM: EJE H
Figura 10: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje H. CM: EJE I
Figura 11: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje 1.
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CM: EJE 3’-VOLADO
Figura 12 : ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje 3’-Volado. CM: EJE 3
Figura 13: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje 3.
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CM: EJE 1
Figura 14: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje 1. CM: EJE 1’-VOLADO
Figura 15: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje 1’-Volado.
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CARGAS VIVAS EN TECHO (LIVE UP) LIVE UP : EJE A
Figura 16: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje A. LIVE UP : EJE B
Figura 17: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje B.
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LIVE UP : EJE C
Figura 18: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje C. LIVE UP : EJE D
Figura 19: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje D.
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LIVE UP : EJE E
Figura 20: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje E. LIVE UP : EJE F
Figura 21: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje F.
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LIVE UP : EJE G
Figura 22: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje G. LIVE UP : EJE H
Figura 23: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje H.
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LIVE UP : EJE I
Figura 24: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje I. LIVE UP : EJE 3-Volado
Figura 25 ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje 3-Volado.
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LIVE UP : EJE 3
Figura 26: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje 3. LIVE UP : EJE 1
Figura 27: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje 1.
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LIVE UP : EJE 1-Volado
Figura 28: 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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T a b l a 2 2 :
Tabla 1:Datos para la Construcción del Espectro de Pseudo Aceleraciones Descripcion Factor de zona Categoria de la edificacion Tipo de suelo Periodo fundamental Estructura Sistema Estructural Sistema Estructural
Simbolo Z U S Tp
R R
Tipo Zona 3 A Perfil Tipo S2
Regular Porticos Albañileria
Valor 0.35 1.5 1.15 0.6
8 3
Fuente:RNE
ING. HUBER YARANGA
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ESPECTRO DE RESPUESTA DE ACELERACIONES (MODULO 01 AULA PEDAGOGICA) PROYECTO: "MEJORAMIENTO DE LOS SERVICIOS DE EDUCACION INICIAL DE LA INSTITUCION EDUCATIVA INICIAL N° 116, DISTRITO DE MARISCAL CACERES - HUANCAVELICA - HUANCAVELICA". Determinación del Espectro de Aceleraciones: Zonificación, Condición Local y Uso: Factor de zona (MARISCAL CACERES - Zona 3) U= 1.50 A Edificación Esencial S= 1.15 Factor de suelo (S2) Tp(S)= 0.60 Define plataforma del espect ro Coeficiente de Reducción: Z=
Seudo Espectro de Aceleraciones en X-X
0.35
X-X:
R=
7.00
PORTICO (REGULAR)
Y-Y:
R=
3.00
ALBAÑILERIA (REGULAR) .
9.81
X-X: ZUSg/R=
0.846
Y-Y: ZUSg/R=
1.974
C=
< 2.5
Espectro de diseño. T(seg) X-X: 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
2.0 1.5 a S
1.0
Aceleración Espectral: g=
2.5
0.5
Gravedad
0.0 0.0
0.5
1.0
Coef. De amplificacion Sismic a 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
3.0
T (s)
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 a 2.5 S 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
T (s)
Figura 29: Espectro Sistema Longitudinal X-X (Pórticos), Sistema Transversal Y-Y (Albañilería Confinada)
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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
r 0.25
r i
m
r 0.75 i
i1
D 0.75 R
2
i 1
H
i 1 i
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
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
LIVE
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.
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Figura 30: ETABS, Modelo 3d Módulo 01 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 mas as rotacional
M ode
Period
UX
UY
UZ
SumUX
SumUY
SumUZ
RX
RY
RZ
1
0.244
99.8865
0.0000
0.0000
99.8865
0.0000
0.0000
0.0000
95.4578
0.1912
2
0.094
0.0000
92.3456
0.0000
99.8865
92.3456
0.0000
94.6723
0.0000
3
0.093
0.0000
0.8100
4.4431
99.9965
91.3478
0.0000
8.2726
1.7512
SumRX
SumRY
SumRZ
95.4578
95.7012
0.0070
0.1000
94.6723
95.7645
0.0470
96.6738
0.7961
95.3712
96.4567
Tabla 3: Modos de Vibración.
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 ING. HUBER YARANGA
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tanto para la dirección X-X (Sistema Porticos) los valores máximos son 0.0032 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
42
22.4
4.9
5.85
0.00055
PISO 1
Max Drift Y
SISMO DINAM. YY
24
13.1
4.9
5.85
PISO 1
Max Drift X
SISMO DINAM. XX
42
22.4
4.9
5.85
PISO 1
Max Drift Y
SISMO DINAM. YY
24
13.1
4.9
5.85
OK !!!
OK !!!
0.0032
0.0001
DriftY 0.0013 0.000003
0 PISO 1
0.00000
0 0.000011
0.0001
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:
80% V
V d i n a m i c o
Di r.
Z
U
C
S
R
Z UCS/R
P (t)
X
0.35
1.5
2.5
1.15
8
0.3173
168.2
15.80
22.53
Y
0.35
1.5
2.5
1.15
3
0.8463
168.2
42.05
53.45
estatico (t)
(t)
Tabla 5: Fuerzas Globales para escalar espectro de sismo. CALCULO DEL FACTOR DE ESCALA Tn
Peso total de la edificacion
168.2
Cortante en la base (sentido XX)
19.75
Cortante en la base (sentido YY)
52.56
Cortante en la base al 80% (XX)
15.80
Cortante en la base al 80% (YY)
42.05
Cortante en XX de Analisis Dinamico
22.53
Cortante en YY de Analisis Dinamico
53.45
Factor a escalar en XX
7.85
Factor a escalar en YY
7.87
Vx est 19.75 ton Vx din 22.53 ton Vx din. / Vx est. = 1.14 Configuración? REGULAR Cociente min. = 0.80 Factor (fx) = 0.70 SIN ESCALA
ING. HUBER YARANGA
Vy est 52.56 ton Vy din 53.45 ton Vy din. / Vy est. = 1.02 Configuración? REGULAR Cociente min. = 0.80 Factor (fy) = 0.79 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 31: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje A Módulo 01 Aula.
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Figura 32: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje B Módulo 01 Aula.
Figura 33: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje C Módulo 01 Aula.
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Figura 34: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje D Módulo 01 Aula.
Figura 35: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje E Módulo 01 Aula.
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Figura 36: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje F Módulo 01 Aula.
Figura 37: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje G Módulo 01 Aula.
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Figura 38: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje H Módulo 01 Aula.
Figura 39: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje I Módulo 01 Aula.
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Figura 40: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje 3 Módulo 01 Aula.
Figura 41: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje 2 Módulo 01 Aula.
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Figura 42: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje 1 Módulo 01 Aula.
2.1.10 Diagrama de Fuerzas Cortantes
Figura 43: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje A Módulo 01 Aula.
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Figura 44: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje B Módulo 01 Aula.
Figura 45: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje C Módulo 01 Aula.
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Figura 46: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje D Módulo 01 Aula.
Figura 47: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje E Módulo 01 Aula.
47
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Figura 48: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje F Módulo 01 Aula.
Figura 49: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje G Módulo 01 Aula.
48
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Figura 50: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje H Módulo 01 Aula.
Figura 51: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje I Módulo 01 Aula.
49
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Figura 52: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje 1 Módulo 01 Aula.
Figura 53: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje 2 Módulo 01 Aula.
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Figura 54: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje 3 Módulo 01 Aula.
2.1.11 Distribución de refuerzos
Figura 55: ETABS, Refuerzos eje A Módulo 01 Aula.
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Figura 56: ETABS, Refuerzos eje B Módulo 01 Aula.
Figura 57: ETABS, Refuerzos eje C Módulo 01 Aula.
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Figura 58: ETABS, Refuerzos eje D Módulo 01 Aula.
Figura 59: ETABS, Refuerzos eje E Módulo 01 Aula.
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Figura 60: ETABS, Refuerzos eje F Módulo 01 Aula.
Figura 61: ETABS, Refuerzos eje G Módulo 01 Aula.
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Figura 62: ETABS, Refuerzos eje H Módulo 01 Aula.
Figura 63: ETABS, Refuerzos eje I Módulo 01 Aula.
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Figura 64: ETABS, Refuerzos eje 1 Módulo 01 Aula.
Figura 65: ETABS, Refuerzos eje 2 Módulo 01 Aula.
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Figura 66: ETABS, Refuerzos eje 3 Módulo 01 Aula.
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.
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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. 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 0.65 1.55 3.19 2.85 5.70 0.30 0.78 1.60 3.28 2.90 5.80 0.35 0.91 1.65 3.37 2.95 5.90 0.40 1.04 1.70 3.46 3.00 6.00 0.45 1.17 1.75 3.55 3.05 6.10 0.50 1.30 1.80 3.64 3.10 6.20 0.55 1.39 1.85 3.73 3.15 6.30 0.60 1.48 1.90 3.82 3.20 6.40 0.65 1.57 1.95 3.91 3.25 6.50 0.70 1.66 2.00 4.00 3.30 6.60 0.75 1.75 2.05 4.10 3.35 6.70 0.80 1.84 2.10 4.20 3.40 6.80 0.85 1.93 2.15 4.30 3.45 6.90 0.90 2.02 2.20 4.40 3.50 7.00 0.95 2.11 2.25 4.50 3.55 7.10 1.00 2.20 2.30 4.60 3.60 7.20 1.05 2.29 2.35 4.70 3.65 7.30 1.10 2.38 2.40 4.80 3.70 7.40 1.15 2.47 2.45 4.90 3.75 7.50 1.20 2.56 2.50 5.00 3.80 7.60 1.25 2.65 2.55 5.10 3.85 7.70 1.30 2.74 2.60 5.20 3.90 7.80 1.35 2.83 2.65 5.30 3.95 7.90 1.40 2.92 2.70 5.40 4.00 8.00 1.45 3.01 2.75 5.50 1.50 3.10 2.80 5.60
4 Universidad Politécnica Politécnica de Cataluña, Barcelona- España. 1993 (Autor Nelson Morrison). Morrison). Tesis de maestría “Interacción Suelo-Estructuras: Semi-espacio de Winkler”. ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
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“MEJORAMIENTO DE LOS SERVICIOS DE EDUCACIÓN INICIAL DE LA INSTITUCIÓN EDUCATIVA INICIAL N° 116, DISTRITO DE MARISCAL CÁCERES – HUANCAVELICA - HUANCAVELICA”
1
P
e
6
1 S L
2
L
P
1 S L
6
e
L
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 q
F
V U
q 3 q X 4 q
2
1
S L
2
ØV ØV C
0.850.27
C
0.850.53 1
@
2
d 2 b0
bc
2
C d
f
C
b d 0
'
f C b0 d
ØV C C
0.85
f C 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.
Shear Ratio
vu Øv
V
máx
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 ecuaciones en el sistema Inglés son:
2
4
f ' c
d mín 2 s f ' c
v c
b
o
.....(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
s
Para Columnas Interiores. Interiores.
30 Para Columnas Laterales. Laterales.
20 Para Columnas Esquineras. Esquineras. 20 Para Columnas ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
59
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2.1.13 Modelo para el análisis
Figura 67: SAFE, Modelo Para Diseño y Análisis de Cimentaciones, Módulo 01 Aula. ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
60
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2.1.14 Verificación de Esfuerzos en el Suelo
Figura 68: SAFE, Verificación de Presiones en Suelo, Módulo 01 Aula (kg/cm2). ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
61
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2.1.15 Verificación de Esfuerzos en las Zapatas
Figura 69: SAFE, Verificación de Esfuerzos en Zapatas, Módulo 01 Aula. ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
62
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2.1.16 Diseño de Zapatas
Figura 70: SAFE, Cálculo de Refuerzo en Zapatas, Módulo 01 Aula. ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
63
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2.1.17 Diseño de Cimiento Corrido para Muro Portante DISEÑO DE CIMIENTO CORRIDO (MODULO 01 AULA PEDAGOGICA) METRADO DE CARGAS
E lemento
N ° Pisos
Longitud (m)
A lto (m )
A ncho (m)
A rea Tributaria (m2)
P eso Especifico (K g/ m3) S obrecarga (K g/ m2)
Losa aligerada (e=0.17m)
1
1
-
-
3.1
Viga solera
1
1
0.45
0.25
-
2400
-
270
Muro
1
1
4
0.25
-
1800
-
1800
Sobrecimiento
1
1
0.45
0.25
-
2400
-
270
Sobrecarga
1
1
-
-
3.1
280
50
P arcial (K g)
868
155 447
Cimiento TOTAL
3810
ANCHO DE LA CIMENTACION
Peso Total
3810
Kg
Capacidad Portante
1.12
Kg/cm2
Profundidad de desplante
0.9
mt
ING. HUBER YARANGA
B=
34.02 cm
Usamos
50.00 cm
ANALISIS ESTRUCTURAL
64
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3. DISEÑO ESTRUCTURAL DE MÓDULOS PROPUESTOS.
ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
65
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3.1 DISEÑO ESTRUCTURAL MÓDULO 02 AULA PEDAGÓGICA
3.1.1 Descripción General de la Edificación MODULO 02 AULA PEDAGÓGICA .- EL Modulo 02 contempla un área de 76.80m2 y 36.30ml de perímetro, el cual está constituido por un sistema estructural de pórticos de concreto armado para la dirección longitudinal (XX), y un sistema estructural de albañilería confinada para la dirección transversal (Y-Y), 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 tabiquerias, según se indican en planos. A continuación se muestra el proceso de cálculo de los elementos estructurales.
Figura 71 ETABS, Planta Módulo 02 Aula (Estructuración).
ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
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Figura 72: ETABS, Isométrico Módulo 02 Aula.
3.1.2 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 73: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje A. ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
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CM: EJE B
Figura 74: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje B. CM: EJE C
Figura 75: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje C.
ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
68
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CM: EJE D
Figura 76: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje D. CM: EJE E
Figura 77: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje E. ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
69
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CM: EJE 3’-VOLADO
Figura 78 : ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje 3’-Volado. CM: EJE 3
Figura 79: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje 3.
ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
70
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CM: EJE 1
Figura 80: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje 1. CM: EJE 1’-VOLADO
Figura 81: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje 1’-Volado.
ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
71
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CARGAS VIVAS EN TECHO (LIVE UP) LIVE UP : EJE A
Figura 82: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje A. LIVE UP : EJE B
Figura 83: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje B.
ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
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LIVE UP : EJE C
Figura 84: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje C. LIVE UP : EJE D
Figura 85: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje D. ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
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LIVE UP : EJE E
Figura 86: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje E. LIVE UP : EJE 3-Volado
Figura 87: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje 3-Volado.
ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
74
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LIVE UP : EJE 3
Figura 88: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje 3. LIVE UP : EJE 1
Figura 89: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje 1.
ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
75
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LIVE UP : EJE 1-Volado
Figura 90: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje 1-Volado.
3.1.3 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
ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
76
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T a b l a 2 2 :
Tabla 7:Datos para la Construcción del Espectro de Pseudo Aceleraciones De scripcion Factor de zona Categoria de la edificacion Tipo de suelo Periodo funda mental Estructura Sistema Estructura l Sistema Estructura l
Simbolo Z U S Tp
R R
Tipo Zona 3 A Perfil Tipo S2
Regular Porticos Albañileria
Valor 0 .3 5 1 .5 1 .1 5 0 .6
8 3
Fuente:RNE
ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
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ESPECTRO DE RESPUESTA DE ACELERACIONES (MODULO 02 AULA PEDAGOGICA) PROYECTO: "MEJORAMIENTO DE LOS SERVICIOS DE EDUCACION INICIAL DE LA INSTITUCION EDUCATIVA INICIAL N° 116, DISTRITO DE MARISCAL CACERES - HUANCAVELICA - HUANCAVELICA". Determinación del Espectro de Aceleraciones: Zonificación, Condición Local y Uso: Factor de zona (MARISCAL CACERES - Zona 3) A Edificación Esencial U= 1.50 Factor de suelo (S2) S= 1.15 Define plataforma del espect ro Tp(S)= 0.60 Coeficiente de Reducción: Z=
X-X: Y-Y: Y-Y:
R= R=
7.00 3.00
PORTICO (REGULAR)
0.846
Y-Y: Y-Y: ZUSg/R= ZUSg/R=
1.974
C=
< 2.5
Espectro de diseño. X-X: T (se g) 0.01 0 0.10 0 0.20 0 0.30 0 0.40 0 0.50 0 0.60 0 0.70 0 0.80 0 0.90 0 1.00 0 1.10 0 1.20 0 1.30 0 1.40 0 1.50 0 1.60 0 1.70 0 1.80 0 1.90 0 2.00 0 2.10 0 2.20 0 2.30 0 2.40 0 2.50 0
2.0 1.5
ALBAÑILERIA (REGULAR) .
1.0 0.5
9.81 Gravedad
X-X: ZUSg/R=
2.5
a S
Aceleración celer ación Espectral: g=
Seudo Espectro de Aceleraciones Aceleraciones en X -X
0.35
0.0 0.0
0.5
1 .0
Coef. Coef. De amplificacion Sismica 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: Y-Y: T (se g)
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
3.0
T (s)
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 Acele Aceleraciones raciones en Y-Y 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 a 2.5 S 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 0.0
0 .5
1.0
1. 5
2.0
2.5
3.0
T (s)
Figura 91: Espectro Sistema Longitudinal X-X (Pórticos), (Pórticos), Sistema Transversal Transversal Y-Y (Albañilería Confinada)
ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
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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
r 0.25
r i
m
r 0.75 i
i1
D 0.75 R
2
i 1
H
i 1 i
3.1.4 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 aplicadas a la edificación, LIVE denota cargas vigas de entrepiso, LIVE UP denota cargas vigas en azotea, Sx y Sy efectos de sismo. Combi na ci ón
1 2 3 4 5 6 7
DEAD
CM
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
LIVE
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 8: Tabla 2 :Combinación de Cargas
3.1.5 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.
ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
79
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Figura 92: ETABS, Modelo 3d Módulo 02 Aula para el Análisis.
3.1.6 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. Tabla 9: Modos de Vibración. %Participacion de masas traslacional
%Participacion de masa s rotacional
M ode
Period
UX
UY
UZ
SumUX
SumUY
SumUZ
RX
RY
1
0.281
99.9900
0.0001
0.0002
99.9900
0.0001
0.0002
0.0000
23.9400
0.1900
0.0000
23.9400
0.1900
2
0.069
0.0007
90.7200
0.0017
99.9900
90.7200
0.0017
34.7600
0.1300
5.4200
34.7600
24.0700
5.6100
3
0.057
0.0001
4.6800
0.0257
1.0000
95.4000
2.7400
7.4800
6.0500
30.9400
42.2400
30.1200
36.5500
ING. HUBER YARANGA
RZ
SumRX
ANALISIS ESTRUCTURAL
SumRY
SumRZ
80
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3.1.7 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
59
1.05
4.9
5.85
0.000722
PISO 1
Max Drift Y
SISMO DINAM. YY
60
2.95
4.9
5.85
PISO 1
Max Drift X
SISMO DINAM. XX
59
1.05
4.9
5.85
PISO 1
Max Drift Y
SISMO DINAM. YY
60
2.95
4.9
5.85
OK !!!
OK !!!
0.0042
0.0001
DriftY 0.0013 0.00010
0.0001 PISO 1
0.00000
0 0
0
Tabla 10: Desplazamiento X-X (Sistema Pórticos), desplazamiento YY (Sistema Albañilería Confinada) 3.1.8 Fuerzas Globales Empleando las expresiones de la norma E030 para el análisis sísmico con fuerzas estáticas equivalentes, se tiene: Di r .
Z
U
C
S
R
Z UCS/R
X
0.35
1.5
2.5
1.15
8
0.1652
Y
0.35
1.5
2.5
1.15
3
0.4406
P (t)
80% V
V d i n a m i c o
estatico (t)
(t)
87.58
6.46
12
87.58
22.39
27.3
Tabla 11: Fuerzas Globales para escalar espectro de sismo. CALCULO DEL FACTOR DE ESCALA Tn
Peso total de la edificacion Cortante en la base (sentido XX)
8.07
Cortante en la base (sentido YY)
27.99
Cortante en la base al 80% (XX)
6.46
Cortante en la base al 80% (YY)
22.39
Cortante en XX de Analisis Dinamico
12.00
Cortante en YY de Analisis Dinamico
27.30
Vx est 8.07 ton Vx din 12.00 ton Vx din. / Vx est. = 1.49 Configuración? REGULAR L Cociente min. = 0.80 a Factor (fx) = 0.54 SIN ESCALA ING. HUBER YARANGA
87.58
Vy est 27.99 ton Vy din 27.30 ton Vy din. / Vy est. = 0.98 Configuración? REGULAR Cociente min. = 0.80 Factor (fy) = 0.82 SIN ESCALA ANALISIS ESTRUCTURAL
81
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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
3.1.9 Diagrama de Momentos Flectores (ton-m)
Figura 93: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje A Módulo 02 Aula.
ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
82
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Figura 94: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje B Módulo 02 Aula.
F Figura 95: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje C Módulo 02 Aula. ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
83
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Figura 96: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje D Módulo 02 Aula.
Figura 97: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje E Módulo 02 Aula. ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
84
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Figura 98: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje 3 Módulo 02 Aula.
Figura 99: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje 2 Módulo 02 Aula.
ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
85
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Figura 100: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje 1 Módulo 02 Aula.
3.1.10 Diagrama de Fuerzas Cortantes
Figura 101: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje A Módulo 02 Aula.
ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
86
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Figura 102: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje B Módulo 02 Aula.
Figura 103: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje C Módulo 02 Aula.
ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
87
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Figura 104: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje D Módulo 02 Aula.
Figura 105: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje E Módulo 02 Aula.
88
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Figura 106: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje 1 Módulo 02 Aula.
Figura 107: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje 2 Módulo 02 Aula.
89
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Figura 108: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje 3 Módulo 02 Aula.
3.1.11 Distribución de refuerzos
Figura 109: ETABS, Refuerzos eje A Módulo 02 Aula.
ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
90
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Figura 110: ETABS, Refuerzos eje B Módulo 02 Aula.
Figura 111: ETABS, Refuerzos eje C Módulo 02 Aula.
ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
91
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Figura 112: ETABS, Refuerzos eje D Módulo 02 Aula.
Figura 113: ETABS, Refuerzos eje E Módulo 02 Aula.
ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
92
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Figura 114: ETABS, Refuerzos eje 1 Módulo 02 Aula.
Figura 115: ETABS, Refuerzos eje 2 Módulo 02 Aula.
ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
93
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Figura 116: ETABS, Refuerzos eje 3 Módulo 02 Aula.
3.1.13 Diseño de Cimentaciones 3.1.13.1 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.
3.1.13.2 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
ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
94
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las dimensiones de las cimentaciones, teniendo como primera etapa el pre-dimensionamiento correspondiente.
3.1.13.3 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. Tabla 12: 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 0.65 1.55 3.19 2.85 5.70 0.30 0.78 1.60 3.28 2.90 5.80 0.35 0.91 1.65 3.37 2.95 5.90 0.40 1.04 1.70 3.46 3.00 6.00 0.45 1.17 1.75 3.55 3.05 6.10 0.50 1.30 1.80 3.64 3.10 6.20 0.55 1.39 1.85 3.73 3.15 6.30 0.60 1.48 1.90 3.82 3.20 6.40 0.65 1.57 1.95 3.91 3.25 6.50 0.70 1.66 2.00 4.00 3.30 6.60 0.75 1.75 2.05 4.10 3.35 6.70 0.80 1.84 2.10 4.20 3.40 6.80 0.85 1.93 2.15 4.30 3.45 6.90 0.90 2.02 2.20 4.40 3.50 7.00 0.95 2.11 2.25 4.50 3.55 7.10 1.00 2.20 2.30 4.60 3.60 7.20 1.05 2.29 2.35 4.70 3.65 7.30 1.10 2.38 2.40 4.80 3.70 7.40 1.15 2.47 2.45 4.90 3.75 7.50 1.20 2.56 2.50 5.00 3.80 7.60 1.25 2.65 2.55 5.10 3.85 7.70 1.30 2.74 2.60 5.20 3.90 7.80 1.35 2.83 2.65 5.30 3.95 7.90 1.40 2.92 2.70 5.40 4.00 8.00 1.45 3.01 2.75 5.50 1.50 3.10 2.80 5.60
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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ANALISIS ESTRUCTURAL
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1
P
6
1 S L
e 2
L
P
1 S L
6
e
L
3.1.13.4 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
F
V U
q 3 q X 4
2
1
S L
2
ØV ØV C
0.850.27
C
0.850.53 1
2
d 2 b0
@
bc
2
C d
f
C
b d 0
'
f C b0 d
ØV C
0.85
f C 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.
hear Ratio
vu Øv
V
máx
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 f ' c
v c
b
o
.....(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
s
Para Columnas Interiores.
30 Para Columnas Laterales.
20 Para Columnas Esquineras. ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
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3.1.14 Modelo para el análisis
Figura 117: SAFE, Modelo Para Diseño y Análisis de Cimentaciones, Módulo 02 Aula.
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97
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3.1.15 Verificación de Esfuerzos en el Suelo
Figura 118: SAFE, Verificación de Presiones en Suelo, Módulo 02 Aula (kg/cm2).
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ANALISIS ESTRUCTURAL
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3.1.16 Verificación de Esfuerzos en las Zapatas
Figura 119: SAFE, Verificación de Esfuerzos en Zapatas, Módulo 02 Aula.
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ANALISIS ESTRUCTURAL
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3.1.17 Diseño de Zapatas
Figura 120: SAFE, Cálculo de Refuerzo en Zapatas, Módulo 02 Aula.
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ANALISIS ESTRUCTURAL
100
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3.1.17 Diseño de Cimiento Corrido para Muro Portante DISEÑO DE CIMIENTO CORRIDO (MODULO 02 AULA PEDAGOGICA) METRADO DE CARGAS
E lemento
Losa aligerada (e=0.17m) Viga solera
N ° Pisos
Longitud (m)
A lto (m )
A ncho (m)
A rea Tributaria (m2)
1
1
-
-
3.1
280
868
-
2400
-
270
1
1
0.45
0.25
P eso Especifico (K g/ m3) S obrecarga (K g/ m2)
P arcial (K g)
Muro
1
1
4
0.25
-
1800
-
1800
Sobrecimiento
1
1
0.45
0.25
-
2400
-
270
Sobrecarga
1
1
-
-
3.1
50
155
TOTAL
3810
447
Cimiento
ANCHO DE LA CIMENTACION
Peso Total
3810
Kg
Capacidad Portante
1.12
Kg/cm2
Profundidad de desplante
0.9
mt
ING. HUBER YARANGA
B=
34.02 cm
Usamos
50.00 cm
ANALISIS ESTRUCTURAL
101
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4. DISEÑO ESTRUCTURAL DE MÓDULOS PROPUESTOS.
ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
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4.1 DISEÑO ESTRUCTURAL MÓDULO ADMINISTRATIVO
4.1.1 Descripción General de la Edificación MODULO ADMINISTRATIVO.- EL Modulo Administrativo contempla un área de 71.28m2 y 36.31ml 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 (Y-Y), 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 tabiquerias, según se indican en planos. A continuación se muestra el proceso de cálculo de los elementos estructurales.
Figura 121: ETABS, Planta Módulo ADMINISTRATIVO (Estructuración).
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ANALISIS ESTRUCTURAL
103
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Figura 122: ETABS, Isométrico Módulo Administrativo.
4.1.2 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 123: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje A. ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
104
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CM: EJE B
Figura 124: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje B. CM: EJE C
Figura 125: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje C.
ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
105
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CM: EJE D
Figura 126: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje D. CM: EJE 3’-VOLADO
Figura 127: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje 3’-Volado.
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ANALISIS ESTRUCTURAL
106
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CM: EJE 3
Figura 128: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje 3. CM: EJE 1
Figura 129: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje 1.
ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
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CM: EJE 1’-VOLADO
Figura 130: ETABS, CM (Carga Muerta en vigas), Eje 1’-Volado. CARGAS VIVAS EN TECHO (LIVE UP) LIVE UP : EJE A
Figura 131: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje A.
ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
108
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LIVE UP : EJE B
Figura 132: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje B. LIVE UP : EJE C
Figura 133: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje C.
ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
109
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LIVE UP : EJE D
Figura 134: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje D. LIVE UP : EJE 3-Volado
Figura 135: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje 3-Volado.
ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
110
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LIVE UP : EJE 3
Figura 136: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje 3. LIVE UP : EJE 1
Figura 137: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje 1.
ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
111
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LIVE UP : EJE 1-Volado
Figura 138: ETABS, LIVE UP (Carga Viva en vigas), Eje 1-Volado.
4.1.3 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.030-2014. 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
ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
112
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T a b l a 2 2 :
Tabla 13:Datos para la Construcción del Espectro de Pseudo Aceleraciones Descripcion Factor de zona Categoria de la edificacion Tipo de suelo Periodo fundamental Estructura Sistema Estructural Sistema Estructural
Simbolo Z U S Tp
R R
Tipo Zona 3 A Perfil Tipo S2
Regular Porticos Albañileria
Valor 0.35 1.5 1.15 0.6
8 3
Fuente:RNE
ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
113
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ESPECTRO DE RESPUESTA DE ACELERACIONES (MODULO ADMINISTRATIVO) PROYECTO: "MEJORAMIENTO DE LOS SERVICIOS DE EDUCACION INICIAL DE LA INSTITUCION EDUCATIVA INICIAL N° 116, DISTRITO DE MARISCAL CACERES - HUANCAVELICA - HUANCAVELICA". Determinación del Espectro de Aceleraciones: Zonificación, Condición Local y Uso: Z=
0.35
Factor de zona (MARISCAL CACERES - Zona 3)
U=
1.50
A Edificación Esencial
S=
1.15
Factor de suelo (S2)
Seudo Espectro de Aceleraciones en X-X 2.5
Define plataforma del espectro Coeficiente de Reducción: Tp(S)=
0.60
X-X:
R=
7.00
PORTICO (IRREGULAR)
Y-Y:
R=
3.00
ALBAÑILERIA (IRREGULAR) .
2.0 1.5 a S
1.0
Aceleración Espectral: g=
0.5
9.81 Gravedad
X-X: ZUSg/R=
0.846
Y-Y: ZUSg/R=
1.974
C=
< 2.5
Espectro de diseño. T(seg) X-X: 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
0.0 0.0
0.5
1.0
Coef. De amplificacion Sismica
C 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
Sa Y-Y: T(seg) 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
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
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
1.5 T (s)
2.0
2.5
3.0
Seudo Espectro de Aceleraciones en Y-Y 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 a 2.5 S 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 0.0
0.5
1.0
1.5 T (s)
2.0
2.5
3.0
Figura 139: Espectro Sistema Longitudinal X-X (Pórticos), Sistema Transversal Y-Y (Albañilería Confinada) 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
r 0.25
i1
ING. HUBER YARANGA
r i
m
r
0.75
i 1
i
2
D 0.75 R
H
i 1 i
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114
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4.1.4 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
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
LIVE
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 14: Combinación de Cargas
4.1.5 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.
Figura 140: ETABS, Modelo 3d Módulo AULA para el Análisis.
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115
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4.1.6 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 mas as rotacional
Mode
Period
UX
UY
UZ
SumUX
SumUY
SumUZ
RX
RY
RZ
SumRX
SumRY
SumRZ
1
0.281
0.9999
0.0000
0.0000
0.9999
0.0000
0.0000
0.0000
0.2389
0.0019
0
0.2389
0.0019
2
0.068
0.0000
0.9432
0.0002
0.9999
0.9432
0.0002
0.3904
0.0006
0.0068
0.3904
0.2395
0.0087
3
0.06
0.0001
0.0059
0.0052
1.0000
0.9492
0.0054
0.0027
0.078
0.3659
0.3932
0.3175
0.3746
Tabla 15: Modos de Vibración.
4.1.7 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 0.0044 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
11
10.5
PISO 1
Max Drift Y
SISMO DINAM. YY
59
0.00
4.91
5.85
0.000754
4.91
5.85
PISO 1
Max Drift X
SISMO DINAM. XX
60
3.35
4.91
5.85
PISO 1
Max Drift Y
SISMO DINAM. YY
11
10.5
4.91
5.85
OK !!!
OK !!!
0.0044
0.001
DriftY 0.0044 0.000006
0 PISO 1
0.00000
0 0.000095
0.001
Tabla 16: Desplazamiento X-X (Sistema Pórticos), desplazamiento Y-Y (Sistema Albañilería Confinada)
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4.1.8 Fuerzas Globales Empleando las expresiones de la norma E030 - 2014 para el análisis sísmico con fuerzas estáticas equivalentes, se tiene: Di r .
Z
U
C
S
R
Z UCS/R
X
0.35
1.5
2.5
1.15
8
0.1557
Y
0.35
1.5
2.5
1.15
3
0.4152
P (t)
80% V
V d i n a m i c o
estatico (t)
(t)
82.53
6.17
11.46
82.53
21.38
26.48
Tabla 17: Fuerzas Globales para escalar espectro de sismo. CALCULO DEL FACTOR DE ESCALA Tn
Peso total de la edificacion
82.53
Cortante en la base (sentido XX)
7.71
Cortante en la base (sentido YY)
26.73
Cortante en la base al 80% (XX)
6.17
Cortante en la base al 80% (YY)
21.38
Cortante en XX de Analisis Dinamico
11.46
Cortante en YY de Analisis Dinamico
26.48
Vx est 7.71 ton Vx din 11.46 ton Vx din. / Vx est. = 1.49 Configuración? REGULAR Cociente min. = 0.80 Factor (fx) = 0.54 SIN ESCALA
Vy est 26.73 ton Vy din 26.48 ton Vy din. / Vy est. = 0.99 Configuración? REGULAR Cociente min. = 0.80 Factor (fy) = 0.81 SIN ESCALA
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.
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4.1.9 Diagrama de Momentos Flectores (ton-m)
Figura 141: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje A Módulo Administrativo.
Figura 142: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje B Módulo Administrativo.
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Figura 143: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje C Módulo Administrativo.
Figura 144: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje D Módulo Administrativo.
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Figura 145: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje 3 Módulo Administrativo.
Figura 146: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje 2 Módulo Administrativo.
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Figura 147: ETABS, Diagrama de Momentos Flectores eje 1 Módulo Administrativo.
4.1.10 Diagrama de Fuerzas Cortantes
Figura 148: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje A Módulo Administrativo.
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Figura 149: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje B Módulo Administrativo.
Figura 150: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje C Módulo Administrativo.
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Figura 151: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje D Módulo Administrativo.
Figura 152: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje 1 Módulo Administrativo.
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Figura 153: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje 2 Módulo Administrativo.
Figura 154: ETABS, Diagrama de Fuerzas Cortantes eje 3 Módulo Administrativo.
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4.1.11 Distribución de refuerzos
Figura 155: ETABS, Refuerzos eje A Módulo Administrativo.
Figura 156: ETABS, Refuerzos Refuerzos eje B Módulo Administrativo.
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Figura 157: ETABS, Refuerzos eje C Módulo Administrativo.
Figura 158: ETABS, Refuerzos eje D Módulo Administrativo.
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Figura 159: ETABS, Refuerzos eje 1 Módulo Administrativo.
Figura 160: ETABS, Refuerzos eje 2 Módulo Administrativo.
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Figura 161: ETABS, Refuerzos eje 3 Módulo Administrativo.
4.1.12 Diseño de Cimentaciones 4.1.12.1 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.
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4.1.12.2 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. 4.1.12.3 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. Tabla 18: 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 0.65 1.55 3.19 2.85 5.70 0.30 0.78 1.60 3.28 2.90 5.80 0.35 0.91 1.65 3.37 2.95 5.90 0.40 1.04 1.70 3.46 3.00 6.00 0.45 1.17 1.75 3.55 3.05 6.10 0.50 1.30 1.80 3.64 3.10 6.20 0.55 1.39 1.85 3.73 3.15 6.30 0.60 1.48 1.90 3.82 3.20 6.40 0.65 1.57 1.95 3.91 3.25 6.50 0.70 1.66 2.00 4.00 3.30 6.60 0.75 1.75 2.05 4.10 3.35 6.70 0.80 1.84 2.10 4.20 3.40 6.80 0.85 1.93 2.15 4.30 3.45 6.90 0.90 2.02 2.20 4.40 3.50 7.00 0.95 2.11 2.25 4.50 3.55 7.10 1.00 2.20 2.30 4.60 3.60 7.20 1.05 2.29 2.35 4.70 3.65 7.30 1.10 2.38 2.40 4.80 3.70 7.40 1.15 2.47 2.45 4.90 3.75 7.50 1.20 2.56 2.50 5.00 3.80 7.60 1.25 2.65 2.55 5.10 3.85 7.70 1.30 2.74 2.60 5.20 3.90 7.80 1.35 2.83 2.65 5.30 3.95 7.90 1.40 2.92 2.70 5.40 4.00 8.00 1.45 3.01 2.75 5.50 1.50 3.10 2.80 5.60
4 Universidad Politécnica de Cataluña, Barcelona- España. 1993 (Autor Nelson Morrison). Tesis de maestría “Interacción Suelo-Estructuras: Semi-espacio de Winkler”. ING. HUBER YARANGA
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q
1
P
6
1
e
q
2
S L
L
P
1
6
S L
e
L
4.1.12.4 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
F
V U
q 3 q X 4
2
1
S L
2
ØV ØV C
0.850.27
C
0.850.53 1
2
d 2 b0
@
2
bc
2
C d
f
C
b d
'
f C b0 d
ØV C
0.85
'
f C 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.
hear Ratio
vu Øv
V
máx
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 f ' c
v
b
c
.....(ACI 11.12.2.1)
o
4
' 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 ubic ación de la sección crítica.
40
s
Para Columnas Interiores.
30 Para Columnas Laterales.
20 Para Columnas Esquineras. ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
130
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4.1.13 Modelo para el análisis
Figura 162: SAFE, Modelo Para Diseño y Análisis de Cimentaciones, Módulo Administrativo. ING. HUBER YARANGA
ANALISIS ESTRUCTURAL
131
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4.1.14. Verificación de Esfuerzos en el Suelo
Figura 163: SAFE, Verificación de Presiones en Suelo, Módulo Administrativo (kg/cm2).
ING. HUBER YARANGA
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132
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4.1.15 Verificación de Esfuerzos en las Zapatas
Figura 164: SAFE, Verificación de Esfuerzos en Zapatas, Módulo Administrativo.
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4.1.16 Diseño de Zapatas
Figura 165: SAFE, Cálculo de Refuerzo en Zapatas, Módulo Aministrativo.
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3.1.17 Diseño de Cimiento Corrido para Muro Portante DISEÑO DE CIMIENTO CORRIDO (ADMINISTRATIVO) METRADO DE CARGAS
E lemento
N ° Pisos
Longitud (m)
Losa aligerada (e=0.17m)
1
1
Viga solera
1
1
A lto (m )
A ncho (m)
A rea Tributaria (m2)
-
-
3.1
0.45
0.25
-
P eso Especifico (K g/ m3) S obrecarga (K g/ m2)
280 -
270
-
1800
1
1
4
0.25
-
1800
Sobrecimiento
1
1
0.45
0.25
-
2400
1
1
-
-
3.1
868
2400
Muro Sobrecarga
P arcial (K g)
-
270
50
155
TOTAL
3810
447
Cimiento
ANCHO DE LA CIMENTACION
Peso Total
3810
Kg
Capacidad Portante
1.12
Kg/cm2
Profundidad de desplante
0.9
mt
ING. HUBER YARANGA
B=
34.02 cm
Usamos
50.00 cm
ANALISIS ESTRUCTURAL
135