MEMORIA DE CALCULO ESTRUCTURAL VIVIENDA MULTIFAMILIAR CINCO NIVELES - LIMA MEMORIA DE CALCULO Junio 2023 MEMORIA DE CALCULO ESTRUCTURAL VIVIENDA MULTIFAMILIAR CUATRO NIVELES - LIMA MEMORIA DESCRIPTIVA 1.0 INTRODUCCIÓN El presente estudio comprende al Análisis Estructural de una edificación para Vivienda MULTIFAMILIAR en Concreto Armado con CUATRO (04) niveles principales desplazables, calculada según la normativa E60 de concreto armado, E20 de cargas y la E30 sismo resistente además de las normas internacionales ACI, vigente para edificaciones del Perú. 1.1 Memoria Descriptiva El área de estudio se encuentra situada en LIMA, Municipalidad de LIMA. De acuerdo a se ubicación y según la Norma Técnica E-030 “Diseño Sismorresistente” (2019) se encuentra ubicada en la Zona 4, se tienen del estudio de suelos los parámetros de diseño sismorresistente: Z = 0.45, Suelo S3 con S = 1.10, TP = 1 y TL = 1.60. Es una edificación con estructuras de concreto armado, con una altura total h=11.85 m y esta conformada por pórticos de concreto armado rectos, placas y muros de albañilería confinada, con resistencia del concreto Fc=210 kg/cm2 y para el acero Fy=4200 kg/cm2. El estudio geotécnico realizado presenta un material granular con una Resistencia Admisible de 2.00 kg/cm2 El diseño estructural del Edificio, se orienta a proporcionar adecuada estabilidad, resistencia, rigidez y ductilidad frente a solicitaciones provenientes de cargas muertas, vivas, asentamientos diferenciales y eventos sísmicos. El diseño sísmico obedece a los Principios de la Norma E.030 DISEÑO SISMORRESISTENTE del Reglamento Nacional de Edificaciones (RND) conforme a los cuales: La estructura no debería colapsar, ni causar daños graves a las personas debido a movimientos sísmicos severos que puedan ocurrir en el sitio. La estructura debería soportar movimientos sísmicos moderados, que puedan ocurrir en el sitio durante su vida de servicio, experimentando posibles daños dentro de límites aceptables. Estos principios guardan estrecha relación con la Filosofía de Diseño Sismorresistente de la Norma: Evitar pérdidas de vidas Asegurar la continuidad de los servicios básicos Minimizar los daños a la propiedad La cimentación consiste en zapatas aisladas rectangulares, integradas entre si con vigas de cimentación. El techo y entrepiso están conformados por LOSA TIPO ALIGERADO de ladrillos de arcilla de espesor 0.20 m. Algunos sectores específicos están diseñados con losa maciza de espesor 0.20 m. Configuración de la Edificación El Sistema Estructural Predominante en la dirección X e Y es de pórticos de concreto armado con muros de albañilería confinada. Las cimentaciones están basadas en un sistema mixto de ZAPATAS AISLADAS de dimensiones especificadas en los planos respectivos. Evaluación de la configuración: Irregularidad de Rigidez – No presenta. Irregularidad de Masa. No presenta Irregularidad Geométrica Vertical. No presenta Discontinuidad en el Sistema Resistente. No presenta Irregularidad Torsional. Si presenta Esquinas Entrantes. Si presenta Discontinuidad del Diafragma. No presenta Ejes no paralelos. La estructura clasifica como IRREGULAR SECCIONES DE CONCRETO EMPLEADAS EN EL DISEÑO: COLUMNA C-1(0.30x0.60) COLUMNA C-2(0.25x0.50) COLUMNA C-3(0.20x0.55) COLUMNA C-4(0.25x0.40) COLUMNA C-5(0.25x0.60) 2.0 ANALISIS SISMICO 2.1 Área de Estudio El área de estudio se encuentra situada en LA PROVINCIA DE LIMA, DEPARTAMENTO DE LIMA. Las litologías de estos depósitos comprenden arenas limosas de baja capacidad de carga de clasificación(SP-SM) Los rasgos geomorfológicos presentes en el área de estudio son el resultado de los proceso teutónicos y plutónicos sobreimpuestos por el proceso de geodinámica, que han modelado el rango morfoestructural de la región. 2.2 Sismicidad El área de estudio se encuentra situada en LA PROVINCIA DE LIMA, DEPARTAMENTO DE LIMA. Según la Norma Técnica E-030 “Diseño Sismorresistente” (2019) se encuentra ubicada en la Zona 4, perteneciente a una zona de alta sismicidad, como se ve puede observar en la Figura Nº1: Figura Nº1.- Mapa de zonificación sísmica (RNE E-030) Según la Norma E-030 se deberán tomar estos parámetros de diseño sismorresistente: Factor de zona (Zona 4) Z = 0.45 Tipo de suelo S3 Factor de amplificación del suelo S = 1.10 Periodo que define la plataforma del factor C TP = 1.00 Periodo que define el inicio de la zona del factor C = 1.60 con desplazamiento constante Factor de Reducción de Fuerza Sísmica en X: Ro = 7 (Dual) Factor de Reducción de Fuerza Sísmica en Y: Ro = 3(Albañilería C.) Los desplazamientos laterales se calcularán multiplicando por 0.75xR los valores obtenidos por el análisis lineal con las solicitaciones sísmicas reducidas (para estructuras regulares). Para la superposición de los modos se empleó la fórmula de la Combinación Cuadrática Completa contemplando un 5% de amortiguamiento crítico. 2.3 Coeficiente Corte Sísmico Se aplicara la Formula V = (ZUCS/R) . P Donde: Z=0.45, U=1.00, S=1.10, Rx=7, Ry=3 Periodo Fundamental T = hn / Ct…..Ctx= 45, Cty=45 hn = 11.85 m (altura del edificio) Tx = 0.263 < Tp = 0.6 Según Norma E30: C= 2.50 (Art. 14 )Ty = 0.263 < Tp = 0.6 Entrando con Tx= 0.263 al Espectro Sísmico Tenemos C= 2.50Entrando con Ty= 0.263 al Espectro Sísmico Tenemos C= 2.50 Para Tx=0.263 se tiene C= 2.50 C/Rx = 0.357 >>0.11 (28.2.2 Norma E30) Ok Para Ty=0.331 se tiene C= 2.50 C/Ry = 0.833 >>0.11 (28.2.2 Norma E30) Ok TL Vx = (Z.U.C.S/R)xP……… Vx = 0.1964xP (Para el ETABS) Vy = (Z.U.C.S/R)xP……… Vx = 0.4583xP (Para el ETABS) 2.5 Espectro de Respuesta Estas son las funciones que definen el espectro sísmico para El Edificio en referencia en ambas direcciones X, Y. ESPECTRO SISMICO EJE X: (Dual) Valores de Periodos vs Aceleraciones según la Norma E30 Peru. ESPECTRO SISMICO EJE Y: (Albañilería Confinada) Valores de Periodos vs Aceleraciones según la Norma E30 Peru. 2.6 Análisis Sísmico Estático y Dinámico Se efectuó análisis Sísmico Estático y Dinámico con TRES (3) grados de Libertad por nivel. Por Norma el corte en la base correspondiente al Sismo Dinámico debe estar comprendido al menos por un 90% del Sismo Estático. A continuación, se presentan las graficas correspondientes a los sismos antes mencionados. Fuerza cortante Sismo Estático X: VSx=121.54 tn……90%VSx=109.39 tn Fuerza cortante Sismo Estático Y: VSy=283.62 tn……90%VSy=255.26 tn Fuerza cortante Sismo Dinámico X: VSdx=109.39 tn = 90%VSx=109.39 tn Fuerza cortante Sismo Dinámico Y: VSdy=258.17 tn > 90%VSy=255.26 tn Los cortes del Sismo Dinámico están por encima del 90% de lo exigido por la norma E30 Sismorresistente para edificaciones regulares. Los desplazamientos así obtenidos por el Sismo Dinámico se van a corregir multiplicándolos por el factor (0.75x R). Desp max SdinX = 40.81 mm Desp max SdinY = 2.38 mm CONTROL DE DERIVAS MÁXIMAS POR PISO Deriva Max Sismo Din X = 0.003998 < 0.007 CUMPLE Deriva Max Sismo Din Y = 0.000257 < 0.007 CUMPLE Por Norma E30: Deriva max Permisible = 0.007 (Concreto) La edificación CUMPLE por deslazamientos sísmicos laterales. La estructura es rígida ante cargas laterales Sísmicas. En ambos ejes ortogonales las derivas están por encima del límite de desplazabilidad establecido por la norma sismorresistente. La edificación no cumple por desplazabilidad de cargas sísmicas laterales en ejes X e Y. .1 DISEÑO ESTRUCTURAL .2 Combinaciones de Cargas Para la determinación de las fuerzas en cada barra y cada nodo se utilizo el programa Computacional ETABS 2019. Este programa trabaja con el método LRFD según Normas de la AISC 360-16 y la ACI, similares a las Normas peruanas E90 y E60 respectivamente, para lo cual dispone de todas las combinaciones requeridas en ambos casos para acero y concreto armado. De la Norma E60: Las estructuras y los elementos estructurales se diseñarán para obtener en todas sus secciones resistencias de diseño (Rn) por lo menos iguales a las resistencias requeridas (Ru), calculadas para las cargas y fuerzas amplificadas en las combinaciones que se estipulan en la Norma. En todas las secciones de los elementos estructurales deberá cumplirse: □ Rn Ru Donde: CM : Carga muerta por el peso de los elementos y cargas permanentes. CV : Carga viva por personas y mobiliarios. CS : Carga de Sismo. CVi : Carga de Viento Estas son los requerimientos de combinaciones requeridos por las Normas: 9.2 RESISTENCIA REQUERIDA 9.2.1 La resistencia requerida para cargas muertas (CM) y cargas vivas (CV) será como mínimo: U = 1,4 CM + 1,7 CV (9-1) 9.2.2 Si en el diseño se tuvieran que considerar cargas de viento (CVi), además de lo indicado en 9.2.1, la resistencia requerida será como mínimo: U = 1,25 ( CM + CV +/- CVi ) U = 0,9 CM +/- 1,25 CVi (9-2) (9-3) 9.2.3 Si en el diseño se tuvieran que considerar cargas de sismo (CS), además de lo indicado en 9.2.1, la resistencia requerida será como mínimo: U = 1,25 (CM + CV) +/- CS U = 0,9 CM +/- CS (9-4) (9-5) 9.2.4 No será necesario considerar acciones de sismo y de viento simultáneamente. .3 Metrado de cargas 3.2 a-Carga Muerta (D) y carga Viva (L) La cubierta de techo está conformada por losa del tipo aligerado de espesor 0.20 m con ladrillos de arcilla y las paredes serán construidas con muros de ladrillos de arcilla tarrajeados por ambos lados. Se tienen los siguientes valores estimados para la cubierta de techo correspondiente. 1. CARGAS CARGA MUERTA NIVEL - ENTREPISO: CM (Sobreimpuesta) Tabiques y Muros ........................................................... 150.00 kg/m2 Tarrajeo .......................................................................... 30.00 kg/m2 Acabados cerámicos ........................................................ 50.00 kg/m2 Ladrillos ............................................................................ 50.00 kg/m2 Total C.M ...................................................................... 280.00 kg/m2 Total C.V ....................................................................... 200.00 kg/m2 CARGA MUERTA NIVEL - TECHO: CM (Sobreimpuesta) Tarrajeo .......................................................................... 30.00 kg/m2 Acabados ....................................................................... 50.00 kg/m2 Ladrillos ............................................................................ 50.00 kg/m2 Total, C.M ....................................................................... 130.00 kg/m2 Total C. V ..................................................................... 100.00 kg/m2 CARGA MUERTA NIVEL TIPO: (280kg/m2) CARGA VIVA PISOS: (200kg/m2) .4 Diagramas de Carga Axial, Fuerza Cortante y Momento Flector por Combo de Combinaciones de Carga. 3.3 a-Estado de Carga: Para cargas de Servicio -ENVOLVENTE DE CARGAS DIAGRAMA DE FUERZA CORTANTE VIGAS-COLUMNAS (tn)- ENVOLVENTE DIAGRAMA DE MOMENTOS VIGAS-COLUMNAS (tn-m)- ENVOLVENTE DIAGRAMA DE FUERZA AXIAL VIGAS-COLUMNAS (tn)- ENVOLVENTE DISEÑO DE ELEMENTOS DE CONCRETO ARMADO: DISEÑO DE VIGAS: Según Norma ACI-318-14 ACERO PLANTA VIGAS 1° NIVEL (cm2) ACERO DE REFUERZO LOSA TIPO DE ENTREPISO VIGAS DE CARGA Y ANTISISMICAS DISEÑO A FLEXO COMPRESION: ACERO DE REFUERZO LONGITUDINAL COLUMNAS (cm2) DESEMPEÑO ESTRUCTURAL EN COLUMNAS: Según Norma ACI-318-14 Todas las columnas cumplen por desempeño estructural con ratios menores a 1.00 DIAGRAMA ENVOLVENTE DE MOMENTOS FLECTORES PLACAS (tn.m) DIAGRAMA ENVOLVENTE DE FUERZA CORTANTE PLACAS (tn.m) DIAGRAMA ENVOLVENTE DE FUERZA AXIAL PLACAS (tn) ACERO DE REFUERZO EN PLACAS (cm2) RATIOS DE DESEMPEÑO ESTRUCTURAL PLACAS SEGÚN ACI-318-14 Todas las pacas tiene ratio menos a 1.00, cumplen por rigidez y por resistencia. 4.-DISEÑO DE CIMENTACIONES El sistema de cimentaciones está diseñado con zapatas aisladas cuadradas y rectangulares de espesor 0.80m. El concreto a utilizar es de resistencia fc=210kg/cm2 y al acero de refuerzo es de fy=4200 kg/cm2- Así mismo el esfuerzo admisible del suelo es de 2.00 kg/cm2 CARGAS DE SERVICIO (CM+CV) VERTICALES SOBRE ZAPATAS (tn) DIAGRAMA DE PRESIONES SOBRE EL SUELO (kg/cm2) Todas las zapatas tienen presion por debajo de la presion admisible del suelo (σdm=2.00 kg/cm2) Momentos Maximos en Zapatas (kg.m) PLANTA DE CIMENTACIONES ZAPATAS Y DETALLES DE MUROS 5.00.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES La estructura se comporta bien ante las solicitaciones sísmicas mostrando derivas por debajo del límite respecto a las derives normativas para edificaciones de pórticos de concreto armado (Deriva max= 0.007) . deriv X=0.003998, deriv Y= 0.000257. La estructura cumple con lo estipulado en la Norma Sísmica E30. Los desplazamientos máximos por sismo son los siguientes: Desp Max Sx= 40.31 mm, Desp Max Sy=10.88 mm. Se recomienda una separación mínima de 5 cm al tenerse que la separación debe ser 3/4DespMax = 30.23mm Las zapatas tienen un área que garantizan presiones sobre el suelo por debajo de la presión admisible de 2.00 kg/cm2. Las columnas presentan una ratio de desempeño estructural por debajo de 1.00 garantizándose así su resistencia y rigidez ante el estado de cargas planteado. Se recomienda utilizar ladrillos king-kong de 18 huecos ya definidos en la normativa correspondiente de albañilería confinada.