Prepara tus exámenes y mejora tus resultados gracias a la gran cantidad de recursos disponibles en Docsity
Gana puntos ayudando a otros estudiantes o consíguelos activando un Plan Premium
Prepara tus exámenes
Prepara tus exámenes y mejora tus resultados gracias a la gran cantidad de recursos disponibles en Docsity
Prepara tus exámenes con los documentos que comparten otros estudiantes como tú en Docsity
Los mejores documentos en venta realizados por estudiantes que han terminado sus estudios
Estudia con lecciones y exámenes resueltos basados en los programas académicos de las mejores universidades
Responde a preguntas de exámenes reales y pon a prueba tu preparación
Consigue puntos base para descargar
Gana puntos ayudando a otros estudiantes o consíguelos activando un Plan Premium
Comunidad
Pide ayuda a la comunidad y resuelve tus dudas de estudio
Descubre las mejores universidades de tu país según los usuarios de Docsity
Ebooks gratuitos
Descarga nuestras guías gratuitas sobre técnicas de estudio, métodos para controlar la ansiedad y consejos para la tesis preparadas por los tutores de Docsity
El presente informe describe y sustenta el trabajo realizado por JHON CHAVEZ ESTRUCTURAS Y PROYECTOS, para el reforzamiento y ampliación del edificio a 9 pisos en la Provincia de Cajamarca, Región Cajamarca.
Tipo: Ejercicios
1 / 18
Esta página no es visible en la vista previa
¡No te pierdas las partes importantes!
OFICINAS EN LA PROVINCIA DE CAJAMARCA, DEPARTAMENTO DE CAJAMARCA ”.
OFICINAS EN LA PROVINCIA DE CAJAMARCA, DEPARTAMENTO DE CAJAMARCA ”.
El presente informe describe y sustenta el trabajo realizado por JHON CHAVEZ ESTRUCTURAS Y PROYECTOS, para el reforzamiento y ampliación del edificio a 9 pisos en la Provincia de Cajamarca, Región Cajamarca.
2.0 ANTECEDENTES
En el estudio realizado anteriormente por JHON CHAVEZ ESTRUCTURAS Y PROYECTOS, se concluyó principalmente lo siguiente:
La Vigas en sentido horizontal 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: debido a la incorporación y distribución de muros de concreto de forma muy irregular, así como la incorporación de columnas de diferente sección, en forma de T: 75X30X60, T:55X50X30, columnas tipo L; 70X70X30, columnas Tipo rectangulares C:30X70, C:30X60. Esto genera que la estructura posea un comportamiento torsional excesivo en caso de un sismo en cualquier dirección.
Por el motivo anterior, algunas columnas y las vigas longitudinales 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 común. Por tales razones, se solicitó realizar un proyecto de reforzamiento estructural, considerando una futura ampliación del sexto al noveno nivel destinado a departamentos y oficinas.
OFICINAS EN LA PROVINCIA DE CAJAMARCA, DEPARTAMENTO DE CAJAMARCA ”.
Para el reforzamiento de la estructura, fue necesario realizar los siguientes puntos indicados, ordenados según proceso constructivo:
Reforzar las zapatas existentes, aumentando sus dimensiones y su refuerzo. 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 no sufran traslación vertical.
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.
Levantar nuevos elementos verticales en la zona a ampliar.
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.
Reforzar Las vigas principales con láminas de fibra de carbono. Así se rigidizará el pórtico y evitará las fisuraciones por efectos de torsión en la misma.
Para los nuevos niveles, levantar los elementos verticales hasta el noveno nivel, sin considerar el refuerzo de los elementos estructurales de los pisos inferiores.
Construir la losa de los demás niveles ampliados, con las vigas peraltadas respectivas. La losa es similar a la del primer piso en una dirección, pero ya no se usará ladrillo de arcilla sino éstas incluirán casetones de poliestireno para disminuir las cargas verticales de los pisos superiores. Las vigas son peraltadas para controlar las deflexiones.
Construir las escaleras y los corredores indicados en la arquitectura.
Los elementos estructurales y no estructurales serán diseñados según los requerimientos de las Normas Técnicas de Edificación E.060 Concreto Armado, E.030 Diseño Sismoresistente del año 2019 y E. albañilería. Los perfiles metálicos (refuerzo de vigas chatas) serán diseñados teniendo en cuenta la norma técnica peruana E.090 Estructuras metálicas (E.090, 2006), el código americano AISC-LRFD 99.
OFICINAS EN LA PROVINCIA DE CAJAMARCA, DEPARTAMENTO DE CAJAMARCA ”.
La tabla N° 1 muestra las cargas permanentes y las sobrecargas utilizadas en el análisis y diseño de las estructuras del proyecto.
Tabla 1 - Cargas permanentes y sobrecargas Tipo de Carga Referencia Carga Cargas permanentes Concreto armado (E.020, 1985b) 2,40 Tn / m 3 Unidades de albañilería sólida (E.020, 1985b) 1,80 Tn / m 3 Unidades tubulares para tabiques (E.020, 1985b) 1,30 Tn / m 3 Unidades de Teja Andina Catálogo 0,015 Tn / m 2 Sobrecargas En techos de concreto (E.020, 1985b) 0,10 Tn / m 2 En Techos livianos (E.020, 1985b) 0,05 Tn / m 2
5.2 CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES
5.2.1 Materiales
Las tablas N°2, N°3 y N°4 las propiedades mecánicas de los materiales empleados para los diferentes elementos que conforman la estructura resistente de concreto, albañilería y acero.
Tabla 2 - Propiedades mecánicas de los materiales utilizados en las estructuras de concreto y albañilería
Material Calidad
Peso específico [Tn / m³]
Módulo de elasticidad [Tn/m²]
Relación de Poisson
Esfuerzo de compresión [Kg/cm²]
Esfuerzo de corte [Kg/cm²]
Concreto Armado
f’c=210 Kg/cm² 2.4 2.2 x 10 6
210 f’c=100 Kg/cm² 2.3 1.5 x 10 6 1100 Tabiques f’m = 20 Kg/cm² 3.25 x 10
(^5) f’b=40 6.
Tabla 3 - Propiedades mecánicas de los materiales de la estructura metálica
Material Norma
Peso específico [Tn / m³ ]
Módulo de elasticidad [Kg / cm²]
Relación de Poisson
Esfuerzo de fluencia [Kg/cm² ]
Esfuerzo de fractura [Kg/cm² ]
Acero estructural ASTM A 36 – G36 7.85 2.1 x 10 6 0.3^2530
4080
NS-500/250 – G2 2530 4200
OFICINAS EN LA PROVINCIA DE CAJAMARCA, DEPARTAMENTO DE CAJAMARCA ”.
Pernos estructurales ASTM A 325– G5^4600
8400
Electrodo celulósico
AWS / E7018 4900 AWS / E7011 4200 Planchas metálicas y platinas
ASTM A36 7.85 2.1 x 10 6 0.3 2530 4080
La fuerza sísmica ha sido estimada empleando el método de superposición modal espectral, considerando el espectro básico propuesto por la norma E.030 del 2019. Los parámetros usados para definir el espectro básico son los siguientes:
5.3.1 Fuerza sísmica para la estructura concreto armado
El diseño Sismorresistente se ha realizado estimando la fuerza sísmica mediante el análisis de superposición modal espectral, considerando el espectro de la norma E.030 del 2018. Los parámetros considerados son los siguientes:
Factor de Zona Z = 0,35 Cajamarca. (Zona 3)
Factor de Uso:
Oficinas y Viviendas: U = 1.00 Edificación Comunes (Categoría C)
Factor de Suelo S = 1.15 Suelos Intermedios (Suelo S2)
Tp = 0.60 seg / TL = 2.
Sistema de pórticos de concreto armado R: 7
Para elaborar nuestro espectro de aceleración en ambas direcciones, procederemos a procesar los parámetros sísmicos de diseño indicados, donde la aceleración espectral estará dada por la siguiente ecuación multiplicada por la gravedad. 𝑆𝑎 ൌ ሾ𝑍. 𝑈. 𝐶. 𝑆/𝑅ሿ. 𝑔
Figura 1 – Espectro de Seudoaceleración dirección X-X Módulo Oficinas
OFICINAS EN LA PROVINCIA DE CAJAMARCA, DEPARTAMENTO DE CAJAMARCA ”.
Para cada piso le asignaremos 3 grados de libertad y las estructuras cuentan con 9 pisos, por lo que el número de modos para este análisis será de 27 modos, pero en el análisis se considerará los modos necesarios para obtener la masa participativa que nos establece la NTE.030 (2019).
N° Modos = (9) x (3) =
Para el análisis de las cubiertas se consideró una distribución espacial de masas y rigidez, para lo cual se distribuyó la masa proveniente del peso de los elementos en cada nudo de los elementos propuestos.
6.0 ANÁLISIS DE LOS MUROS DE ALBAÑILERIA CONFINADA
6.1 Análisis de los elementos de confinamiento
Los elementos de confinamiento han sido diseñados en la condición de agrietamiento de los muros, siendo la distorsión para la cual los muros de albañilería se agrietan es de 1/200.
7.0 ANÁLISIS Y DISEÑO DE ELEMENTOS DE PÓRTICOS RESISTENTES A MOMENTO
7.1 Consideraciones generales
Para determinar las máximas fuerzas de sección (momentos flectores, fuerzas axiales y cortantes) se utilizaron espectros reducidos con el coeficiente de reducción R dado por la norma E030. Las fuerzas de diseño de las secciones de concreto se obtuvieron combinando las cargas estipuladas en la norma de concreto Armado E.60.
Así mismo la Norma E.060 en el Artículo 9.3.2 señala que la resistencia de diseño (øRn) proporcionada por un elemento, en términos de flexión, carga axial, cortante y torsión deberá tomarse como la resistencia nominal multiplicada por los factores ø de reducción de resistencia especificada a continuación:
Tabla 4- Tabla de factores tomados en cuenta para la resistencia nominal
Flexión sin carga axial (^) 0. Carga axial y carga axial con flexión Para carga axial de tracción con o sin flexión (^) 0. Para carga axial de compresión con o sin flexión Para elementos con refuerzo en espiral 0.
OFICINAS EN LA PROVINCIA DE CAJAMARCA, DEPARTAMENTO DE CAJAMARCA ”.
Para otros elementos 0. Corte y torsión 0. Aplastamiento del concreto 0. Concreto simple 0.
6.2 Verificación de vigas para pórticos de concreto armado
Las combinaciones de cargas para el diseño de los elementos de concreto armado fueron. 1.4𝐷𝐿 1.4𝐷𝐿 1.7𝐿𝐿 1.7 𝐿𝐿𝑟 1.25𝐷𝐿 1.25𝐿𝐿 1.25𝐿𝐿𝑟 േ 𝑆𝑥 1.25𝐷𝐿 1.25𝐿𝐿 1.25𝐿𝐿𝑟 േ 𝑆𝑦 0.9𝐷𝐿 േ 𝑆𝑥 0.9𝐷𝐿 േ 𝑆𝑦
Donde:
DL es la carga muerta, LL corresponde a la carga viva, LLr carga de techo o azoteas, Sx, Sy son la carga correspondiente al sismo en su dirección de análisis.
De dichas combinaciones, el diseño Estructural se efectúa con la “ENVOLVENTE” definida con la suma de todas las combinaciones existentes.
6.3 Verificación de vigas para pórticos de concreto armado
El diseño de las secciones se ha realizado considerando la norma peruana E.060 Concreto Armado, cumpliendo con los requerimientos estipulado en las Disposiciones especiales para el Diseño Sísmico.
La cuantía mínima usada fue de 0.33 % verificándose, además, que las áreas de acero propuestas en la cara de los nudos a lo largo de los elementos cumplan con las Disposiciones Especiales para el Diseño Sísmico. La distribución del refuerzo por corte se realizó considerando los espaciamientos máximos permitidos para elementos diseñados para resistir fuerzas de sismo considerando el mayor valor entre los considerados por confinamiento a un espaciamiento máximo de d/4 y los requeridos para absorber las fuerzas de corte. Las fuerzas de corte fueron determinadas en base a los momentos nominales de las vigas y la máxima fuerza de corte calculada para la combinación de cargas más desfavorable. El espaciamiento fue repartido en la sección crítica equivalente a una distancia de 2h y fuera de la longitud de confinamiento el espaciamiento máximo fue de d/2.
OFICINAS EN LA PROVINCIA DE CAJAMARCA, DEPARTAMENTO DE CAJAMARCA ”.
Los esfuerzos de corte máximos en los elementos de concreto armado han sido calculados con las ecuaciones. 5, 6 y 7 considerando Ø =0.85 y 𝛽 la relación dimensión mayor/dimensión menor.
Esfuerzo de corte máximo
τ=∅ 0.53ඥf'c (^) ( 1 )
Esfuerzo máximo por punzonamiento Min
∅ 0.27 ൫2+4/β 0 ൯ඥf'c ( 2 ) ∅ 1.1 ඥf'c ( 3 )
De acuerdo al E.M.S, realizado y firmado por el Ingeniero Davis Frank, Velázquez Hilario CIP: 195303 y cual fue brindado por el responsable del proyecto, la profundidad de cimentación mínima es de 3.00m, los datos del suelo empleados fueron de acuerdo al E.M.S realizados para cada módulo:
Las combinaciones de carga de servicio por la cual se hicieron las verificaciones fueron las que se muestran a continuación según ASCE/SEI 7-16:
𝑆𝑒𝑟𝑣𝑖𝑐𝑖𝑜ଵ ൌ 𝐷𝐿 𝐿𝐿 𝐿𝐿𝑟
𝑆𝑒𝑟𝑣𝑖𝑐𝑖𝑜ଶ ൌ 𝐷𝐿 0.75ሺ𝐿𝐿 𝐿𝐿𝑟ሻ േ 0.8𝐶𝑆
𝑆𝑒𝑟𝑣𝑖𝑐𝑖𝑜ଷ ൌ 𝐷𝐿 േ 0.70𝐶𝑆
En el análisis se verificará las presiones en el terreno, que no deben sobrepasar el valor límite indicado en el estudio de suelos para cargas de servicio; para cargas que incluyen sismo, este valor aumenta en
30%. La presión admisible del terreno es igual a, 𝑞á௫ ൌ 2.51𝑞𝑢 (^) మ, por la que calculando la presión
admisible neta del terreno llegamos a 𝑞á௫ ൌ 2.47𝑞𝑢 (^) మ con la que trabajaremos para el cálculo de
las cimentaciones. Según la Norma E.060 Articulo 16.2.4 y la Norma E.050 Capitulo 3 Articulo16. El módulo de Balasto del suelo se tomará según corresponda al estudio de suelos de acuerdo a la capacidad admisible del terreno.
Las cargas en la base que resulto del análisis estructural de la superestructura fueron llevadas al software de cálculo de cimentaciones superficiales para para calcular y pre dimensionar las dimensiones de las zapatas correspondientes. La profundidad de desplante para el diseño de cimentaciones de cada estructura se calculó teniendo en cuenta el peso de la estructura, capacidad admisible del suelo de
OFICINAS EN LA PROVINCIA DE CAJAMARCA, DEPARTAMENTO DE CAJAMARCA ”.
fundación y las longitudes de zapatas o plateas de cimentación según corresponda, teniendo en cuenta el Estudio de Mecánica de suelos y la Norma E.050 para cimentaciones.
6.6 Verificación de losas aligeradas
El diseño de losas aligeradas se tomó en cuenta el modelo de una viga de sección “T” y se diseñó como una viga simplemente apoyada con sección rectangular ya que la profundidad del bloque de compresiones en el ala de la sección “T” es menor a 5 cm en los extremos de la vigueta y menor a 15cm en el alma de la sección “T” al centro de la vigueta.
El análisis de las losas aligeradas se hace de manera local, por lo que la combinación de carga a utilizar es:
CU = 1.4 CM + 1.7 CV
La longitud de las vigas se toma paño por paño y con longitud de paño hasta el centro de viga, se consideran las condiciones de apoyo.
Para el diseño por flexión se tomó en cuenta restricciones para el diseño de acero mínimo y acero máximo. Según la Norma E.060 el momento resistente debe ser mayor de 1.5 veces el momento de agrietamiento para asegurar una falla dúctil. La Norma también menciona que la cantidad máxima de acero en tracción será el 75% de la cantidad de acero necesaria para producir la falla balanceada.
El diseño por corte se tomó en cuenta las fuerzas cortantes últimas (Vu) obtenidas del análisis estructural a una distancia “d” (peralte efectivo) de la cara del apoyo. Se halló la resistencia al corte del concreto (Vc) sin considerar el aporte del acero ya que en las viguetas de las losas aligeradas no se colocan estribos.
7.0 PRESENTACIÓN DE RESULTADOS
A continuación, se presentan los resultados obtenidos del análisis y diseño estructural del proyecto “REFORZAMIENTO Y AMPLIACIÓN DE UN EDIFICIO PARA USO DE VIVIENDA MULTIFAMILLAR Y OFICINAS EN LA PROVINCIA DE CAJAMARCA, DEPARTAMENTO DE CAJAMARCA”. El cuál cuenta con 5 pisos más 4 pisos de ampliación que llevan a un total de 9 pisos.
OFICINAS EN LA PROVINCIA DE CAJAMARCA, DEPARTAMENTO DE CAJAMARCA ”.
Tabla 5- Desplazamientos por fuerza sísmica
La tabla 6 Muestra los periodos en los modos fundamentales y los factores de participación de masas del Módulo.
Tabla 6 - Modos fundamentales y factores de participación de masas
Md. PeriodoSeg. 1/Seg.Frec.^ Ux% % de masa participativaUy% Uz% % de masa acumuladaUx% Uy% 1 0.88 1.13 0.00% 70.59% 0.69% 0.00% 70.59% 2 0.71 1.40 10.73% 0.64% 59.40% 10.73% 71.23% 3 0.68 1.48 56.89% 0.08% 10.17% 67.62% 71.31% 4 0.26 3.86 0.00% 15.07% 0.17% 67.62% 86.38% 5 0.21 4.78 0.08% 0.17% 14.67% 67.70% 86.55% 6 0.18 5.68 18.29% 0.00% 0.15% 85.99% 86.55% 7 0.14 7.25 0.00% 5.52% 0.03% 85.99% 92.07% 8 0.10 9.90 0.03% 0.04% 6.15% 86.02% 92.11% 9 0.09 11.36 0.03% 2.98% 0.02% 86.05% 95.09% 10 0.08 12.05 6.36% 0.02% 0.02% 92.41% 95.11% 11 0.06 15.87 0.02% 0.52% 2.27% 92.43% 95.63% 12 0.06 16.13 0.00% 1.48% 0.72% 92.44% 97.11%
La Tabla 7 resume el corte en la base para los dos bloques. Para el diseño de los elementos resistentes a momento del módulo las fuerzas sísmicas fueron amplificados por 1.49904 en la dirección corta (X) y por 1.6009 en la dirección (Y).
X Y X Y X Y X Y 9 0.02749 0.03796 0.00288 0.0048 2.8 25.4 0.00103 0.00171 0.20% 0.44% 8 0.02461 0.03317 0.00325 0.00505 2.8 22.6 0.00116 0.0018 0.22% 0.46% 7 0.02136 0.02812 0.00347 0.00516 2.8 19.8 0.00124 0.00184 0.24% 0.47% 6 0.01789 0.02296 0.00383 0.00513 2.8 17 0.00137 0.00183 0.26% 0.47% 5 0.01406 0.01783 0.00376 0.005 2.8 14.2 0.00134 0.00178 0.26% 0.46% 4 0.01031 0.01283 0.00355 0.00459 2.8 11.4 0.00127 0.00164 0.24% 0.42% 3 0.00676 0.00824 0.00312 0.0039 2.8 8.6 0.00112 0.00139 0.21% 0.36% 2 0.00363 0.00434 0.00238 0.00287 2.8 5.8 0.00085 0.00102 0.16% 0.26% 1 0.00126 0.00147 0.00126 0.00147 3 3 0.00042 0.00049 0.08% 0.13%
Nivel
Desplazamientos totales [m]
Desplazamientos relativos [m] (^) total [m]Altura
Altura entrepiso [m]
Distorsión reducida Distorsión elástica
OFICINAS EN LA PROVINCIA DE CAJAMARCA, DEPARTAMENTO DE CAJAMARCA ”.
Tabla 7 - Corte en la Base del Módulo
Bloques
Dirección XX Dirección YY Corte Dinámico en la Base Corte en la Base (Tn) Corte en la Base (Tn) Dirección XX Dirección YY C (^) T C VT V (^) mín C (^) T C V (^) T V (^) mín V Ton Factor V Ton Factor Módulo 60.0 2.5 504.91 454.42 60.0 2.5 504.91 454.42 303.14 1.499 283.67 1.
7.1.4 Modelo estructural de la cimentación
La cimentación ha sido analizada usando elementos finitos, mediante elementos tipo “Shell” para representar a las losas corridas de cimentación y elementos tipo “frame” para representar a las vigas de cimentación. La cimentación ha sido modelada sobre apoyos flexibles representando a la cimentación por un conjunto finito de resortes con una rigidez equivalente al módulo de balasto Ks.
La referencia tomada para el cálculo del módulo de balasto es la presentada por Joseph E. Bowles (Joseph, 1997), que propone el cálculo del módulo de balasto en forma conservadora en función de la capacidad admisible del suelo (qa), según la siguiente expresión:
Ks = 40.F.S.qa Dónde: Ks : Módulo de balasto. F. S : Factor de seguridad qa : Esfuerzo admisible (qa=qu/FS) Para el esfuerzo admisible qa=2,51 Kg/cm² y el factor de seguridad F.S =3,0 se obtuvo Ks =3012, Tn/m²/m. La Fig. 13 muestra el modelo de la cimentación
Figura 4 - Modelo estructural de la cimentación
