MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL “INSTALACION “INSTALACION DE LOS SERVICIOS DE EDUCACION INICIAL EN LA LA INSTITUCION EDUCATIV EDUCATIVA A N 1303 DEL CENTRO POBLADO DE QUICHA GRANDE, DISTRITO DE ACO, PROVINCIA DE CONCEPCION, REGION JUNIN” 1. Gene!"#$!$e% objetivo vo de esta esta memor memoria ia es real realiz izar ar el DISEÑ DISEÑO O ES ESTRU TRUCT CTUR URAL AL de los O&'e O&'e(# (#)* )*++ El objeti
elementos estructurales componentes de la ediicaci!n pro"ectada con ines del mejoramiento del servicio educativo de I#STALACIO# I#STALACIO# DE LOS SER$ICIOS DE EDUCACIO# I#ICIAL E# LA I#ST I#STITU ITUCI CIO# O# ED EDUC UCAT ATI$ I$A A # %&'& %&'& DEL CE CE#TR #TRO O (O)L (O)LADO ADO DE *UIC+ *UIC+A A ,RA#D ,RA#DEEDISTRITO DE ACO- (RO$I#CIA DE CO#CE(CIO#- RE,IO# .U#I# El tipo de construcci!n comprende de (!rticos " placas de alba/iler0a coninada- divisiones interiores con tabi1ues de Alba/iler0a2 Se 3a considerado un an4lisis de la estructura considerando las car5as recomendadas por el Re5lamento #acional de Ediicaciones vi5ente2 Los par4metros 1ue intervienen en el dise/o estructural son la Resistencia al corte- la le6i!n " la car5a a6ial en las columnas " placas de concreto armado- as0 como la combinaci!n de estas2
N*!(#)#$!$+ Se considera en el DISEÑO ESTRUCTURAL los an4lisis su5eridos en7
o
R#E 8''9- Cap0tulo E'8' Car5as2
o
R#E 8''9- Cap0tulo E'&' Dise/o Sismo Resistente2
o
R#E 8''9- Cap0tulo E':' Concreto Armado2
o
R#E 8''9- Cap0tulo E';' Alba/iler0a2
-. P*e$##en(* $e An/"#%#% An/"# An/"#%#% %#% E%( E%(( (!"+ !"+ A nivel 5eneral- se veriic! el comportamiento din4mico de las
estructuras rente a car5as s0smicas mediante un an4lisis din4mico indicado en la #orma corr corres espo pond ndie iente nte-- con con ese ese prop prop!s !sito ito se 5ene 5ener! r! un model modelo o matem4 matem4tic tico o para para el an4l an4lis isis is respectivo2 Este modelo ser4 realizado usando el pro5rama de c4lculo estructural SA(8''' $%82
An/"#%#% An/"#%#% $e $e%"!2!# $e%"!2!#en(*% en(*%++ Se veriic! los desplazamientos obtenidos en el pro5rama
SA(8''' $%8 con los permisibles de la #orma correspondiente2
L#(e% !! $e%"!2!#en(* L!(e!" $e En(e#%*. N*! E.030. M!(e#!" Pe$*#n!n(e 4 # 5 6e7 8 C*ne(* A!$* 0.00: Acero <=> '2'%' A"&!9#"e! 0.00; ?adera '2'%'
B '29'
(ara le6i!n sin car5a a6ial de tracci!n
B '29'
(ara (ara le le6i 6i!n !n sin sin car car5a 5a a6i a6ial al de de compr compres esi! i!n n " par para a compr compres esi! i!n n sin sin le6 le6i!n i!n
B '2; '2;
(ara le6i!n sin car5a a6ial de compresi!n " para compresi!n sin le6i!n
B '2;'
con reuerzo en espiral (ara cortante con o sin torsi!n
B '2
(ara aplastamiento en el concreto
B '2;'
3. C#(e#* $e D#%e9* E%((!" Se realiz! el an4lisis s0smico de la estructura ante la acci!n de un Sismo proporcionado por la R#E E'&' " se veriic! 1ue las distorsiones no superen el valor de '2'';
=. C!!(e%(#!% $e "! E%((!
Se5@n los planos de ar1uitectura- todos los m!dulos ueron planteados en un solo nivel- " evaluado la zonas donde pueden ser colocados muros no es suiciente como para considerar el dise/o como de alba/iler0a coninada- por tanto ambos ejes son considerados como aporticado2
C!!(e%(#!% $e "*% !(e#!"e%+
•
•
<#e* 7
G"B H8'' 5Fcm8
A compresi!n
G"BH8'' 5Fcm8
A tracci!n
C*ne(* A!$* %2 Cimenta Cimentaci! ci!n n corr corrida7 ida7 Concre Concreto to Gc Gc B %; 5Fcm82 5Fcm82 82 Japatas7 Concreto GcB %;5Fcm82 &2 Conc Concre reto to en colu columna mnassvi5as " losa ali5erada7 Concreto GcB8%'5Fcm8 H2 ?!dulo ?!dulo de Elastic Elasticida idad d E B8%; B8%;-&; -&;'2: '2: 5Fc 5Fcm8 m8 2 (eso (eso espe espec0 c0i ico co77 a2 Simple7 8&'' 5Fm& b2 Armado7 8H'' 5Fm&2
•
•
A"&!9#"e! C*n>#n!$!? en (!@e#! %2 Resist Resistenc encia ia Carac Caracter ter0sti 0stica ca GmB:5 GmB:5Fcm8 Fcm822 82 Unidad de alba/iler0a alba/iler0a 7 Ladrillo Ladrillo tipo % 3uecos <%'6%H68H> <%'6%H68H>cm2 cm2 &2 ?ortero7 %7
2 H2 .unt .untas as 2>77 %2c %2cm m 2 (eso (eso esp espec ec0 0ic ico7 o7 a2 Ladr Ladrill illo o s!li s!lido do B %'' %'' 5F 5Fm& m& b2 Ladr Ladrill illo o 3uec 3uecoB oB %& %&' ' 5Fm& 5Fm& :2 ?!dulo ?!dulo de de Elastici Elasticidad dad EB&8 EB&8''' ''' To TonFm82 nFm82 P*#e$!$e% $e" %e"* %2 Capacidad Capacidad admisible admisible en suelos suelos B %2%% %2%% 5Fcm82 Se5@n estudio estudio de suelos2 suelos2
C*n%#$e!#*ne% !$##*n!"e% en "! e$#>#!#n+ El sistem sistema a estruc estructur tural al adoptad adoptado o para para la ediica ediicaci! ci!n n es del tipo aporti aporticad cado7 o7 compue compuesto sto por p!rticos en ambas direcciones- con losas ali5eradas unidireccionales e inclinadas- adem4s de la cobertura con teja tipo andina2
;. Me(!$* $e C!!% C!! Me(!+
Son car5as provenientes del peso de los materiales- dispositivos de servicio- e1uipos- tabi1ues" otros elementos 1ue orman parte de la ediicaci!n "Fo se consideran permanentes " 1ue
se5@n el Re5lamento #acional de Ediicaciones- #orma E2'8'2 Indica 1ue se5@n la cate5or0a de ediicaci!n se debe adicional a la car5a muerta un cierto porcentaje como se muestra7
P PCM F PCV K B ' (ara ediicaciones de las cate5or0as A " ) K B 8 (ara ediicaciones de la cate5or0a C K B ' (ara Dep!sitos de Almacenaje K B 8 (ara estructuras como TA#*UES- SILOS " SI ?ILARES2 (ara el presente pro"ecto por tratarse de un centro educativo- cate5orizado como una ediicaci!n de cate5or0a A viene a ser7
P PCM ;0F PCV C!!% Me(!% 4D8+
o
•
(eso (ropio7 (ara las losas ali5eradas de %;cm de espesor- con vi5uetas separadas a H'cm entre ejes se 3a asumido un peso propio de 8'5Fm82 Adicionalmente a las car5as antes indicadas- se 3a incluido entre las car5as permanentes el peso de acabados de piso " tec3o se5@n7 Acabados B 8' 5Fm8 por cm de espesor Todos Todos los niveles Malso (iso B 8' 5Fm8 5Fm8 por cm de espesor2 Todos Todos los niveles
C!! )#)!+
Car5as 1ue provienen de los pesos no permanentes en la estructura- 1ue inclu"en a los ocup ocupan antes tes-- mater materia iale less- e1uip e1uipos os-- mueb mueble less " otros otros eleme element ntos os m!vile m!viless esti estimad mados os en la estructura- " 1ue se5@n norma es como si5ue7
C!!% V#)!% 4L8+ Sobrecar5a de azotea B %'' 5Fm8 Sobrecar5a en aulas B 8' 5Fm8 Sobre car5a en corredores " escaleras B H''5Fm8
C!!% S%#!%+
An4lisis de car5as din4micas 1ue representan un evento s0smico " est4n re5lamentadas por la norma E2'&' de dise/o sismo resistente2
o
C!!% $e S#%* 4S8+ Se5@n Re5lamento #acional de Ediicaciones E'&' Dise/o Sismo Resistente2
C*n!#n $e !!%. Se 3a cons consid ider erad ado o la si5u si5uie ient nte e comb combina inaci ci!n !n de car5 car5as as-- a in in de 5ene 5enera rarr los los ma"or ma"ores es momentos lectores- se5@n la @ltima normativa peruana E2':' " E2'&'7
%2HC?N%2;C$ %28N%2'CS %28P%2'CS '29C?N%2'CS '29C?P%2'CS
. C*n%#$e!#*ne% S%#!% Las consideraciones adoptadas para poder realizar un an4lisis din4mico de la ediicaci!n son tomadas mediante movimientos de superposici!n espectral- es decir- basado en la utilizaci!n de periodos naturales " modos de vibraci!n 1ue podr4n determinarse por un procedimiento de an4lisis 1ue considere apropiadamente las caracter0sticas de ri5idez " la distribuci!n de las masas de la estructura2 Entre los par4metros de sitio usados " establecidos por las #ormas de Estructuras tenemos7
.1. *n#>#!#n 48 La zoniicaci!n zoniicaci!n propuesta propuesta se basa en la distribuci! distribuci!n n espacial espacial de la sismicidad observadaobservadalas caracter0sticas caracter0sticas esenciales esenciales de los movimientos movimientos s0smicos- la atenuaci!n atenuaci!n de estos con la distancia- " la inormaci!n 5eotQcnica obtenida de estudios cient0icos2 De acuerdo a lo anterior la #orma E'&' Dise/o Sismo Resistente asi5na un actor J a cada una de las & zonas del territorio nacional2 Este actor representa la aceleraci!n m46ima del terreno con una probabilidad de %' de ser e6cedida en ' a/os2 (ara el presente estudio- la zona en la 1ue est4 ubicado el pro"ecto corresponde a la zona 8 " su actor de zona J ser4 '2&2
ONA & 8 %
.-. P!/e(*% $e" Se"* 4S8 (ara los eectos de este estudio- los periles de suelo se clasiican tomando en cuenta sus propiedades mec4nicas- el espesor del estrato- el periodo undamental de vibraci!n " la velocidad de propa5aci!n de las ondas de corte2 Se5@n el estudio de Suelos realizados por el especialista en la materia- determino 1ue el suelo es del tipo suelo le6ible - el par4metro Tp asociado con este tipo de suelo es de '29's- " el actor de ampliicaci!n del suelo se considera SB %2H2
TIPO S% S8 S& SH
DESCRIPCIN Roca o suelo mu" r05idos Suelos intermedios Suelos le6ibles o con estratos de 5ran espesor Condiciones e6cepcionales
T 4%e.8 '2H '2: '29 <=>
S %2' %28 %2H <=>
<=> Los valores de Tp " S para este caso ser4n establecidos por el especialista- pero en nin5@n caso ser4n menores 1ue los especiicados para el peril tipo S&
.3. #!#n S%#! 4C8 De acuerdo a las caracter0sticas de sitio- se deine al actor de ampliicaci!n s0smica por la si5uiente e6presi!n7
C -.; K 4T5T8 C -.; Este coeiciente se interpreta como el actor de ampliicaci!n de la respuesta estructural respecto a la aceleraci!n en el suelo2 Donde Tp est4 relacionado al par4metro de suelo- " T es el periodo undamental de la estructura2 2 T es el periodoundamental- 1ue para cada direcci!n se estimar4 con la si5uiente T
=
hn C t
Donde7 CT B & &
para para edi ediic icio ioss cu" cu"os os elem elemen ento toss res resis iste tent ntes es en la dire direcc cci! i!n n con consi side dera rada da sea @nicamente p!rticos
CT B H
para ediicios de concreto armado cu"os elementos sismorresistentes sean p!rticos " las cajas de ascensores " escaleras2
CT B :'
para estructuras de mamposter0a " para todos los ediicios de concreto armado cu"os elementos sismorresistentes sean undamentalmente muros de corte2
(ara el presente pro"ecto7
T = T = T =
hn C t 4.70 35 0.134
CT B & T P T 0 .9 C = 2.5 * 0.134 C = 2.5 * 6.702 C = 13.40 C =
2 .5 *
Tomaremos C =
:
2 .5
.=. C!(e*! $e "!% e$#>#!#*ne% 4U8 Cada estructura debe ser clasiicada de acuerdo a la cate5or0a de uso de la ediicaci!ndebido a 1ue la estructura pro"ectada es una ediicaci!n importante- pues su uso es para servicio educativo- la norma establece un actor de importancia UB%2- 1ue es el 1ue se tomar4 para este an4lisis2
.;. C*e>##en(e $e Re$#n $e <e2! S%#! 4R8 El coeiciente de reducci!n de uerza s0smica est4 en unci!n de los materiales usados " el sistema de estructuraci!n sismo resistente predominante en ambas direcciones por lo tanto su RB2 Eje lon5itudinal lon5it udinal " transversal2 Adem4s de ser una estructura irre5ular2
SISTEMA ESTRUCTURAL
*e>##en(e $e e$#n R !! e%((!% e"!e%
Ae* (orticos ductiles con uniones resistentes a momentos O(!% e%((!% $e !e* Arriostres E6centricos Arriostres en cruz C*ne(* A!$* (orticos Dual De muro estructurales ?uros de ductivilidad limitada A"&!9#"e! A!$! * *n>#n!$! M!$e! 4P* e%>e2*% !$#%#&"e%8
.; .; .0 : = 3 :
.. De%"!2!#en(*% L!(e!"e% Pe#%#&"e% Se reiere al m46imo desplazamiento relativo de entrepiso- calculado se5@n un an4lisis lineal el4stico con las solicitaciones s0smicas reducidas por el coeiciente R en ambas direcciones2 L#(e% !! $e%"!2!#en(* L!(e!" $e En(e#%*. N*! E.030. M!(e#!" Pe$*#n!n(e 4 # 5 6e7 8 C*ne(* A!$* 0.00: Acero <=> '2'%' A"&!9#"e! 0.00; ?adera '2'%'
.:. E%e(* $e Ae"e!#*ne%. (ara poder calcular la aceleraci!n aceleraci!n espectral espectral para cada una de las direcciones direcciones analizadas analizadas se utiliza un espectro inel4stico de pseudoPaceleraciones deinido por7 Sa B JUCS 6 5 R Donde7 J B '2& U B %2' S B %2H R B <P> " <P> 5 B 92% C B 82 6 V C W 82
:. An/"#%#% E%((!" $e "! E$#>#!#n P*e(!$! De acuerdo a los procedimientos se/alados " tomando en cuenta las caracter0sticas de los materiales " car5as 1ue act@an sobre la estructura e inlu"en en el comportamiento de la misma ante ante las solici solicitaci tacione oness s0smica s0smicass- se muestr muestra a a contin continuaci uaci!n !n el an4lis an4lisis is realiz realizado ado para para la obtenci!n de los dise/os7
:.1. M*$e"* E%((!" A$*(!$* El comportamient comportamiento o din4mico din4mico de las estructuras estructuras se determina determina mediante la 5eneraci!n 5eneraci!n de mode modelo loss mate matem4 m4ti tico coss 1ue 1ue cons consid ider eren en la cont contri ribu buci ci!n !n de los los elem elemen ento toss estructurales tales como vi5as- columnas " muros en la determinaci!n de la ri5idez lateral de cada nivel de la estructura2 Las uerzas de los sismos son del tipo inercial " proporcional a su peso- por lo 1ue es necesario precisar la cantidad " distribuci!n de las masas en la estructura2 Toda la estructura 3a sido analizada con losas supuestas como ininitamente r05idas rente a las acciones en su plano2 Los apo"os 3an sido considerado como empotrados al suelo2 Las car5as verticales se evaluaron conorme a la #orma E'8' Car5as2 Se5@n las consideraciones anteriores- se modela cada una de las estructuras2
In(*$#n G/>#! $e C!!% !" SAP-000 V1-+
Debido a 1ue el pro5rama SA(8''' 3ace la distribuci!n autom4tica de las car5as de losas a vi5as- se introdujeron las car5as por metro lineal sobre las vi5as- puesto 1ue en las ediicaciones planteadas son de un nivel " con losa ali5erada inclinada2 Se muestra la aectaci!n de las car5as se5@n cada m!dulo analizado2
:.-. An/"#%#% M*$!" $e "! E%((!
M!%!% $e "! e%((!+ Se5@n los lineamientos de la #orma de Dise/o Sismo Resistente E'&'- 1ue orma parte del R#E- " considerando las car5as mostradas anteriormente- se realiz! el an4lisis de la estructura total2 (ara eectos de este an4l an4lis isis is el peso peso de la estr estruc uctu tura ra cons consid ider er! ! el %'' %'' de la car5 car5a a muer muerta ta " @nicamente el ' de la car5a viva- por tratarse de una ediicaci!n esencial tipo A2
pro5ra rama ma SA SA(8 (8'' ''' ' calc calcula ula las T!&"! &"! $e e# e#*$ *$*% *% $e "! E%( E%( ( (! !++ El pro5 recuencias recuencias naturales naturales " los modos de vibraci!n vibraci!n de las estructuras2 estructuras2 En el an4lisis tridime tridimensi nsional onal se 3a emplead empleado o la super superposi posici! ci!n n de los primer primeros os modos modos de vibraci!n por ser los m4s representativos de la estructura2
:.3. An/"#%#% D#n/#* (ara ediicaciones convencionales- se realiza el an4lisis din4mico por medio de combinaciones espectrales- mostradas anteriormente dadas por la #orma E2'&'2 De acuerdo a ello- a los par4metros de sitio- " las caracter0sticas de la ediicaci!n- se muestran a continuaci!n las se/ales s0smicas empleadas en el (ro5rama SA(8'''para considerar las car5as s0smicas en las direcciones P e P 2 2
:.=. De%"!2!#en(* D#%(*%#*ne% El m46imo desplazamiento relativo de entrepiso calculado se5@n el an4lisis lineal el4stico con las solicitaciones s0smicas reducidas por el coeiciente R- no deber4 e6ceder la racci!n de la altura de entrepiso se5@n el tipo de material predominante2 As0 se tiene 1ue para estructuras de concreto armado el l0mite '2''; en ambas direcciones2
ESTRUCTURACIN ESTRUCTURACIN DEL PROECTO MODULO 01+ AULAS AULAS ADMINISTRACION ADMINISTRACION
FIGURA N° 01: MODELO TRIDIMENSIONAL DE LA ESTRUCTURA
DESCRIPCIN DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES La estructura se distribu"e en columnas " vi5as en concreto armado- or5anizada en columnas con secci!n secci!n transv transvers ersal al rectan rectan5ul 5ular ar tipo tipo T- L " rectan5 rectan5ular ular i5ual a 8'c 8'cm m " vi5as vi5as de 86H'cm- 8 6 '- etc2 Los muros de alba/iler0a coninada son de 8cm2 de espesor2 A continuaci!n se presentan las secciones de al5unas columnas " vi5as modeladas7
FIGURA N° 04 : SECCIONES TRANSVERSALES DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES.
FIGURA N° 05 : EN BASE A LA ARQUITECTURA Y PREDIMENSIONAMIENTO SE MODELA LA
ESTRUCTURA CON SUS RESPECTIVAS SECCIONES TRANSVERSALES DE LOS ELEM ENTOS COMO VIGAS, COLUMNAS, LOSAS Y RAMPA.
ESPECTRO DE SISMO?ALBAILERIA CON
ESPECTRO DE SISMO? APORTICADO APORTICADO EJE TTRANSVERSAL
DIAGRAMA DE MOMENTOS
CUANTIA DE ACERO EN CADA EJE.
MODULO 0-+ SALA DE USOS MULTIPLES
FIGURA N° 01: MODELO TRIDIMENSIONAL DE LA ESTRUCTURA
DESCRIPCIN DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES La estructura se distribu"e en columnas " vi5as en concreto armado- or5anizada en columnas con secci! secci!n n transv transvers ersal al rectan rectan5ul 5ular ar tipo T- L " rectan5 rectan5ular ular i5ual a 8'c 8'cm m " vi5as vi5as de 86H'cm- 8 6 '- etc2 Los muros de alba/iler0a coninada son de 8cm2 de espesor2 A continuaci!n se presentan las secciones de al5unas columnas " vi5as modeladas7
FIGURA N° 05 : EN BASE A LA ARQUITECTURA Y PREDIMENSIONAMIENTO SE MODELA LA
ESTRUCTURA CON SUS RESPECTIVAS SECCIONES TRANSVERSALES DE LOS ELEM ENTOS COMO VIGAS, COLUMNAS, LOSAS Y RAMPA.
DIAGRAMA DE MOMENTOS
CUANTIA DE ACERO EN CADA EJE.
. An/"#%#% $e C#en(!#n
e
P
A
S
H
h
0.25
0.25
B
T T
σ
=
P Az
±
6 M ST
2
V
En las zapatas 1ue son conectadas con vi5as de cimentaci!n- las vi5as de cimentaci!n absorber4 la e6centricidad- por lo tanto las zapatas se dise/an sin tomar en cuenta los momentos2 Lon5itud de desarrollo en compresi!n7 0.0755 fy
d b
f ' c • •
'2'H8; " As 8' cm
Lon5itud por ad3erencia7 0.06
As fy
f ' c
'2'': d b " 8' cm La altura de la zapata ser4 i5ual al ma"or valor de la lon5itud de desarrollo o ad3erencia mas 9 cm de recubrimiento2 • •
. CONCLUSIONES CONCLUSIONES En concordancia con lo e6puesto previamenteV de los an4lisis de los elementos estructurales pro"ectados7 cimentaci!nV columnasV murosV vi5as " estructuras de madera- se conclu"e 1ue estos estos tienen tienen la capaci capacidad dad para para soport soportar ar las car5as car5as pro"ec pro"ectad tadasas- de acuerd acuerdo o al R2#2E2 R2#2E2 " sus #ormas E2''V E2'&'V E2':'V E2';'V E2'8'2