AGUAS Ing. Oscar Serna Ospina. M.I.C Mat. No CLD. ( Este material constituye propiedad intelectual de su realizador )

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1 Memorias de cálculo estructural Norma Sismo-resistente 1998 Sala de cloración Acueducto Municipal Santa Fe Antioquia Manizales, noviembre de 2007 AGUAS Ing. Oscar Serna Ospina. M.I.C Mat. No CLD ( Este material constituye propiedad intelectual de su realizador ) Edificio Plaza 51 Cra 23 Cll 51 Of 408 C Telefax Manizales

2 Introducción Este informe contiene el análisis, cálculo y diseño estructural efectuado siguiendo los requisitos establecidos en las Normas Colombianas de Diseño y Construcción Sismo - resistente NSR-98, ley 400 de 1997,y según el objeto fundamental de las mismas (A.1.2.2), para la edificación considerada en el proyecto: Sala de Cloración Tipo para el acueducto municipal de Santa Fe. Con base en las características generales, los análisis realizados y las conclusiones encontradas se dan recomendaciones para el diseño y la construcción del proyecto estudiado. Limitaciones El diseño estructural y las conclusiones consignadas en esta memoria de cálculo se limitan a las características del proyecto anotado, a lo expuesto por el propietario del mismo y según lo establecido en los planos arquitectónicos; cualquier variación significativa en el sistema estructural, niveles, cargas, acciones, etc., deberá consultarse con ésta oficina. Estas memorias de cálculo tanto en su parte conceptual, teórica y numérica son propiedad intelectual de su realizador. Normativa Para el análisis y diseño se observará lo contemplado en las Normas Colombianas de diseño y construcción Sismo-resistente 98, ley 400 de Adicionalmente otros requisitos y recomendaciones establecidos por : American Asosociation of State Highway and Transportation Officials AASHTO American Society for Testing and Materials ASTM Uniform Building Code UBC American Concrete Institute ACI Manual para la construcción de acero Instituto Colombiano de Normas Técnicas ICONTEC El proyecto Localización Edificio Plaza 51 Cra 23 Cll 51 Of 408 C Telefax Manizales 2

3 El proyecto corresponde con la construcción de una sala de cloración para el acueducto de Santa Fe en el departamento de Antioquia. Ocupa un lote de forma regular con unas dimensiones construidas de 4.30m x 4.30m aproximadamente. La construcción no presenta en sus límites construcciones adyacentes, no obstante deberán consignarse las características generales del entorno del mismo. Descripción El proyecto se define como una edificación de mampostería, (4.30m m x 4.30m) con un nivel estructural, altura libre de 2.40m y un área construida de 18.5m 2 destinado como sala de cloración. El proyecto se analizará bajo un sistema de mampostería de muros confinados para edificaciones de uno y dos pisos. Solución estructural La estructura será revisada bajo el sistema de mampostería de muros confinados, conformando un conjunto estructural con funciones de carga y/o rigidez, dispuestos de tal manera que provean resistencia sísmica en las dos direcciones principales siguiendo los requisitos establecidos por las NSR-98, título E. Se conforma un sistema de muros de carga y muros de rigidez perpendiculares a los anteriores conformando de este modo un conjunto con resistencia en ambos sentidos ante solicitaciones sísmicas y de carga vertical. El sistema general de muros será enmarcado con columnas y vigas de confinamiento. La cimentación consiste en vigas de concreto continuas con viga de confinamiento superior en todos los ejes, conformando anillos cerrados y con poca profundidad de desplante. Configuración estructural Según los requisitos establecidos en el artículo A.3.3 la edificación se considera regular. No existe combinación de sistemas estructurales dentro de la misma edificación ni en planta ni en altura. Los efectos generados por la irregularidad afectan el Coeficiente de disipación de energía R. Materiales Para el análisis y diseño de todos los elementos estructurales y no estructurales se consideran los materiales recomendados a continuación, los que deben cumplir los requisitos de la Norma Sismo-resistente-98, (Capítulo D.3). Materiales estructurales básicos empleados Agregados Los agregados para el concreto deben cumplir con la norma NTC 174 ( ASTM C33 ). El tamaño máximo nominal del agregado no debe ser mayor que lo estipulado en C Edificio Plaza 51 Cra 23 Cll 51 Of 408 C Telefax Manizales 3

4 Concreto Resistencia nominal para diseño de concreto a la compresión: f c = 21 MPa Refuerzo certificado bajo norma técnica Resistencia nominal a la fluencia del acero Barras # 3 a # 7 fy=420 MPa Barras # 2 e inferiores fy=260 MPa Malla electrosoldada según C Unidades de Mampostería Las unidades de mampostería deben cumplir las normas siguientes: Unidades de perforación vertical portante de concreto NTC 4026 Unidades de perforación vertical de arcilla NTC 4205 Unidades portantes de concreto macizas (tolete) NTC 4026 Unidades de arcilla macizas (tolete) NTC 4205 Unidades de concreto de resistencia clase baja NTC 4076 Unidades de arcilla de resistencia clase baja NTC 4205 Mampostería Resistencia nominal a la compresión de la mampostería ensamblada: f m mín. = 7.0 MPa Mortero de pega e inyección Se permite el uso de morteros de pega compuestos de cemento portland y arena. En ningún caso la dosificación, por volumen, puede ser inferior a 1:4 (cemento-arena malla 8), deben garantizar la retención de agua y deben tener una resistencia mínima para diseño a la compresión a los 28 días de: f cp = 17.5 MPa REQUISITOS GENERALES DE DISEÑO SISMO RESISTENTE Análisis sísmico Según el título A de la Norma: Localización geográfica: Zona Central Zona de amenaza sísmica : Alta Coeficientes de aceleración pico efectiva para diseño: Santa Fe Aa = 0.30 Coeficiente de sitio: Tipo de perfil : S 3 S = 1.5 Coeficiente de importancia: Estructura de ocupación normal Grupo de uso : I I = 1.0 Sistema Estructural : Edificio Plaza 51 Cra 23 Cll 51 Of 408 C Telefax Manizales 4

5 Mampostería de muros confinados, casas de uno y dos pisos. Sistema estructural permitido en zona de amenaza sísmica alta Capacidad de disipación de energía según materiales y sistema estructural: Moderado ( DMO ) ( T A.3-1 ). Coeficiente de disipación de energía básico: Ro = 1.5 Coeficiente de disipación de energía R = φ a φ p Ro = 1.5 Análisis estructural El análisis de la estructura se realizó con base en lo establecido por las NSR- 98, según el título E. Se ha observado la disposición de muros estructurales, simetría, continuidad y dimensiones. Igualmente se establece la longitud de muros confinados requerida, restricciones de aberturas en muros, elementos de confinamiento y cimentación y los procedimientos constructivos. Además de realizarse una evaluación a nivel de resistencia, se consideran los efectos torsionales como las deflexiones propias de los elementos. Torsión accidental 5% de la dimensión de la edificación en cada piso, medida en la dirección perpendicular a la dirección en estudio.( A ) Requisitos de deriva Para verificación de las derivas obtenidas de las deflexiones horizontales causadas por el sismo de diseño, deben utilizarse los requisitos del Capítulo A.6, los cuales exigen que las derivas se verifiquen para las fuerzas sísmicas Fs, sin haber sido divididas por R. ( B ) Límites de deriva Estructura de mampostería de muros confinados Deriva máxima 0.5% ( hpi ) Separación con estructuras adyacentes 0.05 m Elementos no estructurales Grado de desempeño de los elementos no estructurales Edificio Plaza 51 Cra 23 Cll 51 Of 408 C Telefax Manizales 5

6 En ausencia de alguna solicitud por parte del propietario del proyecto deberá cumplirse con el grado mínimo permisible fijado en A Grupo de uso Grado de desempeño I Bajo El diseño sísmico de los elementos no estructurales es responsabilidad del profesional encargado bajo cuya dirección se elaboran los diferentes diseños particulares. Condiciones de carga Cargas Según el título B de la NSR-98, se consideran las combinaciones y coeficientes de reducción usando el método de los esfuerzos de trabajo: Cargas verticales: se consideran con base en la carga viva y muerta calculadas y/o mínimas. Carga sísmica: se considera que la longitud mínima de muros confinados proporciona la suficiente rigidez y resistencia ante los esfuerzos impuestos por las solicitaciones sísmicas. Carga de viento: Los efectos por este tipo de carga no resultan determinantes según el análisis propuesto por la Norma en B No se considera carga proveniente de empuje de tierra. (Ver descripción de valores de carga presentes anexo) Cuadro de cargas Placa de piso = tnf/m 2 Recubrimiento /acabados = tnf/m 2 Edificio Plaza 51 Cra 23 Cll 51 Of 408 C Telefax Manizales 6

7 Muros ( B ) = 0.150tnf/m 2 Carga muerta cubierta = tnf/m 2 Carga viva = tnf/m 2 Carga viva cubierta = tnf/m 2 ( pendiente <20% ) El responsable no reporta ningún tipo de carga especial adicional a las mencionadas. Sistema de cimentación Cimentación Después de analizar las condiciones geotécnicas y teniendo en cuenta la magnitud y el tipo de estructura a construir, se considera que el sistema de cimentación más conveniente para este proyecto es el de vigas zarpas de concreto. Los muros se dispondrán con viga de confinamiento superior en todos los ejes, conformando anillos cerrados siguiendo los sentidos de modulación de la estructural; las dimensiones interiores de los anillos serán menores de 4m. El diseño seguirá los requisitos de los títulos E Y H de la NSR-98. Supervisión técnica Alcance Material estructural Area Construida Capacidad de disipación de energía del sistema estructural Grupo de uso Mampostería menos de 3000 m² Moderado ( DMO ) I Considerando la magnitud del proyecto estructural es necesario contar con un control de calidad realizado por el constructor para su desarrollo, según lo recomendado en el título I de la NSR-98. Edificio Plaza 51 Cra 23 Cll 51 Of 408 C Telefax Manizales 7

8 DISEÑO VIVIENDA UNIFAMILIAR SEGÚN TITULO E NSR -98 EDIFICACIONES DE UNO Y DOS PISOS ZONA DE AMENAZA SÍSMICA ALTA 1. Espesor de muros ( t ) Muros estructurales confinados t constructivo = 0.13 m > t. mínimo 1 nivel = 0.11 m Z.A.S.A Muros de rigidez confinados t constructivo = 0.13 m > t. mínimo 1 y 2. Distancia libre horizontal máxima (amarres horizontales) Muros confinados 35 t = 30 x 0.13 m = 4.55 m 3. Distancia libre vertical máxima entre diafragmas (amarres verticales) 25 t = 25 x 0.13 m = 3.25 m a. libre entrepiso = 2.30 m 4. Longitud de muros confinados Sentido X Sentido Y No. Longitud (m) % No. Longitud (m) % 1 1,00 15,87 a 1,65 25,00 2 1,00 17,87 b 1,65 25,00 3 2,15 34,13 c 1,65 25,00 4 2,15 34,13 d 1,65 25,00 Edificio Plaza 51 Cra 23 Cll 51 Of 408 C Telefax Manizales 8

9 6,30 100,00 6,60 100,00 5. Longitud de muros confinados requerida Coeficiente para longitud mínima de muros confinados Mo Z.A.S.A Aa = 0.25 Mo = 21.0 Primer nivel Long. requerida (m) =[Mo x 2/3 (Área)]/ t = 21 x 2/3 (18.5m 2 ) / 130 mm = 2.0m Lx confinado disponible Ly confinado disponible = 6.30 m > 2.0 m = 6.60 m > 2.0 m RECOMENDACIONES Se deberán tomar las precauciones necesarias para verificar en la obra que los pesos de los materiales utilizados no superen los valores usados en el diseño. Deberá evitarse cierto tipo de interacción entre la estructura y los elementos no estructurales, principalmente muros, que puedan generar casos de columnas cortas o cautivas. Igualmente deberá evitarse la construcción de elementos que limiten las deformaciones de la estructura, aumenten o disminuyan considerablemente su rigidez en zonas específicas o causen distribución irregular de la masa. Es importante conservar la separación mínima establecida con las estructuras adyacentes tratando de evitar fenómenos de golpeteo. Es válido, a juicio del Ingeniero constructor, la elaboración de juntas de construcción o dilataciones. La construcción de muros divisorios con grandes longitudes y/o alturas deberá modularse con vigas y columnas de confinamiento. Se seguirán los requisitos constructivos de las NSR-98 para el acero respecto de su certificación, longitud, anclaje, traslapo, doblaje, colocación, protección y recubrimiento entre otros. De igual manera se hará con la elaboración, vaciado, curado, protección y ensayos para el concreto. Deberá observarse lo establecido por la Norma, según C.6.3, para conductos y tuberías embebidas en el concreto y/o en los elementos que hacen parte del sistema de resistencia. Se ejercerá un estricto control sobre el confinamiento del concreto en las zonas de unión viga-columna o nudos. Ver C.7.9 Ejercer control sobre las holguras y detalles necesarios para que los elementos no estructurales se comporten en la forma supuesta en el diseño, no sufran falla o volcamiento y en general no representen peligro para los ocupantes o transeúntes. Edificio Plaza 51 Cra 23 Cll 51 Of 408 C Telefax Manizales 9

10 Deberá verificarse la coincidencia de este proyecto estructural con el arquitectónico y cualquier cambio significativo deberá reportarse a ésta oficina para su análisis. Edificio Plaza 51 Cra 23 Cll 51 Of 408 C Telefax Manizales 10