Memoria de Calculo Casa Esperanza

CASA HABITACIÓN

2014

M EM OR ORII A DE CÁLCUL CÁLCUL O ESTR ESTRUCTURAL UCTURAL OBRA: CASA CASA H ABI TACI ÓN PROP PROPII ETARIO: SRITA. JOCEL JOCEL YN L ANDI N OL I VARES DI RECCI RECCI ÒN: CALL E BARRANCA BARRANCA DE LA CANTERA No 3, CO COL. L. SAN JUAN XOCOTLA, XOCOTLA, T TUL TEPEC, ESTADO ESTADO DE M EXI CO

T

M EM ORI A DE CÁLCUL O ESTRUCTURAL OBRA: CASA H ABI TACI ÓN PROPI ETARI O: SRITA. J OCEL YN L ANDI N OL I VARES DI RECCI ÒN: CALL E BARRANCA DE L A CANTERA No 3, COL. SAN JUAN XOCOTLA, T TUL TEPEC, ESTADO DE M EXI CO 1.1.- INTR ODU CC IÓN

La mampostería estructural moderna ofrece posibilidades sismo-resistentes con la adecuación de muros portantes. Para ello se proponen dos alternativas: muros de mampostería armada internamente y muros de mampostería confinada. Esta segunda alternativa es la solución estructural más comúnmente utilizada en las viviendas y es el objetivo principal de este proyecto En este trabajo, poniendo énfasis en el concepto de progresividad de la vivienda de interés social, se aborda el desarrollo de un sistema constructivo de muros de mampostería estructural confinada, con marcos de confinamiento constituidos por dalas y castillos de concreto, que mejorará el rendimiento de la mampostería a la vez que propiciará su sostenibilidad, sismo-resistencia y flexibilidad. La mampostería confinada es una técnica que, bien empleada, puede generar ahorros sustanciales, ya que las secciones del marco de confinamiento se reducen al espesor de los muros. Su aplicación como técnica racionalizada permitiría disminuir las secciones de concreto armado y acero de refuerzo al propiciar la contribución de las paredes o muros a la estructura en su conjunto, ventaja que no se logra con las estructuras de pórticos o de esqueleto resistente. Esta técnica reduce el uso de concreto armado, obliga a una mayor racionalidad dimensional y no implica cambios tecnológicos importantes. La eficiencia de esta configuración se basa en que los muros de mampostería cumplen con las condiciones básicas para cubrir todos los estados límites: Resistencia (Estado de servicio – Ocupación Inmediata)  Rigidez (Control de daños - Seguridad de vida)  Ductilidad (Estado último - Prevención del colapso)  Deformaciones  Ect. 

Además, presenta las siguientes ventajas:  

Facilidad y rapidez en el diseño. Proveen rigidez y resistencia con bajo costo.

Como complemento se presentan imágenes, representaciones y gráficos que permiten tener una idea más clara de lo que se desea mostrar en este trabajo

M EM ORI A DE CÁLCUL O ESTRUCTURAL OBRA: CASA H ABI TACI ÓN PROPI ETARI O: SRITA. J OCEL YN L ANDI N OL I VARES DI RECCI ÒN: CALL E BARRANCA DE L A CANTERA No 3, COL. SAN JUAN XOCOTLA, T TUL TEPEC, ESTADO DE M EXI CO 1.2.- DESCR IPCIÓN DEL PRO YECT O

Se trata de un edificio de viviendas destinada al servicio de habitación multifamiliar, clasificación estructural tipo B según el reglamento de construcciones de la CFE, que consta de 2 niveles, con una altura total de 11.50 m y una superficie cubierta de aproximadamente 175.60 m².

1.3.- LOCA LIZACION

2.- A SPECTOS GENERA LES

Descripción general          

Clasificación de la estructura: Clasificación B, tipo II Lugar de desplante: Zo n a Sís m ic a B Coeficiente sísmico: 0.32 Tipo de suelo: Suelo tip o II Factor de comportamiento sísmico: 2 Factor de topografía: 1 (normal) Factor de regularidad: 0.90 Tipología estructural: T a b i q u es b l o c k Destino: Edificio de viviendas Número de pisos: 2

3.- SISTEMA

CONSTRUCTIVO

Cimentación La cimentación se realizará a base de zapatas flexibles aisladas y zapatas flexibles corridas según sea el caso, con sus correspondientes dalas de atado y centradoras de carga en los puntos en los que sea necesario, siendo la solución adoptada para las zonas situadas bajo la rasante natural del terreno. Para el colado de los elementos de la cimentación se utilizará un concreto de fć = 250 kg/cm2.

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Muros La estructura está conformada por muros construidos con ladrillos pegados con mortero tipo II, dichos muros se encuentran confinados por sistemas de concreto reforzado tradicionales conocidos como columnas o castillos que se encuentran a los lados de los muros y para la parte superior se encuentran construidos unas dalas que junto con los castillos llegan a formar un marco estructural lo que le permite dar una mayor rigidez a los muros de mampostería. Es un sistema sobre el cual cuenta con un buen soporte experimental y analítico. La mayor parte de las ventajas y desventajas relativas frente a sistemas constructivos diferentes, son compartidas con la mampostería estructural. Es apta para construcciones con alturas considerables que pueden der de hasta unos seis pisos.

Columnas Para los elementos que por donde bajaran las cargas de la estructura se consideran castillos externos a los muros con dimensiones diferentes las cuales se establecen en los planos estructurales indicando su ubicación y dimensión respectivamente. Siguiendo las especificaciones que establecen las normas complementarias. Se espera modificar las dimensiones de algunos elementos que podrían ser los que se encuentran en la planta baja debido a las cargas que soportarían y para poder transmitir dichas cargas al suelo. Propiedades de los materiales para castillos y dalas:  

Concreto fć = 250 kg/cm 2 Acero fy = 4200 kg/cm 2

4.- TIPO DE CARGAS Las cargas que se le aplicaron a la estructura para someterlo al análisis fueron las que a continuación se mencionan y se especifica el tipo de carga a la que pertenece y su valor correspondiente:  Carga por pesos propio: (CM1)  Carga muerta por sistema de piso: ( CM2)  Carga muerta por muros: ( CM3)  Carga viva: (CV1)  Carga viva azotea: (CV2)


CM1

kg/ml

Peso propi o

Columnas - castillos - dalas

TOTAL =

CM2

185 aprox.

185

kg/m

Sistema de piso

Losa armada

240

TOTAL =

CM3

240

kg/m

Muros

Muros y aplanado

TOTAL =

CV1

150

150

kg/m

Cargas vivas en nivel

Media = Accidental = Máxima =

CV2

70 90 170

kg/m

Cargas vivas en azotea

Media = Accidental = Máxima =

15 70 100

4.1.- EFECTOS A CONSIDERAR En el diseño de estructuras sometidas a la acción de diseño sísmico se tomarán en cuenta aquellos de los efectos siguientes que puedan ser importantes en cada caso:

Acciones de diseño Se considerarán tres categorías de acciones, de acuerdo con la duración en que obran sobre las estructuras con su intensidad máxima: a) Las acciones permanentes son las que obran en forma continua sobre la estructura y cuya intensidad varía poco con el tiempo. Las principales acciones que pertenecen a esta categoría son: la carga muerta; el empuje estático de suelos y de líquidos y las deformaciones y


desplazamientos impuestos a la estructura que varían poco con el tiempo, como los debidos a presfuerzo o a movimientos diferenciales permanentes de los apoyos; b ) Las acciones variables son las que obran sobre la estructura con una intensidad que varía significativamente con el tiempo. Las principales acciones que entran en esta categoría son: la carga viva; los efectos de temperatura; las deformaciones impuestas y los hundimientos diferenciales que tengan una intensidad variable con el tiempo. c ) Las acciones accidentales son las que no se deben al funcionamiento normal de la edificación y que pueden alcanzar intensidades significativas sólo durante lapsos breves. Pertenecen a esta categoría: las acciones sísmicas; los efectos del viento; las cargas de granizo; los efectos de explosiones, incendios y otros fenómenos que pueden presentarse en casos extraordinarios. Será necesario tomar precauciones en las estructuras, en su cimentación y en los detalles constructivos, para evitar un comportamiento catastrófico de la estructura.

5.- DESCRIPCIÓN DEL TIPO DE ANÁLISIS El análisis dinámico comprende el análisis de las fuerzas, desplazamientos, velocidades y aceleraciones que aparecen en una estructura o mecanismo como resultado de los desplazamientos y deformaciones que aparecen en la estructura o mecanismo. El análisis dinámico de mecanismos tiene por objeto determinar el movimiento de un mecanismo, las fuerzas y los esfuerzos internos que aparecen sobre cada uno de sus elementos en cada posición de funcionamiento. El análisis dinámico de estructuras se refiere al análisis de las pequeñas oscilaciones o vibraciones que puede sufrir una estructura alrededor de su posición de equilibrio. El análisis dinámico es importante porque ese movimiento oscilatorio produce una modificación de las tensiones y deformaciones existentes, que deben tenerse en cuenta por ejemplo para lograr un diseño sísmico adecuado.

Como resultado de una perturbación exterior un edificio o estructura resistente que bajo la acción de unas cargas estaba en reposo, experimenta oscilaciones que en primera aproximación pueden representarse como un movimiento armónico compuesto, caracterizado por un sistema de ecuaciones lineal del tipo:

M EM ORI A DE CÁLCUL O ESTRUCTURAL OBRA: CASA H ABI TACI ÓN PROPI ETARI O: SRITA. J OCEL YN L ANDI N OL I VARES DI RECCI ÒN: CALL E BARRANCA DE L A CANTERA No 3, COL. SAN JUAN XOCOTLA, T TUL TEPEC, ESTADO DE M EXI CO Donde:

M, C, K son respectivamente la matriz de masas, la matriz de amortiguación y la matriz de rigidez de la estructura. x(t), x’(t), x’’(t) son tres vectores que representan la posición, velocidad y aceleración de un conjunto de puntos de la estructura. F(t) es un vector que representa las fuerzas equivalentes aplicadas sobre el mismo conjunto de puntos anteriores, este vector está asociado a la solicitación exterior que perturba la misma estructura.

El análisis dinámico incluye estudiar y modelar al men os estos tres aspectos: o

o o

Análisis modal de frecuencias y modos propios de vibración. Tanto las frecuencias naturales de vibración de una estructura como los modos principales de vibración dependen exclusivamente de la geometría, los materiales y la configuración de un edificio o estructura resistente. Análisis de la solicitación exterior. Análisis de las fuerzas dinámicas inducidas.


ANÁLISIS ESTÁTICO Para aplicar este método se deben cumplir los requisitos establecidos. Para calcular las fuerzas cortantes a diferentes niveles de una estructura, se supondrá un conjunto de fuerzas horizontales actuando sobre cada uno de los puntos donde se supongan concentradas las masas. Cada una de estas fuerzas se tomará igual al peso de la masa que corresponde, multiplicado por un coeficiente proporcional a h, siendo h la altura de la masa en cuestión sobre el desplante (o nivel a partir del cual las deformaciones estructurales pueden ser apreciables). El coeficiente se tomará de tal manera que la relación V o /W o sea igual a c/Q’ pero no menor que ao, donde ao es la ordenada espectral que corresponde a T= 0 y c el coeficiente sísmico. ao y c. De acuerdo con este requisito, la fuerza lateral que actúa en el i-ésimo nivel, F i, resulta ser

A continuación se muestran las cargas consideradas para el análisis estático y dinámico de la estructura para cada nivel correspondiente: Cargas para el NIVEL 1: CARGA MUERTA TOTAL

TRABES-COLUMNAS = 29000.916 kg

CARGA DE LA LOSA 150 0.1 2400

ÁREA = ESPESOR = PESO =

CM LOSA =

CARGA DE LAS INSTALACIONES PESO = ÁREA =

20 150

CM INSTALACIONES =

m2 m kg/m3 36000 kg

kg/m2 m2 3000 kg

NOTA: SUPONIENDO EL PESO DE LAS INSTALACIONES


CARGA POR

RCDF PESO = ÁREA =

40 150

kg/m2 m2

CM RCDF =

6000 kg

CARGA VIVA INSTANTANEA (CVa) 90

CVa = ÁREA =

kg/m2 m2

150

PESO DE CVa ESTABLECIDA POR EL NOTA: REGLAMENTO

CVa = 13500 kg

CARGAS TOTALES SOBRE EL NIVEL 1 CARGAS MUERTAS = CARGAS VIVAS =

74.00 13.50

ton ton

TOTAL = 87.500916 ton

Cargas para el NIVEL 2: CARGAS TOTALES SOBRE AZOTEA CARGAS MUERTAS = 79.073508 ton CARGAS VIVAS = 10.5 ton TOTAL = 89.573508 ton


TABLA DE FUERZAS ESTRUCTURA

NIVEL NIVEL 2 NIVEL 1 PB

CORTANTES

h

wi

(m)

5 2.55 0

LATERALES

wi*hi (ton)

(ton*m)

QUE

Fi

(ton)

89.573508 87.500916 0

447.868 223.127 0.000

26.2648 13.0851 0.0000

SUMA = 177.074424

670.995

39.3499

C Q Fr Q` Cd

= = = = =

0.32 2 0.90 1.80 0.178

ZONA B

FACTOR DE REGULARIDAD

ACTUAN SOBRE LA

Vi

(ton)

26.2648 39.3499 0.0000


ANÁLISIS DINÁMICO Se aceptarán como métodos de análisis dinámico el análisis modal realizado para la estructura, mostrándose a continuación los resultados gráficos del modelo realizado mediante el programa Sap2000 para la revisión de trabes y columnas para el diseño de los elementos.

DISEÑO DE LA LOSA: Para el análisis del tablero más desfavorable: Un tablero de 3.50 x 4.45 m, colado con un concreto clase I de 200 kg/cm 2, una losa maciza debería tener un peralte de:

       

4.45 m

Con un recubrimiento de 2 cm tenemos

Peralte de la losa = 10 cm 3.50 m

Para el cálculo del cortante:

      )(546) = 507.7

kg

   TABLERO (-) (+)

M 0.82 0.42

Q 0.094 0.048

pmin 0.0026 0.0026

Asm 2.08 2.08

S (cm) 34 34

SEPARACION DE BARRAS

25 cm 25 cm


DISEÑO DE TRABES: VMAX = 3.42 t MMAX = 2.26 t*m

VIGAS DOBLEMENTE ARMADAS CUANDO A´s FLUYE ;

As = A´s = h= b= r= d= d´ = fć = fy =

2.84 2.13 35 15 1.5 33.5 1.5 250 4200 a= c=

1.17 1.38


comprobando que

´s fluye: ´s =

Calculando cuantías : -0.000271

MAX

= 0.015179

=

0.0014

0.0016006 3.36E+03

0.0009

real

b = 0.020238 min

= 0.002635

MOMENTO RESITENTE 1

MR1 =

0.9815

tm

MOMENTO TOTAL MR1 +

MOMENTO RESITENTE 2 MR2 =

MT = 2.8627

tm

MT =

MR2 3.844

tm

MOMENTO REAL DE DISEÑO : MRD =

3.460

tm

CUANDO A´s NO FLUYE

CASO II =

As =

0

A´s = a= Es =

0 2.7334 2.10E+06

a = c =

´s = fs =

2.733 3.216

e

MR =

2.2397

MRD =

2.0157

1.91E+04


DISEÑO DE COLUMNAS: Para el análisis de las columna se toma como ejemplo la columna mostrada en la ilustración y se analiza su respuesta ante los efectos de momento flector y cortante:

DATOS DE LA COLUMNA X (cm) Y (cm) r (cm) d (cm)

PROPIEDADES DE LA COLUMNA = = = =

30 30 2 28

Y

f'c = 250 fy = 4200 E = 2.10E+06 AsT = 2

Lechos = X

AsL1 = AsL2 = AsL3 =

kg/cm² kg/cm² kg/cm² cm²

cm² 2.13 0 2.13

d (cm) 2 15 28

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P1 = P2 = P3 = P4 =

MR (t m) 0.00 3.68 7.53 1.56

P (ton) 170.89 142.80 72.83 52.02

DIAGRAMA DE INTERACCIÓN

P

180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

M (t m) 0

2

4

6

8

Por lo tanto las columnas son capaces de soportar los esfuerzos presentados en cada uno de los elementos.

DISEÑO DE ZAPATAS: PMAX = 18.17 t MMAX = 0.26 t*m Determinando el valor de la base tomando un factor de seguridad de 2.5 tomando en cuenta el tipo de terreno de desplante y a una profundidad de 0.60 m, un coeficiente de fricción del suelo de 34° y pretendiendo establecer zapatas cuadradas.

       Adoptando la solución de Terzaghi

    


N q = 29.44 y N g = 41.06 63.6 = 75.07b 2 + 27.10b 3 27.10b 3 +75.07b 2 - 63.6 = 0

b = 0.80 m

Para el c álc ulo del c or tan te:

           Vcr

cumple

Para el cálc ulo del m om ento :

     4781250q² - 9562500q +13500 = 0

q1 = 1.99 y q2 = 0.00141 Entonces

 

    2 cm 

As#3 = 0.71 cm2

               

M EM ORI A DE CÁLCUL O ESTRUCTURAL OBRA: CASA H ABI TACI ÓN PROPI ETARI O: SRITA. J OCEL YN L ANDI N OL I VARES DI RECCI ÒN: CALL E BARRANCA DE L A CANTERA No 3, COL. SAN JUAN XOCOTLA, T TUL TEPEC, ESTADO DE M EXI CO Acero por temperatura

                 

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