Memoria Calculo Estructural

DISEÑO ESTRUCTURAL “EXPEDIENTE TÉCNICO "MEJORAMIENTO DEL SERVICIO DE EDUCACIÓN SECUNDARIA EN LA I.E. JOSÉ CARLOS MARIÁTEGUI, DISTRITO DE LA OROYA, PROVINCIA DE YAULI, REGIÓN JUNÍN"

SOLICITADO POR: “ARQ. C. CARDENAS Q.” MARZO DEL 2016

ÍNDICE 1. Generalidades: - Objetivo. - Descripción de la estructura. - Normatividad. 2. Procedimiento de Análisis. - Análisis dinámico. - Análisis de desplazamiento. - Factores de diseño. 3. Criterio del Diseño Estructural. 4. Características de la Estructura: - Características de los materiales. - Consideraciones adicionales en la edificación. 5. Metrado de Cargas: - Cargas por peso propio. - Cargas vivas. - Cargas de Sismo. - Resumen de Cargas. - Combinaciones de cargas 6. Consideraciones Sísmicas: 6.1. Zonificación (Z) 6.2. Parámetros del Suelo (S) 6.3. Factor de Amplificación Sísmica (C) 6.4. Categoría de las edificaciones (U) 6.5. Sistemas Estructurales (R) 6.6. Desplazamientos Laterales Permisibles 6.7. Espectro de Aceleraciones 7. Análisis Sísmico de la Estructura. 7.1. Modelo Estructural Adoptado. 7.2. Análisis Modal de la Estructura: - Masas de la estructura. - Tablas de periodos de la estructura. - Periodos Fundamentales. 7.3. Análisis Dinámico 7.4. Desplazamientos y Distorsiones 8. Diseño de Elementos Estructurales. 9. Conclusiones y recomendaciones. 10. Anexos.

INTRODUCCIÓN

El objetivo de esta memoria es realizar el DISEÑO ESTRUCTURAL,

del

“EXPEDIENTE TÉCNICO "MEJORAMIENTO DEL SERVICIO DE EDUCACIÓN SECUNDARIA EN LA I.E. JOSÉ CARLOS MARIÁTEGUI, DISTRITO DE LA OROYA, PROVINCIA DE YAULI, REGIÓN JUNÍN".

Se ha considerado un análisis de la estructura considerando las cargas especificadas en la Norma Peruana de Cargas E-20, para las cargas sísmicas E.030 y E.060 para el diseño de los elementos estructurales.

El diseño estructural de la edificación de pórticos y placas de albañilería confinada, con entrepiso unidireccional aligerado, losa aligerada, y cimentación a base de zapatas aisladas, con vigas de cimentacion diseñadas fundamentalmente para fuerzas producidas por carga muerta, carga viva y carga por acción sísmica.

Atentamente,

DISEÑO ESTRUCTURAL

1. Generalidades 

Objetivo: Se ha considerado un análisis de la estructura considerando las cargas recomendadas por el Reglamento Nacional de Edificaciones vigente del año DECRETO SUPREMO QUE MODIFICA LA NORMA TÉCNICA E.030 “DISEÑO SISMORRESISTENTE”

DEL

REGLAMENTO

NACIONAL

DE

EDIFICACIONES, APROBADA POR DECRETO SUPREMO N° 011-2006VIVIENDA,

MODIFICADA

CON

DECRETO

SUPREMO

N°

002-2014-

VIVIENDA. Los parámetros que intervienen en el diseño estructural son la Resistencia al corte, la flexión y la carga axial en las columnas y placas de concreto armado, así como la combinación de estas.  Normatividad: Se considera en el DISEÑO ESTRUCTURAL los análisis sugeridos en:

- Capítulo E020 Cargas. - Capítulo E030 Diseño Sismo Resistente. - Capítulo E060 Concreto Armado. - Capítulo E070 Albañilería.

2. Procedimiento de Análisis  Análisis dinámico: A nivel general, se verificó el comportamiento dinámico de las estructuras frente a cargas sísmicas mediante un análisis dinámico modal espectral indicado en la Norma correspondiente, con ese propósito se generó un modelo matemático para el análisis respectivo. Este modelo será realizado usando el programa de cálculo estructural ETABS V9.7.2. El modelo idealiza el comportamiento de los elementos de la siguiente manera: Muros: mediante elementos SHELL - MEMBRANA. Capaces de resistir los esfuerzos de flexión, cortante y axial.  Análisis de desplazamientos: Se verificó los desplazamientos obtenidos en el programa ETABS v9.7.2 con los permisibles de la Norma correspondiente.

 Factores de Diseño de los elementos estructurales: Entre los parámetros que intervienen en el DISEÑO ESTRUCTURAL se encuentran la resistencia al corte, flexión, carga axial en vigas, columnas y muros de corte, según la siguiente tabla: Para flexión sin carga axial

Ø = 0.90

Para flexión sin carga axial de tracción

Ø = 0.90

Para flexión sin carga axial de compresión y para compresión sin flexión

Ø = 0.75

Para flexión sin carga axial de compresión y para compresión sin flexión

Ø = 0.70

con refuerzo en espiral Para cortante con o sin torsión

Ø = 0.85

Para aplastamiento en el concreto

Ø = 0.70

3. Criterio de Diseño Estructural Se realizó el análisis sísmico de la estructura ante la acción de un Sismo proporcionado por la RNE E030 y se verificó que las distorsiones no superen el valor de 0.007 (distorsión máxima permitida por la Norma para estructuras de concreto armado, este valor en el sentido longitudinal del pabellón proyectado.

De acuerdo al estudio de suelos realizados, se determinó una tensión máxima admisible para el suelo de 1.30kg/cm2.

Además, se diseñó los diferentes elementos estructurales, como vigas, columnas, etc., a fin de resistir la acción de cargas combinadas especificadas por la Norma de los elementos estructurales más esforzados de concreto armado.

4. Características de la Estructura 

Características de los materiales:

 Fierro

:

f’y= 4200 kg/cm2

A compresión

f’y=4200 kg/cm2

A tracción

 Concreto Armado 1. Zapatas: Concreto f’c= 210 kg/cm2. 2. Concreto en columnas, escaleras, vigas y losa

aligerada: Concreto

f’c=210kg/cm2 3. Módulo de Elasticidad E =217,370.65 Kg/cm2 4. Peso específico: a. Simple:

2300 kg/m3

b. Armado:

2400 kg/m3.

 Albañilería Confinada 1. Resistencia Característica f’m=65kg/cm2. 2. Unidad de albañilería: Ladrillo tipo 18 huecos (10x14x24)cm. 3. Mortero: 1:5 (C:A). 4. Juntas (vert y Horiz.): 1.5cm 5. Peso específico: a. Ladrillo sólido = 1800 Kg/m3 b. Ladrillo hueco= 1350 kg/m3 6. Módulo de Elasticidad E=325000 Ton/m2.  Propiedades del suelo 1. Capacidad admisible en suelos = 1.30kg/cm2. Según estudio de suelos a la Altura H=2.20 m.

 Consideraciones adicionales en la edificación: El sistema estructural adoptado para la edificación es el sistema mixto: compuesto por pórticos y placas o muros de corte, con losas aligeradas unidireccionales dispuestas en el sentido longitudinal.

5. Metrado de Cargas 

Carga Muerta: Son cargas provenientes del peso de los materiales, dispositivos de servicio, equipos, tabiques, y otros elementos que forman parte de la edificación y/o se consideran

permanentes

y

que

según

el

Reglamento

Nacional

de

Edificaciones, Norma E.020. Indica que según la categoría de edificación se debe adicional a la carga muerta un cierto porcentaje como se muestra:

P = PCM + α% PCV α = 50% Para edificaciones de las categorías A y B α = 25% Para edificaciones de la categoría C α = 80% Para Depósitos de Almacenaje α = 25% Para estructuras como TANQUES, SILOS y SIMILARES. Para el presente proyecto por tratarse de un centro educativo, categorizado como una edificación de categoría A viene a ser: P = PCM + 50% PCV

 Resumen de Cargas: o Cargas Muertas (WD):  Peso Propio: Para las losas aligeradas de 20cm de espesor, con viguetas separadas a 40cm entre ejes se ha asumido un peso propio de 300kg/m2. Para la tabiquería se ha asumido un peso estimado de 210 kg/m2. Adicionalmente a las cargas antes indicadas, se ha incluido entre las cargas permanentes el peso de acabados de piso y techo según: Acabados = 20 Kg/m2 por cm de espesor Todos los niveles Falso Piso = 20 Kg/m2 por cm de espesor. Todos los niveles  Carga viva: Cargas que provienen de los pesos no permanentes en la estructura, que incluyen a los ocupantes, materiales, equipos, muebles y otros elementos móviles estimados en la estructura, y que según norma se da

Cargas Vivas (WL): Sobrecarga de azotea = 100 Kg/m2 Sobrecarga en aulas = 250 Kg/m2 Sobre carga en corredores y escaleras = 400kg/m2  Cargas Sísmicas: Análisis de cargas dinámicas que representan un evento sísmico y están reglamentadas por la norma E.030 de diseño sismo resistente. o Cargas de Sismo (WS): Según Reglamento Nacional de Edificaciones E030 Diseño Sismo Resistente.

Combinación de cargas. Se ha considerado la siguiente combinación de cargas, a fin de generar los mayores momentos flectores, según la última normativa peruana E.060 y E.030: 1.4CM+1.7CV 1.25(M+CV)+1.0CSX 1.25(CM+CV)-1.0CSX 0.9CM+1.0CSX 0.9CM-1.0CSX 1.25(CM+CV)+1.0CSY 1.25(CM+CV)-1.0CSY 0.9CM+1.0CSY 0.9CM-1.0CSY

6. Consideraciones Sísmicas Las consideraciones adoptadas para poder realizar un análisis dinámico de la edificación son tomadas mediante movimientos de superposición espectral, es decir, basado en la utilización de periodos naturales y modos de vibración que podrán

determinarse

por

un

procedimiento

de

análisis

que

considere

apropiadamente las características de rigidez y la distribución de las masas de la estructura. Entre los parámetros de sitio usados y establecidos por las Normas de Estructuras tenemos: 6.1. Zonificación (Z) La zonificación propuesta se basa en la distribución espacial de la sismicidad observada, las características esenciales de los movimientos sísmicos, la atenuación de estos con la distancia, y la información geotécnica obtenida de estudios científicos. De acuerdo a lo anterior la Norma E030 Diseño Sismo Resistente asigna un factor Z a cada una de las 3 zonas del territorio nacional. Este factor representa la aceleración máxima del terreno con una probabilidad de 10% de ser excedida en 50 años. Para el presente estudio, la zona en la que está ubicado el proyecto corresponde a la zona 2 y su factor de zona Z será 0.3g

6.2. Parámetros del Suelo (S) Para los efectos de este estudio, los perfiles de suelo se clasifican tomando en cuenta sus propiedades mecánicas, el espesor del estrato, el periodo fundamental de vibración y la velocidad de propagación de las ondas de corte.

Según el estudio de Suelos realizado por la Ing. especialista en la materia, determino que el suelo es del tipo suelo rígido (S3), el parámetro Tp asociado con este tipo de suelo es de 0.90s, y el factor de amplificación del suelo se considera S= 1.4

(*) Los valores de Tp y S para este caso serán establecidos por el especialista, pero en ningún caso serán menores que los especificados para el perfil tipo S3

6.3. Factor de amplificación Sísmica (C) De acuerdo a las características de sitio, se define al factor de amplificación sísmica (C) por la siguiente expresión:

Donde Tp está relacionado al parámetro de suelo, y T es el periodo fundamental de la estructura. (Tp=0.40seg).

“T” es el periodo fundamental, que para cada dirección se estimará con la siguiente

T

Donde: CT = 35

hn Ct

para edificios cuyos elementos resistentes en la dirección

considerada sea únicamente pórticos CT = 45

para edificios de concreto armado cuyos elementos sismo

resistentes sean pórticos y las cajas de ascensores y escaleras. CT = 60

para estructuras de mampostería y para todos los edificios de

concreto armado cuyos elementos sismo resistentes sean fundamentalmente muros de corte. Para el presente Proyecto:

CT = 60

T

hn Ct

8.50 60 T  0.14 T

T  C  2.5 *  P  T   0.9  C  2.5 *   0.14  C  2.5 * 6.4286 C  16 .07 Tomaremos : C  2.5 6.4. Categoría de las edificaciones (U) Cada estructura debe ser clasificada de acuerdo a la categoría de uso de la edificación, debido a que la estructura proyectada es una edificación importante, pues su uso es para servicio educativo, la norma establece un factor de importancia U=1.5, que es el que se tomará para este análisis.

6.5. Coeficiente de Reducción de Fuerza Sísmica (R) El coeficiente de reducción de fuerza sísmica está en función de los materiales usados y el sistema de estructuración sismo resistente predominante en ambas direcciones por lo tanto su R=8. Eje longitudinal y R=3 eje transversal. Además de ser una estructura irregular.

6.6. Desplazamientos Laterales Permisibles Se refiere al máximo desplazamiento relativo de entrepiso, calculado según un análisis lineal elástico con las solicitaciones sísmicas reducidas por el coeficiente R en ambas direcciones.

6.7. Espectro de Aceleraciones. Para poder calcular la aceleración espectral para cada una de las direcciones analizadas se utiliza un espectro inelástico de pseudo-aceleraciones definido por:

Sa = ZUCS x g R Donde: Z = 0.30 (Zona2 – Junín) U = 1.50 (categoría A: Edificación Esencial) S = 1.4 (Tp = 0.9 suelos flexibles) R = 8(X-X) y 3 (Y-Y) g = 9.81 (aceleración de la gravedad m/s2) C = 2.5 x (Tp / T); C ≤ 2.5

7. Análisis Estructural de la edificación proyectada De acuerdo a los procedimientos señalados y tomando en cuenta las características de los materiales y cargas que actúan sobre la estructura e influyen en el comportamiento de la misma ante las solicitaciones sísmicas, se muestra a continuación el análisis realizado para la obtención de los diseños:

7.1. Modelo Estructural Adoptado El comportamiento dinámico de las estructuras se determina mediante la generación de modelos matemáticos que consideren la contribución de los elementos estructurales tales como vigas, columnas y muros en la determinación de la rigidez lateral de cada nivel de la estructura. Las fuerzas de los sismos son del tipo inercial y proporcional a su peso, por lo que es necesario precisar la cantidad y distribución de las masas en la estructura. Toda la estructura ha sido analizada con losas supuestas como infinitamente rígidas frente a las acciones en su plano. Los apoyos han sido considerado como empotrados al suelo. Las cargas verticales se evaluaron conforme a la Norma E020 Cargas. Según las consideraciones anteriores, se modela cada una de las estructuras. 

Introducción Gráfica de Cargas al ETABS:

Debido a que el programa ETABS hace la distribución automática de las cargas de losas a vigas, se introdujeron las cargas por metro cuadrado sobre los aligerados. Se aprecia en las siguientes figuras las cargas sobre las losas de la estructura (sobrecarga: falso piso + acabados + IIEE y IISS + tabiquería).

7.2. Análisis Modal de la Estructura 

Masas de la estructura:

Según los lineamientos de la Norma de Diseño Sismo Resistente E030, que forma parte del RNE, y considerando las cargas mostradas anteriormente, se realizo el análisis modal de la estructura total. Para efectos de este análisis el peso de la estructura consideró el 100% de la carga muerta y únicamente el 50% de la carga viva, por tratarse de una edificación esencial tipo A. 

Tabla de periodos de la Estructura: El programa ETABS calcula las frecuencias naturales y los modos de vibración de las estructuras. En el análisis tridimensional se ha empleado la superposición de los primeros modos de vibración por ser los más representativos de la estructura.

7.3. Análisis Dinámico Para edificaciones convencionales, se realiza el análisis dinámico por medio de combinaciones espectrales, mostradas anteriormente dadas por la Norma E.030. De acuerdo a ello, a los parámetros de sitio, y las características de la edificación, se muestran a continuación las señales sísmicas empleadas en el Programa ETABS, para considerar las cargas sísmicas en las direcciones X-X e Y- Y.

7.4. Desplazamiento y Distorsiones El máximo desplazamiento relativo de entrepiso calculado según el análisis lineal elástico con las solicitaciones sísmicas reducidas por el coeficiente R, no deberá exceder la fracción de la altura de entrepiso según el tipo de material predominante. Así se tiene que para estructuras de concreto armado el límite 0.007 y para estructuras de albañilería el límite máximo permisible es 0.005 se muestra resultados según estructura analizada.

ESTRUCTURACIÓN DEL PROYECTO FIGURA N° 01: PRIMERA PLANTA, SEGUNDO, TERCERO

MODULO I

MODULO II

MODULO III

MODULO I

MODULO II

MODULO III

MODULO I

MODULO II

MODULO III

FIGURA N° 02: CORTES Y ELEVACIONES

“MODULO I”

FIGURA N° 03: MODELO TRIDIMENSIONAL DE LA ESTRUCTURA-VISTA FRONTAL

MODELO TRIDIMENSIONAL DE LA ESTRUCTURA-VISTA FRONTAL

DESCRIPCIÓN DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES La estructura se distribuye en columnas y vigas en concreto, organizada en columnas con sección transversal rectangular igual a 30x60m, columnas en L m, Columnas +m y vigas de 25x25cm, V30 x 20, etc. Los muros de albañilería confinada son de 25cm. de espesor, A continuación se presentan las secciones de algunas columnas y vigas modeladas:

FIGURA N° 05: EN BASE A LA ARQUITECTURA Y PREDIMENSIONAMIENTO SE MODELA LA ESTRUCTURA CON SUS RESPECTIVAS SECCIONES TRANSVERSALES DE LOS ELEMENTOS COMO VIGAS, COLUMNAS,

CARGA MUERTA Y VIVA:

ESPECTRO DE SISMO-ALBANILERIA EJE TRANSVERSAL

ESPECTRO DE SISMO-APORTICADO EJE LONGITUDINAL

CUADRO DE VERIFICACIÓN DE DESPLAZAMIENTOS:

EXCENTRICIDAD Y PARTICIPACIÓN MODAL Loa resultados obtenidos son después del análisis y diseño de la estructura Excentricidad.-

VERIFICACION VIGA – COLUMNA

DIAGRAMA DE MOMENTOS FLECTORES

DIAGRAMA DE MOMENTOS FLECTORES Y CUANTIAS DE ACERO EN CADA PORTICO:

DISEÑO DE LA LOSA ALIGERADA:

Diagrama de Deformada.- Se procedió ha hallar la deflexión Máxima Permisible usando la Norma Peruana (L / 240 , L / 360 ) en el tramo de mayor Longitud . Los valores son menores a los permitidos por Norma. OJO SE HA VERIFICADO CON UNA LOSA DE 17 CM

Diagrama de Cortantes.- Los valores son menores a los permitidos usando la Norma Peruana de Diseño. Capacidad del Concreto:

 * Vc   * 0.53 * fc * bw * d  * Vc  1.1 * 0.85 * 0.53 * 210 *10 *17

 * Vc  1221 .0kg No se necesita ensanche de vigueta ya que la capacidad del concreto es mayor ala Cortante última según los datos arríba calculados. Diagrama de Momento.- Los valores hallados en esta parte fueron calculados de la siguiente forma:

Ku = Mu / b*d2 Ku = 1.20*105 / 10*17.2 Ku = 41.5

  1.29 % As = 2.20cm2 POR REDISTRIBUCIÓN INELASTICA, SE PUEDE CONSIDERAR UN 90% DEL ACERO CON LO QUE CON LO QUE SE TIENE 1.98CM2, QUE ES UN ACERO DE 1/2”+1/2”, ESO SE PRESENTA EN LOS PLANOS.

“MODULO II”



DESCRIPCIÓN DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES La estructura se distribuye en columnas y vigas en concreto, organizada en columnas con sección transversal rectangular igual a 25X25 m, columnas en 25 x 40 m, Columnas Centrales de25 x 50 m y vigas de 25x30cm, V 25 x 35, etc. Los muros de albañilería confinada son de 25cm. de espesor, A continuación se presentan las secciones de algunas columnas y vigas modeladas:






EXCENTRICIDAD Y PARTICIPACIÓN MODAL Loa resultados obtenidos son después del análisis y diseño de la estructura Excentricidad.







 * Vc   * 0.53 * fc * bw * d  * Vc  1.1 * 0.85 * 0.53 * 210 *10 *17


Ku = Mu / b*d2 Ku = 1.20*105 / 10*17.2 Ku = 41.5


“MODULO III”



DESCRIPCIÓN DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES La estructura se distribuye en columnas y vigas en concreto, organizada en columnas con sección transversal rectangular igual a 25X25 m, columnas en 25 x 40 m, Columnas Centrales de25 x 50 m y vigas de 25x30cm, V 25 x 35, etc. Los muros de albañilería confinada son de 25cm. de espesor, A continuación se presentan las secciones de algunas columnas y vigas modeladas:






EXCENTRICIDAD Y PARTICIPACIÓN MODAL Loa resultados obtenidos son después del análisis y diseño de la estructura Excentricidad.







 * Vc   * 0.53 * fc * bw * d  * Vc  1.1 * 0.85 * 0.53 * 210 *10 *17


Ku = Mu / b*d2 Ku = 1.20*105 / 10*17.2 Ku = 41.5


9.

Conclusiones: Del diseño estructural efectuado se concluye: 

El sistema estructural planteado es del tipo dual, es decir pórticos y placas de albañilería confinada, distribuidos en ambas direcciones.



Se ha considerado para el análisis de la estructura las cargas especificadas en la Norma Peruana de Cargas E-20 y E-30 para las cargas sísmicas.



Se ha considerado las combinaciones de cargas que generaron los mayores momentos flectores, especificadas en la Norma Peruana de Cargas E-060 y E-030.



El análisis estructural de los bloques fue realizado por el programa estructural ETABS.



Calculando las derivas de cada bloque, todos se encuentran dentro de los parámetros establecidos por la norma E.030. Por lo tanto el diseño es el adecuado.



Las distorsiones obtenidas son menores a las distorsiones admisibles establecidas por la norma E030.

Memoria Calculo Estructural

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