Memorias Calculo

Edificación de la Señora Gladys Janeth– Barrio Urbanización Valle. Ing. Calculista Julián Franco. 1

MEMORIA DE CALCULOS

DISEÑO ESTRUCTURAL

ANALISIS Y DISEÑO

PROYECTO

CONSTRUCCION EDIFICAIÓN DE TRES PISOSCALI –VALLE DEL CAUCA

DIRECCION: CARRERA 97 B ENTRE CALLES 42 Y 45

CALCULÓ:

Ing. JULIAN PASTOR FRANCO TELLO

Cali, Julio de 2.011.

Carrera 64 A No 12 A- 100 El Limonar Tel: 380 21 38 – Cel. 316 -564 80 23

e-mail: [email protected]

mailto:[email protected]


MEMORIA ESTRUCTURAL

INTRODUCCIÓN

La presente memoria técnica contiene el cálculo estructural para la construcción de la Edificación en concreto reforzado de la Señora Gladys Janeth Sánchez Zapata localizado en la ciudad de Cali - Valle.

La estructura consiste en una losa conformada por viguetas en concreto en forma de “I” apoyadas sobre las vigas de carga las cuales se apoyan sobre las columnas, las vigas de amarre en la cimentación van en el mismo sentido que las vigas. Las vigas de carga y a las columnas conforman los pórticos, los que a su vez forman la estructura tridimensional.

El sistema de resistencia tanto sísmica como para cargas verticales utilizado es el de Pórticos de concreto resistentes a momentos con capacidad especial de disipación de energía (DES).

Las cargas de la losa se transmiten a las vigas de carga y de éstas a las columnas, las cargas en la base son transmitidas de las columnas al sistema de cimentación, zapatas en concreto reforzado amarradas con vigas de amarre a nivel de cimentación y de éstas al suelo de cimentación.

CRITERIO DE DISEÑO

De acuerdo con las NORMAS COLOMBIANAS DE DISEÑO Y CONSTRUCCION SISMO RESISTENTE, NSR –10, la estructura aquí diseñada, es capaz de resistir, además de las fuerzas que le impone su uso, los temblores pequeños o de poca intensidad sin daño, temblores moderados sin daño estructural, pero posiblemente con algún daño en los elementos no estructurales, y un temblor fuerte con daños a elementos estructurales y no estructurales pero sin colapso de la estructura, con un riesgo mínimo de la pérdida de vidas humanas.

NORMAS DE DISEÑO Y CONSTRUCCION

El presente estudio, se realiza de acuerdo con las Normas contenidas en la Ley 400 de 1997 y el Decreto 926 de 2010 o NORMAS COLOMBIANAS DE DISEÑO Y CONSTRUCCION SISMO RESISTENTE, NSR – 10. El cuidado tanto en el diseño como en la construcción y la interventoría, son fundamentales para que la estructura sea Sismo Resistente.





El estudio estructural está constituido por las presentes MEMORIAS DE CALCULO Y PLANOS ESTRUCTURALES que se acompañan, los cuales contienen toda la información sobre los materiales a utilizar, secciones, tamaño y localización de todos los elementos estructurales con sus dimensiones y refuerzo.

Si por alguna circunstancia existe alguna variación en ellos, que impliquen modificaciones al proyecto estructural, se deberá hacer conocer al suscrito para estudiar su incidencia y definir la solución más adecuada.

NORMAS Y PARAMETROS DE DISEÑO

Norma de diseño: NSR-10 Capítulos de diseño: A (Análisis sísmico) B (Cargas) C (Concreto reforzado) J (Requisitos de Protección contraincendios)Localización: Cali – Valle del Cauca. Dirección: Carrera 97 B entre calles 42 y 45. Altura de la edificación: 8.40 mt en el punto mas alto. Amenaza sísmica: Alta Tipo de suelo: DTipo de uso: Estructura de ocupación Residencial.

CARGAS MUERTAS Y VIVAS

Las cargas muertas se calculan de acuerdo con los pesos propios de los elementos considerados a partir de la densidad de masa como lo establece el Código NSR-10 en el Capítulo B3; y las cargas vivas de acuerdo al capítulo B4.

NIVEL DE AMENAZA SISMICA Y MOVIMIENTOS SISMICOS DE DISEÑO

Las características del movimiento sísmico de diseño se representan por medio del espectro elástico de aceleraciones, realizado de acuerdo con A.2.6, según los siguientes parámetros:

Localización de la edificación: Cali.

Zona de amenaza sísmica: Alta Región de amenaza sísmica: 5Coeficiente de aceleración pico efectiva (Aa): 0.25 Coeficiente de Velocidad pico efectiva (Av): 0.25 Coeficiente de amplificación periodos cortos (Fa): 1,30Coeficiente de amplificación periodos intermedios (Fv): 1,90





Efectos locales Tipo de perfil de suelo: D4Coeficiente de sitio (S): 1.2 Coeficiente de importancia : 1 Grupo de uso: Grupo I Estructuras de ocupación normal.

Con los datos anteriores se tabula el espectro elástico de diseño, definido según la norma NSR-10 y se ingresa en el Programa SAP 2000 para el diseño. Finalmente usamos el espectro de la microzonificación sísmica de Cali, según recomendación del estudio de suelos.

CARACTERISTICAS DE LA EDIFICACIÓN Y DEL MATERIAL ESTRUCTURAL EMPLEADO

Se clasifica la edificación en uno de los sistemas de estructuración y se define el grado de disipación de energía requerido:

Sistema de resistencia sísmica (fuerzas horizontales): Pórticos de concreto resistentes a momentos con capacidad especial de disipación de energía (DES).

Sistema de resistencia para cargas verticales: Pórticos de concreto resistentes a momentos con capacidad especial de disipación de energía (DES).

Coeficiente de capacidad de disipación de energía básico: Estructuras de péndulo invertido Ro = 7.00

Configuración estructural de la edificación:

Irregularidad en planta: Si Coeficiente de reducción de la capacidad de disipación de energía: øp =0.90

Irregularidad en altura: No Coeficiente de reducción de la capacidad de disipación de energía: øa = 1.00

Coeficiente de reducción total de la capacidad de disipación de energía: ø = 0.81

Coeficiente de capacidad de disipación de energía para diseño: R = 5,67





FUERZAS SÍSMICAS DE DISEÑO Y PROCEDIMIENTOS DE ANÁLISIS

Mediante el uso del programa de computación SAP 2000 se analiza la estructura tridimensionalmente. El programa calcula inicialmente la matriz de rigidez, considerando deformaciones axiales y de corte.

Para la obtención de las fuerzas sísmicas de diseño se utiliza el método de Análisis Dinámico Elástico Espectral, incluyendo en el análisis dinámico todos los modos de vibración que contribuyan de una manera significativa a la respuesta dinámica de la estructura, demostrando que con el número de modos empleados, se ha incluido en el cálculo de la respuesta de cada una de las direcciones horizontales principales, por lo menos el 80% de la masa participante de la estructura. Además se revisa que una vez obtenido el valor del cortante dinámico total en la base después de realizar la combinación modal, para cualquiera de las direcciones principales, no sea menor que el valor del cortante sísmico en la base calculado de acuerdo al método de la Fuerza Horizontal Equivalente, teniendo en cuenta el porcentaje según la irregularidad de la estructura, que por ser éste caso una edificación clasificada como regular se toma el 80% del valor total.

En los anexos correspondientes se presentan los cálculos y resultados de los chequeos mencionados.

CALCULO DE LOS DESPLAZAMIENTOS HORIZONTALES Y EVALUACION DE LA DERIVA MAXIMA

Se realiza el análisis de la estructura utilizando las fuerzas sísmicas actuantes sobre ella.

Una vez obtenidos los desplazamientos horizontales se chequean las derivas máximas en cada dirección bajo estudio y en cada piso de la edificación. Ver anexo del chequeo de derivas al final del presente documento.

COMBINACIONES DE CARGA

Las combinaciones de carga con las cuales se obtiene la envolvente máxima de esfuerzos en los miembros estructurales, para este caso se tomaron las siguientes, como lo recomienda el Código NSR-10 en el Capítulo B.2.

Para el diseño de los elementos estructurales de concreto:

N° Tipo de combinación Nombre de la Combinación

1.-1.40 CM





2.-1.2 CM + 1.60 CV +-EX +-EY3.-1.2 CM + 1.00 CV +- EX+-EY4.-1.2 CM + CV +- EX+-EY 5.-0.90 CM +- EX+-EY6.- Envolvente diseño COMBOS

Con las anteriores combinaciones se averigua el efecto de producido por las cargas con los signos de Sismo positivo y negativo.

Para el diseño de la cimentación:


7.-CM + CV COMBO SERVICIO

En donde:

CM: Carga muerta, la cual incluye el peso propio de los elementos CV: Carga Viva Ex: Sismo en la dirección X Ey: Sismo en la dirección Y Envolvente diseño: Envolvente crítica de diseño de los elementos estructurales. Servicio: Combo de diseño de la cimentación

Para el diseño de los elementos estructurales metálicos de la cubierta:


1.-1.40 CM DSTL1 2.-1.20 CM + 0.50 Lr DSTL2 3.-1.20 CM + 1.60 Lr + 0.80 W DSTL3 4.-1.20 CM + 1.60 Lr -0.80 W DSTL4 5.-1.20 CM + 0.50 Lr + 1.30 W DSTL5 6.-1.20 CM + 0.50 Lr -1.30 W DSTL6 7.-0.90 CM + 1.30 W DSTL7 8.-0.90 CM -1.30 W DSTL8 9.-1.20 CM + 0.18 EQx DSTL9 10.-1.20 CM -0.18 EQx DSTL10 11.-1.20 CM + 0.18 EQy DSTL11 12.-1.20 CM -0.18 EQy DSTL12 13.-0.90 CM + 0.18 EQx DSTL13 14.-0.90 CM -0.18 EQx DSTL14 15.-0.90 CM + 0.18 EQy DSTL15





16.-0.90 CM -0.18 EQy DSTL16

En donde: CM: Carga muerta, la cual incluye el peso propio de los elementos Lr : Carga Viva sobre la cubierta W : Carga de viento EQx: Sismo en la dirección X EQy: Sismo en la dirección Y

DISEÑO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES

A partir de los resultados ajustados y chequeados del análisis, se aplican las cargas correspondientes teniendo en cuenta las combinaciones de carga para las envolventes máximas, se procede con la resolución de toda la estructura obteniendo los siguientes resultados: desplazamientos y giros en los nudos, fuerzas axiales, cortantes y momentos en los miembros y reacciones y momentos en los Apoyos para el correspondiente diseño.

Se diseñan los elementos estructurales utilizando el Método de la Resistencia Última, de conformidad con lo establecido en el capítulo C de la norma NSR-10, aplicada para concreto reforzado. Para el grado especial de disipación de energía (DES) se utiliza de manera especial el capítulo C-21.

CIMENTACION

Parámetros del Estudio Geotécnico: Ver Página 4.

Sistema de cimentación:

Zapatas de concreto reforzado amarradas por medio de Vigas de rigidez o de amarre a nivel de cimentación.

Nivel freático: No se encontró.

La estructura de cimentación se diseña según los parámetros dados en el Estudio Geotécnico realizado por el Ingeniero Walter Díaz de la Ciudad de Cali.

El diseño de todos los elementos de cimentación se realizan utilizando el Método de la Resistencia Última, de conformidad con lo establecido en el Código NSR-10.





ESPECIFICACIONES DE MATERIALES

Los materiales con los cuales se realiza el presente estudio deben corresponder a los que se utilizarán en la construcción de la obra son:

CIMENTACIÓN Y ESTRUCTURA EN CONCRETO REFORZADO:

Concretos f´c = 210 kg/cm2: Columnas, vigas de carga y de amarre, viguetas, losas, escaleras, zapatas, vigas de amarre en cimentación.

Concretos de limpieza fc = 141 kg/cm2

Refuerzo: Ø >= 3/8” Fy = 4.200 kg/cm2 Ø < 3/8” Fy = 4.200 kg/cm2

Mampostería: Muros en ladrillo farol o panel yeso y/o Superboard.

CALCULO DE LAS FUERZAS SISMICAS POR EL METODO DE LA FUERZA HORIZONTAL EQUIVALENTE.

Para obtener las fuerzas sísmicas horizontales equivalentes en cada nivel, es necesario evaluar para cada uno de ellos, la masa total que está colocada en dicho nivel y que es igual a la masa correspondiente de la estructura, más la masa de aquellos elementos tales como muros divisorios, particiones y acabados, en fin el conjunto que conforma la carga muerta; en bodegas y depósitos deberá incluirse además un 25% de la masa correspondiente a los elementos que componen la carga viva del piso.

Periodo Fundamental de la Edificación T

(A.4.2.1.)

T <= Cu x Ta; donde

Cu = 1.75 – 1.2Av x Fv y debe ser > 1.20





Cu = 1.75 – 1.2 x 0.25 x 1.9 = 1.75 – 0.57 = 1.18, controla 1.20

Así tenemos: T <= 1.20 x Ta

Alternativamente puede ser igual a Ta (Periodo aproximado): Ta = Ct x (h). Ct y los provee la tabla A.4.2-1. Ct = 0.047 y 0.90 entonces Ta = 0.3767

También Ta podría ser igual a: 0.10*N (N: Número de pisos <=3.0 mt.) Por lo tanto Ta = 0.1 X 3 = 0.30.

Tomamos el mayor valor estimado de Ta (0.3767): Por lo tanto, T = 1.20 x 0.3767, entonces T = 0.45

Cortante sísmica en la base

(A.4.-5)

Donde Sa corresponde al valor de la aceleración como fracción de la gravedad leída en el espectro definido en A.2.6 para el período T (T=0.45) de la edificación.

Fuerza sísmica horizontal. En cualquier nivel x.

(A.4-6)

(A.4.-7)

para T < = 0.5 seg. k = 1 para 0.5 < T < 2.5 s. k = 0.75 + 0.5T para T > 2.5 s. k = 2.0

Los parámetros para determinar la fuerza sísmica lateral ya fueron relacionados

anteriormente.





Para T<=0,5 entonces k=1,00 y Sa = 0.815 (Según espectro)

PESO TOTAL DE LA ESTRUCTURA: W= 195.46 Ton

CORTANTE SISMICA HORIZONTAL EN LA BASE (Vs): Vs = 0.815 x g x MVs = 0.815x 9.81x 19.92 TonVs =159.30 Ton T = 0.49 seg. (SAP 2000)

CORTANTE SISMICA HORIZONTAL EN LA BASE METODO DINAMICO:

Vsx = 117,5 ton T = 0.39 seg (72%) de Vsx FHE.Vsy =140 Ton. T = 0.35 Seg. (87%) de Vsy FHE.

No se ajusta el valor del cortante de la base del método dinámico ya que éste es mas del 80% del valor de dicho cortante por el método de la Fuerza Horizontal Equivalente en Sentido Y. se ajusta para sentido X.

Participación de la masa por Modos de vibración en el Método Dinámico

TABLE: Modal Load Participation RatiosOutputCase ItemType Item Static Dynamic

Text Text Text Percent PercentMODAL Acceleration UX 99,99 99,97MODAL Acceleration UY 99,99 99,96MODAL Acceleration UZ 0,82 0.047





TABLE: Modal Participating Mass RatiosOutputCase StepType Period UX UY UZ

Text Text Sec Unitless Unitless UnitlessMODAL Mode 0,3931 0,682142 0,001316 1,84E-07MODAL Mode 0,3493 0,004826 0,871364 0,000045MODAL Mode 0,313 0,174296 0,007298 7,66E-07MODAL Mode 0,164 0,025273 0,000039 6,89E-07MODAL Mode 0,1316 0,077472 1,95E-06 9,05E-07MODAL Mode 0,1241 4,66E-06 0,098698 0,000288MODAL Mode 0,1016 0,015117 0,000067 4,87E-08MODAL Mode 0,0871 0,000263 0,000706 2,5E-06MODAL Mode 0,0861 0,006763 0,002725 0,000013MODAL Mode 0,085 0,004764 0,016066 0,000102MODAL Mode 0,0826 0,008704 0,001398 0,000012MODAL Mode 0,069 0,000108 2,66E-07 4,49E-06

Obsérvese que la masa de la edificación se mueve mas del 90% con los modos de vibrar establecidos para las dos direcciones en estudio X y Y.

A partir de estos resultados se procede al diseño de los elementos estructurales para la geometría, cargas y combinaciones de las mismas.







4452542fybhf

PERIODO FUNDAMENTAL DE VIBRACIÓN APROXIMADO DE LA ESTRUCTURA

0.900.0470.23Seg

Derivado de un análisis dinámico espectral se encuentran los siguientes resultados básicos:

0.280 Seg0.270 Seg

La NSR 10 exige que el valor del periodo de vibracion T no debe exceder el valor de 1.2 Ta

Ta 0.281.2 Ta 0.456

Tx 0.280 < 0.456 Se toma 0.456Ty 0.270 < 0.456 Se toma 0.456

Entrando al espectro se obtiene el correspondiente Sa :

Sax 0.38Say 0.38

Altura W NIVEL TON2.55 1606.862.90 1088.73

5.40 3784,32

PESO DE LA ESTRUCTURA POR NIVEL

NIVEL 3NIVEL 4

Ty

Estos valores se comparan con el valor Ta calculado anteriormente

NIVEL 5NIVEL 6

Ta=Ct.h

FORMULA NSR – 10

DISEÑO DE MUROS EN MAMPOSTERIA - ELEMENTOS NO ESTRUCTURALES EN BLOQUE DE PERFORACION VERTICAL

Ct

Tx

NIVEL 1

TOTAL

NIVEL 2

ESPECTRO DE DISEÑO

00.10.20.3040.50.60.7

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00

Periodo T (seg)

Sa

(g)



ANEXOS





EVALUACIÓN DE LA DERIVA MÁXIMA: La deriva máxima en cualquier punto del piso i, se obtiene como la diferencia entre los desplazamientos horizontales totales máximos del punto en el piso i y los desplazamientos horizontales totales máximos de un punto localizado en el mismo eje vertical en el piso i-1, por medio de la siguiente ecuación:

Δimáx =

OBSERVESE GRAFICA DE LOS NUDOS





TABLE: Joint Displacements

Joint OutputCase CaseTypeStepTyp

e U1 U2 U3

Text Text Text Text m m m

1 ENVOLVENTE Combination Max 0,02 0,015 0,002849

1 ENVOLVENTE Combination Min -0,02 -0,015 -0,00377



















13 ENVOLVENTE Combination Max 0 0 0

13 ENVOLVENTE Combination Min 0 0 0





































30 ENVOLVENTE Combination Max 0,016 0,013 -9,2E-05


31 ENVOLVENTE Combination Max 0,033 0,027 -0,00015


















































54 ENVOLVENTE Combination Max 0,011 0,013 -4E-06


55 ENVOLVENTE Combination Max 0,023 0,027 1,78E-07






























EJES 3 - A : hpi = 8.10 metros – 5.60 metros = 2.50 mt. (Altura Libre)Nudo #: 12, 110

Nudo UX

cms

UY

cms

Δ imáx en X

cms

Δimáx en Y

cms

Deriva Límite de la Deriva

0.01 hpi cms

CHEQUEA

12 0.053 0.035

0.00 0.00 0.00 2.50 O.K.

110 0.041 0.029

EJES 1 - A: hpi = 8.10 metros – 5.60 metros = 2.50 mt.Nudo #: 97, 107

Nudo UX

cms.

UY

cms.

Δimáx en X

cms.

Δimáx en Y

cms.

Derivacms.

Límite de la Deriva

0.01 hpi cms

CHE QUEA

97 0.011 0.014

0.00 0.00 0.00 2.50 O.K.

107 0.041 0.031

EJES 3 - D: hpi =8.10 metros – 5.60 metros = 2.50 mt.Nudo #: 52, 51

Nudo UX

cms.

UY

cms.

Δimáx en X

cms.

Δimáx en Y

cms.

Derivacms.


0.01 hpi cms

CHEQUEA

52 0.03 0.039

0.00 0.00 0.00 2.50 O.K.

51 0.023 0.03

EJES 1 - D: hpi = 8.10 metros – 5.60 metros = 2.50 mt.Nudo #: 60, 59

Nudo UX

cms.

UY

cms.

Δimáx en X

cms.

Δimáx en Y

cms.

Derivacms.


0.01 hpi cms

CHEQUEA

60 0.03 0.035

0.00 0.00 0.00 2.50 O.K.





59 0.023 0.029

EVALUACIÓN DE LA IRREGULARIDAD TORSIONAL

IRREGULARIDAD 1aP

La irregularidad torsional existe cuando en una edificación con diafragma rígido, la máxima deriva de piso de un extremo de la estructura, calculada incluyendo la torsión accidental y medida perpendicularmente a un eje determinado, es más de 1.2 y menor o igual a 1.4 veces la deriva promedio de los dos extremos de la estructura, con respecto al mismo eje de referencia.

A pesar que no presenta irregularidad torsional asumimos que la tiene com factor de seguridad.

Atentamente,

Ing. Civil JULIAN PASTOR FRANCO TELLO c. c. 16´759.667 de CALI M. P. 76202- 56387 VLL Teléfono: 316 564 80 23




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