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Preparatoria Gral. Emiliano Zapata Edificio 1
Alberto Anaya
Rodrigo Gómez y Julio A. RocaSector Heróico, Monterrey. N.L.
29 de septiembre del 2015
INDICE
INDICE .............................................................................................................................................. 1
1. Descripción ........................................................................................................................... 2
2. Consideraciones Generales ........................................................................................... 2
3. Reglamentos y normas ................................................................................................... 2
4. Calidad de los materiales ............................................................................................... 2
5. Cargas de Diseño ............................................................................................................... 3
5.1. Cargas sobre azotea ................................................................................................. 3
5.2. Cargas de entrepiso (aulas) .................................................................................. 3
5.3. Cargas de entrepiso (pasillos) ............................................................................. 3
5.4. Carga de viento ........................................................................................................... 3
5.5. Carga de sismo ............................................................................................................ 5
5.6. Combinaciones de carga ....................................................................................... 6
6. Análisis y Diseño Estructural ........................................................................................ 7
6.1. Modelo matemático .................................................................................................. 7
6.2. Revisión de desplazamientos laterales ............................................................ 8
6.2.1. Carga de viento ....................................................................................................... 8
6.2.2. Carga de sismo ........................................................................................................ 8
6.3. Diseño de cimentación ........................................................................................... 9
6.4. Diseño de columnas ............................................................................................ 10
6.5 Diseño de vigas…………………………………………………………………………………………..
6.6. Diseño de losa ............................................................................................................ 13
1. Descripción En esta memoria de cálculo se describe el análisis y diseño estructural de un edificio de 12 niveles el cual formará pare de 3 nuevos edificios en la Preparatoria Técnica “Gral. Emiliano” Zapata, cuya estructuración es a base de marcos (columnas y vigas) y losa aligerada con barroblock, cimentada con pilotes en cada columna.
2. Consideraciones Generales
a) Se respetaron íntegramente los planos arquitectónicos del proyecto.
b) La cimentación se diseñó conforme a las recomendaciones del estudio de Mecánica de Suelos proporcionado utilizando pilotes.
c) Todos los elementos de concreto se diseñaron en base a las especificaciones que marca el código del ACI 318 en su edición vigente.
3. Reglamentos y normas
a) Reglamento de Construcciones del Municipio de Monterrey.
b) Manual de diseño por viento, CFE, 2008.
c) Manual de diseño por sismo, CFE, 1993.
d) Reglamento del ACI 318 en su edición vigente.
4. Calidad de los materiales
a) Concreto f’c = 250 kg/cm2 b) Varilla de refuerzo #3 en adelante fy = 4200 kg/cm2 c) Varilla #2 (para estribos) fy = 2300 kg/cm2 d) Malla electrosoldada fy = 5000 kg/cm2
5. Cargas de Diseño 5.1. Cargas sobre azotea
Peso propio de losa 345 kg/m2 Sobrecarga muerta (empastado) 100 kg/m2
Total Carga Muerta = 445 kg/m2 Carga Viva (azotea pendiente <5%) = 250 kg/cm2
5.2. Cargas de entrepiso (aulas) Peso propio de losa 345 kg/m2 Acabados y pisos 60 kg/m2 Muros 100 kg/m2 Plafones e instalaciones 100 kg/m2
Total Carga Muerta = 545 kg/m2 Carga Viva (aulas) = 350 kg/cm2
5.3. Cargas de entrepiso (pasillos) Peso propio de losa 345 kg/m2 Acabados y pisos 60 kg/m2 Plafones e instalaciones 100 kg/m2
Total Carga Muerta = 445 kg/m2 Carga Viva (pasillos) = 350 kg/cm2
5.4. Carga de viento
Las cargas de viento fueron calculadas de acuerdo a una velocidad de viento obtenido del manual de diseño por viento de la CFE para Monterrey, con un periodo de retorno de 200 años (Grupo A) como se muestra a continuación.
Clasificación según su importancia Grupo ?
Clasificación según su respuesta al viento Tipo ?
Categoria del terreno según rugosidad ?
Velocidad regional, VR
Seleccione la velocidad regional a utilizar
Ciudad ?
Vel. Óptima VR km/h ?
Factor de exposición, Frz
Factor de topgrafia, FTSitio Ht m ?
FT Lu m
Xt m
L1 m
L2b m L2s m
Zt m
Presión Dinámica Base, qz
msnm m
Ω
G
H m Numero de niveles
4.2.4
Tabla 4.2.3
Normales 100
Periodo de Retorno Fijo
4.1.3
4.1.4
4.2.1
4.2.2
4.2.3
Monterrey, N. L.
ANÁLISIS POR VIENTO
160
3
A
1
0.95325
400
4.2 Velocidad básica de diseño, VD
Altura
(m)Frz
17
VD Barlovento
(km/h)
VD Sotavento
(km/h)
71.25
40
160
30
1.00 100
‐30
4.2.5
495
718
0.8810
0.8810
0.8890
0.9274
0.9588
0.9854
1.0086
1.0292
1.0648
1.0479
1.0805
161.38
170.38
140.96
148.39
1.0950
153.40
157.66 157.66
140.96
140.96 140.96
142.25 142.25
172.88 172.88
153.40
175.20 175.20
161.38
164.68 164.68
167.66 167.66
qz (kg/m2)
Barlovento
90.916
90.916
92.584
100.753
107.677
113.738
119.160
124.087
128.616
132.819
136.747
140.441
170.38
148.39
qz (kg/m2)
Sotavento
90.916
90.916
92.584
100.753
107.677
113.738
119.160
124.087
128.616
132.819
136.747
140.441
30.4
33.7
37
40.3
4
7.3
10.6
13.9
17.2
20.5
23.8
27.1
5.5. Carga de sismo De acuerdo al manual de diseño por sismo de CFE se obtuvo el espectro de diseño.
FADx = 1.00 Cp = 1.30
FADy = 1.00
NivelPresión
(kg/cm2)
Elevación
(m)
Altura
(m)
Ancho X
(m)
Ancho Y
(m)
Fx
(kg)
Fy
(kg)
1 90.9 4.0 4.0 10.5 34.15 4964 16145
2 90.9 7.3 3.3 10.5 34.15 4095 13319
3 92.6 10.6 3.3 10.5 34.15 4170 13564
4 100.8 13.9 3.3 10.5 34.15 4538 14761
5 107.7 17.2 3.3 10.5 34.15 4850 15775
6 113.7 20.5 3.3 10.5 34.15 5123 16663
7 119.2 23.8 3.3 10.5 34.15 5368 17457
8 124.1 27.1 3.3 10.5 34.15 5589 18179
9 128.6 30.4 3.3 10.5 34.15 5794 18843
10 132.8 33.7 3.3 10.5 34.15 5983 19458
11 136.7 37.0 3.3 10.5 34.15 6160 20034
12 140.4 40.3 3.3 10.5 34.15 6326 20575
Σ = 62961 204774
Fuerza de vento por nivel
ZONA A
Tipo de Suelo 2
Q= 2
ao c Ta (seg) Tb (seg) R
0.04 0.16 0.3 1.5 0.66666667
T a para Q
0.00 0.040 0.020
0.08 0.070 0.035
0.15 0.100 0.050
0.23 0.130 0.065
0.30 0.160 0.080
1.50 0.160 0.080
1.70 0.147 0.074
1.90 0.137 0.068
2.10 0.128 0.064
2.30 0.120 0.060
2.50 0.114 0.057
2.70 0.108 0.054
2.90 0.103 0.052
3.10 0.099 0.049
3.30 0.095 0.047
3.50 0.091 0.045
5.6. Combinaciones de carga Las combinaciones de cargas se hicieron de acuerdo al ASCE 7-10 Combinaciones de servicio:
a) D b) D + L c) D + 0.75L + 0.75L d) 0.6D + W
Combinaciones factorizadas
a) 1.4D b) 1.2D + 1.6L c) 1.2D + 1.0L + 1.6W d) 1.2D + 0.8W e) 0.9D + 1.6W f) 1.2D + 1.0L + 1.0E g) 0.9D + 1.6E
Donde:
D = Carga Muerta L = Carga Viva W = Carga de viento E = Carga de sismo
NOTA: Las cargas laterales de sismo y viento, se aplicaron tanto en las direcciones ortogonales “X” y “Y”.
6. Análisis y Diseño Estructural
6.1. Modelo matemático
Para el análisis y diseño se utilizó el software ETABS, modelando la estructura respetando los planos arquitectónicos.
Las consideraciones tomadas para realizar el modelo matemático son las siguientes:
La cimentación se hizo con pilotes, ligadas por trabes de cimentación
La estructuración se hizo a base de marcos de concreto reforzado y losa aligerada de barroblock.
El sistema de resistencia de cargas laterales son muros de cortante en la dirección débil y marcos en la dirección fuerte.
La losa de entrepiso será aligerada con barro block con un peralte total de 25 cm
A continuación se presenta la memoria generada por el programa ETABS donde se describe el modelo matemático.
Lateral Load to Stories - Set 1 Lateral Load to Stories - Set 2
6.2. Revisión de desplazamientos laterales
La revisión de los desplazamientos laterales es de gran importancia en este proyecto, ya que al estar entre pegado a otros dos edificios se debe de evitar el contacto entre ellos, sobre todo en la parte superior de la estructura.
6.2.1. Carga de viento
Los desplazamientos de entrepiso (drift) fueron menores a 0.004, por lo que cumplen con lo marcado en el manual de diseño por viento.
Tabla 1. Desplazamientos laterales por viento
6.2.2. Carga de sismo
Los desplazamientos de entrepiso (drift) fueron menores a 0.015, por lo que cumplen con lo marcado en el manual de diseño por sismo.
Story UX UY Z h entrepiso drift X drift Y Drift X Drift y
cm cm m cm cm cm
N‐12 9.34 ‐8.63 40.3 330 0.21 0.74 0.0006 0.0022
N‐11 9.13 ‐7.89 37.0 330 0.36 0.74 0.0011 0.0022
N‐10 8.77 ‐7.15 33.7 330 0.54 0.73 0.0016 0.0022
N‐9 8.23 ‐6.42 30.4 330 0.59 0.73 0.0018 0.0022
N‐8 7.64 ‐5.69 27.1 330 0.72 0.72 0.0022 0.0022
N‐7 6.92 ‐4.97 23.8 330 0.84 0.70 0.0025 0.0021
N‐6 6.08 ‐4.27 20.5 330 0.90 0.68 0.0027 0.0021
N‐5 5.18 ‐3.59 17.2 330 0.97 0.66 0.0029 0.0020
N‐4 4.21 ‐2.93 13.9 330 1.04 0.63 0.0032 0.0019
N‐3 3.17 ‐2.30 10.6 330 1.03 0.59 0.0031 0.0018
N‐2 2.14 ‐1.71 7.3 330 0.97 0.57 0.0029 0.0017
N‐1 1.17 ‐1.14 4.0 400 0.89 0.56 0.0022 0.0014
PB 0.28 ‐0.58 0.0 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐
Tabla 2. Desplazamientos laterales por sismo
6.3. Diseño de cimentación
De acuerdo a la mecánica de suelos se tienen las siguientes capacidades de pilotes desplantados a 28 m de profundidad.
Diámetro (cm) Capacidad (Ton) 150 440.7 200 666.0
Tabla 3. Capacidad de pilotes por punta y fricción
En base a las reacciones con las cargas de servicio arrojadas por el ETABS y la capacidad de los pilotes mostradas en la Tabla 3, se propusieron pilotes de 2 m de diámetro en el eje 2 y 1.5 m en el eje 3.
Story UX UY Z h entrepiso drift X drift Y Drift X Drift y
cm cm m cm cm cm
N‐12 27.57 11.13 40.3 330 0.62 0.94 0.0019 0.0028
N‐11 26.95 10.19 37.0 330 1.13 0.93 0.0034 0.0028
N‐10 25.82 9.26 33.7 330 1.67 0.93 0.0051 0.0028
N‐9 24.15 8.33 30.4 330 1.84 0.92 0.0056 0.0028
N‐8 22.31 7.41 27.1 330 2.19 0.92 0.0066 0.0028
N‐7 20.12 6.49 23.8 330 2.56 0.90 0.0078 0.0027
N‐6 17.56 5.59 20.5 330 2.68 0.88 0.0081 0.0027
N‐5 14.88 4.71 17.2 330 2.89 0.86 0.0088 0.0026
N‐4 11.99 3.85 13.9 330 3.04 0.82 0.0092 0.0025
N‐3 8.95 3.03 10.6 330 2.96 0.77 0.0090 0.0023
N‐2 5.99 2.26 7.3 330 2.76 0.74 0.0084 0.0022
N‐1 3.23 1.52 4.0 400 2.50 0.65 0.0063 0.0016
PB 0.73 0.87 0.0 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐
6.4. Diseño de columnas El diseño de las columnas se hizo directamente con el software Etabs tomando en cuenta las cargas axiales y momento biaxiales de acuerdo al manual ACI-318
40X40
50X50
60X60
70X70
Figura 1. Tamaño de columnas
Figura 2. Elevación de los eje 2. Acero Longitudinal en columnas
Figura 3. Elevación de los eje 2. Acero longitudinal en columnas
6.5 Diseño de vigas
6.6. Diseño de losa
El diseño de la losa se realizó respetando las dimensiones de las vigas y tomando una losa con 25 cm de peralte aligerada con Barroblock y trabajando en dos sentidos.
Figura 4. Planta de losa analizada.
Se revisaron mediante el programa los siguientes puntos:
Deformaciones verticales
Momentos flexionantes Esfuerzos cortantes
Figura 5. Deformación a largo plazo (cm) (Max = 2.40 cm).
Figura 6. Momentos flexionantes (kg-m/m) en dirección X.
Figura 7. Momentos flexionantes (kg-m/m) en dirección Y.
Figura 8. Fuerzas cortantes (kg/m) en dirección X.
Figura 9. Fuerzas cortantes (kg/m) en dirección Y.
Nervadura Nerv. Tipo
DISEÑO DE LOSA NERVADAS
Proyecto: Prepa Emiliano 01/01/2015Fecha:
===
= == == == ==
=
cm² cm²
cm cmcm cm
= =
===
Compresión dentro del patín? SI42.25
a 5.93Momento resistente
φMn
Recubrimiento
Refuerzo para Momento PositivoCantidad No. Varilla
Área en compresión 89.01
2 53 3 2.14
d 21.71d
Momento resistenteKg-m
cm
4.50
Analisis de la viga
Kg/cm²
2200.00 KgMmax- 3100 Kg-m
β 0.850Kg/cm²
Refuerzo para Momento NegativoCantidad No. Varilla
Propiedades de los MaterialesKg/cm²250f´c
16hf + bw 95.00
Área de acero mínimo 1.13
cm²cm²cm²
Mmax+ 1650 Kg-m
Area acero No. Camas
b efectivo 75.00 cmhf 5.00 cm
2.5
Area acero No. Camas
fy 4200Es 2040000
Área en compresión0 3 0.00 1
cml+bw 75.00 cm
Vmax
Determinación del ancho efectivo del patínL/4 186.25 cm
Área de acero mínimo 2 1.63 cm²Área de acero mínimo 2 1.13
ACEPTABLE
Acero MínimoÁrea de acero mínimo 1 1.02
1797.25φMn
22.52a/2 0.28
φVc 2335.78 KgVs -181.04 Kg
NO REQUIRE ESTRIBOS
Revison por CortanteKg2200.00Vud
ACEPTABLE
Acero MínimoÁrea de acero mínimo 1 1.42 cm²
3189.90 Kg-m
0 4 0.00 1
ACEPTABLE
ACEPTABLE
Acero MáximoArea de acero máximo 17.85 cm²
ACEPTABLE
1.63 cm²ACEPTABLE
Área de acero mínimo
Acero MáximoArea de acero máximo 5.68 cm²