memoria estructural jaramijo

MEMORIA DE ANALISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL

UNIDAD EDUCATIVA DEL MILENIO

JARAMIJO

MANABI

2014

ING. ESTUARDO PEÑAHERRERA GALLEGOS

Antecedentes

El Gobierno Nacional, a través del Proyecto “Unidades Educativas del Milenio¨, procura mejorar la calidad educativa en todas las regiones del Ecuador, para lo cual a través del Ministerio de Educación y la Subsecretaría de Administración Escolar, entidad encargada de la planificación y mejoramiento de la infraestructura educativa, propone un modelo educativo del tercer milenio con el carácter de experimental, basado en conceptos técnicos, administrativos, pedagógicos, arquitectónicos y tecnológicos, que permitan integrar la funcionalidad y la estética, con espacios flexibles y adaptables , áreas deportivas y de esparcimiento, plenamente identificados con las características socioculturales de la población, utilizando tecnologías constructivas acordes con las condiciones ambientales y climáticas del sitio de su implantación.¹

De ésta manera y siguiendo los respectivos procesos de contratación, se ha solicitado los servicios profesionales para la adaptación de un diseño base a una realidad implantada en el terreno en el cual se va a construir el proyecto.

Objeto y alcance del estudio

Este estudio tiene por objeto revisar el análisis estructural base entregado por la entidad y adaptarlo a la realidad en el sitio para la posterior construcción de la Unidad Educativa.

El alcance de los estudios incluye los siguientes aspectos:

· Análisis estructural de las edificaciones

· Revisión de elementos diseñados

· Revisión de planos diseñados

La metodología del estudio se lo ha realizado en base a la documentación recibida por parte del Ministerio de Educación, así como de la factibilidad que se tiene para la utilización de los elementos existentes, de modo que se pueda adaptar el sistema a los mismos.

Marco teórico

Para la realización del presente análisis estructural se ha dispuesto de la siguiente información técnica:

Levantamiento topográfico del terreno a implantar el proyecto

Estudio de Mecánica de Suelos para el sitio de implantación del proyecto

Planos estructurales de los diferentes elementos Arquitectónicos


1 Tomado de pliegos del contrato

* CARGAS PERMANENTES (CARGA MUERTA)

Las cargas permanentes están constituidas por los pesos de todos los elementos estructurales, tales como: muros, paredes, recubrimientos, instalaciones sanitarias, eléctricas, mecánicas, máquinas y todo artefacto integrado permanentemente a la estructura. Estos valores se ingresan en el modelo matemático creado en el Programa SAP2000, para luego adicionarlo al peso propio de los elementos estructurales y hacer las combinaciones de carga que el NEC determina en el caso de Hormigón armado.

* SOBRECARGAS DE USO (CARGA VIVA)

Las sobrecargas que se utilicen en el cálculo dependen de la ocupación a la que está destinada la edificación y están conformadas por los pesos de personas, muebles, equipos y accesorios móviles o temporales, mercadería en transición, y otras.

Las sobrecargas mínimas a considerar son las siguientes:

Tabla 1.2. Sobrecargas mínimas uniformemente distribuidas, Lo

Ocupación o Uso carga uniforme (kN/m2)

Unidades educativasAulasCorredores segundo piso y superiorCorredores primer piso

2.0 4.04.8

Normas y Codigos para Analisis y Diseño de Edificaciones.

Las normas y codigos empleados para el analisis del modelo estructural seran las mas recientes de los siguientes organismos nacionales e internacionales:

Norma Ecuatoriano de la Construcción – NEC Requisitos de Reglamento para Concreto Estructural (ACI 318S-08) y Comentarios American National Standars Institute - ANSI American Society of Testing Materials - ASTM American Society of Mechanical Engineering ASME Uniform Building Code by Internacional Conference of Building Officials Structural Welding Code-Steel. AWS D1.1

Normativa Sismica

De acuerdo a la Norma Ecuatoriana de la Construccion (NEC), el pais se encuentra categorizado en 5 zonas sismicas, de acuerdo al mapa de riesgo sismico elaborado, el canton Jaramijo se encuentra ubicada en la Zona V a la cual corresponde un valor de Z=0.5 según se puede apreciar en la figura adjunta, constituyendose en la zona de mas alto riesgo sismico


Otros parametros que intervienen en el calculo de las fuerzas sismicas tienen directa relacion con las propiedades y consistencia del suelo y tienen que ver con la siguiente Tabla que relaciona el tipo de suelo con la velocidad de las ondas sismicas en una prueba de sismica de refraccion.

Para el caso que nos compete, el perfil del suelo esta considerado como un suelo con un tipo E correspondiente a arcillas blandas, sin embargo gracias a la reposicion de un metro de suelo granular compactado se puede colocar en la categoria D.

Tipo de perfil Vs N o Nch Su C entre 360 y 760 m/s mayor que 50 mayor que 100 kPa (1 kg/cm2) D entre 180 y 360 m/s entre 15 y 50 entre 100 y 50 kPa E menor de 180 m/s menor de 15 menor de 50 kPa

Los factores de amplificacion de la onda sismica Fa, Fv y Fs tienen relacion con el tipo de suelo y con la zonificacion sismica del lugar en el que se encuentran y pueden ser estimados utilizando las Tablas 2.5 , 2.6 y 2.7 que se presentan a continuacion


Tipo de suelo y factor de sitio Fa. NEC Fa = 1.2


Tipo de perfil de suelo

Zona sísmica I II III IV V VIValor Z

(aceleración esperada en

roca, g)

0.15 0.25 0.3 0.35 0.4 > 0.5

A 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9

B 1 1 1 1 1 1

C 1.4 1.3 1.25 1.23 1.2 1.18

D 1.6 1.4 1.3 1.25 1.2 1.15

E 1.8 1.5 1.4 1.28 1.15 1.05

Tipo de suelo y factor de sitio Fd. NEC Fd = 1.4


Zona sísmica I II III IV V VIValor Z

(aceleración esperada en

roca, g)

0.15 0.25 0.3 0.35 0.4 > 0.5

A 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9

B 1 1 1 1 1 1

C 1.6 1.5 1.4 1.35 1.3 1.25

D 1.9 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3

E 2.1 1.75 1.7 1.65 1.6 1.5

Tipo de suelo y factor de sitio Fs. NEC Fs = 1.5


Zona sísmica I II III IV V VI

Valor Z (aceleración esperada en

roca, g)

0.15 0.25 0.3 0.35 0.4 > 0.5

A 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75

B 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75

C 1 1.1 1.2 1.25 1.3 1.45

D 1.2 1.25 1.3 1.4 1.5 1.65

E 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2

Espectro Elastico de Diseño.


Para la preparacion del Espectro elastico de diseño como fraccion de la aceleracion de la gravedad Sa, se utiliza los factores de amplificacion indicados arriba, considerando una fraccion de amortigumiento con respecto al critico de 0.05, el factor de zona sismica Z y el Periodo T de la estructura empleando las siguientes relaciones:

Sa = η Z Fa para 0 ≤ T ≤ Tc

Sa = η Z Fa (Tc/T) ʳ para T > Tc

En nuestro caso tenemos:

r = 1.5 para suelos tipo D

η = 1.8 (provincias de la costa excepto Esmeraldas)

Con estos parametro se obtiene el espectro elastico que tiene la siguiente forma:

En el anexo respectivo se indica el grafico del espectro de diseño obtenido para nuestros datos

Preparacion del Modelo Estructural

La modelacion estructural de la UEM Jaramijio fue realizada utilizando el programa SAP 2000. El proposito de esta modelacion es la de verificar que las dimensiones tanto de columnas como de vigas son capaces de resistir ademas de las cargas verticales, las cargas horizontales inducidas por un sismo de las caracteristicas del sismo propuesto por la Norma Ecuatoriana de Construccion NEC reflejada en el espectro de diseño analizado en el parrafo anterior.


Se han realizado varias pruebas considerando cargas estaticas y cargas dinamicas producidas por el sismo sumadas a las cargas verticales permanentes y accidentales especificadas por la NEC. Con el modelo estructural se han determinado los esfuerzos axiales, cortantes y de flexion que se desarrollan con las combinaciones de carga especificadas en el Codigo ACI 318. Los elementos cargados con los diferentes combinaciones son sometidos al proceso de diseño para determinar si las secciones son capaces de resistir

Combinaciones de carga para Diseño por Ultima Resistencia

Las estructuras, componentes y cimentaciones, deberán ser diseñadas de tal manera que la resistencia de diseño iguale o exceda los efectos de las cargas incrementadas, de acuerdo a las siguientes combinaciones:

1. 1.4 D

2. 1.2 D + 1.6 L + 0.5 (Lr ó S ó R)

3. 1.2 D + 1.6 (Lr ó S ó R) + (L ó 0.5W)

4. 1.2 D + 1.0 W + L + 0.5 (Lr ó S ó R)

5. 1.2 D + 1.0 E + L + 0.2 S

6. 0.9 D + 1.0 W

7. 0.9 D + 1.0 E

Todas estas convinaciones se ingresan en el modelo del SAP2000 y se pide al programa la envolvente para trabajar con los valores correspondientes a las combinaciones criticas

Resultados del modelo estructural

Una vez procesado el modelo con las diferentes combinaciones de carga,se solicito al programa la realizacion del diseño estructural con el fin de realizar la comprobacion de las secciones encontrandose que todas las secciones cumplen de manera satisfactoria.

Se verifica las derivas de piso y se encuentra que esta dentro de los valores aceptables de conformidad con la Norma Ecuatoriana de la Construccion NEC por lo que se concluye que el edificio esta bien proporcionado y que tiene la suficiente capacidad para resistir las cargas sismicas sin que se produzcan daños de consideracion.

En cuanto al diseño estructural de la cimentacion, esta se ha desarollado en base a un programa que analiza vigas de cimentacion sobre medio elastico, lo cual es mas conveniente economicamente hablando que si se lo haria como una cimentacion rigida que es lo tradicional. En los anexos respectivos se puede observar el ingreso de datos y los resultados correspondientes.

Conclusiones


La provincia de Manabi se encuentra dentro de la zona sismica V, cuyo valor de Z=0.5 es el mas alto. Por tal motivop se esperan acciones sismicas mas altas y en concecuencia se necesitan columnas y vigas mas fuertes que en otras zonas sismicas menores.

Luego del modelado y posterior analisis realizado a las estructuras que se entregaron en forma de planos estructurales, se ha verificado su diseño, obteniendose en algunos casos resultados satisfactorios, y en otros ha sido necesario modificar las secciones de columnas fundamentalmente y en pocos casos ha sido necesario modificar la seccion de vigas, especificamente en el caso de las vigas en volado del bloque de dos pisos.

En el tema de cimentaciones, se ha procedido a un diseño totalmente diferente al propuesto en los planos entregados por el Ministerio de Educacion. En razon de la baja capacidad portante del suelo sobre el que se implantaran las estructuras se ha propuesto una excavacion de un metro por debajo de las mismas y su reposicion con material de mejoramiento convenientemente compactados. De esta manera se mejora la capacidad portante del suelo, sin embargo para prevenir la posibilidad de que se produscan acentamientos diferenciales se ha propuesto una cimentacion en base a vigas corridas unidireccionales.

En los planos estructurales entregados por el Ministerio de Educacion se recomendavan cimentaciones corridas en las dos direcciones, lo cual no comparto ya que esto seria necesario si se cimentara directamente sobre el suelo de baja capacidad portante sin el mejoramiento que aquí se propone, o en el caso de que las cargas sean demasiado altas que se dan cuando se tiene 4 o mas pisos de altura.

Atentamente

Ing. Estuardo Peñaherrera G.

LP 01-17-3983


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