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Memoria de cálculo estructural de una casa
Tipo: Ejercicios
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El documento contiene la memoria descriptiva del diseño y cálculo estructural de las edificación VIVIENDA en un nivel pero se elabora el diseño con las cargas de la futura ampliación de la vivienda a dos niveles en la zona aporticada.
Proyecto VVIENDA EN UN NIVEL CON PROGRESION A DOS NIVELES EN EL MUNICIPIO DE RESTREPO META Versión 01 Fecha 08/08/ Disciplina CIVIL Página Página 2 de 20 Nombre Documento CALCULO ESTRUCTURAL Revisión 0 Número Documento 01 Archivo ESTRUCTURA CASA 1P PRESENTACION A continuación se presenta el Documento Técnico correspondiente a la memoria de diseño y calculo estructural para la construcción de la vivienda en un nivel con progresión a dos niveles en la zona porticada. El diseño en mención se realizó siguiendo los parámetros establecidos en la Norma Colombianas de Diseño y Construcción Sismo Resistente ó Ley 400 de 1997 y Decreto 33 de 1998 NSR-10. Sergio Castro Mora Ingeniero Civil
Proyecto VVIENDA EN UN NIVEL CON PROGRESION A DOS NIVELES EN EL MUNICIPIO DE RESTREPO META Versión 01 Fecha 08/08/ Disciplina CIVIL Página Página 4 de 20 Nombre Documento CALCULO ESTRUCTURAL Revisión 0 Número Documento 01 Archivo ESTRUCTURA CASA 1P vibraciones y se generan aceleraciones mayores, creándose de esta manera fuerzas de inercia de mayor magnitud. Estas fuerzas de inercia originadas por la vibración en los lugares donde se localizan las masas de la construcción, se transmiten a través de la estructura por trayectorias que dependen de la configuración estructural del mismo, generándose esfuerzos y deformaciones, por fuerzas que se tornan críticas en las uniones de los elementos que conforman el sistema, fuerzas cortantes entre columnas y la transmisión de estas a la cimentación. En nuestro caso que trataremos a continuación, se trata de una estructura típica que varía con el suelo que va a resistir la super estructura de la construcción, es por tanto que se hace necesario diseñar y detallar varias cimentaciones, según la cantidad de módulos que se decida tomar la opción que es lo que estamos tratando en este estudio.
Como se ha observado la intensidad de la vibración inducida en una construcción depende tanto de las características del sismo como de las propiedades dinámicas de los elementos que conforman la estructura. Durante al ocurrencia de sismos moderados una estructura se mantiene dentro de su intervalo de comportamiento elástico lineal y su respuesta puede ser calculada con bastante aproximación a través de los métodos de análisis dinámico de sistemas lineales obteniéndose resultados muy precisos en la modelación de sistemas con un grado de libertad. Una estructura real es un sistema más complejo y su respuesta es más difícil de estimar, pues a medida que la intensidad de la vibración de la onda aplicada al edificio se hace más grande se generan cambios en las propiedades dinámicas del mismo que alteran su comportamiento, el cual deja de ser lineal, cambiando la rigidez la cual tiende a bajar y el amortiguamiento subir. La proporción de estas modificaciones es muy diferente de un sistema estructural a otro y cambia también según los materiales utilizados en la construcción. Según este criterio una fuente importante de cambio de las propiedades dinámicas de la construcción es el efecto de los elementos no estructurales (recubrimientos y paredes divisorias) que en niveles bajos de solicitación pueden contribuir a mejorar la rigidez del sistema, pero después se agrietan y se separan de la estructura principal.
Proyecto VVIENDA EN UN NIVEL CON PROGRESION A DOS NIVELES EN EL MUNICIPIO DE RESTREPO META Versión 01 Fecha 08/08/ Disciplina CIVIL Página Página 5 de 20 Nombre Documento CALCULO ESTRUCTURAL Revisión 0 Número Documento 01 Archivo ESTRUCTURA CASA 1P A lo largo de los siguientes conceptos se establecerán los principios y los procedimientos seguidos durante el diseño para evitar la ocurrencia de daños severos.
La particularidad del evento sísmico no reside solo en la complejidad de la respuesta estructural a los efectos dinámicos del movimiento, sino que se desprende de lo poco previsible que puede llegar a ser el fenómeno y de la intensidad que pueden generar sus efectos, asociado a que la posibilidad de que ocurra un sismo, durante la vida esperada de la estructura, es muy pequeña. Por lo tanto el problema que se plantea para llegar a una solución estructural sísmicamente competente consiste en que debe equilibrarse la inversión de manera razonable para construir un edificio o una estructura de servicio, que permanezca seguro dentro de la probabilidad del daño que pueda ocurrirle. Dentro de este universo de variables la mayoría de los reglamentos modernos de diseño sísmico establecen como objetivos, de un lado, evitar el colapso, pero aceptar el daño, durante la ocurrencia de un movimiento particularmente severo que pueda presentarse en la vida de la edificación; y, por otro lado, evitar daños de cualquier tipo ante movimientos moderados que tengan una posibilidad más significativa de presentarse durante este lapso. Estos objetivos pueden resumirse de la siguiente manera:
Proyecto VVIENDA EN UN NIVEL CON PROGRESION A DOS NIVELES EN EL MUNICIPIO DE RESTREPO META Versión 01 Fecha 08/08/ Disciplina CIVIL Página Página 7 de 20 Nombre Documento CALCULO ESTRUCTURAL Revisión 0 Número Documento 01 Archivo ESTRUCTURA CASA 1P analítico más representativo de la estructura real a través de la utilización del programa ETABS V13 el cual facilitará, con más refinamiento, la determinación de la solución del sistema estructural.
El procedimiento adoptado consiste esencialmente en un diseño elástico con fuerzas reducidas, en el que se acepta que la energía generada por el sismo, se disipe por deformaciones inelásticas y que las fuerzas que deben ser capaces de resistir las estructuras son menores que las que se introducirían si su comportamiento fuera elástico - lineal. El NSR – 10 especifica un espectro de diseño de referencia para el diseño de estructuras que no pueden tener deformaciones inelásticas significativas, pero permite que dichas fuerzas se reduzcan por un factor de comportamiento que depende del tipo de estructura en función de su capacidad de disipación de energía. Con estas fuerzas se analizará un modelo lineal de la estructura, en el cual se revisará que no se rebasen estados límites de resistencia de sus secciones. Para cumplir con el objetivo de evitar daños no estructurales ante movimientos sísmicos moderados, el NSR – 10 requiere que se mantengan los desplazamientos laterales de las estructuras dentro de los límites admisibles. Se aceptan desplazamientos relativos de entrepisos de 0.006 y 0.010 veces la altura del mismo entrepiso. De otra parte el procedimiento de diseño no incluye una revisión explícita de la seguridad ante el colapso (estado limite de supervivencia). Solo supone que, al obedecer ciertos requisitos de ductilidad, la estructura dispondrá de capacidad de disipación inelástica de energía suficiente para evitar el colapso.
Proyecto VVIENDA EN UN NIVEL CON PROGRESION A DOS NIVELES EN EL MUNICIPIO DE RESTREPO META Versión 01 Fecha 08/08/ Disciplina CIVIL Página Página 8 de 20 Nombre Documento CALCULO ESTRUCTURAL Revisión 0 Número Documento 01 Archivo ESTRUCTURA CASA 1P
La estructura del edificio o de las estructuras de servicio son tridimensionales y pueden analizarse como tales mediante el método de elementos finitos, que permiten representar losas, vigas, columnas, muros en concreto, estructuras metalicas, cimentaciones enterradas, empleando diferentes tipos de elementos. Para el desarrollo del análisis tridimensional utilizando el programa ETABS V13 Y ARQUIMET V se dispuso previamente de la siguiente información:
Proyecto VVIENDA EN UN NIVEL CON PROGRESION A DOS NIVELES EN EL MUNICIPIO DE RESTREPO META Versión 01 Fecha 08/08/ Disciplina CIVIL Página Página 10 de 20 Nombre Documento CALCULO ESTRUCTURAL Revisión 0 Número Documento 01 Archivo ESTRUCTURA CASA 1P En dicha curva se observa que el esfuerzo máximo en compresión se alcanza para deformaciones cercanas a 0.002 y la falla por aplastamiento para deformaciones de entre 0.003 y 0.004. Cuando la solicitación se aplica rápidamente, como en el caso de un sismo, la curva esfuerzo deformación muestra incrementos en el módulo de elasticidad y en la resistencia que son del orden del 15 por ciento como se aprecia en figura 2. En las estructuras de concreto reforzado se puede eliminar el comportamiento frágil propio del concreto simple, si se mantienen bajos los esfuerzos de compresión y se diseñan y refuerzan los elementos estructurales de manera que su capacidad está regida por la resistencia del acero de refuerzo. Analizado de esta manera el comportamiento a compresión del concreto S 1 2 3 F’c Kg cm^2 300 200 100 E (^0 /00) Prueba estándar Velocidad de deformación 1 % /seg.
Proyecto VVIENDA EN UN NIVEL CON PROGRESION A DOS NIVELES EN EL MUNICIPIO DE RESTREPO META Versión 01 Fecha 08/08/ Disciplina CIVIL Página Página 11 de 20 Nombre Documento CALCULO ESTRUCTURAL Revisión 0 Número Documento 01 Archivo ESTRUCTURA CASA 1P se definió que para el diseño de las diferentes sistemas estructurales que son: una zona de vivienda y, para todo esto se utilizara concretos de 210 kg/cm^2. Acero Teniendo en cuenta que la curva esfuerzo - deformación de los aceros de refuerzo que se consiguen en el mercado nacional está caracterizadas por un comportamiento lineal prolongado con un módulo de elasticidad de 2 x 10^6 Kg. / cm^2 y que el esfuerzo de fluencia (real o aparente fy) y la capacidad de deformación depende de la composición química del acero y del tratamiento a que este halla sido sometido, se analizarán las estructuras con las resistencias de los aceros de refuerzo con límite de fluencia igual a 4200 Kg. /cm^2. Para la parte metalica se utilizara acero estructural A-50.
Desde el punto de vista sísmico esta costumbre conlleva a que no se pueda lograr que un edificio mal estructurado se comporte satisfactoriamente ante solicitaciones por sismo, por más minuciosos que se vuelvan los procedimientos de análisis y dimensionamiento estructural. Es evidente que la configuración estructural queda en buena parte definida a partir del diseño de los espacios que se requieran para el optimo funcionamiento de las actividades del acueducto; por ello es importante en esta fase sé interactue con el diseñador espacial, para orientarlo a cerca de las necesidades de mínimas de rigidez, resistencia y regularidad que requiere una estructura y ponerlo al tanto de las consecuencias que tienen algunas decisiones practicas en el comportamiento estructural. .
Proyecto VVIENDA EN UN NIVEL CON PROGRESION A DOS NIVELES EN EL MUNICIPIO DE RESTREPO META Versión 01 Fecha 08/08/ Disciplina CIVIL Página Página 13 de 20 Nombre Documento CALCULO ESTRUCTURAL Revisión 0 Número Documento 01 Archivo ESTRUCTURA CASA 1P especial atención a que las presiones verticales no excedieran los valores permisibles de carga del terreno. EVALUACION DE LOS ESTADOS LÍMITES DE LA CIMENTACION Los estados limites de falla según la ecuación H.4.1.4 se incluyen en el cuadro de Excel utilizado para el diseño de la cimentación, lo cual significa que la competencia del suelo ante la transmisión de cargas. Esta evaluación se realizó para verificar que la resistencia del suelo de soporte no fuera menor que la solicitación que le impondrá la estructura Para efectos de la determinación de dichas solicitaciones se tuvieron en cuenta las siguientes combinaciones de carga: D + L + W (B.2.3-5) D + L + 0.7 E (B.2.3-6) De acuerdo con la valoración de resultados obtenidos se adoptaron las cargas calculadas con la ecuación B.2.3-6 por considerar que estos valores son más críticos. El diseño de la cimentación se detalla en los cuadros de Excel mencionados anteriores y los mismos de anexan como un apéndice del presente documento.
Proyecto VVIENDA EN UN NIVEL CON PROGRESION A DOS NIVELES EN EL MUNICIPIO DE RESTREPO META Versión 01 Fecha 08/08/ Disciplina CIVIL Página Página 14 de 20 Nombre Documento CALCULO ESTRUCTURAL Revisión 0 Número Documento 01 Archivo ESTRUCTURA CASA 1P CALCULO DE LA ESTRUCTURA DE CONCRETO REFORZADO LA EDIFICACIONES Y ESTRUCTURAS DE SERVICIO DEL ACUEDUCTO DE PUERTO GAITAN, DEPARTAMENTO DEL META DEFINICION DEL SISTEMA ESTRUCTURAL (A.1.3.4) La estructura propuesta corresponde, por su configuración, a la descripción del Sistema aporticado debido a que las fuerzas horizontales son resistidas con pórticos con capacidad de disipación en el rango inelástico, especial DME. SOLUCION ESTRUCTURAL Esta solución de un sistema aporticado la tomamos para las edificaciones de uno y dos niveles, presentan las características que se enuncian a continuación: Se ha planteado un sistema Sismorresistente aporticado con vigas de amarre de cimentación y vigas de amarre aéreas. Se diseñaron las columnas que van a transmitir las cargas al suelo de fundación descrito en los estudios de suelos. En la parte de cimentación, se cuenta con vigas de amarre de geometría variable longitudinales que enlazan y otras vigas transversales, de igual sección, diseñadas para contrarrestar posibles giros al nivel de base. Teniendo en cuenta el tipo de suelo, solo usaremos un concreto de limpieza donde se van a localizar las vigas de cimentación y en el sector de las zapatas un sobre ancho para controlar el mayor esfuerzo que transfieren las columnas al suelo de fundación. Columnas rectangulares variables en todas las edificaciones planteadas. apoyo a los elementos metálicos que puntualmente lleva las cargas de cubierta a la vigas de amarre superior.
Proyecto VVIENDA EN UN NIVEL CON PROGRESION A DOS NIVELES EN EL MUNICIPIO DE RESTREPO META Versión 01 Fecha 08/08/ Disciplina CIVIL Página Página 16 de 20 Nombre Documento CALCULO ESTRUCTURAL Revisión 0 Número Documento 01 Archivo ESTRUCTURA CASA 1P Inicialmente seguiremos los pasos que se indican en las Normas Colombianas de Diseño y Construcción Sismorresistente NSR – 10. DETERMINACION DEL RIESGO SISMICO (A.2.3.) Dentro del Mapa de zonas de amenaza sísmica (Figura B 6.5.1) se considera la localización en el municipio de Restrepo Meta DETERMINACION DEL ESPECTRO DE DISEÑO Para el Municipio de Restrepo Meta, la norma define un Coeficiente que representa la Aceleración y la Velocidad pico esperada igual a: Aa = 0. Ad = 0. EFECTOS LOCALES: (A.2.4.) La región está clasificada en una zona sísmica alta COEFICIENTE DE SITIO: (A.2.4.2.) S = 1. GRUPO DE USO: (A.2.5.1.) Se toma como grupo de uso para efectos de la determinación del Coeficiente de Importancia, el Grupo 4, correspondiente a “Estructuras Indispensables”. COEFICIENTE DE IMPORTANCIA: Según la tabla A.2.-4 Coeficiente de Importancia I = 1. SISTEMA ESTRUCTURAL
Proyecto VVIENDA EN UN NIVEL CON PROGRESION A DOS NIVELES EN EL MUNICIPIO DE RESTREPO META Versión 01 Fecha 08/08/ Disciplina CIVIL Página Página 17 de 20 Nombre Documento CALCULO ESTRUCTURAL Revisión 0 Número Documento 01 Archivo ESTRUCTURA CASA 1P La estructura diseñada para esta sección de la casa de dos pisos con altillo, corresponde a la definición del SISTEMA DE PORTICO y resistirá las solicitaciones horizontales mediante pórticos de concreto de 210 kg/cm^2 reforzado con Acero de 4200 kg/cm^2 diagonales, resistentes a momentos con capacidad especial de disipación de energía (DME) IRREGULARIDADES Tipo 1P Tipo 1A FUERZAS SISMICAS Espectro plástico de aceleraciones. Para la forma del espectro elástico de aceleraciones, se toma para un coeficiente de diseño crítico de 5 %, el cual se define mediante al ecuación A.2. Dentro del informe que se adjunta, se nota cada uno de los cuatro sistemas estructurales CARGAS DE VIENTO Presión del viento Para estructuras rígidas Factores de efectos del viento de diseño Velocidad del viento básico= 100 km/hora Categoría de exposición= C Altura de exposición= variable según el edificio. Cada uno de los edificios se detallan los efectos del viento y sus parámetros de diseño.
Proyecto VVIENDA EN UN NIVEL CON PROGRESION A DOS NIVELES EN EL MUNICIPIO DE RESTREPO META Versión 01 Fecha 08/08/ Disciplina CIVIL Página Página 19 de 20 Nombre Documento CALCULO ESTRUCTURAL Revisión 0 Número Documento 01 Archivo ESTRUCTURA CASA 1P El diseño de los elementos estructurales se incluye en detalle en los informes que genera el programa ETABS V13, anexos al presente documento. DISEÑO DE ELEMENTOS NO ESTRUCTURALES Alcance del diseño El siguiente diseño de elementos no estructurales y de su anclaje a la estructura se limita a: Acabados y elementos arquitectónicos decorativos GRADO DE DESEMPEÑO DE LOS ELEMENTOS NO ESTRUCTURALES De acuerdo con lo anterior y fundamentados en los requerimientos de la Taba A.9-1, la clasificación del grado de desempeño de los elementos no estructurales del Edificio corresponde a la definición de BAJO, “(TABLA A 9-1) (b) BAJO, es aquel en el cual el daño es grave que se presenta en los elementos no estructurales inclusive no reparable ” CRITERIO DE DISEÑO A.9.4.1. (a) Considerando las disposiciones del reglamento NSR 98 se adopta como criterio de diseño la separación de los elementos no estructurales de la estructura misma, por lo que estos se apoyarán solo en la parte inferior y superior de la misma. Para el caso del proyecto anteriormente señalado, estos elementos no estructurales corresponden a los muros en mampostería de perforación horizontal.
Proyecto VVIENDA EN UN NIVEL CON PROGRESION A DOS NIVELES EN EL MUNICIPIO DE RESTREPO META Versión 01 Fecha 08/08/ Disciplina CIVIL Página Página 20 de 20 Nombre Documento CALCULO ESTRUCTURAL Revisión 0 Número Documento 01 Archivo ESTRUCTURA CASA 1P Ing. SERGIO CASTRO MORA MP # 25202-168230 CND.
