Memoria de Cálculo Estructural
MEMORIA DE CÁLCULO CÁLCULO ESTRUCTURAL "CONSTRUCCION DE AULAS EN LA IEGECOM DEL CASERIO SARAUZ - DIST DIST LA LI!ERTAD LI!ERTAD DE ALLAN# RO$INCIA DE CELENDIN CA%AMARCA"
Cajamarca, julio 2011
MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL "CONSTRUCCION DE AULAS EN LA IEGECOM DEL
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CASERIO SARAUZ - DIST. LA LIBERTAD DE PALLAN, PROVINCIA DE CELENDIN - CAJAMARCA" 1.00ANTECEDENTES Con el desarrollo del presente proyecto se busca beneficiar a la comunidad de “Caserío Sarauz – Distrito la libertad de Pallan – Provincia de Celendín” mediante la construcción y meoramiento de la !nstitución "ducativa “!"#"C$%”& "l dise'o (r)uitectónico y de !n*eniería proyectado busca satisfacer las necesidades de educación así como el desarrollo de al*unas actividades diversas )ue se den el Caserío de Sarauz& "l proyecto obedece a los re)uerimientos y necesidades de la población&
Con la fnalidad de evaluar el desempeño de la estructura proyectada, acorde con las normas vigentes de diseño sismorresistente, concreto armado y norma de albañilería, se realizaron los modelos estructurales correspondientes, teniendo como resultado un comportamiento adecuado según lo estipulado en las Normas antes mencionadas.
2.00RESUMEN El presente documento describe el análisis de la edifcación destinada a las aulas del nivel ecundario. !a edifcación consta de un módulo.
"odulo #$ Consta de %n piso, el cual consta de & 'ulas.
Este módulo (a sido proyectado en base a un sistema dual, albañilería confnada y pórticos de concreto armado. %na venta)a *ue se presenta en este tipo de sistema es *ue se logra anular los momentos en la base de las columnas ubicadas en la parte central de los ambientes en la dirección corta del edifco producidos por e+ectos dinámicos tales como un sismo.
3.00
CARÁCTERÍSTICAS DE LAS EDIFICACIONES 3.1
M!#$ 1 %T&'( A#)(*$
3.1.1 istema ual - 'lbañilería confnada en la dirección Corta y órticos de Concreto 'rmado en la irección !arga. 3.1.2 Número de pisos proyectados$ El proyecto contempla la construcción de %n nivel.
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+.00 PARAMETROS UTILIZADOS PARA EL ANÁLISIS +.1 C)&)'&(/)( !' #) E(&&) T/$ !' E(&&) S/(') D)#, 'lbañilería Confnada / órticos.
N'&$ !' P/($( 1 iso 'cero0'1#2-3145 +y 6 78449g:cm8
4 5 6.78 93
Concreto 'rmado +;c 6 8#4 9g:cm8E 6 #2,444 <+;c 6 8#=&=4.12#>g:cm8.
4 5 2.+ 93
"ampostería 0olida5 +;m 6 12 9g:cm8
E 6 244+;m
4
5 1.7 93 +.2 E('/:)/$;'( !' );<#/(/( = !/('>$ CARGAS PERMANENTES %G*. C)&?) M'&) Cobertura de ?e)a andina ?n:m
4.4214
8
CARGAS VARIABLES %@*. C)&?)( V/)( C';&$( E!)/$(
Cubiertas 8 4.424 ?n:m 3ranizo en ?ec(o de ?i)erales 0Cubiertas - C35 4.4#2 8 ?n:m Para calcular la car*a de *ranizo asumimos una altura de acumulación de *ranizo de +, mm&
G 5 P'($ '('/:$ !'# ?&);/$ )#&) !' )#)/; 5 1000%?93*0.018 SNOW = 15 Kg/m2.
Car*a iva para el montae. Se considerara a diez personas con un peso promedio de /0 *. se tiene1 L=
nùmeropers onas 2 peso luz
=
+0 2 /04 Kg 3 +,m
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LIVE = 53.3 Kg/m
T'$ '; /'&)#'( %C/'&)(* V'#$/!)! !' !/('>$ !'# /';$ !a velocidad de diseño del viento (asta #4 m de altura será la velocidad má@ima adecuada a la zona de ubicación de la edifcación 0Aer 'ne@o 85 pero no menos de =2 >m:(. !a velocidad de diseño del viento en cada altura de la edifcación se obtendrá de la siguiente e@presión, según ane@o 8.
A( A B
V
$ velocidad de diseño en la altura ( en >m:( $ velocidad de diseño (asta #4 m de altura en >m:( $ altura sobre el terreno en metros ara Ca)amarca la velocidad de diseño (asta #4m de altura A 6 749m:(, por lo *ue consideraremos =2 >m:(, la altura B 6 7.&2m .
H2.+8 9
nclinación de tec(o #7.47D Carga de Aiento$ Aelocidad
H2.+8 9$&)
básica
del
viento$
arlovento 0Coefciente eólico de presión5 irección del viento
C 5 0.30
otavento 0Coefciente eólico de ucción5 en las caras opuestas a la dirección del viento
V)&/)/; 20 C
!'
C( 5 - 0.H0 ''&)&)
CARGAS ACCIDENTALES %A*. C)&?) !' S/($ A;<#/(/( M$!)#. +.3 C)&)'&(/)( !' #$( )'&/)#'( Fesistencia a la Compresión de Aigas, columnas 8#4.4 >g : cm 8. Fesistencia a la Compresión Cimentación #=2.4 >g : cm 8.
$ +Gc 6 $ +Gc 6
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Fesistencia a la Compresión en Escaleras $ +Gc 6 #=2.4 >g : cm 8. Fesistencia a la Compresión en Columnas de tabi*ues y parapetos $ + 8 Gc 6 #=2.4 >g : cm "ódulo de Elasticidad del Concreto $ Ec 6 8#=&=41.2# ?n : m 8. +c 6 8#4 >g:cm8 8 +c 6 #=2 >g : cm8 / Ec 6 #HI7&#&.7I ?n : m eso %nitario del Concreto $ γ 6 8744.4 >g : m&. eso unitario de albañilería $ γ 6 #I44.4 & >g : m . Es+uerzo de Juencia del acero de re+uerzo $ +y 6 7844.44 >g : cm8. Fesistencia de las unidades de mampostería $ +Gb 6 #&4.4 >g : cm8. rismas de mampostería "ortero C / # $ +Gm 6 12.4 8 >g : cm "ódulo de Elasticidad de mampostería $ Em 6 &8 244.4 >g: cm8 "ódulo de Corte $ 3m 6 2 444 >g : cm8. Felación de oisson del Concreto $ K 6 4.84 Felación de oisson de las unidades de mampostería $ K 6 4.82
+.+ P)&<'&$( E#')!$( )&) '# A;<#/(/( D/;</$ !/&'/; $&) E030R3 %A#)>/#'&)*
g 6H.I#m:s8
'celeración de la gravedad.
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Periodo de vibración.
T 5 C. K %39+* 8 9 (ltura de "dificación en pies& Coeficiente Ct& Ct 9 0&06 !"! Ct 9 0&07 "structura de :etal& ; 9 0&550se*&
+.8 P)&<'&$( E#')!$( )&) '# A;<#/(/( D/;</$ !/&'/; L)&?) E030R7%P&/$( !' C$;&'$ A&)!$*
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g 6H.I#m:s8
'celeración de la gravedad.
Periodo de vibración.
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8.00
DEFINIR COMBINACIONES DE CARGA DE DISEÑO. Las combinaciones de diseño se realizaran empleando los coeficientes de amplificación dados en la norma peruana. U = 1.4 CM + 1.7 C < 9 1!"# $ C: = C ± Ci % < 9 &!' C: ± 1!"# Ci U = 1."# $CM + C % ( Cs U = &.' CM ( Cs
Combinación de carga de diseño para a dirección !.
C)M*1 = 1.4 CM + 1.7C C)M*" = 1."#$CM + C % + Cs C)M*, = 1."#$CM + C % - Cs C)M*4 = &.' CM + Cs C)M*# = &.' CM - Cs /)L0 = C)M*1+C)M*"+C)M*,+ C)M*4+ C)M*#
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Combinación de carga de diseño para a dirección ".
H.00
C)M*7 = 1.4 CM + 1.7C C)M* = 1."#$CM + C + Ci% C)M*' = 1."#$CM + C - Ci% C)M*1& = &.' CM + 1."# Ci C)M*11 = &.' CM - 1."# Ci C)M*1" = 1."#$CM + C % + Cs2 C)M*1, = 1."#$CM + C % - Cs2 C)M*14 = &.' CM + Cs2 C)M*1# = &.' CM - Cs2 /)L3 = C)M*7+C)M*+C)M*'+ C)M*1&+ C)M*11 + C)M*1" + C)M*1, + C)M*14 + C)M*1#
ANALISIS RESISTENTE
ESTRUCTURAL
DE
LA
ESTRUCTURA
!a edifcación se idealizó como un ensambla)e de muros de albañilería confnados por elementos de concreto armado en la dirección corta y pórticos de concreto armado en la dirección larga. e utilizo en las estructuras planteadas un modelo de masas concentradas considerando & grados de libertad para el entrepiso, la cual evalúa 8 componentes ortogonales de traslación (orizontal y una componente de rotación Cabe indicar *ue el presente análisis es del tipo tridimensional por combinación modal Espectral, considerándose el #44 L del
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espectro de respuesta de pseudo-aceleración en cada dirección por separado según la norma vigente E.&4. El análisis estructural de la estructura resistente, se la realizó íntegramente en el programa E?' NMN !NE'! versión H.2.4 !as +ormas de modo y +recuencias, +actores de participación modal y porcenta)es de participación de masas son evaluados por el programa. e consideró una distribución espacial de masas y rigidez adecuada para el comportamiento dinámico de la estructura analizada. ara la determinación de los desplazamientos má@imos se traba)o con el espectro de diseño de la norma E.&4, multiplicando los desplazamientos má@imos por el +actor 4.=2F, obtenindose estos valores con+orme a la norma vigente. or re*uerimientos de la norma E.&4 / 844& la estructura debe estar sometida por lo menos al H4 L de la +uerza estática basal para estructuras irregulares y el I4 L de esta +uerza para estructuras regulares, siendo necesario escalar la +uerza sísmica dinámica en caso de *ue esta +uera menor a la mínima. !a cimentación (a sido planteada en base a Oapatas y cimientos corridos y una viga de cimentación sobre este cimiento con un peralte de 4.&2 de tal manera de absorber los es+uerzos por Je@ión producidos en la cimentación. !os es+uerzos de corte y punzonamiento (an sido absorbidos por el concreto. Entre las venta)as *ue o+rece emplear este sistema estructural esta$ la distribución uni+orme de presiones sobre el terreno con la consecuente distribución uni+orme de los es+uerzos producidos en la misma, además, de +acilitar el proceso constructivo más aún si los traba)os se llevan en tiempos de lluvia.
6.00 ANÁLISIS DE CONFINADA
LOS
MUROS
H.1 C$;(/!'&)/$;'( G';'&)#'(
DE
ALBAILERIA
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El análisis de la edifcación se realizo según los re*uisitos de resistencia y seguridad estipulados en las normas de albañilería E4=4 y ismorresistente E4&4 vigentes, el mtodo empleado es el de rotura en la albañilería confnada para lo cual se asume el comportamiento elástico de los muros ante sismos moderados y en la ocurrencia de una +alla por +uerza cortante en los pisos in+eriores producida por terremotos severos se descarta la posibilidad de una +alla por Je@ión. !os elementos de concreto armado (an sido verifcados ante la acción de un sismo moderado de tal manera de garantizar la disipación de energía previa a la +alla de los muros, los elementos de confnamiento de los muros (an sido diseñados para soportar la carga *ue produce el agrietamiento del muro ante sismo severo, de tal manera de proporcionar una resistencia. ara determinar las má@imas +uerzas de sección 0momentos Jectores, +uerzas a@iales y cortantes5 se utilizaron espectros reducidos con el coefciente de reducción F dado por la norma E4&4 0iseño ismorresistente5 en cada una de las dos direcciones principales de análisis. !as +uerzas de diseño de las secciones de concreto se obtuvieron de los má@imos es+uerzos producidos según las combinaciones de cargas estipuladas en la norma de concreto 'rmado E.14 en la sección #4.8 0Fesistencia Fe*uerida5.
H.2 A;<#/(/( $& C)&?) V'&/)# '; #) A#)>/#'&) C$;:;)!) e (a verifcado *ue es+uerzo en compresión en la zona in+erior de los muros de la albañilería confnada no sobrepase el #2.4 L de la resistencia a la compresión de la albañilería F´m σ ≤ 0 &+, & F @m además si σ > 0&0,& F @m se colocará re+uerzo (orizontal continuo con un a cuantía ς = 0&+A anclado a las columnas.
H.3 A;<#/(/( E#<(/$ );' S/($ M$!'&)!$ e (a evaluado la respuesta de la edifcación ante la solicitación de un sismo moderado el cual e*uivale al 24L de un sismo severo para lo cual se (a generado un espectro de pseudos aceleración según lo estipulado e la norma de diseño sismorresistente E4&4 vigente considerando un +actor de reducción por ductilidad de &, de tal manera de verifcar en cada muro *ue +uerza cortante actuante no sobrepase el 24L de la resistencia al corte del muro de la siguiente manera$ Ve
4
VRi
5
onde
P
VRi =
$
( 0&,&v@m&α + 0&56&σ )&t &L P
+ 6
≤ α ≤ +
P
α
=
Ve & L Me
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$ Querza cortante actuante en cada muro del 'nálisis elástico. Me $ "omento Jector actuante en cada muro del 'nálisis elástico. v´m $ Fesistencia característica de muretes a Compresión diagonal α $ Feducción de resistencia al corte por esbeltez del muro σ $ Es+uerzo de compresión a@ial en el muro. $ longitud total del muro L $ Espesor del muro t Ve
H.+ E)#)/; );' S/($ S''&$ e (a supuesto *ue los muros del primer nivel +allan por corte ante una +uerza igual a su capacidad resistente VRi. e (a obtenido los es+uerzos sísmicos en cada "uro 0 Vu, Mu 5 amplifcando los es+uerzos elásticos obtenidos ante sísmo moderado 0 Ve, Me 5 por el +actor VR+i C Vei verifcándose para cada muro *ue no se agriete ante sismo severo para lo cual Vu
< VR
'demás se (a verifcado la resistencia de la edifcación ante sismo severo en cada dirección para lo cual debe cumplirse *ue la suma de resistencia al corte *ue o+rece cada muro en el entrepiso sea mayor al corte *ue se produce en cada entrepiso ante sismo severo de la siguiente manera$
∑VRi XX
= VEni
H.8 A;<#/(/( !' #$( '#'';$( !' C$;:;)/';$ Con el a+án de analizar los elementos de confnamiento ba)o la condición del agrietamiento del muro se (a sometido al modelo matemático a una +uerza *ue ocasione una distorsión del orden de #:844, límite para la resistencia de la albañileríaP es en este estado en el cual se (an diseñado los confnamientos.
7.00 ANÁLISIS DISEO DE CIMENTACIN. !a cimentación de las estructuras planteadas (a sido dimensionada de acuerdo a las cargas verticales a las *ue se encuentra sometida de tal manera de obtener una presión de contacto contra el terreno casi uni+orme en toda la cimentación. ara minimizar los asentamientos di+erenciales y para absorber los momentos de volteo producidos por las +uerzas sísmicas se (an planteado Oapatas 'isladas y Cimientos corridos, Conectadas con vigas de cimentación, el
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cimiento +ormando una sección R?S invertida la proporciona una gran inercia al volteo de la cimentación.
cual
El análisis y diseño estructural de la cimentación (a sido realizado en el so+tTare denominado 'QE As. I.4.4 el cual es un so+tTare *ue permite realizar el análisis de la cimentación en base al mtodo de elementos fnitos permitiendo verifcar la distribución de presiones en la base de los cimientos. Con la fnalidad de evaluar los es+uerzos a los cuales se someterá la cimentación se (a idealizado al suelo por resorte con una rigidez e*uivalente a su correspondiente módulo de reacción de la sub rasante o módulo de alasto >s.
.00 P'&/$!$( !' V/&)/; !' #) '(&&).
Estos periodos de vibración son aceptables ya *ue el periodo de vibración de la estructura según la +ormula empírica es 4.884 seg. or lo *ue estos periodos de vibración son aceptables.
10.00 D'(#))/';$ #)'&)# '&/(/#' )&) $;&'$ )&)!$.
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El desplazamiento permisible lateral permisible de entrepiso es de 4.44= pero en la estructura no se tiene entrepiso, el desplazamiento má@imo de estructura es 4.44#H##4 por lo *ue es aceptable.
