Memoria de Calculo Vivienda Unifamiliar

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    09-Aug-2015

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MEMORIA DE CLCULO DE ESTRUCTURAS 1.- DESCRIPCIN GENERAL DEL PROYECTO SerealizarelsiguienteinformeparaunanlisisssmicoespacialmodalalaVivienda completa. A continuacin mostramos la planta general de la Vivienda Unifamiliar. VISTA PLANTA GENERAL (Figura 1) 2.- ANALISIS ESTRUCTURAL Despusdelacompatibilizacinconlaarquitectura,seprocediarealizarelanlisis estructuraldelaestructuracomprendidadecolumnas,murosestructurales,murosde albailera confinada, vigas, viguetas y losas. 2.1.- MODELO ESTRUCTURAL 2.1.1.- Geometra Deacuerdoalasmedidasindicadasenelplanodearquitectura,seprocediahacerun modelotridimensionalcontrescoordenadasdinmicaspornivel,tomandoencuenta deformacionesporflexin,fuerzacortanteycargaaxial.Losapoyosseconsideraroncomo empotramientos perfectos en el primer piso. 2.1.2.- Materiales Utilizados Para las estructuras de concreto armado se ha empleado concreto de f'c=210 kg/cm2y acero corrugado de grado 60 fy= 4200 kg/cm2. Para los muros de albailera se utiliz Ladrillo kinkon industrial 18 huecos Tipo IV con fm=45 kg/cm. 2.1.3.- Cargas Verticales. Carga muertas -Concreto 2400 kg/m -Acero 7850 kg/m -Muros de Albailera 1900 kg/m Tal como lo indica la Norma E.020, las sobrecargas utilizadas son: -100 kg/m2 para techo de azotea. 2.1.4.- Modelo Estructural Con la geometra anteriormente descrita y los materiales indicados se procedi a hacer un anlisis de la estructura. 2.2- ANLISIS SSMICO 2.2.1.- PARMETROS SSMICOS ElanlisisssmicosedesarrolldeacuerdoalasindicacionesdelaNormaPeruanade Diseo Sismorresistente E.030. Seempleunmodelotridimensionalcontrescoordenadasdinmicaspornivel,tomandoen cuenta deformaciones por flexin, fuerza cortante y carga axial. Los apoyos se consideraron como empotramientos perfectos en el 1er piso. LaNormaE.030sealaquealrealizarelanlisisssmicoempleandoelmtodode superposicin espectral se debe considerar como criterio de superposicin el ponderado entre la suma de absolutos y la media cuadrtica segn se indica en la siguiente ecuacin: Alternativamente se puede utilizar como criterio de superposicin la Combinacin Cuadrtica Completa (CQC). En el presente anlisis se utiliz este ltimo criterio. Paraladeterminacindelespectrodepseudoaceleracionesssmicas,usamoslarelacin dada por la Norma Peruana de Diseo Sismorresistente, la cual indica que dicho espectro se determina por la siguiente relacin: Donde: Z : Factor de zona. U : Factor de Uso o de importancia. S :Factor del suelo. C :Coeficiente de amplificacin ssmico. R :Coeficiente de reduccin de solicitaciones ssmicas. Para nuestro caso Vivienda Multifamiliar: Z= 0.4Por ser zona 3 de acuerdo al reglamento. U = 1.0Edificaciones Comunes. S = 1.4Por ser considerado suelo tipo S3Tp(s) = 0.90 Rx =2.25 Albailera Confinada. Ry =2.25 Albailera Confinada C= 2.5Coeficiente de Amplificacin Ssmica. 0.001.002.003.004.005.006.007.000.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00Sa T Espectro de Aceleraciones ZUSC / RSx Sy Para el anlisis estructural se empleo el programa ETABS Versin 9.7.0 cuyos resultados nos muestralosdesplazamientos,distorsiones,fuerzasconcentradasycortantesencadanivel, tantoparalaestructuraenelcontextoglobalcomoparacadaunodelosprticosquela constituyen en las dos direcciones de anlisis. Vivienda Unifamiliar Plantade la Vivienda Multifamiliar (Figura 2) Modelo tridimensional de laVivienda Unifamiliar (Figura 3) Vivienda Unifamiliar desplazamiento Sismo X (Figura 4) Vivienda Unifamiliar desplazamiento Sismo Y (Figura 5) 2.2.2.- RESULTADOS DEL ANLISIS SSMICO ElAnlisisSsmicosehizo,segnlaNormaE.030,considerandoun5%deexcentricidad accidental. Se hicieron varios modelos considerando distintas posicionesdel Centro de Masas yconsiderandoelSismoaplicadoencuatrodirecciones(ortogonalesdosados).Como resultados del anlisis ssmico se obtuvieron losdesplazamientos laterales en cada nivel y las fuerzas de seccin en los elementos. A continuacin se muestran los resultados para las direcciones X-Y. 2.2.2.1.-Perodos de Vibracin Vivienda Unifamiliar Los perodos de vibracin fundamentales para la edificacin analizada son lossiguientes: Perodo T (seg)% Participacin Direccin X-X0.200596.73 Direccin Y-Y0.117691.25 Puede apreciarse que los porcentajes de participacin de los modos fundamentales encada direccin son altos, lo cual indica que el edificio tiene buena regularidadtorsional. 2.2.2.2-Fuerza Cortante en la Base del Edificio Vivienda Unifamiliar V dinmico (ton) V esttico (ton) 80% V esttico Direccin X-X137.03169.57135.66 Direccin Y-Y124.69169.57135.66 Como se puede apreciar la fuerza cortante basal del anlisis dinmico en direccin X es menor que la cortante esttico no necesita hacer modificaciones de los esfuerzos y Y noes menor que el 80% del valor obtenido del anlisis esttico, por lo que se necesita hacer modificaciones en los esfuerzos obtenidos del anlisis dinmico. En la direccin YY por 135.66/124.69= 1.09 2.2.2.3.- Control deDesplazamientosVivienda Unifamiliar 3.- DISEO DE LOS ELEMENTOS 3.1.- Normas Para el diseo de los elementos se han empleado las Normas de Diseo vigentes en el Reglamento Nacional de Edificaciones, que comprenden: -E020 Cargas -E030 Sismorresistente -E050 Suelos y Cimentaciones -E060 Concreto Armado -E070 Albailera Adems se han considerado las siguientes Normas: -American Concrete Institute ACI 318 99 del ACI para el Diseo de Elementos de Concreto Armado. - 3.2.- Combinaciones de Cargas Para el diseo de los elementos de concreto armado se han utilizado las siguientes combinaciones: U = 1.4D U= 1.4D+1.7L U = 1.25 (D+L)+- SX U= 1.25 (D+L) +-SY U = 0.9D+- SX U= 0.9D+-SY Factor de reduccin de flexin f = 0.90. Factor de reduccin de compresin f = 0.85. 3.3.- Consideraciones El diseo de los elementos de concreto se realiz por el mtodo a la rotura, cumplindose con loscriteriosdeACI-318-99yconloscaptulospertinentesdelReglamentoNacionalde Edificaciones.Paraeldiseodelascolumnasseprocediarealizareldiseoconvencional esto es verificando la compresin, diseando a flexo compresin. Paraeldiseodelostechosaligeradosseconsiderunespesorde20cmparatodoslos nivelesdelaestructuraprincipal.Lacimentacinsereforzparaasegurarnosolola estabilidadantecargasverticalesydesismo,sinotambinparaasegurarlaestabilidaden planta frente al momento de volteo que las fuerzas de sismo generan, se empleo un factor de seguridad de F.S. =1.5 para este caso. Materiales utilizados: Concreto fc = 210 Kg/cmColumnas, vigas, losas y placas fc = 210 Kg/cmCimentacin. Acerofy = 4200 Kg/cm Cargas Verticales LascargasverticalesseevaluaronconformealanormadeCargas,E-020.Paralaslosas aligeradas, armadas en una direccin, se supuso un peso de 300 kg/m2. Lospesosdevigas,columnasyescalerasseestimaronapartirdesusdimensionesreales, considerando un peso especfico de 2,400 kg/m3.Para las particiones se us un promedio de 150kg/m2,valorqueexcedeelestimadoapartirdelospesosrealesconladistribucinde vivienda existente.Se incluy igualmente el peso de acabados de piso y de techo, estimado en 100 kg/m2. Para el primer nivele se asumi una sobrecarga de diseo de 200 kg/m2 y lo que corresponde alusodeazoteasunasobrecargade100kg/m2,segnconstaenlanormaE.020.Nose hicieron reducciones decarga viva.Cabe anotar que la carga viva tiene poca incidencia en los resultados en el anlisis ssmico. Diseo de Viga Requisitos Generales:-fys 4200 kg/cm2; ya que se pueden deformar ms sin prdida de su capacidad esttica. -210 kg/cm2 sfc ; porque retrasa el aplastamiento del concreto. -b > 25cm.; b > 0.3h -ln> 4h Todos estos requisitos se estn cumpliendo y se puso en prctica en la etapa de predimensionamiento. Cuantas de Refuerzo.- Para todas las secciones de momento positivo y negativo se tiene: 0033 . 0420014 14mn= = =fy........() 0028 . 0420021080 . 080 . 0mn= = = xfyc f ........(o) b mx 75 . 0 = ........(|) fy fyc fb+=60006000 85 . 01| ........(u) Reemplazando datos en las ecuaciones | y u para fc = 210 kg/cm2, fy = 4200 kg/cm2 y |1=0.85 se tiene: b=0.0213; mx = 0.75x0.0213 = 0.016 Diseo por corte.- La resistencia nominal al corte en una seccin cualquiera, ser la suma de las resistencias aportadas por el concreto y por el refuerzo: s c nV V V + = Y en todas las secciones deber cumplirse: n uV V | = Laseccincrticaqueseencuentrasometidaalmayorcortantedediseodelelementose encuentraubicadaentrelacaradeapoyoyunaseccinubicadaaddeella,entonceslas seccionessituadasenestetramosedisearnparauncortanteltimoigualal correspondiente a la seccin ubicada a d del apoyo. Cortante mximo que toma el concreto Vc.- Tericamentelaresistenciadelconcretoalcorteesigualalacarga queproducelaprimera fisura inclinada en el extremo del elemento. El corte mximo que toma el concreto en elementos a flexin esta dado por: d b c f Vc ' 53 . 0 = Requerimientos mnimos de refuerzo transversal.- La falla por corte es frgil y debe ser evitada siempre. Por ello el cdigo recomienda colocar unacantidadmnimaderefuerzotransversalparabrindarmayorseguridadaldiseoypara garantizar que el elemento sea capaz de resistir los esfuerzos que se presentan despus de producirseelagrietamientodiagonal.Elrefuerzomnimosugeridoporelcdigodebe colocarse siempre que: c u cV V V | | s s21y es igual a: ywvmnf s bA 5 . 3 = .....(o) donde:s: Separacin del refuerzo transversal Av: rea del acero transversal provisto para resistir corte. Espaciamiento mximo del refuerzo transversal.- Tanto el cdigo del ACI como la Norma E-060, recomiendan que para estribos perpendiculares al eje del elemento, el espaciamiento mximo sea: . 60 cm s s 2ds s Estos espaciamientos mximos precisados en las expresiones anteriores son vlidos siempre que: d b c f Vs' 06 . 1 s.......(|) En caso que se exceda stos lmites, los espaciamientos mximos deben de reducirse a la mitad, es decir: . 30 cm s s 4ds s Aporte mximo del refuerzo transversal a la resistencia al corte.- El refuerzo longitudinal tiene una cuanta mxima que no debe superarse para garantizar el comportamientodctildelelemento.Delmismomodo,elrefuerzotransversaltieneuna limitacinsimilarquebuscaevitarlafalladelconcre