MEMORIA DESCRIPTIVA DE ESTRUCTURAS PROYECTO VIVIENDA UNIFAMILIAR DE 3 PISOS

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MEMORIA DESCRIPTIVA DE ESTRUCTURAS PROYECTO VIVIENDA UNIFAMILIAR DE 3 PISOS Urb. Mirasol de Huampani 2da etapa - Mz. L – Lote 26 - Distrito – Lurigancho Chosica

INDICE GENERAL 1.- OBJETIVO.................................................................................................. pág. 2 2.- DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO......................................................................... pág. 2 3.- ESTUDIOS PREVIOS.......................................................................................... pág. 2 3.1

ESTUDIO BÁSICO DE SUELO.................................................................. pág. 2

3.2

ANÁLISIS DE CAPACIDAD PORTANTE ADMISIBLE.............................. pág. 3

4.- METODOLOGÍA Y NORMATIVA DE DISEÑO APLICADO AL PROYECTO...... pág. 5 5.- CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES........................................................ pág. 5 6.- CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS GENERALES DE PREDIMENSIONAMIENTO DE ESTRUCTURA.................................................. pág. 6 7.- ANÁLISIS ESTRUCTURAL SISMORRESISTENTE..................................................

CONCEPCIÓN ESTRUCTURAL SISMORRESISTENTE...............................

pág. 6

7.1.-

pág. 6

7.2.-

PARÁMETROS SÍSMICOS....................................................................... pág. 7

7.3.-

CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL......................................................... pág. 7

7.4.-

CARGAS ASIGNADAS............................................................................. pág. 7

7.5.-

DENSIDAD MÍNIMA DE MUROS........................................................... pág. 8

7.6.- ANÁLISIS DE RESISTENCIA DE LA ALBAÑILERÍA AL ESFUERZO AXIAL POR COMPRESIÓN...................................................................... pág. 8 7.7.-

ANÁLISIS SÍSMICO POR MÉTODO ESTÁTICO...................................... pág. 10

8.- DISEÑO DE ELEMETOS ESTRUCTURALES........................................................ pág. 12 8.1.-

DISEÑO DE ALBAÑILERÍA CONFINADA................................................ pág. 12

8.2.-

DISEÑO DE ELEMENTOS DE CONCRETO ARMADO............................ pág. 16

9.- CONCLUSIONES................................................................................................. pág. 24 10.- ANEXO 1 (INFORME DE ENSAYOS DE MECÁNICA DE SUELOS)........................... pág. 25

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MEMORIA DESCRIPTIVA DE ESTRUCTURAS PROYECTO VIVIENDA UNIFAMILIAR DE 3 PISOS Urb. Mirasol de Huampani 2da etapa - Mz. L – Lote 26 - Distrito – Lurigancho Chosica

1. OBJETIVO El objetivo de la presente memoria es describir el proceso de análisis y diseño de los componentes estructurales que componen y justifiquen el buen comportamiento del diseño para la futura edificación bajo las condiciones requeridas más importantes de acuerdo a las normas y criterios nacionales e internacionales vigentes. 2. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO El proyecto es de carácter particular perteneciente a los dueños del terreno, SR. GERMAN YALLE QUISPE y SRA. GLORIA TARCILA ARCE MATOS tal como se verificó en la COPIA LITERAL DE INSCRIPCIÓN DEL PREDIO en la SUNARP; cuyo terreno al que está referido el presente proyecto está ubicado en Urb. Mirasol de Huampani 2da etapa, manzana L, lote 26, distrito de Lurigancho Chosica, provincia de Lima. El proyecto está categorizado como nuevo, y pensado para vivienda unifamiliar de 3 pisos, lo cual está enmarcado dentro de los parámetros urbanísticos de la Municipalidad de Chosica correspondientes a esta zona. CARACTERÍSTICAS URBANÍSTICAS: - AREA: 7.00x18.60 = 130.2 m2 - USOS: RESIDENCIAL MEDIA MÁX 3 PISOS, EN ESTE CASO UNIFAMILIAR

3. ESTUDIOS PREVIOS Para la evaluación del sistema estructural a utilizar se realizó una visita de inspección visual para la consideración de las condiciones actuales visibles. Se observa algunas edificaciones de vecinos ya realizadas bajo modalidad de albañilería confinada en su mayoría. Según el RNE vigente, para una edificación de menos de 500 m2, con características sísmicas y de terreno no críticas puede realizarse un estudio mínimo de suelos bajo supervisión de profesional responsable. 3.1. ESTUDIO BÁSICO DE SUELO

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Se realiza el estudio básico de suelo el 13-03-15 por medio de calicatas en el área del lote del terreno, basado en 3 puntos de exploración a 2.3 m de profundidad c/u.

Las muestras (10kg de muestra cuarteada + 1 muestra inalterada) son sometidas a los ensayos de CORTE DIRECTO, ANÁLISIS VOLUMÉTRICO y CLASIFICACIÓN DE SUELOS; procesadas por el laboratorio de JBO INGENIEROS SAC ubicado en la calle Valladolid 149 Urb. Mayorazgo II etapa, Ate, Lima. Cuyo INFORME DE ENSAYOS se adjunta como ANEXO 1 a esta memoria y cuyos resultados más importantes fueron: Clasificación de suelos (SUCS) Contenido de humedad Peso volumétrico húmedo Cohesión Ángulo de fricción

Arena bien gradada con limo y grava (SW-SM) 0.8 % 2.001 kg/cm3 (2.001 ton/m3) 0.00 kg/cm3 27.6°

3.2. ANÁLISIS DE CAPACIDAD PORTANTE ADMISIBLE Con los datos brindados por el laboratorio, se realiza el cálculo de la capacidad portante del suelo.

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De los métodos convencionales de la mecánica de suelos, se toma 3 de los más recomendados: -

MÉTODO DE TERZAGHI (con factores de capacidad de Vesic) CRITERIO DE FACTORES DE FORMA DE VESIC CRITERIO DE FACTORES TOTALES DE MEYERHOF

METODO DE TERZAGHI

(Con factores de capacidad de Vesic) CIMIENTO CORRIDO ZAPATA

ZAPATA DATOS DE DISEÑO B= 1.60 Fs = 3.00 Df = 1.20 DATOS DE EMS ϒ= 2001.00 c= 0.00 Ø= 27.60

FACTORES DE CAPACIDAD DE CARGA Nc = 25.04 Nq = 14.09 Nɤ = 15.78

m m

kg/m3 kg/cm2 °

RESULTADOS OBTENIDOS q= 0.24 qu = 5.40 q neto = 5.16 q adm = 1.72

CRITERIO DE FACTORES DE FORMA DE VESIC DATOS DE DISEÑO B= 1.50 L= 1.50 Fs = 3.00 Df = 1.20 β= 0 DATOS DE EMS ϒ= 2001.00 c= 0.00 Ø= 27.60

m m m °

DATOS DE EMS ϒ= 2001.00 c= 0.00 Ø= 27.60

B = Long. Mayor en cimiento corrido FS = Factor de seguridad Df = Profundidad de cimentación ϒ = Peso específico c = Cohesión Ø = Ángulo de fricción interna q = Esfuerzo efectivo al nivel Df de profundidad qu = Esfuerzo último de cimentación q neto = Capacidad de carga última neta q adm = Capacidad de carga admisible total

(General, zapatas y cimientos corridos)

FACTORES DE MODIFICACIÓN FACTORES DE FORMA Fcs = 1.56 Fqs = 1.52 Fɤs = 0.60

kg/m3 kg/cm2 °

m m m °

kg/m3 kg/cm2 °

FACTORES DE CAPACIDAD DE CARGA Nc = 25.04 Nq = 14.09 Nɤ = 15.78

RESULTADOS OBTENIDOS q= 0.24 qu = 6.57 q neto = 6.33 q adm = 2.11

CRITERIO DE FACTORES TOTALES DE MEYERHOF DATOS DE DISEÑO B= 1.50 L= 1.50 Fs = 3.00 Df = 1.20 β= 0

kg/cm2 kg/cm2 kg/cm2 kg/cm2

LEYENDA

kg/cm2 kg/cm2 kg/cm2 kg/cm2

(General, zapatas y cimientos corridos)

FACTORES DE MODIFICACIÓN FACTORES DE FORMA Fcs = 1.56 Fqs = 1.52 Fɤs = 0.60 FACTORES DE PROFUNDIDAD Fcd = 1.32 Fqd = 1.24 Fɤd = 1.00 FACTORES DE INCLINACIÓN DE LA CARGA Fci = 1.00 Fqi = 1.00 Fɤi = 1.00

FACTORES DE CAPACIDAD DE CARGA Nc = 25.04 Nq = 14.09 Nɤ = 15.78

RESULTADOS OBTENIDOS q= 0.24 qu = 7.81 q neto = 7.57 q adm = 2.52

kg/cm2 kg/cm2 kg/cm2 kg/cm2

De los cuales prudentemente se toma un valor intermedio de qadm = 2.11 kg/cm2 el cual a su vez es uno de los más aceptados por el margen de seguridad que ofrece. Se hace notar que este valor es para cargas de gravedad pues ya está dividido por el factor de seguridad (Fs) igual a 3 para cargas estáticas y posteriormente podremos cambiar a 2.5 para cargas de sismo con lo que aumenta a qadm = 2.54kg/cm2

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4. METODOLOGÍA Y NORMATIVA DE DISEÑO APLICADO AL PROYECTO Basados en la relación DESEMPEÑO, ECONOMÍA, CONDICIONES NATURALES; se decide optar por un diseño basado en ALBAÑILERÍA CONFINADA con sistemas de PÓRTICO y PLACAS DE CONCRETO para temas de mejoramiento de estabilidad por sismo en la dirección más “esbelta” de resistencia. La parte de análisis de la estructura se realiza por medio de software para diseño de edificaciones ETABS 13.1.5 usando la metodología de elementos finitos, atendiendo las características de rigidez y elásticas de cada material (concreto armado y albañilería), por lo que no se utilizó el método de la columna ancha equivalente más que para comprobación. El análisis y diseño de la cimentación se realiza mediante el software SAFE 12.2.0, así como de hojas de cálculo y verificación en Excel. NORMATIVA APLICADA - NORMA DE CARGAS E-020 (RNE-PERÚ) - NORMA DE DISEÑO SISMORESISTENTE E-030 (RNE-PERÚ) - NORMA DE SUELOS Y CIMENTACIONES E-050 (RNE-PERÚ) - NORMA DE DISEÑO DE CONCRETO ARMADO E-060 (RNE-PERÚ) - NORMA DE DISEÑO DE ALBAÑILERÍA E-070 (RNE-PERÚ) CRITERIOS ADICIONALES -

NORMAS DEL COMITÉ ACI-318-08 (EE.UU.) COMENTARIOS A LA NORMA E-070 POR ING. ANGEL SAN BARTOLOME (PERÚ)

5. CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES ALBAÑILERÍA: - Ladrillo industrial clase IV sólidos (30% de huecos), tipo King Kong de arcilla de dimensiones h=9cm, L=23cm, A=13cm. - f’b (resistencia de la unidad de ladrillo) = 145 kg/cm2 y 215 kg/cm2 dependiendo de lo que mande el análisis. - f’m (resistencia del muro de albañilería a compresión) = 65 kg/cm2 y 85 kg/cm2 respectivamente a lo anterior. - v’m (resistencia del muro al corte) = 8.1 kg/cm2 y 9.2 kg/cm2 respectivamente a lo anterior. - Em (módulo de elasticidad) = 500f’m = 32500 kg/cm2 en general - v (módulo de poisson) = 0.25 - Gm (módulo de corte) = 0.4Em = 13000 kg/cm2 - Mortero tipo P2 = cemento : arena 1:4

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CONCRETO ARMADO: - f’c (resistencia nominal a compresión) = 210 kg/cm2 - Ec (módulo de elasticidad) = 15000(210^0.5) = 217370.6512 kg/cm2 - v (módulo de poisson) = 1.5 CONCRETO CICLOPEO: -

f’c (resistencia nominal a compresión) = 100 kg/cm2 % piedra grande (máx Ø=25cm) = 30%

ACERO DE REFUERZO: - Tipo = Acero corrugado grado 60 - f’y (resistencia nominal a fluencia) = 4200 kg/cm2 6. CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS GENERALES DE PREDIMENSIONAMIENTO DE ESTRUCTURA -

-

Uso: vivienda Sistema de techado: losa aligerada en una dirección e=0.20 m (luego se verifica) Altura típica de piso a techo: 2.4 m ESPESOR EFECTIVO DEL MURO h= 2.4 m t para Zona Sísmica 2 y 3 t= 0.13 m h/20 = 0.12 m ok De donde t = 0.13 como se supuso inicialmente está correcto.

7. ANÁLISIS ESTRUCTURAL SISMORRESISTENTE Siguiendo la filosofía del diseño sismorresistente definimos a la estructura de diseño como un sistema mixto de albañilería confinada, pórticos de concreto armado y placas, más el sistema predominante es el de albañilería confinada, debido a que los muros de albañilería confinada soportarán la mayoría de cargas de gravedad y de sismo. 7.1. CONCEPCIÓN ESTRUCTURAL SISMORRESISTENTE La forma como se organizan en planta y en altura provee características importantes para un adecuado comportamiento frente a las cargas verticales y fuerzas sísmicas, de acuerdo con lo siguiente: Resistencia adecuada. Existe continuidad de los elementos verticales y horizontales. Posee deformación limitada por muros de albañilería confinada y placas. Se han incluido líneas de resistencia y redistribución de esfuerzos entre el sistema de albañilería confinada y los pórticos. Se han considerado las condiciones locales mediante los estudios previos. 6

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7.2. PARÁMETROS SÍSMICOS DENOMINACIÓN FACTOR DE ZONA (ZONA 3) FACTOR DE CATEGORÍA (CATEGORÍA C) FACTOR GEOTÉCNICO DE SUELO (SUELO S2) FACTOR DE AMPLIFICACIÓN SÍSMICA (Tp=0.6 > h/60=0.14) COEFICIENTE DE REDUCCIÓN INICIAL (SISTEMA DE ALBAÑILERÍA CONFINADA)

INDICADOR Z U S

VALOR 0.4 1 1.2

C

2.5

R*

3

El valor de R* se multiplicará por 3/4 en caso se demuestre que la estructura es irregular. 7.3. CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL Evaluamos irregularidades del modelo en la planta predominante (2do piso): dX

dY

De donde se concluye que es irregular por esquina entrante, debido a que: (dY / LY)*100% >20% y (dX / LX)*100% >20% 7.4. CARGAS ASIGNADAS CARGAS VIVAS -

Sobrecarga vivienda = 250 kg/m2 (mínimo RNE : 200kg/m2) Escaleras = 200 kg/m2

CARGAS MUERTAS -

Acabados = 150 kg/m2 (tarrajeo techo 1cm + piso terminado 5cm) Tabiquería = 100 kg/m2 (tabiquería no portante)

7

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7.5. DENSIDAD MÍNIMA DE MUROS DATOS SÍSMICOS Z 0.4 U 1 S 1.2 Ap 90

Zona 4 (Lima) Viviendas Suelo tipo 2, suelo intermedio m2

NIVEL

DIRECCIÓN

N

Am

ΣAm/Ap

1er 2do 3er 1er 2do 3ro

X X X Y Y Y

3 2 1 3 2 1

8.17 4.43 4.21 5.46 4.25 4.25

0.091 0.049 0.047 0.061 0.047 0.047

𝑍𝑈 56 0.034 0.026 0.017 0.034 0.026 0.017

CONDICIÓN cumple cumple cumple cumple cumple cumple

7.6. ANÁLISIS DE RESISTENCIA DE LA ALBAÑILERÍA AL ESFUERZO AXIAL POR COMPRESIÓN ANÁLISIS POR ESFUERZO AXIAL EN COMPRESIÓN POR GRAVEDAD (100%WD+100%Wv) Definición de condición: f'm =

65

cumple

no cumple

kg/cm2

8

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DIRECCIÓN X

1er

Y

X

2do

Y

X

3er

Y

MURO M-1 M-2 M-3 M-4 M-5 M-8 M-9 M-13 M-16 M-19 M-20 M-21 M-23 M-24 M-25 M-6 M-7 M-10 M-11 M-12 M-14 M-15 M-17 M-18 M-26 M-1 M-2 M-3 M-4 M-5 M-9 M-13 M-16 M-19 M-20 M-21 M-23 M-25 M-29 M-10 M-12 M-14 M-15 M-17 M-18 M-26 M-1 M-2 M-3 M-5 M-9 M-13 M-16 M-19 M-20 M-21 M-23 M-25 M-29 M-10 M-12 M-14 M-15 M-17 M-18 M-26

WD+WL 10.64 19.68 20.47 13.10 23.99 5.58 15.88 14.63 5.17 15.02 10.08 3.76 12.69 5.06 15.03 5.93 5.26 29.61 5.93 3.18 14.06 2.57 16.34 3.01 24.82 8.87 15.20 15.98 9.86 18.30 14.78 10.72 3.81 11.76 8.77 4.07 11.05 12.13 9.61 22.33 3.87 10.28 1.92 12.29 3.35 15.08 6.56 10.35 13.53 13.43 9.85 7.04 2.65 7.88 6.45 2.36 7.24 8.34 7.09 14.89 2.60 7.03 1.3609 8.3453 2.0558 9.4403

L 1.23 2.68 2.55 1.66 3.3 1.03 2.27 1.73 0.55 2.16 1.78 0.9 3.06 1.35 3.2 0.93 0.93 2.9 1.325 0.65 2.25 0.65 2.25 0.65 3.95 1.23 2.68 2.55 1.66 3.3 2.27 1.73 0.55 2.16 1.78 0.9 3.06 3.2 2.86 2.9 0.65 2.25 0.65 2.25 0.65 3.95 1.23 2.68 2.55 3.3 2.27 1.73 0.55 2.16 1.78 0.9 3.06 3.2 2.86 2.9 0.65 2.25 0.65 2.25 0.65 3.95

t 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13

σm 6.66 5.65 6.17 6.07 5.59 4.16 5.38 6.50 7.23 5.35 4.36 3.21 3.19 2.88 3.61 4.90 4.35 7.85 3.44 3.76 4.81 3.04 5.58 3.57 4.83 5.55 4.36 4.82 4.57 4.27 5.01 4.76 5.33 4.19 3.79 3.48 2.78 2.92 2.59 5.92 4.58 3.51 2.28 4.20 3.96 2.94 4.11 2.97 4.08 3.13 3.34 3.13 3.70 2.80 2.79 2.02 1.82 2.01 1.91 3.95 3.07 2.40 1.61 2.85 2.43 1.84

σmáx 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38 9.38

CONDICIÓN cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple cumple

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7.7. ANÁLISIS SÍSMICO POR MÉTODO ESTÁTICO Tomando solo el 25% de la carga viva para el análisis sísmico por el método estático. PESO DE LA EDIFICACIÓN POR PISO CORTANTE BASAL POR SISMO SEVERO: V= 162.81 ton

NIVEL 3 2 1

ton CM 86.17 92.22 110.61

ton CV 21.41 21.68 21.95

ton 25%CV 5.35 5.42 5.49 P=

V=

(

𝑍𝑈𝐶 𝑅

)P

ton CM + 25%CV 91.52 97.64 116.10 305.27

m hi 8.3 5.65 3

Pixhi 759.64 551.68 348.30 1659.63

ton Fi 74.52 54.12 34.17

ton VEi 74.52 128.64 162.81

Usando el ETABS para modelar la estructura compuesta por: Muros de albañilería confinada + Placas + Pórtico (este se adicionó en la zona delantera de ausencia de muros portantes en la dirección corta.

VERIFICACIÓN DE DISTORCIÓN MÁXIMA (OBTENCIÓN DE DESPLAZAMIENTOS RELATIVOS MÁXIMOS DE ENTREPISO) Máx. Distorsión Distorsión Máxima Albañilería Confi. = 1/200 = 5/1000 NIVEL SISMO DIR. ΔL/h 0.75R x (ΔL/h) n/1000 n/1000 0.000650 S. SEVERO X 0.001097 1.10 < 5 cumple 3 0.001351 S. SEVERO Y 0.002280 2.28 < 5 cumple 0.001136 S. SEVERO X 0.001917 1.92 < 5 cumple 2 0.001231 S. SEVERO Y 0.002077 2.08 < 5 cumple 0.000501 S. SEVERO X 0.000845 0.85 < 5 cumple 1 0.000723 S. SEVERO Y 0.001220 1.22 < 5 cumple

DESPLAZAMIENTOS TOTALES MÁXIMOS

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Esto para comprobar posteriormente la separación mínima de los linderos por sismo NIVEL

SISMO S. SEVERO S. SEVERO S. SEVERO S. SEVERO S. SEVERO S. SEVERO

3 2 1

cm d max. 0.42 0.90 0.25 0.54 0.10 0.22

DIR. X Y X Y X Y

cm 0.75R x d max. 0.71 1.52 0.42 0.91 0.17 0.37

= Dmáx

VERIFICACIÓN DE EXCENTRICIDAD LONGITUDES DE EDIFICACIÓN (EN 1ER PISO) USADA PARA TODOS LOS PISOS: LX = 15.15 m LY = 7.79 m m

m

m

m

NIVEL

XCM

YCM

XCR

YCR

ΔX

ΔY

eX

eY

1

7.12

3.41

10.57

1.86

3.45

1.54

21%

20%

2

7.00

3.48

9.09

2.99

2.08

0.49

14%

6%

3

6.99

3.45

8.98

3.12

1.98

0.33

13%

4%

ACEPTABLE

Tomando en cuenta que se recomienda 20% como máximo, pero en el 1er nivel es necesario debido a la rigidez extra que aportan los muros de contención de concreto armado M25 Y M26

El sistema estructural optimizado consta de albañilería confinada en casi todo lo que es zona de muros, excepto las 3 placas actuando como muros de contención por desnivel del terreno en la parte posterior. A esto se le suman 3 placas y un sistema aporticado en la parte delantera (fachada) debido a la falta de rigidez que había en el lado más corto y pocos muros en esa zona de sala comedor y pequeño voladizo. M26

M25

Para finalizar esta primera etapa de análisis se separan 2 casos requeridos para el diseño de la albañilería confinada según el RNE en E-070: -

SISMO MODERADO. 11

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-

Caso en el cual se verifica que no haya fisura de ningún muro de albañilería de la estructura, debido a que estos sismos son los más comunes, además se verifica que los muros de concreto armado (placas) tampoco se fisuren y no se considera aporte de su refuerzo, debido a que su rango de deformaciones para que empiece a trabajar el refuerzo es mayor al que soporta la albañilería antes de fisurar. SISMO SEVERO. Caso en el que se verifica la resistencia total de la estructura por cada piso, respecto a la cortante de un sismo con el doble de intensidad que el moderado, se consideran aquí que todos los muros de albañilería confinada del 1er piso fallan por agrietamiento diagonal y es aquí que se diseñan las columnas de amarre y vigas soleras. SISMO MODERADO IRREGULAR Z 0.4 U 1 S 1.2 R 4.5 C 2.5 R' 6 COND.= C' Tp T hn Ct

IRREGULAR 10.84 0.6 0.14 8.3 60

SISMO SEVERO IRREGULAR Z U S R C R' COND. = C' Tp T hn Ct

Lima vivienda normal intermedio Alb. Conf. Irreg.

ECUACIÓN:

P

V= 0.267

= ZUCS/R

Alb. Conf.

R = 3/4R'

C/R = 0.56

C ≤ 2.5

C/R ≥ 0.125

0.4 1 1.2 2.25 2.5 3

Lima vivienda normal intermedio Alb. Conf. Irreg.

ECUACIÓN:

IRREGULAR 10.84 0.6 0.14 8.3 60

R = 3/4R'

C/R = 1.11

C ≤ 2.5

C/R ≥ 0.125

P

V= 0.533

= ZUCS/R

Alb. Conf.

8. DISEÑO DE ELEMETOS ESTRUCTURALES 8.1. DISEÑO DE ALBAÑILERÍA CONFINADA Aquí se consideran y diseñan los siguientes elementos: -

Muros de albañilería confinada

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-

Columnas de confinamiento Vigas soleras o de amarre

PROCEDIMIENTO PARA DISEÑO DE MUROS: a) Control de todos los muros a fisuración diagonal, mediante los esfuerzos del sismo moderado. b) Verificación de la resistencia total al corte de cada piso, mediante los esfuerzos del sismo severo. c) Verificación del refuerzo horizontal. d) Verificación al agrietamiento diagonal en pisos superiores, debido al sismo severo. PROCEDIMIENTO PARA DISEÑO DE COLUMNAS Y VIGAS DE CONFINAMIENTO DEL 1ER PISO Y MUROS AGRIETADOS DE PISOS SUPERIORES: a) Determinación de la sección de concreto de la columna de confinamiento por compresión y tracción. b) Determinación del refuerzo vertical. c) Determinación de los estribos de confinamiento. d) Diseño de las vigas solera. Se realiza un procedimiento parecido para los pisos superiores no agrietados. Toda esta fase es fuera del software ETABS debido a que el ETABS modela y analiza muros de albañilería, pero no los diseña. Se muestra la evaluación de cortante general de cada piso en ambas direcciones. VERIFICACIÓN DE RESISTENCIA AL CORTE DE CADA PISO Para verificar la resistencia general de cada piso, hay que contemplar el aporte de todos los sistemas y/o elementos que contribuyen a la resistencia cortante, como las columnas aisladas del sistema aporticado que se agregó a la estructura.

NIVEL

DIRECCIÓN X

1er

MURO M-1 M-2,3,4,5 M-8,9 M-13 M-16 M-19,20,21 M-23,24 M-25

MAT CON ALB ALB ALB ALB ALB ALB CON

ton Vm 12.28 68.69 17.49 5.88 1.95 24.92 26.86 44.24

ΣVm 202.31

ok

ton Ve 4.5902 25.9052 6.133 1.6838 0.2321 7.8695 9.1396 38.4689

ton VE 9.18 51.81 12.27 3.37 0.46 15.74 18.28 76.94

ΣVE 188.04

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Y

X

2do

Y

X

3er

Y

C-12 C-10 C-11 C-6 C-6 M-6 M-7 M-10 M-11 M-12 M-14,15 M-17,18 M-26

CON CON CON CON CON ALB ALB CON CON ALB ALB ALB CON

9.40 8.29 11.78 5.79 5.79 2.93 3.06 46.29 18.32 1.77 10.58 12.11 54.61

M-1 M-2,3,4,5 M-9 M-13 M-16 M-19,20,21 M-23 M-25 C-10 C-10 C-9 C-6 C-13 M-29 M-10 M-12 M-14,15 M-17,18 M-26

CON ALB ALB ALB ALB ALB ALB ALB CON CON CON CON CON ALB CON ALB ALB ALB ALB

12.28 72.50 10.22 7.80 1.69 30.14 18.37 19.30 8.29 8.29 8.25 5.79 7.79 16.99 46.29 1.89 17.34 18.30 23.35

M-1 M-2,3 M-5 M-9 M-13 M-16 M-19,20,21 M-23 M-25 M-29 M-10 M-12 M-14,15 M-17,18 M-26

CON ALB ALB ALB ALB ALB ALB ALB ALB ALB CON ALB ALB ALB ALB

12.28 35.91 20.00 13.84 10.46 1.47 28.85 17.60 18.52 16.48 46.29 1.64 16.92 17.29 22.71

ΣVm 190.73

ok

ΣVm 172.30

ok

ΣVm 162.58

ok

ΣVm 158.92

ok

ΣVm 121.34

ok

1.9 0.21 1.69 0.32 0.18 1.2238 1.3531 38.1219 9.1235 0.4892 4.8352 4.117 31.2495

3.80 0.42 3.38 0.64 0.36 2.45 2.71 76.24 18.25 0.98 9.67 8.23 62.50

3.39 41.1499 3.8732 2.1636 0.2841 13.0294 7.367 9.9147 0.16 0.35 0.64 0.5 0.22 9.7533 35.922 0.5186 9.6913 9.7663 13.7446

6.78 82.30 7.75 4.33 0.57 26.06 14.73 19.83 0.32 0.70 1.28 1.00 0.44 19.51 71.84 1.04 19.38 19.53 27.49

4.1028 19.3479 7.259 2.8069 1.8578 0.2107 10.4024 5.6786 8.319 7.3743 25.2471 0.3602 7.9496 7.2778 10.3994

8.21 38.70 14.52 5.61 3.72 0.42 20.80 11.36 16.64 14.75 50.49 0.72 15.90 14.56 20.80

ΣVE 189.63

ΣVE 162.34

ΣVE 162.53

ΣVE 119.97

ΣVE 117.22

Diseño de los elementos del 1er piso (muros agrietados) en dirección X

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MURO COLUMNA UBICACIÓN Pg Vm Mu L Lm h Nc M F Pgc Pt Pc T C Vc As As min As USAR #Ø An Ac Acf min Ac USAR COLUMNA tn d Ø N° ramas Av S1 S2 S3 S4 ZONA C S@Ø min S@Ø RESTO SOLERA Acs Ts As As min As USAR #Ø S@Ø RESTO

C-2 EXT

8.60 0.00 8.60 18.62 35.82 5.56 7.16 2.01 7.92 4#5 133.45 241.86 195.00 299.00 C-3 9 23 1/4 2 0.63 6.78 11.73 5.75 10.00 45.00 1@5 8@6 @25

M-2,3,4,5 C-3 C-2 INT INT 65.40 68.69 380.46 10.19 3.30 3.00 5.00 277.42 27.22 16.78 13.51 15.92 0.00 0.00 4.27 16.78 13.51 20.18 3.44 6.71 0.04 6.67 3.40 10.07 3.71 3.71 3.71 2.26 3.18 1.31 2.01 2.01 2.01 2.85 5.07 2.85 4#3 4#4 4#3 0.00 0.00 16.40 0.00 0.00 64.80 195.00 195.00 195.00 234.00 299.00 234.00 C-2 C-3 C-2 9 9 9 18 23 18 1/4 1/4 1/4 2 2 2 0.63 0.63 0.63 5.63 6.78 5.63 11.73 11.73 11.73 5.00 5.75 5.00 10.00 10.00 10.00 45.00 45.00 45.00 1@5 1@5 1@5 9@5 8@6 9@5 @25 @25 @25 M-2,3,4,5 234 11.12 2.94 2.01 5.07 4#4 Ø1/4" 1@5, 4@10 @25 C-2 INT

AGRIETADOS PRIMER NIVEL X M-8,9 C-6 C-2 C-2 C-6 EXT EXT INT EXT 18.20 17.49 75.37 3.30 2.27 3.00 3.00 49.14 14.89 10.59 2.84 9.10 6.26 0.00 3.80 0.00 0.00 10.59 6.64 9.10 6.26 16.63 8.26 6.80 8.63 37.81 21.53 1.15 21.15 5.56 4.51 3.01 4.51 6.61 3.89 2.96 4.00 3.77 2.01 2.01 3.77 10.13 5.07 2.85 10.13 8#4 4#4 4#3 8#4 90.36 58.13 0.00 0.00 182.41 135.13 0.00 0.00 195.00 195.00 195.00 195.00 754.00 234.00 234.00 754.00 C-6 C-2 C-2 C-6 9 9 9 9 48 18 18 48 1/4 1/4 1/4 1/4 4 2 2 4 1.27 0.63 0.63 1.27 25.35 5.63 5.63 25.35 23.46 11.73 11.73 23.46 12.00 5.00 5.00 12.00 10.00 10.00 10.00 10.00 45.00 45.00 45.00 45.00 1@5 1@5 1@5 1@5 5@10 9@5 9@5 5@10 @25 @25 @25 @25 M-8,9 234 6.01 1.59 2.01 2.85 4#3 Ø1/4" 1@5, 4@10 @25

M-13 C-2 EXT

M-16 C-7 EXT

12.20 5.88 30.12 1.73 1.73 3.00 2.00 21.29 12.31 6.10 6.10 0.00 4.46 6.10 10.56 6.21 1.75 18.40 22.86 2.94 2.94 2.77 1.52 2.01 2.15 5.07 5.70 4#4 8#3 40.16 54.55 106.85 129.64 195.00 195.00 234.00 429.00 C-2 C-7 9 9 18 23 1/4 1/4 2 4 0.63 1.27 5.63 17.51 11.73 23.46 5.00 5.75 10.00 10.00 45.00 45.00 1@5 1@5 9@5 8@6 @25 @25 M-13 234 2.94 0.78 2.01 2.85 4#3 Ø1/4" 1@5, 4@10 @25

Como resultados adicionales se obtuvo: -

Todos los muros de albañilería confinada del 1er nivel llevarán refuerzo horizontal: 2 Ø 1/4" @ 2 hiladas del muro y en el 2do nivel cada 3 hiladas. 15

C-2 EXT

C-2 EXT

4.27 1.95 8.53 0.55 0.55 3.00 2.00 5.61 10.20 2.14 2.14 4.39 0.00 6.53 2.14 3.67 8.06 16.72 12.34 0.97 0.97 1.37 2.60 2.01 2.01 2.85 2.85 4#3 4#3 69.64 42.43 152.39 110.54 195.00 195.00 234.00 234.00 C-2 C-2 9 9 18 18 1/4 1/4 2 2 0.63 0.63 5.63 5.63 11.73 11.73 5.00 5.00 10.00 10.00 45.00 45.00 1@5 1@5 9@5 9@5 @25 @25 M-16 234 0.97 0.26 2.01 2.85 4#3 Ø1/4" 1@5, 4@10 @25

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-

Todas las columnas de confinamiento empezarán con estribos con separación menores o iguales a 5cm los 45 primeros cm desde zapata o cimiento.

8.2. DISEÑO DE ELEMENTOS DE CONCRETO ARMADO Aquí se incluyen los siguientes elementos: -

Vigas Aligerados Columnas Placas Escalera Cimentaciones

Se utiliza el método de resistencia última. COMBINACIONES NORMATIVAS: Según el RNE en E-060, se deben considerar las siguientes combinaciones de amplificación, así como los factores Φ de reducción. COMB 1 = 1.4CM + 1.7CV COMB 2 = 1.25 (CM + CV) + SX COMB 3 = 1.25 (CM + CV) - SX COMB 4 = 1.25 (CM + CV) + SY COMB 5 = 1.25 (CM + CV) – SY COMB 6 = 0.9CM + SX COMB 7 = 0.9CM – SX COMB 8 = 0.9CM + SY COMB 9 = 0.9CM - SY

ENVOLVENTE = SUPERIOR ((MÁX. ABS. (MAX COMB 1 a MAX COMB 9))) INFERIOR ((MÁX. ABS. (MIN COMB 1 a MIN COMB 9)))

ΦR ≥ Ru

Flexión: Φ = 0.9

Cortante: Φ = 0.75

VIGAS Y ESCALERA Se utilizan todas las combinaciones arriba nombradas y se aplican los factores de reducción de flexión y cortante para diseñar las vigas y la escalera por el método de resistencia última, mediante la envolvente de momentos flectores y cortantes.

16

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Además de considerar el acero por torsión requeridas en algunas vigas peraltadas.

De donde se obtienen valores de Acero para flexión, estribado por cortante y por torsión. Paso importante posterior es la comprobación de los resultados (basados en norma ACI-318-08) con los valores estipulados por la norma peruana respecto a la cuantía máxima y mínima. COLUMNAS En el caso de las columnas les proporcionaremos un refuerzo inicial para luego chequear que COMB 1, COMB 2, etc. Todas estén dentro del diagrama truncado de interacción resistente de la columna a chequear.

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PLACAS De forma similar se chequeó el desempeño de las placas, asignándoles “piers” y verificando por diagramas de interacción, donde solo en una de ellas requirió refuerzo en los extremos, pero ya estaba pre establecido que todas llevarían refuerzo en los extremos debido a las columnas existentes, la armadura típica chequeada para las placas fue de Ø 3/8” @ 0.20 m en ambas caras, tanto vertical como horizontal. La escalera se analizó de forma similar a la de una viga.

LOSAS ALIGERADAS Para el caso de las losas aligeradas se diseñó por el método de los coeficientes, para la distribución de los momentos generados. Solo en el caso no contemplado por este método cuando se tiene un solo paño con 2 apoyos no empotrados ni continuos, se tomó el caso crítico en el que los momentos negativos de apoyo son iguales a los tomados por el caso con un apoyo continuo y otro simplemente apoyado. Para cada caso de momento positivo, el bloque equivalente de esfuerzos siempre se ubicó en la zona del ala de la vigueta (desempeño como viga rectangular).

18

BACHILLER EN INGENIERÍA CIVIL EDUARDO ENMANUEL PUMA ALVAREZ 991163098/#942964802 DISEÑO DE SECCIONES DE VIGA T POR FLEXIÓN DATOS DE DISEÑO TIPO = POSITIVO Mu = 0.47 b= 40 bw = 10 hf = 5 h= 20 r= 3 d= 17

MATERIAL Y NORMATIVO ton-m cm cm cm cm cm cm

TIPO DE DESEMPEÑO =

f'c = fy = Φ= β1 = β3 =

210 4200 0.9 0.85 0.85

kg/cm2 kg/cm2 reduc.

V. RECT.

Momento y acero debido a las alas

Acero de toto el ala (caso viga rectangular) aw = 0.43 cm Asw = 0.74 cm2

Muf

Muf =

0.00

ton-m

Asf =

0.00

cm2

Momento y acero debido al alma Muw = 0.00 ton-m aw = 0.00 cm Asw = 0.00 cm2

Hallando acero balanceado en el alma pb w = 0.02125 pmax w = 0.01594 Rub w = 48.94805 kg/cm2 Mub w = 1.41 ton-m Asb w = 3.6125 cm

6 6 5 Ru 𝑅

As min = As máx = As Total = 1.33 As tot =

0.13 7.49 0.74 0.98

cm2 cm2 cm2 cm2

5

(recomendado si fuese posible)

ALIGERADO 1 Coef V = Vu = ØV = bw = QUIT. LAD =

0.50 0.65 1.22 0.10 NO

Coef V = Vu = ØV = bw = QUIT. LAD =

ton ton m

h= L= BORDE EXT Coef M= Mu = As min = As máx = As req = As = #Ø =

#Ø =

0.04 0.16 0.13 2.71 0.29 0.71 1#3

1 Ø 3/8

ton-m cm2 cm2 cm2 cm2

Coef = Mu = As min = As máx = As req = As = #Ø1 = #Ø2 =

0.20 2.90 CENTRO 0.09 0.34 0.13 7.49 0.64 0.71 1#3

0.58

0.58 0.75 1.22 0.10 NO

0.58 1.01 1.22 0.10 NO

ton ton m

QU

m m

h= L= BORDE INT

ton-m cm2 cm2 cm2 cm2 3 de 3

Coef = Mu = As min = As máx = As req = As = #Ø1 = #Ø2 =

0.10 0.52 0.13 2.71 1.01 1.27

ton-m cm2 cm2 cm2 cm2

1#4

0.97

#Ø2 =

0.73

#Ø1 =

3 de 3 1 Ø 1/2

Coef = Mu = As min = As máx = As req = As = #Ø1 = #Ø2 =

0.20 3.90 CENTRO 0.09 0.62 0.13 7.49 1.16 1.43 1#3 1#3

1.30

ARRIBA

0.21

#Ø1 =

0.38

0.98

0.58

#Ø1 =

1 Ø 3/8

#Ø2 =

1 Ø 3/8

ABAJO #Ø2 =

1 Ø 3/8

DISEÑO DE CIMENTACIONES Para el análisis de la cimentación, se colocó losas (simulan los cimientos) en las bases de columnas y muros para poder exportar las cargas repartidas a muros y columnas en la base de la estructura al software SAFE. 19

m m

ton-m cm2 cm2 cm2 cm2 1.5 de 3

A

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De esta forma luego de exportar los datos del análisis elástico del ETABS, se toma en consideración el valor del esfuerzo admisible del suelo, hallando de tablas el valor aproximado del Módulo de Balasto para un qadm = 2.11 kg/cm2 para el cual se obtuvo Módulo de Balasto = 4kg/cm3. Evaluando para el caso de cargas de gravedad en servicio (no amplificadas). qadm = 2.11 kg/cm2. (SOLO CARGAS DE SERVICIO) Evaluando para el caso de cargas de gravedad + sismo y aplicando el aumento del 30% que permite el RNE E-050 para cargas temporales provenientes del sismo. qadm = 1.3 x 2.54 kg/cm2. = 3.30 kg/cm2 (CARGAS DE SERVICIO + SISMO)

CASO 1 CARGAS DE SERVICIO (100% CD + 100% CV)

-

-

Zona de máxima presión en morado indica cargas de hasta 1.62 kg/cm2 Zona máxima corresponde a la ubicación de una zapata combinada donde caen 2 columnas a las cuales se les amarró con una viga de cimentación a cada una (líneas de azúl) a la otra zapata combinada central que aparece de rojo, para equilibrar momentos de excentricidad. Además posee una distribución homogénea sobre el suelo lo que evitará asentamientos diferenciales.

CASO 2 CARGAS DE SERVICIO + SISMO X (100% CD + 100% CV + 100% SX)

20

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-

Zona de máxima presión (en morado) aparece con 2.97 kg/cm2 lo cual es menor que los 3.30 kg/cm2 del qadm aumentado por sismo.

CASO 3 CARGAS DE SERVICIO - SISMO X (100% CD + 100% CV - 100% SX)

-

La zona de máxima presión (en morado) produce 2.17 kg/cm2 inferior al q admisible por sismo (3.30 kg/cm2)

CASO 4 CARGAS DE SERVICIO + SISMO Y (100% CD + 100% CV + 100% SY)

21

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-

La zona de máxima presión (en morado) es de 2.52 kg/cm2 y toda la zona de rojo intenso en la zapata combinada superior tiene un promedio de 2.3 kg/cm2 lo cual es aún aceptable ya que es menor que los 3.30 kg/cm2.

CASO 5 CARGAS DE SERVICIO - SISMO Y (100% CD + 100% CV - 100% SY)

-

Las zonas de máxima carga (en rojo intenso) presentan 3.18 kg/cm2 lo cual aún es menos de los 3.30 kg/cm2 de carga admisible por sismo.

Tal como se puede apreciar, se evalúa para las combinaciones con y sin sismo, y se optimiza la disposición de los cimientos para no superar el esfuerzo admisible. Se requiere colocar vigas de conexión entre la zona superior y la intermedia, debido a que es la menor longitud en esa dirección y el sismo en la dirección del edificio más

22

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esbelta tiende a incrementar los esfuerzos que existían por simple gravedad ( 100%CM + 100%CV), es decir sumándole y/o restando SX, SY.

NOTA: Para poder realizar un análisis completo, en el que se analicen los esfuerzos del suelo solo en compresión y redistribuyendo los otros esfuerzos, de tal manera que el suelo nunca ejerza cargas en tracción sobre la estructura, se realizó por medio del software un análisis inelástico iterativo de tal manera que se presenten las presiones lo más real posible.

ETAPA DE DISEÑO Para esta etapa los elementos de cimentación se diseñan bajo el método de resistencia última usando las combinaciones normativas para el concreto armado.

Debido a los momentos generados por la excentricidad de los muros portantes perimetrales, por lo que se incluyen en los planos de cimentación, 3 vigas de cimentación distribuidas. Tal como se ve en el gráfico.

23

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9. CONCLUSIONES 

El análisis ha tomado en consideración los aspectos generales acerca de la ubicación, tipo de suelo, uso de la edificación, factor de reducción según sistema estructural y demás parámetros según la norma de diseño sismorresistente vigente.



Los elementos de confinamiento de la albañilería han sido diseñados para resistir sismos moderados y los severos en caso de falla de la albañilería que confinan.

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El sistema de losa aligerada está apoyada sobre muros portantes o vigas peraltadas, teniendo vigas de costura y vigas transversales de acople que la rigidizan para asemejarse lo más posible al diafragma rígido de diseño.

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Cabe resaltar que para la edificación diseñada, además se ha considerado para el caso de sobrecargas (adicionadas en el último nivel) hasta para resistir sin problemas 1 nivel y medio más (4 pisos y media azotea techada), en el caso de que producto del aumento de población y demanda en la zona haga que la normativa en dicha zona cambie.

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Para las cimentaciones corridas se consideró el análisis de momento máximo por los muros portantes para que con la altura diseñada no requiera refuerzo, además por temas de seguridad hacia los muros contra los asentamientos diferenciales, se está considerando sobrecimiento armado.

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