MEMORIA TÉCNICA DE CÁLCULO RESIDENCIA WOLF REYES TUMBACO-PICHINCHA
MAYO 2017
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1. GENERAL Se ha realizado el respectivo análisis y diseño estructural de la residencia Wolf Reyes, la misma se encuentra diseñado con 3 losas en concreto c oncreto reforzado, la primera a un nivel +3.32 con una parte metálica con viga principal de alma llena, ll ena, vigas secundarias por perfiles !" y una losa dec# con Steel panel de $.%&mm en '2cm de altura total, la segunda losa se encuentra a un nivel de +%.22 en concreto reforzado y la (ltima losa de cu)ierta a un nivel +*.$2 de igual forma en concreto reforzado.
2. GEOMETRÍA Y DESCRIPCIÓN DE LA ESTRUCTURA a estructura tiene un área total de construccin de -$&.$m2 aproimadamente, aproimadamente, está diseñada en concreto reforzado con un f/c de 2'$#g0cm2, se encuentra conformada con vigas descolgadas y muros 1ue proporciona rigidez a la misma para el control de efectos de torsin y derivas de piso Se ha diseñado de acuerdo al 452$'&, tomando en cuenta las cargas s6smicas y gravitacionales además cu)riendo los criterios de diseño y análisis estructurales actuales.
. ALCANCE l tra)a7o comprende el análisis y diseño estructural de la Residencia Wolf Reyes y consta de los siguientes puntos. • • • • • •
8iptesis de carga de la estructura 9odelo estructural usando :;
)tencin de acciones so)re los miem)ros estructurales Revisin de resultados ?iseño de miem)ros estructurales
!. CÓDIGOS Y REFERENCIAS os cdigos usados para el análisis y diseño de la estructura son los siguientes@ o o
orma cuatoriana de la construccin 4 2$'& ;4A3'-5S'', ;merican 4oncrete Anstitute"
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1. GENERAL Se ha realizado el respectivo análisis y diseño estructural de la residencia Wolf Reyes, la misma se encuentra diseñado con 3 losas en concreto c oncreto reforzado, la primera a un nivel +3.32 con una parte metálica con viga principal de alma llena, ll ena, vigas secundarias por perfiles !" y una losa dec# con Steel panel de $.%&mm en '2cm de altura total, la segunda losa se encuentra a un nivel de +%.22 en concreto reforzado y la (ltima losa de cu)ierta a un nivel +*.$2 de igual forma en concreto reforzado.
2. GEOMETRÍA Y DESCRIPCIÓN DE LA ESTRUCTURA a estructura tiene un área total de construccin de -$&.$m2 aproimadamente, aproimadamente, está diseñada en concreto reforzado con un f/c de 2'$#g0cm2, se encuentra conformada con vigas descolgadas y muros 1ue proporciona rigidez a la misma para el control de efectos de torsin y derivas de piso Se ha diseñado de acuerdo al 452$'&, tomando en cuenta las cargas s6smicas y gravitacionales además cu)riendo los criterios de diseño y análisis estructurales actuales.
. ALCANCE l tra)a7o comprende el análisis y diseño estructural de la Residencia Wolf Reyes y consta de los siguientes puntos. • • • • • •
8iptesis de carga de la estructura 9odelo estructural usando :;)tencin de acciones so)re los miem)ros estructurales Revisin de resultados ?iseño de miem)ros estructurales
!. CÓDIGOS Y REFERENCIAS os cdigos usados para el análisis y diseño de la estructura son los siguientes@ o o
orma cuatoriana de la construccin 4 2$'& ;4A3'-5S'', ;merican 4oncrete Anstitute"
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". MATERIALES 4oncreto a resistencia nominal a la compresin simple a los 2- d6as tomada es de 2B$#g0cm2 l mdulo de elasticidad calculado de acuerdo a la norma 452$'& 452$'& es de 2$C'B' Dg0cm2, ;cero de refuerzo l acero de refuerzo usado para este diseño tiene un esfuerzo de fluencia fyEB2$$#g0cm2 ;cero estructural l esfuerzo de fluencia del acero estructural usado es de 2&3$ Dg0cm2 correspondientes a un acero ;S:9 ;3%.
#. CARGAS ASUMIDAS Se presenta a continuacin el cálculo de cargas vivas y muertas 4arga 9uerta
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4arga =iva
4;R!;S ? SR=A4A>
PISO 1 WL
0.0-0.20 $T%&2'
WL
0.10 $T%&2'
PISO 2-
4arga s6smica l análisis de las cargas c argas s6smico se realiz tomado como referencia la norma 4FSF?SF Gpeligro s6smicoH. Se trat de conseguir so)re todo 1ue el movimiento sea traslacional en el primer y segundo modo de vi)racin y el tercer modo rotacional garantizando as6 la filosof6a del diseño por capacidad disipacin de energ6a por medio de mecanismo de rtulas plásticas".
o
8iptesis generales para el análisis
a estructura tiene un comportamiento lineal a estructura está formada por un con7unto de sistemas planos rectangulares verticales, 1ue están conectados conectados horizontalmente por los sistemas de piso, en cada uno de los niveles. os elementos verticales de los sistemas de piso son columnas y muros, y sus elementos horizontales son las vigas.
4álculo de la accin s6mica s conocido 1ue las condiciones de suelo local, pueden afectar el comportamiento de las estructuras, amplificando o amortiguando su respuesta. 9uchos e7emplos reales pueden mencionarse a ese respecto. a coincidencia entre el periodo de vi)racin del edificio produce el efecto de resonancia instantánea y por lo tanto, la l a respuesta de la estructura se amplifica. Ior otra parte, se tom en consideracin el uso de la edificacin, su simetr6a, el sistema sist ema estructural de marco d(ctil y su redundancia, la confia)ilidad de sistema constructivo, de los materiales, mano de o)ra y nivel de Supervisin para determinar factores de seguridad 1ue garanticen la resistencia y econom6a de la construccin. pág. 4
Iarámetros Jactor de zona K" Se usa este valor 1ue representa la aceleracin máima en roca esperada para el sismo de diseño, epresada como una fraccin de la gravedad, para este caso la estructura u)icada en la ciudad de Luito tendrán un valor ()0.!0 :ipo de perfil de suelo Iara este caso se ha tomado como *+, D 4oeficientes de perfil de suelo Ja, Jd, y Js 4oeficiente de amplificacin de suelo en la zona de periodo corte, F)1.20 4oeficiente de amplificacin de las ordenadas del espectro elástico de respuesta de desplazamiento para diseño en roca, F/)1.2 4oeficiente de comportamiento no lineal de suelos, F)1.1 Ieriodo l6mite de vi)racin en el espectro s6smico elástico de aceleraciones 1ue representa el sismo de diseño, T3)0.""4F4F/%F)0.# S56 ;ltura de la estructura )7.02& Ieriodo T)0.0""480.)0.1 S56 Ieriodo l6mite de vi)racin en el espectro s6smico elástico de aceleraciones 1ue representa el sismo de diseño T0)0.104F4F/%F)0.127 S56 4ortante )asal Ieriodo :E$.3'- Seg :programaE $.B2' Seg ;nálisis modal" :maE'.3:E$.BB& :de diseñoE$.3'- Seg SaE'.'C$Bg AE' RE* 4riterio" MpE$.C NE$.C
.∗ ∅∅ pág. 5
7. MODELO MATEMÁTICO USANDO ETABS Se model la geometr6a de la estructura de acuerdo a los planos estructurales. ?efinicin de materiales
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?efinicin de secciones as secciones de los miem)ros estructurales están definidas tal como se indica en los planos estructurales
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4om)inaciones de ?iseño as com)inaciones de diseño utilizadas son las siguientes y se o)tuvieron del 452$'&
4om)inacin '@
'.B?
4om)inacin 2@
'.2?+'.%+$.&maOrPSPRQ
4om)inacin 3@
'.2?+'.%maOrPSPRQ+maOP$.&WQ
4om)inacin B@
'.2?+'.$W++$.&maOrPSPRQ
4om)inacin &@
'.2?+'.$++$.2&S
4om)inacin %@
$.C?+'.$W
4om)inacin *@
$.C?+'.$
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;signacin de cargas
Asignación de cargas permanentes “Terminados”
Asignación de cargas permanentes “paredes”
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Asignación de cargas permanentes “paredes”
Asignación de cargas de servicio “Carga viva”
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. ANÁLISIS DE RESULTADO EN ETABS na vez realizado el análisis modal usando :;
Participación de masa modal
4ortante
Cortante basal aplicado
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. DERI9AS DE ENTREPISO MODELO ESTRUCTURAL Se revisa la deriva en el sentido T" por1ue por la configuracin se puede o)servar una menor rigidez además el periodo es mayor en este sentido. uego se procedi a revisar la deriva entre piso inelástica GH, la cual de)erá ser menor o igual al 2 V de acuerdo a la 452$'& y de)erá ser calculada como se indica a continuacin@ ?onde@ X E desplazamiento dado por el análisis elástico ∆ =
0.75 * δ ⋅ R h
R E factor de respuesta dinámico de la estructura. G;sumido para este caso en particularH.
P:*+3 2; S+& < = D5:+> &?)@1.#1-."#27%00?740.7")0.01"
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P:*+3 ; S+& < = D5:+> &?)@1.21#2-."""%00?740.7")0.012
P:*+3 E S+& Y = D5:+> &?)@1.!1-.#17"%00?740.7")0.0127
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P:*+3 E S+& Y = D5:+> &?)@1.!#-.#077%00?740.7")0.01
S5 ,5/5 5:>: 5 ,: 5* 5*:3*: 3&,5 5 3:+*5:+ /5 /5:+> /5 NEC-201" 0.02
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10.
DISEO EN CONCRETO ARMADO
Revisin de 3 prtico en sentido T
Irtico ', ;cero longitudinal en cm2
Irtico ', ;cero longitudinal en porcenta7e
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Irtico 2, ;cero longitudinal en cm2
Irtico 2, ;cero longitudinal en porcenta7e
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Irtico B, ;cero longitudinal en cm2
Irtico B, ;cero longitudinal en porcenta7e
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Revisin de 3 prtico en sentido U
Irtico ;, ;cero longitudinal en cm2
Irtico ;, ;cero longitudinal en porcenta7e pág. 19
Irtico ?, ;cero longitudinal en cm2
Irtico ?, ;cero longitudinal en porcenta7e
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Irtico J, ;cero longitudinal en cm2
Irtico J, ;cero longitudinal en porcenta7e
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Radios de capacidad de 3 prtico en sentido T
Irtico ', ?ireccin T
Irtico 2, ?ireccin T
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Irtico B, ?ireccin T Radios de capacidad de 3 prtico en sentido U
Irtico ;, ?ireccin U
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Irtico ?, ?ireccin U
Irtico !, ?ireccin U
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?iseño vigas compuestas
?iseño viga de acero
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11. CONE
:ipo de seccin adoptada@ Relacin pat6n@ )02tfE'3$02BE&.B' Referencia ;AS4 3B'0'$ :a)le ?'.'@ $,3$G0JyH'02E$.3$G2C$$$03%HY$.&E-.&' Relacin alma@ hZ0tZEGBC$52'2H0'$EB%.%$ Referencia@ ;AS4 3B'5'$ :;<; ?','@ @ 2.B&G0JyH'02E%C.&3
P: **= 533+ / 5 3+J+3 3& *&5*5 /K3*+. pág. 26
4apacidad de momento pro)a)le de la viga
9prE9pv+=gshP ?onde 9pv@ 9omento plástico de la viga alrededor de su e7e fuerte T" =g@ 4ortante gravitacional producto de la com)inacin WuE'.2?+'.% Sh@ ?istancia del centro de columna a rtula plástica 9pvERtJyKE'.32&3$'2--.&*EB2.3- :on.m =gEO'.2G$.%%2.*$H+'.%G$.32.*HQ''.$&02EG2.'3+'.2C%H&.&2&E'-.C2:on. ShE$.B+$.BC02E$.%B& 9prE9pv+=gshEB2.3-+'-.C2$.%B&E&B.&- :on.m
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4apacidad a momento de la viga de concreto
2(1,4) 2(1,4) 1,!"#$% & 9prE'$.C':.m 4apacidad a momento del muro de concreto 2&-$cm
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9)sE&&.3' :.m 9)iE&&.3' :.m
'*+ 1.1 = 33.1∗2 = 1.87 :; '*-/0 34.35 6 1.71 CHEUEO DE COLUMNA FUERTE-9IGA DEBIL COLUMNA C1 SENTIDO < PRIMER PISO
Se realiza la revisin de la conein viga columna, se o)serva mediante armado en planos 1ue una de las columnas más cr6ticas son las columnas perimetrales para accin s6smica, por esta razn es o)7eto de este análisis. Revisando los planos estructurales o)tenemos al armado 1ue llega al nudo, hay 1ue tomar en cuenta la influencia de la losa cuando es monol6tica con la viga, por esta razn se toma en cuenta los 2 primeros nervios adyacentes a la viga.
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Figura 1 Armado de vigas que llegan en la columna C1
aH 4apacidad a momento nominal pro)a)le 9pr en vigas Revisamos el armado de las vigas tanto iz1uierda como derecha de la columna 4'.
l momento pro)a)le nominal se lo define con la formula siguiente, a1u6 asumimos una so)reresistencia del acero por endurecimiento de '.B por seguridad.
2(1,4) 2(1,4) 1,!"#$% & ;si tenemos, tomando un ancho efectivo de la losa hasta el 'er nervio de =:5)E'.B$m@
a com)inacin de la suma de momento opuestos es @
M,:>)22."# *-&
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)H 4apacidad a momento nominal pro)a)le 9pr en columnas. l ;4A3'-5'B esta)le 1ue es la suma de los momentos nominales de flein de las columnas 1ue llegan al nudo, evaluados en las caras del nudo. a resistencia a la flein de la columna de)e calcularse para la fuerza aial mayorada, congruente con la direccin de las fuerzas laterales consideradas, 1ue conduzca a la resistencia a la flein más )a7a. ;s6 tenemos 1ue la com)inacin 1ue da la resistencia a flein más )a7a es @ 4om)o%E'.29uerta+'. =iva5 Sismo en TE %.3$ t5m y su carga aial es IuE22.-* ton. la)orando un diagrama de interaccin de la columna tenemos@ DIAGRAMA DE INTERACCION 300
+/ *
+/
250
200
0 150 / . , 100 ' + * ' ' 50 ) ( ' & 0
-50
-100 -30
-20 Pmax
-10
Pn,n
0
Pd,d!"e#o
10 e$alan%eado
// -
Iuntos principales del diagrama de interaccin para la columna de &$2$ &'()' &/&(+&' Po (Tn) Φ Po (Tn)
ent!do *
ent!do
'' ''&''
ent!do *
ent!do
257.67 167.48
257.67 167.48
Pb (Tn) Mb (Tn.m)
87.96 21.18
64.15 7.89
57.17
41.70
13.77
5.13
Pn max (Tn)
206.13
206.13
Φ Pb (Tn)
Φ Pn max (Tn)
133.99
133.99
Φ Mb (Tn.m)
+/ P('
ent!do *
ent!do
ent!do *
ent!do
T (Tn)
79.17
79.17
*+/ P(' Pf (Tn)
0.00
0.00
M (Tn.m)
0.00 71.25
Mf (Tn.m)
Φ T (Tn)
0.00 71.25
Φ Pf (Tn)
15.76 0.00
5.29 0.00
Φ M (Tn.m)
0.00
0.00
Φ Mf (Tn.m)
14.18
4.76
l punto indica la demanda a flein más )a7a con su carga aial mayorada, el momento nominal correspondiente a esa carga aial es de '-.%- t5m.
pág. 31
Ior ende, considerando la columna superior y la columna inferior tenemos 1ue la sumatoria de capacidad nominal a flein de columnas es@
M,:3)7.# *-& 4onsiderando el mecanismo de columnas fuerte [ viga d\)il tenemos@
'%<=>?@A E 1.2 'BCDA !.8 E 1.2 22.38 .F E . COLUMNA A2; SENTIDO Y- PRIMER PISO
Se realiza la revisin de la conein viga columna, se o)serva mediante armado en planos 1ue una de las columnas más cr6ticas son las columnas perimetrales para accin s6smica, por esta razn es o)7eto de este análisis. Revisando los planos estructurales o)tenemos al armado 1ue llega al nudo, hay 1ue tomar en cuenta la influencia de la losa cuando es monol6tica con la viga, por esta razn se toma en cuenta los 2 primeros nervios adyacentes a la viga.
Figura 2 Armado de vigas que llegan en la columna A2’
cH 4apacidad a momento nominal pro)a)le 9pr en vigas Revisamos el armado de las vigas tanto iz1uierda como derecha de la columna 4'.
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l momento pro)a)le nominal se lo define con la formula siguiente, a1u6 asumimos una so)re resistencia del acero por endurecimiento de 1.! ,: 56:+//.
2(1,4) 2(1,4) 1,!"#$% & ;si tenemos, tomando un ancho efectivo de la losa hasta el 'er nervio de =:5)E'.2&m @
a com)inacin de la suma de momento opuestos es @
M,:>)22.! *-&
dH 4apacidad a momento nominal pro)a)le 9pr en columnas. l ;4A3'-5'B esta)le 1ue es la suma de los momentos nominales de flein de las columnas 1ue llegan al nudo, evaluados en las caras del nudo. a resistencia a la flein de la columna de)e calcularse para la fuerza aial mayorada, congruente con la direccin de las fuerzas laterales consideradas, 1ue conduzca a la resistencia a la flein más )a7a. ;s6 tenemos 1ue la com)inacin 1ue da la resistencia a flein mas )a7a es @ 4om)o%E$.C9uerta 5 Sismo en UE &.B& t5m y su carga aial es IuE2$.2* ton. la)orando un diagrama de interaccin de la columna tenemos@ pág. 33
DIAGRAMA DE INTERACCION 300
+/ *
+/
250
200
0 150 / . , 100 ' + * ' ' 50 ) ( ' & 0
-50
-100 -30
-20 Pmax
-10
Pn,n
0
Pd,d!"e#o
10 e$alan%eado
// -
Iuntos principales del diagrama de interaccin para la columna de &$2$ &'()' &/&(+&'
ent!do *
ent!do
'' ''&''
ent!do *
ent!do
257.67 167.48
Pb (Tn)
Φ Po (Tn)
257.67 167.48
87.96 21.18
64.15 7.89
Pn m ax (Tn)
206.13
206.13
Φ Pb (Tn)
57.17
41.70
Φ Pn max (Tn)
133.99
133.99
Φ Mb (Tn.m)
13.77
5.13
ent!do *
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ent!do *
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79.17
79.17
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0.00
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Φ T (Tn)
71.25
71.25
Φ Pf (Tn)
0.00
0.00
Φ M (Tn.m)
0.00
0.00
Φ Mf (Tn.m)
14.18
4.76
l punto indica la demanda a flein mas )a7a con su carga aial mayorada, el momento nominal correspondiente a esa carga aial es de '-.&$ t5m. Ior ende considerando la columna superior y la columna inferior tenemos 1ue la sumatoria de capacidad nominal a flein de columnas es@
M,:3)7.00 *-& 4onsiderando el mecanismo de columnas fuerte [ viga d\)il tenemos@
'%<=>?@A E 1.2 'BCDA !. E 1.2 22.5 .F E . pág. 34
12. LONGITUD DE ANCLAE DE 9IGA METÁLICA
=uE'.&%&'.B3'$$$ Dg ?espe7ando e se o)tiene@ eE*3.$cm, se asumirá L5)7"3&
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4onectores de cortante en viga principal DIÁMETRO 1&&
GH .3I+ J #K+ L+ M NONP QRS RpE$.*& RgE$.*& LnE-&%* Dg ]*2--.B%#g Jalso sar LnE*2--.&$DgE*.3$:on
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1. CIMENTACIÓN Iara el diseño de la cimentacin se verificará solamente una de las zapatas para corro)orar los datos del programa safe ='B", esta es la de los e7es 3/5?/
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=erificacin usando S;J 2$'B
?A9SA>;9A:> 4A9:;4A>
Presión máima del suelo 11!"# $Ton%m2& ' 12on%m2
pág. 40