“REFORZAMIENTO PAELLÓN OMEDOR OOP. SERV. … Reforzamiento... · muros de concreto y de...
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INFORME Y MEMORIA DE CÁLCULO
“REFORZAMIENTO PABELLÓN COMEDOR COOP. SERV. EDUC. ABRAHAM LINCOLN”
Elaborado por: TOP CONSULT INGENIERIA SAC Cliente : COLEGIO ABRAHAM LINCOLN
Lima, Junio de 2012
Av. Benavides Nº 4129 – Surco
www.topconsult.com.pe T. 271-7095 / 448-2603
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1. OBJETIVOS El presente informe describe y sustenta el trabajo realizado por TOP CONSULT INGENIERÍA SAC para el reforzamiento del pabellón destinado a comedor, y futuro gimnasio en el segundo nivel, en el COLEGIO ABRAHAM LINCOLN.
2. ANTECEDENTES En el estudio realizado anteriormente por TOP CONSULT INGENIERÍA SAC, se concluyó principalmente lo siguiente:
La losa aligerada en dos sentidos muestra una deficiente resistencia para esfuerzos de cortante.
Las vigas chatas principales en cada eje, no poseen suficiente rigidez para evitar deflexiones considerables, excediendo los valores máximos por la Norma vigente.
Los pórticos longitudinales poseen mucha diferencia en rigidez: el lado cerrado muestra muros de concreto y de albañilería, mientras que el lado abierto posee columnas circulares de 30cm de diámetro. Esto genera que la estructura posea un comportamiento torsional excesivo en caso de un sismo en la dirección longitudinal.
Por el motivo anterior, las columnas y los muros son muy exigidas y no cumplen con las solicitaciones de resistencia.
La estructura no posee suficiente rigidez para controlar las derivas, superando los límites admisibles por la Norma vigente.
Por los motivos señalados de torsión y de deriva máxima, la estructura califica como IRREGULAR y NO ADMISIBLE, calificación inadecuada para una edificación educacional.
Por tales razones, se solicitó realizar un proyecto de reforzamiento estructural, considerando una futura ampliación del segundo nivel destinado a gimnasio.
3. RESUMEN EJECUTIVO Para el reforzamiento del pabellón, fue necesario realizar los siguientes puntos indicados, ordenados según proceso constructivo:
a. Reforzar las zapatas existentes, ya sea aumentando sus dimensiones y su refuerzo o demoliéndolas y construir nueva cimentación. Esto se debe a que el efecto sísmico solicita a la cimentación mayor área de apoyo (por los esfuerzos del suelo) y mayor peso para evitar que las zapatas se levantes.
b. Construir nueva cimentación para la zona a ampliar. Esta nueva cimentación se conectará con la cimentación existente mediante vigas de cimentación.
c. Reforzar las columnas existentes, generando nuevos elementos verticales estructurales, debido a la solicitud de tener mayor área de muros. Estos muros aportarán la rigidez que la estructura solicita en un caso sísmico y disminuirán los esfuerzos en las vigas existentes.
d. Levantar nuevos elementos verticales en la zona a ampliar. e. Incluir vigas metálicas debajo de las vigas chatas principales existentes. Estos
elementos ayudarán a controlar las deflexiones y, por ende, las fisuras. Las vigas serán cubiertas de planchas con contenido de yeso.
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f. Reforzar la viga perimetral exterior, aumentando sus dimensiones. Así se rigidizará el pórtico, en el cual están los muros principales en la dirección longitudinal.
g. Agregar listones de fibra de carbono en la losa existente para evitar la fisuración excesiva.
h. Extender la losa a la zona a ampliar. En esta extensión, se deberá empalmar bien las losas para que actúen conjuntamente de manera de diafragma.
i. Para el nuevo nivel, levantar los elementos verticales hasta el segundo nivel, sin considerar las columnas circulares existentes.
j. Construir la losa del segundo nivel, con las vigas peraltadas respectivas. La losa es similar a la del primer piso (en dos direcciones) para simplificar el diseño y la construcción. Las vigas son peraltadas para controlar las deflexiones.
k. Construir las escaleras y los corredores indicados en la arquitectura. En el presente informe se incluyen los cálculos que sustentan el diseño de los elementos y del reforzamiento mencionado.
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4. ESTRUCTURACIÓN Y MODELAMIENTO La estructuración se basó en muros de concreto y vigas peraltadas en los pórticos principales. De esta manera, se rigidiza la estructura limitando los desplazamientos y controlando la torsión. Además se agregó vigas metálicas para controlar las deflexiones del techo en el primer nivel. Para todo esto se tuvo que reforzar de gran manera la cimentación existente.
Las características para el diseño fueron las siguientes.
PROPIEDADES DE MATERIALES
Concreto: Acero Estructural A36
Acero de Refuerzo Pernos A325
DIMENSIONES DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES
Columnas de Concreto Vigas de Concreto
C-1 : 0.25 x 1.10 m V-102, V-202, V-203, V-104, V-
204 : 0.30 x 0.70 m
C- ’ : 0.30 x 1.10 m
C-3 : 0.30 x 1.10 m
Muros de Concreto V-105, V-205 : 0.30 x 0.60 m
M-1, M-2, M- ’, M-3, M-4 :
t = 30cm
Vigas Metálicas
W16x50 0.18 x 0.41 m
Losa Aligerada en Dos Direcciones
h = 25cm Separación de viguetas = 70cm
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Las zapatas varían individualmente. Es conveniente observar sus dimensiones en el plano de encofrado adjunto. El modelo y el análisis se realizaron en el programa SAP2000. Este programa permite realizar el análisis de manera rápida y poder ir variando dimensiones para la estructuración con facilidad. Las columnas, los muros y las vigas se modelaron como elementos lineales, mientras que la losa se hizo con elementos finitos.
Modelo 3D de la estructura.
Vista lateral izquierda. Vista lateral derecha
Deformación por cargas de gravedad. Deformación por sismo en dirección Y.
Las cargas de gravedad que se consideraron para el análisis son las siguientes:
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Tipo de Carga
Concreto armado 2.40 ton/m3
Losa aligerada en dos direcciones 0.323 ton/m2
Acabados 0.10 ton/m2
Sobrecarga primer techo 0.40 ton/m2
Sobrecarga segundo techo 0.10 ton/m2
Estas cargas se introdujeron como cargas por área en la losa y se le definió a todos los elementos lineales el peso propio.
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5. ANÁLISIS SÍSMICO El análisis sísmico se realizó según la Norma Técnica E.030 Diseño Sismo Resistente. Las consideraciones iniciales para realizar el análisis son las siguientes:
La edificación, ubicada en el distrito de La Molina, es esencial por ser entidad educacional.
La zona posee un estrato de suelo gravoso, debajo de una capa de suelo areno limoso.
Debido a la estructuración planteada, la estructura resistente está compuesta por muros de concreto. Se comprobará la regularidad de la edificación.
Con esto se obtienen los parámetros sísmicos.
Para realizar el análisis estático, se debe calcular el peso de la estructura.
De esto se realiza el análisis sísmico estático y se genera el espectro que se introducirá en el modelo para realizar el análisis dinámico. Luego se amplifica el espectro para lograr el 80% de la fuerza cortante estática, como lo indica la Norma E.030.
Análisis Sísmico Estático
Espectro Dinámico
Z 0.40 U 1.50 S 1.20 Configuración REGULAR
Tp 0.90 Rx 6.0
Ry 6.0
Zona 1 Edificación Esencial Suelo Intermedio Sistema Estructural
425.0 tonPESO PROPIO
AREA Altura
m2 m LOSA ACABADOS TABIQUERÍA SOBRECARGA
2 366.0 5.60 0.325 0.100 0.0000 0.100 164.7 ton
1 366.0 4.70 0.325 0.100 0.0000 0.400 228.8 ton
TOTAL 393.5 ton
CARGAS ADICIONALES DISTRIBUIDASPESOPISO
818.5 tonPESO TOTAL DE ESTRUCTURA
T 0.278 T 0.184
C 2.500 C 2.500
C/R 0.417 C/R 0.417
Fuerza Cortante YFuerza Cortante X
V estático 245.5 ton V estático 245.5 ton
0.8 Vest 196.4 ton 0.8 Vest 196.4 ton
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Análisis Sísmico Dinámico y Factores de amplificación
Se verifica que cumpla con la regularidad torsional y con la deriva máxima admisible.
De esta manera se comprueba que la estructuración planteada cumple con las solicitaciones sísmicas exigidas por la Norma vigente.
V din X 177.6 ton
V din Y 183.3 ton
CORTANTE DINÁMICO
Factor X 1.1060
Factor Y 1.0714
Factores de Amplificación
d perm 0.007
d min d max d prom Verificación d min d max d prom Verificación
2 0.00000 0.00012 0.00006 REGULAR 2 0.00031 0.00064 0.00047 REGULAR
1 0.00001 0.00013 0.00007 REGULAR 1 0.00031 0.00050 0.00040 REGULAR
* Los valores de d son resultados del análisis elástico
REGULAR
d máx 0.0029 CUMPLEDERIVA MÁXIMA ADMISIBLE
CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL
Derivas por SISMO X Derivas por SISMO Y
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6. DISEÑO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES Con el modelo realizado y las cargas gravitatorias y sísmicas asignadas, se procede a diseñar los elementos para que cumplan con las solicitaciones. A continuación, se presentan algunos diagramas de fuerzas internas de los elementos a diseñar y los diagramas de resistencia que cumplen con las solicitaciones de resistencia:
ANÁLISIS Y DISEÑO DE LOSAS ALIGERADAS
Diagramas de momento flector de la losa del primer piso (arriba) y del segundo piso (abajo).
Diagramas de resistencia a flexión de la losa del 2do piso, en la dirección X (izquierda) y en la dirección Y (derecha).
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ANÁLISIS Y DISEÑO DE VIGAS
Diagramas de momento flector de las vigas transversales del
primer y segundo piso.
Diagramas de la resistencia a flexión (izquierda) y a cortante (derecha) en la viga V-102 (primer piso).
Diagramas de la resistencia a flexión (izquierda) y a cortante (derecha) en la viga V-202 (segundo piso).
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ANÁLISIS Y DISEÑO DE COLUMNAS Y MUROS
Diagrama de momento flector (flexión longitudinal) del muro
M-1 en el primer y segundo piso.
Diagrama de interacción del muro M-1, en ambos pisos, con su cuadro de resistencia a flexión (eje fuerte).
Pu Mu Mn φMn Vu sism
ton ton.m ton.m ton.m ton
180.00 3.00 1240.00 1067.11 620.00
170.00 310.00 1200.00 1050.32 600.00
110.00 310.00 1050.00 944.52 525.00
460.00 50.00 1750.00 1447.26 875.00
380.00 50.00 1600.00 1327.05 800.000.9 CM ± CSy
Combinación
1.4 CM+1.7 CV
1.25 ( CM + CV ) ± CSx
0.9 CM ± CSx
1.25 ( CM + CV ) ± CSy
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Diagrama de fuerza cortante (dirección longitudinal) de las
columnas del eje en el primer y segundo piso.
Diagrama de interacción de las columnas C-1 en ambos pisos, con su cuadro de resistencia a flexión (eje fuerte).
En el Anexo, se adjuntan tablas de diseño empleados para estos elementos. En estos documentos se muestra en detalle los cálculos realizados, que son típicos para el resto de la estructura.
Pu Mu Mn φMn Vu sism
ton ton.m ton.m ton.m ton
25.00 3.00 58.00 57.28 25.22
45.00 5.00 64.00 64.11 27.83
25.00 5.00 57.00 57.28 24.78
45.00 2.00 64.00 64.11 27.83
26.50 1.50 57.00 46.57 57.810.9 CM ± CSy
Combinación
1.4 CM+1.7 CV
1.25 ( CM + CV ) ± CSx
0.9 CM ± CSx
1.25 ( CM + CV ) ± CSy