ANALISIS Y DISEO ESTRUCTURAL DE CENTROS COMERCIALES PARA LA PARROQUIA AYAPAMBA CANTN ATAHUALPA ANALISIS Y DISEO ESTRUCTURAL DE CENTROSCOMERCIALES PARA LA PARROQUIA AYAPAMBA CANTN ATAHUALPA MEMORIA DESCRIPTIVA DEL PROYECTO ESTRUCTURAL FECHA: Abril del 2010 UBICACION: Calle 10 de Agosto y Machala parque central de la parroquia Ayapamba. ANALISIS Y DISEO ESTRUCTURAL DE CENTROS COMERCIALES PARA LA PARROQUIA AYAPAMBA CANTN ATAHUALPAANALISIS Y DISENO SISMORRESISTENTE DE CENTROS COMERCIALES PARA LA PARROQUIA AYAPAMBA CANTON ATAHUALPA. CONTENIDOS -Introduccin -Antecedentes tcnicos -Descripcin general de la estructura -Cdigos y normas de diseo -Hiptesisde anlisis y diseo -Predimensionamiento y cuantificacin de cargas -Anlisis dinmico (CEC 2002) -Diseo en hormign armado de los elementos estructurales (ACI-05). -Anexos ANALISIS Y DISEO ESTRUCTURAL DE CENTROS COMERCIALES PARA LA PARROQUIA AYAPAMBA CANTN ATAHUALPA ANALISIS Y DISENO SISMORRESISTENTE DE CENTROS COMERCIALES PARA LA PARROQUIA AYAPAMBA CANTN ATAHUALPA. I.INTRODUCCION. Elpresente proyecto comprende el Clculo, Anlisis y Diseo Estructural Sismoresistente de centros comerciales para la parroquia Ayapamba cantn Atahualpa, mediante la utilizacin de loscriteriosestablecidosenelCdigoEcuatorianodelaConstruccin,BuildingCode RequirementsforStructuralConcreteACI318-2005paraeldiseoymedianteelusolos Programas SAP 2000, ETABS y SAFE para el anlisis y chequeo estructural. II.ANTECEDENTES TCNICOS Comobaseparaelanlisisydiseoestructuralsetomencuentalosrequerimientosdelos planosarquitectnicos.Lacapacidadadmisibledelsuelosugeridaporelestudiogeotcnico de suelos donde se cimentar la edificacin es de 100 KN/m2. (ANEXO 1). III.DESCRIPCION GENERAL DE LA ESTRUCTURA El sitio donde se implantar la obra se encuentra en la calle 10 de Agosto y Machala, Parque central de la Parroquia Ayapamba.Lacimentacinconsisteprincipalmentedeplintosaislados.Laestructuraestconformada por prticos de hormign armado, y losas alivianadas armadas en dos sentidos. IV.CDIGOS Y NORMAS DE DISEO Paraeldiseodeloselementosestructuralesseobservaronlasdisposicionescontenidasen los siguientes cdigos y reglamentos: ANALISIS Y DISEO ESTRUCTURAL DE CENTROS COMERCIALES PARA LA PARROQUIA AYAPAMBA CANTN ATAHUALPA C.E.C2002; CDIGO ECUATORIANO DE LA CONSTRUCCIN 2002 ACI318-2005;REQUISITOSDEREGLAMENTOPARACONCRETO ESTRUCTURAL (ACI 318S-05) Y COMENTARIO (ACI 318SR-05) SAP2000;STRUCTURALANALYSISPROGRAMCOMPUTERSAND STRUCTURES ETABS 8; INTEGRATED BUILDING DESIGN SOFTWARE SAFE; INTEGRATED ANALYSIS AND DESIGN OF SLAB SYSTEMS V.HIPOTESISDE ANALISIS Y DISENO: Suposicin de clculo: -Las paredes agrietadas no participan en la rigidez lateral (CEC 2002). -La estructura se comportar adecuadamente en el rango inelstico (CEC 2002). -Sistemaestructuralconstituidoporcolumnasyvigasdehormignarmado (fc=21MPa, fy=420 MPa). -Elsistemadepisosernlosasarmadasendosdirecciones,alivianadasyapoyadas sobre vigas. -Modelacin del suelo mediante resortes con rigidez equivalente. Anlisis Dinmico: Anlisis (nodal) espectral (CEC 2002) -Uso de secciones agrietadas (CEC 2002) -Considerar nmero de modos necesarios para llegar a completar al menosel 90% de la masa modal acumulada. -Considerar re-localizacin de masas para representar torsin accidental. -Uso del espectro de respuesta elstico normalizado Diseo: Estado Lmite de Resistencia (ACI 318, 2005) -Resistencia de diseo > Resistencia Requerida. ANALISIS Y DISEO ESTRUCTURAL DE CENTROS COMERCIALES PARA LA PARROQUIA AYAPAMBA CANTN ATAHUALPA VI.PREDIMENSIONAMIENTO Y CUANTIFICACION DE CARGAS Se defini como punto de partida el sistema estructural idealizado para el clculo, para lo cual se calcul dimensiones tentativas que contribuyeron a evaluar preliminarmente las diferentes solicitaciones.Lasdimensionesescogidascumplenconlosrequisitosexigidosde funcionalidaddelaestructura,ysecalcularonenbasealpesopropiodelamisma,delos elementos no estructurales, el peso de sus ocupantes y efectos del medio. La Estructura ha sidodiseada para que tenga resistenciay rigidez adecuada ante las cargas dediseo,esdecirpararesistirtodaslascargasaplicablestalescomo:cargasvivas,cargas muertasyefectosssmicos.Eldiseoserealizprestandoatencinalosefectosdelas fuerzasdebidoalpreesfuerzo,vibracin,impacto,contraccin,expansindelconcretode contraccin, fluencia y asentamientos desiguales de los apoyos. Cargas Muertas. De accin gravitatoria, corresponden al peso de los materiales de construccin empleados en la edificacin esto es: estructura, muros y particiones, pisos, cubiertas, cielo raso, acabados y otros elementos arquitectnicos y estructurales. ANALISIS Y DISEO ESTRUCTURAL DE CENTROS COMERCIALES PARA LA PARROQUIA AYAPAMBA CANTN ATAHUALPA Tabla 1.- Densidades de masas mnimas Tabla 2.- Cargas muertas mnimas de elementos estructurales verticales ANALISIS Y DISEO ESTRUCTURAL DE CENTROS COMERCIALES PARA LA PARROQUIA AYAPAMBA CANTN ATAHUALPA Para efectos de clculo de cargas muertas,se utiliz las Tablas (4.1-411) del libroRequisitos Esenciales para edificios de concreto reforzado (ACI 318-02) Cargas vivas Son aquellas cargas producidas por el uso y ocupacin de la edificacin, las cargas vivas que seutiliceneneldiseodelaestructuradebenserlasmximascargasqueseesperaque ocurranenlaedificacindebidoalusoqueestavaatener;acontinuacinsemuestran algunas cargas recomendadas para utilizarlas como sobrecarga. Tabla 3.- Cargas Vivas mnimas uniformemente distribuidas (ACI 318-05) ANALISIS Y DISEO ESTRUCTURAL DE CENTROS COMERCIALES PARA LA PARROQUIA AYAPAMBA CANTN ATAHUALPAElpresenteproyectoseincluyeenelgrupoM(Comercio),dentrodela subcategoria: Minorista (5.5 KN/m2) Predimensionamiento de losas La funcin principal de la losa consiste en transmitirlos esfuerzos producidos por las cargas vivas y muertas a los puntos de apoyo en los cuales descansa la losa, estos puntos sonvigas y columnas, para la presente edificacin. Para el prediseo del peralte de la losa definimos el tablero que servir para disear la losa, considerando las condiciones o solicitaciones ms desfavorables para el mismo. Utilizamos la ecuacin 1, donde ln es la longitud del claro libre en la direccin libre medida cara a cara de las vigas que soportan la losa, om relacin de rigidez a flexin de la seccin de una viga y el ancho de la losa iguala0.2,fy esfuerzo de fluencia del acero derefuerzoy| es la relacin entre el lado largo y el lado corto de la losa. ( ) 12 . 0 5 36140008 . 0 ln +||.|

\|+ =myfho |1 h=0.20 m ANALISIS Y DISEO ESTRUCTURAL DE CENTROS COMERCIALES PARA LA PARROQUIA AYAPAMBA CANTN ATAHUALPA Figura 1.- Panel de losa en anlisis Cargas muertas en losas La carga muerta de losa se calcula para cada metro cuadrado, esta cuantificacin contiene el peso de los materiales para construirla. Peso de la losa de compresin: 1.20 KN/m2 Peso de nervios de losa:1.30 KN/m2 Peso de pisos y acabados:0.80 KN/m2 Peso de cielo raso + tuberas: 0.20KN/m2 Carga muerta en losa: 3.50KN/m2

Figura 2. Corte de Losa ANALISIS Y DISEO ESTRUCTURAL DE CENTROS COMERCIALES PARA LA PARROQUIA AYAPAMBA CANTN ATAHUALPA Prediseo segn las Disposiciones especiales para el diseo Ssmico (ACI 318-2005) Elementos sujetos a Flexin porcentajes mximos y mnimos (ACI 21.3.2):

2

3

4

5

6 Elementos sujetos a Flexin dimensiones mximas y mnimas (ACI 21.3.1):

7 Resistencia Nominal y resistencia ltima:

()8

( )9 ()10

11 ANALISIS Y DISEO ESTRUCTURAL DE CENTROS COMERCIALES PARA LA PARROQUIA AYAPAMBA CANTN ATAHUALPA Elementos sujetos a Flexin y Carga Axial, cuanta mxima y mnima Elementos sujetos a Flexin y Carga Axial, dimensiones mximas y mnimas (ACI 21.4): 12

13 Resistencia Nominal y resistencia ultima

14

15

16 () Prediseo de Vigas Prediseo para la viga ms crtica, considerando cargas muertas y vivas. Momento mximo de Prediseo: Mu= 125.66 KN-m Calculo de las cuantas mnimas y mximas permitidas: ANALISIS Y DISEO ESTRUCTURAL DE CENTROS COMERCIALES PARA LA PARROQUIA AYAPAMBA CANTN ATAHUALPA

Se asume como cuanta de diseo un valor que puede ser menor o igual que el mximo:

Se calcula el ndice de refuerzo para esta cuanta y se obtiene:

De la ecuacin de momento ltimo resistente se despejala seccin buscada: Asumimos b=0.3m

() Se asume una seccin: b=0.3m h=0.4m Prediseo de Columnas:

ANALISIS Y DISEO ESTRUCTURAL DE CENTROS COMERCIALES PARA LA PARROQUIA AYAPAMBA CANTN ATAHUALPA Calculo el rea de concreto Ag:

Escojo una seccin cuadrada.

Pesos por pisos Nivel +3.00 m Aplanta: 176.00 m2 Carga muerta + peso propio Peso Paredes por rea de panel+ peso losa por rea de panel+sobrecargas (pisos, cielo raso)+peso Columnas + peso Vigas. Peso Total: 2736.45 KN Masa total: 278.94 ton Cargas de Sismo Soninciertastantoenmagnitud,distribucineinclusiveenelmomentoenquepueden actuar. Por hallarse en la zona sur del pas una zona de alto riesgo ssmico tambin se somete alaestructuraaestosesfuerzos.Paraeldiseoporsismoseutilizaloestablecidoenla normativadelCEC2002elmismoqueindicarequisitosmnimosdeclculoydiseo sismorresistente,paraelcortantebasaldediseoyelclculodelasfuerzashorizontales, adems del control de derivas de piso. ANALISIS Y DISEO ESTRUCTURAL DE CENTROS COMERCIALES PARA LA PARROQUIA AYAPAMBA CANTN ATAHUALPA Zona Ssmica III Z= 0.3 Importancia Estructuras I= 1.0 Perfil de Suelo S3 S= 1.5 Respuesta Estructural R= 10 Coeficiente de configuracin en elevacin uP = 0.9 Coeficiente de configuracinen planta uE = 1.0 Ct=0.8, para prticos espaciales en hormign armado. C.v=0.105

17

16 17

(

)

(

)18 LaTabla4contienelasfuerzasssmicasenambossentidos,lascualessedistribuyenentre los elementos del sistema resistente a cargas laterales en proporcin a sus rigideces. Tabla 4. Determinacin de fuerzas horizontales de Sismo Piso Nivel hi (m) Peso Wi (KN) Wi x hi(KN-m) Fi(KN) 13.002736.45 8209.35254.00 3428209.35254.00 ANALISIS Y DISEO ESTRUCTURAL DE CENTROS COMERCIALES PARA LA PARROQUIA AYAPAMBA CANTN ATAHUALPA Factores y Combinacin de Cargas LamayorresistenciarequeridaU,paraunelementoestructural,seobtieneusandolos factoresy combinaciones de carga presentadosms adelante, pero para ello se debe usar los siguientes requisitos: -Sedebeestudiarcadaestadolmitederesistencia,incluyendolosefectosdeunao ms cargas que no actan simultneamente. -En las combinaciones de carga donde se emplea el smbolo en la mayoracin de las fuerzasalternantesqueactanenunadireccinyposteriormenteenlaotra,sedebe usar el signo que produzca el mayor o menor valor de U -Se debe estudiar los efectos ms desfavorables debido a las cargas de sismo. Cargasmuertasyvivas.-Laresistencia,U,pararesistirlascargasmuertasDyvivasL debe ser mayor que: U=1.4D U=1.2D+1.6L CargasSsmicas.-LaresistenciarequeridaUparasoportarlascargasssmicas especificas, E, se debe estudiar usando las siguientes combinaciones. U=1.2D+1.0L1.0E U=0.9D1.0E ANALISIS DINAMICO (CEC 2002) Parmetros para el modelo dinmico. -Propiedades de los materiales Resistencia a la compresin del hormign, fc=21MPa Esfuerzo de Fluencia del acero de refuerzo, fy=420MPa Peso especifico del hormign armado, =24KN/m3 ANALISIS Y DISEO ESTRUCTURAL DE CENTROS COMERCIALES PARA LA PARROQUIA AYAPAMBA CANTN ATAHUALPA-Secciones transversales de prediseo. Figura 3. Secciones transversales de prediseo -Espectro elstico normalizado acorde a la carga de sismo. Figura 4. Espectro de respuesta elstico Columnas exteriores: 0.35mx0.35 m Columnas interiores: 0.25mx0.25 m Vigas en volados: Cartela 0.25mx0.30m 0.30mx0.20m Vigas en interiores: 0.25mx0.30m ANALISIS Y DISEO ESTRUCTURAL DE CENTROS COMERCIALES PARA LA PARROQUIA AYAPAMBA CANTN ATAHUALPA -Factores que convierten el espectro elstico en espectros inelsticos de diseo

Anlisis Modal Espectral (CEC 2002) El anlisis modal espectral es la respuesta dinmica de la estructura obtenida por medio de la superposicin de los diferentes modos de vibracin, en el cual la respuesta dinmica mxima de cada modo se obtiene utilizando la ordenada de un espectro correspondiente al periodo de vibracin del modo. ElanlisisDinmicoesunprocedimientomatemticopararesolverlasecuacionesde equilibriodinmico,yasobtenerlasdeformacionesyesfuerzosdelaestructuraaser sometida a una excitacin que vara en el tiempo. ElEspectroexpresalascaractersticasdelosmovimientosssmicos,eslaaceleracin horizontalenfraccindelaaceleracindelagravedadparaunperiododevibracindado; estos se definen por medio de acelerogramas. Pararealizarelanlisismodalespectralsedebetomarencuentalamasadecadapisoysu inerciapolarparalocualrealizamoslosclculosdelainerciapolarenelCM(centrode masa). Modelacin del Anlisis modal espectral. ElanlisismodalespectralselodesarrolloenessoftwareETABS(Figura5),consu respectiva verificacin en el SAP2000. Para la verificacin del diseo de lacimentacin se utilizo el software SAFE. ANALISIS Y DISEO ESTRUCTURAL DE CENTROS COMERCIALES PARA LA PARROQUIA AYAPAMBA CANTN ATAHUALPA Elprocesodeanlisisselodesarrolloacordealasrecomendacionessugeridasporel CEC2002,paralocualseconsiderolamayorcantidaddedetallesconelfindequeel modelo represente el comportamiento real de la estructura.

Figura 5. Modelo desarrollado enel software ETABS y SAP2000 Resultados obtenidos de Anlisis modal espectral Derivas Mximas de piso.- El valor mximo de deriva se ha determinadoen el centro de masa de cada piso, dichos valores estn dentro de los rangos especificados en el CEC2002 (deriva mxima=2%). Anlisisdeperiodosyformasmodales.-Lacombinacindemximosmodales empleada, es el mtodo CQC (Wilson et. al. 1981). ANALISIS Y DISEO ESTRUCTURAL DE CENTROS COMERCIALES PARA LA PARROQUIA AYAPAMBA CANTN ATAHUALPA Tabla 5. Participacin modal DISENO EN HORMIGON ARMADO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES. Para el diseo estructural se utilizo las especificaciones recomendadas enACI 318-2005,en su totalidad. En la figura 7 se presenta el proceso de diseo recomendado por ACI.Loselementosestructuralesfuerondiseadosaflexin,corte,torsin,ademssechequeo efectos de columna fuerte-viga dbil, punzonamiento, entre otros.El resultado del diseo se presenta en el ANEXO DOS (Planos). ANALISIS Y DISEO ESTRUCTURAL DE CENTROS COMERCIALES PARA LA PARROQUIA AYAPAMBA CANTN ATAHUALPA Figura 7. Procedimiento de diseo Inicio Definicion de la Estructura Definicionde cargas Losa de entrepiso Vigas Columnas Fuerzas laterales? si Muros estructurales Cimentacion DImensiones bien? SI Planos Estructuales NO NO Calcular secciones y recalcular cargas si es necesario ANALISIS Y DISEO ESTRUCTURAL DE CENTROS COMERCIALES PARA LA PARROQUIA AYAPAMBA CANTN ATAHUALPA Anexo 1 Estudio de suelos. ANALISIS Y DISEO ESTRUCTURAL DE CENTROS COMERCIALES PARA LA PARROQUIA AYAPAMBA CANTN ATAHUALPA Anexo 2 Planos.