Informe Reforzamiento de BACKUS

EVALUACIÓN ESTRUCTURAL

EDIFICIO ALMACÉN BACKUPS

Variante de Uchumayo No. 1801, Sachaca

MEMORIA DE CÁLCULO

CONSULTORIA:

Fidel Copa Pineda, CIP 37240

INCOP INGENIEROS S.R.L.TDA

AREQUIPA - PERU

2014

INCOP Ingenieros SRLtda.CALLE REPÚBLICA DE CHILE Nº220 CERCADO-AREQUIPA TELEFONO 054 223148- 958970044 E mail [email protected]

EVALUACIÓN ESTRUCTURALEDIFICIO ALMACÉN BACKUS

Propietario : COMPAÑÍA CERVECERA DEL SUR DEL PERÚPor : Fidel Copa Pineda, CIP 37240

Responsable del proyecto de INCOP INGENIEROS S.R.L.TDAFecha : Arequipa, Agosto de 2014

1. ANTECEDENTES

Por encargo de CERVESUR, se procede a realizar la evaluación estructural del Edificio de Recepción de Botellas, ubicado en la Variante de Uchumayo No. 1801, Sachaca, Sachaca–Arequipa, el cual presenta fisuras y grietas, en la losa de techo del semisótanoLa estructura pretende incrementar su capacidad de carga de 2tonf/m2 a 3tonf/m2, en el 2º piso del Edificio.Se analizará el estado actual de la estructura y se planteará las soluciones respectivas a los problemas presentados y a los nuevos requerimientos de uso.

Fig. Ubicación de Edificio de CERVESUR

2. CONCEPCION ESTRUCTURAL

El Edificio de Recepción de Botellas ha sido concebido con un sistema aporticado en ambas direcciones, siendo flexible y permitiendo desplazamiento laterales mayores ante eventuales movimientos sísmicos. Consta de 4 bloques de 786m2 por bloque, y un área total de 3140m2, están separados por juntas de separación sísmicas de 8cm.

3. CARGAS PARA VERIFICACIÓN ESTRUCTURAL

2


Se han considerado las cargas de diseño de acuerdo a todas las cargas que actuaran posiblemente sobre la estructura. Se consideró para este caso las cargas sobre los pisos inferiores y la azotea. Se utilizó básicamente la norma E-020 (Norma de Cargas) y los requerimientos de carga, para dar las cargas a continuación presentadas:

A. CARGA MUERTA(D):Esta dadapor los pesos propios de la estructura permanente o fijade los elementos que tiene la estructura.

Peso específico del concreto armado = 2400 kgf/m³Peso específico del concreto simple = 2300 kgf/m³Peso específico del acero A-615 (ASTM) = 7850 kgf/m³Peso específico de Albañilería = 1800 kgf/m³

B. CARGA VIVA (L): Corresponde a los pesos de las cargas no fijas (sobrecarga).

Sobrecarga en niveles inferiores = 2000kgf/m2

Sobrecarga en azotea = 50kgf/m2

C. CARGA SÍSMICA(E):Se calcula mediante un análisis sísmico dinámico los esfuerzo debido las fuerzas inerciales inducidas por los sismos, se consideran las tres direcciones por separado y se resuelve en base al método proporcionado por la NTE-0.30 de Diseño sismo resistente. Para este caso se aplica el método espectral y se considera el modelo de masas concentradas por piso. En base a ello se encuentra el espectro de aceleración de diseño según nuestra norma vigente.

Fig.–Modelo Matemático de estructura de Edificio Comercial existente

3


Fig.–Espectro de Aceleraciones Sistema Aporticado utilizados en análisis para ambas direcciones.

4. ANÁLISIS ESTRUCTURAL

4.1. MODELO DE ANÁLISIS

El análisis estructural estático y dinámico se ejecutó con el software denominado ETABS en su versión V13. Se introdujeron las cargas mediante cada condición de carga y posteriormente en base a los resultados se hallaron los esfuerzos combinados con sus respectivos factores de carga de diseño según ACI 318-11 y la NTE-060.

4


4.2. ESTIMACIÓN DEL PESO.Se determina el peso (P) para el cálculo de la fuerza sísmica adicionando a la carga permanente total un porcentaje de la carga viva que depende del uso y la categoría de la edificación-

Nuestra edificación Depósito, según la Clasificación del Reglamento es de Categoría C. En Depósitos se debe considerar para la estimación del Peso el 100 % de la Carga Muerta y el 80 % del Peso total que puede Almacenar.

Categoría: CDescripción: Almacén o deposito

P= 100% D+ 80% L

Dónde:

P: Peso de la EstructuraD: Carga MuertaL: Carga Viva.

5. COMBINACIONES DE CARGA

Las estructuras y los elementos estructurales deberán diseñarse para obtener en todas sus secciones una resistencia de diseño (øR) mayor o igual a la resistencia requerida calculada para las cargas y fuerzas amplificadas en las combinaciones dadas en la norma E-030

1. øR≥ 1.4 D + 1.7 L Hipótesis de Gravedad2. øR≥1.25 (D+L) ± S Hipótesis de Sismo3. øR≥0.9D ± S Hipótesis de Volteo

Dónde:D= Carga muerta L = Carga viva S= Carga por sismo

6. VERIFICACIÓN ESTRUCTURAL

Para realizar el diseño estructural se ejecutó previamente el análisis estructural para todas las condiciones de carga que se dan, se empleó para las estructuras de concreto reforzado el ACI 318-11 y la NTE-060.

5


6.1. CONTROL DE DESPLAZAMIENTOS

Del modelo deformado por efecto de sismo en la dirección X-X y Y-Y, se verifica los desplazamientos relativos de entrepiso con los valores establecidos por la NTE E030 Diseño Sismo resistente, por lo cual los desplazamientos por cargas de servicio elásticos (U1) que se obtienen del análisis lineal, deberán ser multiplicados por 0.75R, para obtener los desplazamientos laterales inelásticos.

Fig.–Derivas de entrepiso limites.

Fig.– Máximas Derivas de Entrepiso para Sismo en dirección X-X (Izquierda) y dirección Sismo Y-Y (Derecha) en estructura de Edificio Almacén

Tabla.– Derivas de Entrepiso de Sismo X-X

R = 8

Piso h (m)Δ/h (X-X)

Δ/h*0.75*R

Ratio

Elástico Inelástico %

Piso 2 8.75 0.003817 0.022902 327.17%

Piso 1 4.75 0.00178 0.01068 152.57%

Tabla.– Derivas de Entrepiso de Sismo Y-Y

R = 8

Piso h (m)Δ/h (Y-Y)

Δ/h*0.75*R

Ratio

Elástico Inelástico %

Piso 2 8.75 0.004128 0.024768 353.83%

Piso 1 4.75 0.002136 0.012816 183.09%

6


Según los Límites la Deriva de Entrepiso de la estructura, se encuentra en un ratio superior al 100% de los límites permisibles en la dirección aporticada, siendo esta dirección vulnerable y flexible.

6.2. VERIFICACIÓN DE ESFUERZOS DE VIGAS.

VIGAS TECHO DE SÓTANO

Tabla.– Ratio Esfuerzo-Capacidad por Flexión en Vigas Ejes A, C, D y F

Sección(cm2)

RefuerzoÁrea de Acero(cm2)

Momento Nominal(tonf-m)

Momento Actuante(tonf-m)

Ratio (%)

VS-1 (-)

50cmx125cm4Ø1"+1 Ø7/8"

24.28 -104.70 -125.30 119.7%

VS-1 (+)

50cmx125cm4Ø1"+1 Ø7/8"

24.28 104.70 105.10 100.4%

VS-1 (-)

50cmx125cm2 Ø1"+4

Ø7/8"25.72 -110.60 -81.24 73.5%

VS-2 (-)

50cmx125cm2 Ø1"+4

Ø7/8"25.72 -110.60 -71.09 64.3%

VS-2 (+)

50cmx125cm4Ø1"+1 Ø7/8"

24.28 104.70 72.20 69.0%

VS-2 (-)

50cmx125cm2 Ø1"+4

Ø7/8"25.72 -110.60 -108.10 97.7%

VS-3 (-)

50cmx125cm2 Ø1"+4

Ø7/8"25.72 -110.60 -108.10 97.7%

VS-3 (+)

50cmx125cm4Ø1"+1 Ø7/8"

24.28 104.70 71.50 68.3%

VS-3 (-)

50cmx125cm2 Ø1"+4

Ø7/8"25.72 -110.60 -71.16 64.3%

VS-4 (-)

50cmx125cm2 Ø1"+4

Ø7/8"25.72 -110.60 -81.80 74.0%

VS-4 (+)

50cmx125cm4Ø1"+1 Ø7/8"

24.28 104.70 106.74101.95

%VS-4 (-)

50cmx125cm4 Ø1"+1

Ø7/8"24.28 -104.70 -125.97 101.9%

Tabla.– Ratio Esfuerzo-Capacidad por Flexión en Vigas Ejes

Sección(cm2)




Ratio (%)

VS-5 (-)

70cmx125cm 6Ø1" 30.6 -132.5 -147.2 111.1%

VS-5 (+)

70cmx125cm7Ø1"+2 Ø7/8"

43.5 185.2 196.3 106.0%

VS-5 (-)

70cmx125cm7 Ø1"+2

Ø7/8"43.5 -185.2 -203.1 109.7%

VS-6 (-)

70cmx125cm7 Ø1"+2

Ø7/8"43.5 -185.2 -204.8 110.6%

VS-6 (+)

70cmx125cm5Ø1"+2 Ø7/8"

33.5 143.6 139.5 97.1%

VS-6 (-)

70cmx125cm7 Ø1"+2

Ø7/8"43.5 -185.2 -173.5 93.7%

VS-7 (-)

70cmx125cm7 Ø1"+2

Ø7/8"43.5 -185.2 -173.5 93.7%

VS-7 (+)

70cmx125cm5 Ø1"+2

Ø7/8"33.5 143.6 139.5 97.1%

VS-7 (-)

70cmx125cm7 Ø1"+2

Ø7/8"43.5 -185.2 -204.8 110.6%

VS-8 (-)

70cmx125cm7 Ø1"+2

Ø7/8"43.5 -185.2 -203.4 109.8%

7


VS-8 (+)

70cmx125cm7 Ø1"+2

Ø7/8"43.5 185.2 199.5 107.7%

VS-8 (-)

70cmx125cm 6 Ø1" 30.6 -132.5 -147.3 111.2%

8


Tabla.– Ratio Esfuerzo-Capacidad en Nervio N1

Sección(cm2)




Ratio (%)

N1 (-)

25cmx125cm 3Ø1" 15.3 -65.2 -135.3207.52

%N1 (+)

25cmx125cm6Ø1"+2 Ø7/8"

38.36 169.8 128.3 75.56%

N1 (-)

70cmx125cm8Ø1"+2 Ø7/8"

48.56 -205.6 -250.2121.87

%

Tabla.– Ratio Esfuerzo-Capacidad en Nervio N1(Borde)

Sección(cm2)




Ratio (%)

N1 (-)

27.5cmx125cm

3Ø1" 15.3 -65.56 -118.4180.60

%N1 (+)

27.5cmx125cm

6Ø1"+2 Ø7/8"

38.36 169.8 87.9 51.76%

N1 (-)

50cmx125cm8Ø1"+2 Ø7/8"

48.56 -200.5 -177.4 86.53%


Sección(cm2)




Ratio (%)

N2 (-)

25cmx125cm 2Ø3/4" 5.68 -25.0 -41.3165.20

%N2 (+)

25cmx125cm6 Ø1"+2

Ø7/8"38.36 169.8 113.1 66.61%

N2 (-)

70cmx125cm8Ø1"+2 Ø7/8"

48.56 -205.6 -230.5112.11

%


Sección(cm2)




Ratio (%)

N3 (-)

25cmx125cm 3 Ø7/8" 11.56 -50.3 -50.0 99.40%

N3 (+)

25cmx125cm6Ø1"+2 Ø7/8"

38.36 169.8 122.9 72.38%

N3 (-)

70cmx125cm8Ø1"+2 Ø7/8"

48.56 -205.6 -251.2122.19

%

VIGAS TECHO DE 1ER NIVEL.

Tabla.– Ratio Esfuerzo-Capacidad por Flexión en Vigas Ejes A, B,C, D,E y F

SecciónRefuerzo

Área de Acero

Momento Nominal

Momento Actuante Ratio

(%)(cm2) (cm2) (tonf-m) (tonf-m)

V-1 (-)50cmx125c

m2 Ø7/8"+3 Ø3/4 16.31 -71.34 -79.21 111.03%

V-1 (+)50cmx125c

m5 Ø7/8"+2 Ø3/4 25.1 108.9 66.35 60.93%

9


V-1 (-)50cmx125c

m2 Ø1"+2 Ø7/8"+3 Ø7/8 26.44 -113.62 -126.29 111.15%

V-2 (-)50cmx125c

m2 Ø1"+2 Ø7/8"+3 Ø7/8 26.44 -113.62 -126.37 111.22%

V-2 (+)50cmx125c

m5 Ø7/8"+2 Ø3/4 25.1 108.09 66.39 61.42%

V-2 (-)50cmx125c

m2 Ø7/8"+3 Ø3/4 16.31 -71.34 -79.18 110.99%

V-3 (-)50cmx125c

m4 Ø1" 20.27 -88.04 -101.47 115.25%

V-3 (+)50cmx125c

m13 Ø1" 65.87 263.23 177.11 67.28%

V-3 (-)50cmx125c

m13 Ø1" 65.87 -263.23 -283.36 107.65%

V-4 (-)50cmx125c

m13 Ø1" 65.87 -272.68 -283.42 103.94%

V-4 (+)50cmx125c

m13 Ø1" 65.87 272.68 94.72 34.74%

V-4 (-)50cmx125c

m13 Ø1" 65.87 -272.68 -101.55 37.24%


SecciónRefuerzo

Área de Acero

Momento Nominal



N1 (-) 25cmx125cm 1Ø1"+2 Ø3/4" 10.77 -48.18 -58.56121.54

%

N1 (+) 25cmx125cm 1Ø1"+2 Ø3/4" 10.77 48.18 54.04112.16

%

N1 (-) 70cmx125cm 2Ø1"+2 Ø3/4" 15.83 -70.67 -60.96 86.26%

Tabla.– Ratio Esfuerzo-Capacidad en Nervio N1(Borde)

SecciónRefuerzo

Área de Acero

Momento Nominal



N1 (-) 27.5cmx125cm 1Ø1"+2 Ø3/4" 10.77 -48.18 -55.01114.18

%

N1 (+) 27.5cmx125cm 1Ø1"+2 Ø3/4" 10.77 48.18 41.12 85.35%

N1 (-) 50cmx125cm 2Ø1"+2 Ø3/4" 15.83 -70.67 -64.42 91.16%


SecciónRefuerzo

Área de Acero

Momento Nominal



N2 (-) 25cmx125cm 2Ø5/8" 3.96 -17.77 -18.62104.78

%

N2 (+) 25cmx125cm 4 Ø3/4" 11.4 50.99 28.56 56.01%

N2 (-) 70cmx125cm2Ø5/8"+2

Ø3/4"9.66 -43.24 -23.07 53.35%

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6.3. VERIFICACIÓN DE ESFUERZOS EN COLUMNA

La verificación de las columnas se consideraran las Columnas más críticas de la edificación que serían las Columnas C-1 y Columnas C-6.Se verificaran las Columnas ubicadas en el Nivel del Sotano pues ellas reciben las cargas de los 02 niveles (Sotonao y Primero).

Se verificaran las columnas más críticas con la combinación de las siguientes cargas:

Combinación C1: 1.4D+1.7LCombinación C2: 1.25(D+L) ± SxCombinación C3: 0.9D ± SxCombinación C4: 1.25(D+L) ± SyCombinación C5: 0.9D ± Sy

Dimensiones de las Columnas:

Columna

Dimensiones

C-1 70 x 70 cm

C-2 50 x7 0 cm

C-3 70 x 70 cm

C-4 70 x 70 cm

C-5 70 x 70 cm

C-6 70 x 70 cm

Del modelamiento en Etabs tenemos las siguientes Fuerzas Axiales y Momentos.

VERIFICACIÓN COLUMNA C-1Columna C1 (Combinación C1: 1.4D+1.7L)

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Fig. Demanda de Esfuerzos en columnas por debajo de su capacidad

Columna C-1 (Combinación C2: 1.25(D+L) ± Sx)

Fig. Demanda de esfuerzos en columnas mayor a su Capacidad

(Se encuentran fuera del área de Trabajo)

De igual manera se verificaron para las demás combinaciones.

Resumen Columna C-1

Combinación Axial (Tnf) Mx (Tnf.m)2-2

My (Tnf.m)3-3

Cumple la verificación?

Combinación C1:1.4D+1.7L

149.70 41.92 9.21 CUMPLE

Combinación C2:1.25(D+L) ± Sx

157.71 32.40 89.69 NO CUMPLE

Combinación C3: 0.9D ± Sx

86.35 7.12 76.55 NO CUMPLE

Combinación C4:1.25(D+L) ± Sy

141.29 114.91 8.60 NO CUMPLE

Combinación C5: 0.9D ± Sy

127.04 103.61 1.40 NO CUMPLE

12

l


VERIFICACIÓN COLUMNA C-6Columna C-6 (Combinación C1: 1.4D+1.7L)

Fig. Demanda de esfuerzos en columnas mayor a su Capacidad (Se encuentran fuera del área de Trabajo)

Columna C-6 (Combinación C4: 1.25(D+L) ± Sy)

Fig. Demanda de esfuerzos en columnas mayor a su Capacidad (Se encuentran fuera del área de Trabajo)

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De igual manera se verificaron para las demás combinaciones.

Resumen Columna C-6

Combinación Axial (Tnf) Mx (Tnf.m)2-2

My (Tnf.m)3-3

Cumple la verificación?

Combinación C1:1.4D+1.7L

331.90 0.00 0.04 NO CUMPLE

Combinación C2:1.25(D+L) ± Sx

294.02 0.01 95.81 NO CUMPLE

Combinación C3: 0.9D ± Sx

203.91 0.01 97.67 NO CUMPLE

Combinación C4:1.25(D+L) ± Sy

294.02 97.67 0.04 NO CUMPLE

Combinación C5: 0.9D ± Sy

203.91 97.67 0.03 NO CUMPLE

7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES DEL ESTADO ACTUAL DE LA ESTRUCTURA.

7.1. Conclusiones La edificación actual es un Edificio Aporticado de 02 Niveles.

La estructura según los planos alcanzados están diseñados para una Sobre Carga de 2 Tnf/m2 en los pisos y 50 Kgf / m2 en el Techo de la edificación.

La edificación actual está diseñado con las Normas Sismo Resistente de los años 70s. Donde se permitían mayores desplazamientos laterales de entre piso que el reglamento actual vigente.

El desplazamiento lateral de entrepiso actual de la estructura en el Nivel Superior es de 0.025, mucho mayor que el limite permisible para estructuras de Concreto Armado que es de 0.007 (3.5 veces mayor).

Se ha verificado que la mayoría de Vigas se encuentran trabajando al límite de la capacidad de diseño. La mayoría de esfuerzos existen mayores momentos negativos actuantes que los nominales.

El Diseño de las columnas cumplen para resistir la Cargas Vivas y Carga muertas de la Edificación, pero no para resistir las Cargas por Sismo.

7.2. Recomendaciones Para cumplir la Norma Actual de Diseño Sismo Resistente, se debe rigidizar

la estructura, por lo que se recomienda construir Muros de Concreto o corte.

Por solicitud del Cliente se desea aumentar la Sobrecarga a 3 Tnf/m2 , por lo tanto se sugiere Reforzar las Vigas. Para ello se debe aumentar el espesor de la losa de techo de 8 cm a 23 cm. Para ello se agregaría Aceros en la parte superior resistir esta nueva demanda de 3 Tnf/ m2.

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El almacén actualmente está formado por 04 estructuras aisladas, para la nueva demanda se recomienda unir estas estructuras.

8. INTERVENCIÓN ESTRUCTURAL

8.1. INCORPORACIÓN DE ELEMENTOS DE CORTE

9. OBSERVACIONES A LA ESTRUCTURA

10.CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La estructura del Edificio Comercial en su dirección transversal (Aporticada), presenta un sistema flexible, el cual permite grandes deformaciones ante eventos sísmicos, siendo vulnerable y deficiente ante estas fuerzas. Según el análisis se encuentra en un ratio superior al 100% de los desplazamientos máximos permisibles de entrepiso de la actual norma en esta dirección.

Se propone la incorporación de muros de corte en zonas puntuales en la dirección aporticada, para el incremento de la rigidez, de la capacidad de resistencia y la capacidad de deformación o ductilidad ante sismos. Según el análisis con la intervención estructuralla estructura se encontraría a un 48% de los desplazamientos máximos permisibles de entrepiso de la actual norma, incrementándose la capacidad de deformación de la estructura en 2.7 de la inicial.

Los costos del reforzamiento estructural ascenderían aproximadamente desde un 10-15% del costo total del edificio.

Es factible la incorporación de una escalera en la zona posterior, previa demolición de las estructuras existente y cuyo costo asciende a $20 000.00 aproximadamente

Los muros de tabiquería, presentan poco y/o nulo confinamiento, haciéndolos vulnerables al volteo ante fuerzas perpendiculares a su plano.

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