Reporte de Diseño Estructural

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Diseño y Análisis Estructural de Almacenes "LA ROCA S.A"

Agradecimientos al Ing. Msc. PhD. Pedro Rojas por los conocimientos impartidos en el Curso de Diseño estructural

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CONTENIDO:

Resumen Ejecutivo

.................................................................................3

Capítulo I: Descripción General del Edificio

........................................4

Capítulo II: Descripción de la

Estructura ...................................................5

Capítulo III: Descripción de la Subestructura

.........................................17

Capítulo IV: Presupuesto

.......................................................................4

Capítulo V: Conclusiones

......................................................................5

Anexos.

...........................................................................................

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Resumen Ejecutivo

El proyecto consiste en el diseño de un edificio de concreto reforzado, el mismo que será construido en la parte norte de la ciudad de Guayaquil, la organización que solicitó el estudio fue la Ilustre Municipalidad de Guayaquil. El grupo de Ingenieros encargados de realizar el proyecto está integrado por:

El Ing. Elvis Quisnancela El Ph.d Jaime Vera El Ing. Abel León El Ing. Ricardo Hungría

El trabajo realizado por este equipo empezó con la obtención de las cargas de diseño, las cargas fueron obtenidas mediante la norma Norteamericana ASCE-7-10, posteriormente se procedió a cuantificar las aportaciones de cada elemento tanto estructural como no estructural, para después proceder a realizar un pre dimensionamiento de cada elemento, cabe recalcar que el método utilizado para cuantificar las dimensiones preliminares de cada elemento, corresponde al método del Portal que toma en cuenta la distribución de fuerzas sísmicas en su análisis.

Una vez determinadas las dimensiones preliminares de cada elemento se procede a realizar un modelo estructural con el programa SAP 2000, una de las ventajas principales de este software es que nos revela el período de nuestra estructura mediante un análisis modal propio del programa, y nos indica los desplazamientos de cada entrepiso, para después proceder a calcular las derivas, las cuales determinarán si el modelo cumple o no con los requerimientos permitidos. Con los datos obtenidos del programa se determina la demanda de cada elemento

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para posteriormente proceder a determinar las dimensiones definitivas de los elementos.

Para finalizar se presenta un presupuesto que cuenta con los análisis de precios unitarios de cada rubro representativo del proyecto, y el monto final que indica cuánto costará su construcción.

CAPÍTULO I

Descripción general del edificio

Este edificio será utilizado como un almacén mayorista, ubicado en las coordenadas 98897766 N, 609567 E, el suelo sobre el cual se asentará nuestra estructura cuenta con un qa de 40 Ton/m2, y un número golpes por ensayo SPT de 80, lo que nos indica que el estrato es rocoso.

La estructura contará con 6 pisos, espaciados entre sí 3.5 m, y con pórticos espaciados entre sí 7.5 metros en la dirección Este-Oeste, y con 6.5 metros en la dirección Norte-Sur, por disposiciones del Arquitecto Juan Salvatierra, debido a su función se ha determinado una resistencia del Hormigón es de 350kg/cm2, se determinó que serán necesarias 2 vigas secundarias colocadas en la dirección Norte-Sur, colocadas a los tercios de las vigas en dirección E-0.

La estructura también cuenta con dos muros de hormigón armado ubicados en los extremos en la dirección N-S

El almacén cuenta con una carga viva de 0.6 T/m2 para todos los pisos excepto para la terraza, la terraza fue analizada con un carga viva mucho menor de 0.1 T/m2, es de suma importancia recalcar que en nuestro proyecto no se toma en cuenta la carga de paredes y baldosas.

Se diseñó una losa nervada para aligerar cargas, la losa es soportada por las vigas secundarias, las mismas que se encuentran empotradas en las vigas principales, ya su vez las vigas principales a las columnas.

Las vigas secundarias solo resistirán cargas gravitacionales, las vigas principales resistirán tanto fuerzas gravitacionales como sísmicas, las vigas principales se dividen en cargadoras y no cargadoras, las cargadoras corresponden a aquellas que cuentan con el mayor ancho

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de influencia, las no cargadoras corresponden a aquellas que comparten el ancho de influencia con las secundarias.

Al final revisamos nuestras columnas para verificar si estas cumplen con el criterio columna fuerte, viga débil.

CAPITULO II

Descripción de la estructura.

El análisis comenzó mediante la clasificación del tipo de suelo, el ensayo SPT dio como resultado 80 Golpes, lo que indica que se trata de un material rocoso, el material encontrado fue clasificado como tipo B de acuerdo a la norma, lo que nos da una referencia acerca de la intensidad del efecto sísmico, ya que entre más resistente sea el suelo a un esfuerzo cortante, menor será el efecto de las fuerzas sísmicas sobre la estructura.

Como nuestro edificio posee dos muros de hormigón armado, se lo considera como sistema dual, por lo tanto debemos de calcular los períodos de la estructura tanto en la dirección N-S como en la E-O.

Luego con estos períodos calculamos el cortante basal y la distribución vertical de fuerzas sísmicas en ambos sentidos, obteniendo como resultado un Cortante basal de 265.41 Ton, en la dirección N-S y un cortante basal de 374.7 y en la dirección E-O de

Luego procedemos a la obtención de cargas de la norma Norteamericana ASCE-7-10, posteriormente se procedió a mayorarlas con las combinaciones de carga pertinentes.

Como habíamos definido el edificio diseñado Consiste en un sistema dual integrado por Pórticos de concreto armado Resistente a Momentos (PCRM) Y muros de Hormigón armado para Cortante, este sistema se encuentra en la dirección N-S. En la dirección O-E consiste solo en pórticos de Concreto Reforzado resistentes a momentos .

Por lo que obtendremos un factor de Resistencia de R=8 en la dirección O-E y de 7 En la dirección N-S.

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Con los parámetros obtenidos por parte del código y con los dato de la prospección geotécnica procedimos a graficar el espectro de Respuesta Sísmica.

La grafica presentado muestra El espectro de Respuesta elástica e

inelástica en dirección x, los mismos que fueron realizados con los siguientes datos:

Por otro lado en la dirección y , en donde se encuentra el Muro De Cortante tenemos los siguientes resultados, y la gráfica cuenta con la siguiente configuración:

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.50.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

Espectros de respuesta dirección x

SaS

Periodo

Acel

erac

ione

s

ElásticoT Sa0 0.40

0.1 1.000.5 1.001 0.40

1.5 0.272 0.20

2.5 0.163 0.13

InelásticoT S0 0.05

0.1 0.130.5 0.131 0.05

1.5 0.032 0.03

2.5 0.023 0.02

7


InelásticoT S0 0.06

0.1 0.140.5 0.141 0.06

1.5 0.042 0.03

2.5 0.023 0.02

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.50.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

Espectros de respuesta dirección y

SaS

Periodo

Acel

erac

ione

s

Una vez obtenidos los espectros se procedió a calcular los periodos estructurales para cada uno de los ejes.

Obteniendo los siguientes resultados

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Una vez obtenido los períodos, se procedió a cuantificar las cargas de diseño, cabe recalcar que debido a que la función del edificio es un almacén mayorista, por lo que no se analizaron, las cargas proporcionadas por las paredes ni por las baldosas.

La combinación de carga para cargas gravitaciones proporcionada por el ASCE 7-10 Corresponde a

1.2D+1.6L

a) Estimación de Carga Muerta D

Losa de Compresión:0.12

T/m2

Nervios:0.072

T/m2

Piso 1- 5:

WD1-

5=0.25

7

Baldosas: 0T/m2

Piso 6 :

WD6=

0.232

Paredes:0.025

T/m2

Ductos y enlucidos:0.04

T/m2

b) Estimación de Carga Viva L (ASCE 7-05, Tabla 4-1)

Para almacenes tenemos los siguientes valores:

Del ASCE 7-10 Tabla 4,1Uso u ocupacion Carga uniforme

Categoria Descripcion kN/m2 T/m2

Bodegas

livianos 5 0.5pesados 6 0.6

Piso 1-5: WL1-5= 0.6

T/m2

Piso 6: WL6= 0.10

T/m2

c) Carga totalPiso 1-5: WT1-5=

0.857

T/m2

Piso WT6= 0.33 T/

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6: 2 m2

d) Carga mayoradaPiso 1-5: WU-5=

1.2684

T/m2

Piso6: WU6=

0.4384

T/m2

Una vez datos obtenidos se procedió calcular el peso sísmico de la

estructura

WD=PESO MUERTO; WPP=PESO PROPIO; como nuestro almacén es mayorista se considera el 25% de la carga viva.

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Con los datos obtenidos de este análisis se procedió a determinar la distribución vertical de Fuerzas sísmicas, la misma q arrojó los siguiente resultados:

Wx = WyDirección X:

Vx=265.

5Dirección Y:

Vy=374.7

Nivel

Altura

(H)Wx

Wx.HKx

Cvx

Fx VxWy.HKy

Cvy

Fy Vy

6 22488.77

14121

0.24

63.78

63.77571

11573.48

0.23

87.66

87.662

5 18.5620.39

14844

0.25

67.04

130.8158

12302.31

0.25

93.18

180.84

4 15620.39

11815

0.20

53.36

184.1768

9925.201

0.20

75.18

256.02

3 11.5620.39

88490.15

39.96

224.1398

7561.369

0.15

57.27

313.29

2 8620.39

59620.10

26.92

251.0648

5214.862

0.11

39.5

352.79

1 4.5620.39

31880.05

14.4

265.461

2893.478

0.06

21.92

374.7

∑=58778

∑=49470.7

Diseño del sistema de Piso

El sistema de piso esta conformado por una losa nervada que funciona en dirección N-S y que se apoya sobre las vigas principales y secundarias.

De acuerdo a nuestros cálculos, los nervios de la losa serán de 150mm y la losa de compresión es 50mm, la separación libre entre nervios es de 600mm.

PREDIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES

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Pre dimensionamiento de las Columnas

En el siguiente bosquejo se muestra el área de influencia de cada cada columna, para el pre diseño se tomo en cuenta una columna interior ya que presenta condiciones más críticas

|

Cabe recalcar que en el pre diseño solo se toman en cuenta las cargas de servicio, finalmente se obtuvieron los siguientes resultados.

Pre dimensionamiento de las vigas secundarias

Para el pre diseño de estos elementos solo se toma en cuenta las cargas gravitacionales ya que esta no actúan bajo el efecto de cargas laterales.

De acuerdo a los resultados de nuestro pre diseño es de 35x 40cm.

Pre dimensionamiento de Vigas principales

Existen dos tipos de vigas, cargadoras y no cargadoras; las vigas cargadoras son aquellas que poseen un mayor ancho de influencia, las no cargadoras son aquellas que comparten su ancho con las

Entrepiso

b(cm) h(cm)

6 60 605 60 604 65 653 65 652 70 701 70 70

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secundarias, ambas se pre dimensionaron mediante el método del Portal tomando en cuenta el efecto sísmico.

Eje y

Piso b (cm) h(cm)

P 5-6 6 30 405 30 40

P 3-4 4 30 453 30 45

P 1-2 2 30 501 30 50

Eje x

Piso b (cm) h(cm)

P 5-6 6 40.0 505 40.0 50

P 3-4 4 40 553 40 55

P 1-2 2 40 601 40 60

Cálculo de las derivas:

En el diseño sismo resistentes son las derivas las que controlan el diseño el cálculo de las derivas de acuerdo con la Norma ASCE-7-10 se halla con la siguiente fórmula:

Δxi=( (δxe*Cd)/I) ; θx<θa

DiseñoTx = 1.09451Ty = 0.77882Sismo en xCd=5.5 I=1

Piso hsx δxe δxi θx θa Observaci

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(SAP2000) ón

6 3.50 0.0593 0.326150.012571

43 0.02 Si Cumple

5 3.50 0.0513 0.282150.015871

43 0.02 Si Cumple

4 3.50 0.04120.2266

0.01838571

0.02 Si Cumple

3 3.50 0.02950.16225

0.01901429

0.02 Si Cumple

2 3.50 0.01740.0957

0.01634286

0.02 Si Cumple

1 3.50 0.0070 0.0385 0.011 0.02 Si Cumple0 4.50

Sismo en y

Cd=5.5 I=1

Piso hsx

δxe (SAP200

0) δxi θx θaObservaci

ón6 3.50 0.0650 0.3575 0.0207 0.02 Si Cumple5 3.50 0.0518 0.2849 0.0209 0.02 Si Cumple

4 3.50 0.03850.21175

0.02027143

0.02 Si Cumple

3 3.50 0.02560.1408

0.01807143

0.02 Si Cumple

2 3.50 0.01410.07755

-0.059557

140.02 Si Cumple

1 3.50 0.0520 0.286 0.002 0.02 Si Cumple0 4.50

El diseño con las dimensiones preliminares es satisfactorio lo que indica que se puede continuar con el diseño.

Las demandas serán obtenidas del software y con ese se procederá a cuantificar el armado

Elaboración del Modelo Estructural

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Una vez obtenidas las dimensiones del pre diseño se procede a la elaboración de un modelo estructural en el programa Sap2000.

Se colocaron las cargas gravitacionales y sísmicas, con sus respectivas combinaciones de carga, para que una vez corrido el Modelo se procede a determinar las fuerzas internas de cada elemento, así como los momentos de diseño, reacciones, períodos y los desplazamientos con los que posteriormente se calcularán las derivas.

Cabe recalcar que las cargas sólo fueron asignadas sobre las vigas secundarias, y el Programa se encarga de transmitirlas hacia las vigas principales y posteriormente a las columnas, las columnas fueron empotradas por medio de la asignación de un restraint que inhibe las traslaciones tanto en x como en y, y los momentos.

También se tomo en cuenta el hecho de que la estructura experimenta cierto daño durante el sismo por lo que se consideran las inercias agrietadas

Una de las ventajas de la utilización de este software es la obtención del período de la estructura y los desplazamientos del piso, con el fin de obtener

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las derivas del entrepiso de no deben exceder a 0.02, si las derivas exceden este valor se recalcula la distribución de fuerzas sísmicas, las cuales son menores a las originales, y se procede a calcular las derivas nuevamente, si las derivas no cumple se aumentan las dimensiones de los elementos estructurales. Este proceso se repite hasta que las derivas alcancen el mínimo establecido.

Diseño de los Elementos Estructurales

El diseño estructural de vigas principales y secundarias , columnas y muros se realizó tomando en cuenta el Cap 21 Del ACI 318-08.

Diseño de Vigas Secundarias

El diseño de las vigas secundarias se lo realizó con los esfuerzos obtenidos del programa Sap 2000, obteniendo el siguiente resultado:

DIMENSIONESRefuerzo

longitudinalb(cm) h (cm) Superior Inferior

30 40 5 φ 18 3 φ 12

Diseño de Vigas Principales

El diseño de las vigas principales se realizaron tomando los resultados del Case de la envolvente del programa Sap 2000, posteriormente se realizó si la viga cumplía el condicionamiento por Cortante, es importante indicar que los cortantes que eran otorgados por el modelo estructural no se utilizaron porque el modelo no consideraba la presencian de las articulaciones plásticas.

Vigas no Cargadoras

DIMENSIONESRefuerzo

longitudinalPiso b(cm) h (cm) Superior Inferior6 y5 30 40 5 φ 18 3 φ 184 y 3 30 45 5 φ 18 3 φ 182y 1 30 50 5 φ 18 3 φ 18

Vigas Cargadoras DIMENSIONES Refuerzo

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longitudinalPiso b(cm) h (cm) Superior Inferior6 y5 30 40 6 φ 25 4 φ 224 y 3 30 45 5 φ 25 4 φ 222y 1 30 50 5 φ 25 4 φ 22

Columnas

DIMENSIONES Refuerzo

Piso b(cm) h (cm)Longitudinal

transvesal

6 y5 60 60 12 φ 20 φ 124 y 3 65 65 12 φ 22 φ 122y 1 70 70 12 φ 25 φ 12

Para la aprobación del diseño de las columnas se verificó si cumplían el Criterio Columna Fuerte, Viga débil, es decir que la sumatoria de momentos en las columnas sea mayor al de las vigas.

Para la Obtención del momento en las columnas se utilizó el programa KSU-RC

Si se intercepta la pendiente de la zona elástica con la pendiente de la zona inelástica obtendremos el momento d la columna, Esta gráfica depende de la magnitud de la carga inicial que se aplique.

CAPITULO III

Descripción de la Subestructura.

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La cimentación es uno de los elementos estructurales más representativos de la estructura, ya que es la que se encarga de transmitir los esfuerzos que provienen de las columnas hacia el suelo.

La prospección geotécnica reveló que el suelo es rocoso y cuent a con un qa= 80 ton/m2 y un spt de 80 golpes

Para esta estructura se eligió una cimentación de tipo superficial que consiste en una zapata corrida junto con una viga.

Diseño Estructural de la Cimentación

Para el diseño de la cimentación se tomo las cargas de servicios tanto de la carga viva como de la carga muerta, y para el refuerzo se usaron cargas factoradas.

La zapata actúa como una viga continuade varios tramos, que esta sometida a una carga cuya magnitud es igual al esfuerzo de contacto del suelo.

Elemento b(cm) h(cm) L(cm) b(cm) h(cm) L(cm)

zapata corrida 200 50 2350 200 50 4900

viga de cimentac

ión 70 70 2350 70 70 4900

Elaboración del Modelo Estructural En SAP 2000

Para empezar cogemos la opción para crear un pórtico en 3D y usamos las unidades en Ton, m, F, y elaboramos nuestro esqueleto estructural.

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Una vez elaborado el pórtico procedemos a crear y definir los materiales de cada elemento,

Después de esto procedemos a definir las dimensiones de secciones de cada pórtico

Una vez creadas las secciones y definidos los materiales se procede a crear los dos muros que son elementos Shell y se encuentran en la opción área sections. Y se asigna un restraint a cada joint de la base de la estructura, el restraint será un empotramiento.

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Después de tener el esqueleto estructural totalmente armado procedemos a crear un diagrama en cada piso para que solo exista desplazamiento lateral en la dirección X y Y.

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Terminado el esqueleto procedemos a crear los loads patterns , y las combinaciones de carga pertinentes.

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El siguiente paso es cargar el modelo estructural con las cargas de nuestro análisis, sólo se cargarán las vigas secundarias y principales no cargadoras, y el programa se encargará de transmitirlas al resto de los elementos.

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Después de este paso procedemos a crear un joint que se encuentre desfazado 5 % de la longitud tanto en x como en y del centro de masa de cada pórtico y a este joint le asignamos las cargas laterarles por sismo.

Se coloco un 100% de fuerza sísmica de un eje y 30% con respecto al otro eje , para asumir que el sismo puede venir en cualquier dirección.

Después Corremos el modelo

Una vez corrido el modelo obtenemos el período de la estructura y revisamos los desplazamientos por efecto de las cargas sísmicas para posteriormente revisar las derivas.

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