MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL COLEGIO IZCUCHACA 01

MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL

Contenido 1. 2. 3. 4.

Generalidades Reglamentos y Normas de Análisis y Diseño Características de los materiales Análisis estructural 4.1. Sistema estructural 4.2. Metrado de Cargas 4.3. Modelamiento 4.4. Desplazamientos laterales de entrepisos 4.5. Diagramas de Fuerzas Internas 4.5.1. Fuerza Axial 4.5.2. Fuerza Cortante 4.5.3. Momento Flectores 5. Diseño Estructural

MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL 1. Generalidades    

Identificación del proyecto: “COLEGIO IZCUCHACA” Propietario: MUNICIPALIDAD DE IZCUCHACA Ubicación: de Santiago, Provincia del Cusco y Departamento del Cusco. Descripción del Proyecto: Uso Número de Pisos Alturas de Entrepisos Tipo de Estructura Material Techo

: : : : : :

Centro Educativo 2 Pisos 3.50 m Sistema de Pórticos en Ambas direcciones Concreto Armado Losa aligerada inclinada

El objetivo de esta memoria es el de servir de complemento y sustento a los planos de estructuras para proporcionar una mejor comprensión de todo el Proyecto Estructural. 2. Reglamentos y Normas de Análisis y Diseño Para el diseño de los diferentes elementos resistentes de concreto armado de la edificación se han aplicado los requerimientos mínimos de seguridad prescritos por el Reglamento Nacional de Edificaciones vigente y de sus Norma Técnicas pertinente para el presente caso, y que son las siguientes: a) b) c) d)

Norma Norma Norma Norma

de de de de

Cargas E.020 Diseño Sismorresistente E.030 Suelos y Cimentaciones E.050 Concreto Armado E.060

3. Características de los materiales Concreto Para zapatas, columnas, vigas, sobre cimientos reforzados y losas: Resistencia a la compresión Módulo de Elasticidad Módulo de Poisson Peso Específico

: : : :

Acero de construcción (Grado 60) Resistencia a la Fluencia : Módulo de Elasticidad :

f'c = 210 kg/cm2 E = 217,370.65 kg/cm2 µ = 0.16 ɣc = 2,400 kg/m3

fy = 4,200 kg/cm2. E = 2.0E+06 Kg/cm².

4. Análisis estructural El análisis estructural tiene el objetivo de determinar las solicitaciones internas a las que están sometidos los elementos que conforman la estructura. Para el cálculo de estas fuerzas se aplicaron métodos elásticos lineales sustentados en los siguientes principios fundamentales de la estática y la resistencia de materiales: a) Se cumplen las condiciones de equilibrio estático o dinámico. b) Se cumple el principio de compatibilidad de deformaciones. En el caso de vigas, este principio se reemplaza por la clásica hipótesis de Navier - Bernoulli que establece que las secciones planas antes de las deformaciones, se mantienen planas después de que ocurren las mismas. c) Se cumplen las leyes constitutivas de cada material estructural del edificio, las cuales establecen una relación unívoca entre los esfuerzos y deformaciones de cada uno de ellos. d) Se cumple el principio de superposición. 4.1. Sistema estructural El proyecto consta de cinco bloques destinado a Centro Educativo donde el primer nivel está destinado a aulas, servicios higiénicos y oficinas, el segundo nivel destinado a aulas, biblioteca y centro de cómputo. El sistema que se ha empleado, vistos los requerimientos necesarios, es un sistema a base de pórticos, para una buena absorción de energía sísmica, su disipación y rigidizar en ambos sentidos la estructura, de modo que sea antisísmico, la cual hace que se tenga una estructura dúctil. El diafragma rígido, es una losa aligerada de 20 cm de espesor para los ambientes, siendo una estructura integrada, que responde a los esfuerzos originados por las cargas en uso. 4.2. Metrado de Cargas Para el metrado de cargas se consideró de acuerdo a la Norma de Cargas E.020, donde se tiene los pesos unitarios de los distintos materiales empleados en la construcción, así como también las distintas sobrecargas en función al tipo de uso de la edificación. Para el análisis estructural se consideró lo siguiente: *Cargas de Gravedad Las cargas de gravedad son las generadas por el peso propio de los diferentes elementos estructurales y no estructurales de la edificación y las generadas por las cargas vivas que actúan por la función que cumple esta construcción. Para calcular los pesos propios de los elementos estructurales y no estructurales, se han considerado los siguientes pesos unitarios:

Cargas Permanentes: Elementos de concreto simple Elementos de concreto armado Losa aligerada 20 cm Losa solida 20 cm Pisos terminados (Contra piso más acabado) Unidad de albañilería sólida (ladrillo) Unidad de albañilería hueca (bloqueta)

: : : : : : :

2300 kg/m3 2400 kg/m3 300 kg/m2 480 kg/m2 120 kg/m2 1800 kg/m3 1350 kg/m3

Sobre Cargas: Tipo de edificación: Centros de Educación Aulas Talleres Auditorios, Gimnasios, etc Laboratorios Corredores y Escaleras

: 250 kg/m2 : 350 Kg/m2 : De acuerdo a lugares de asamblea : 350 kg/m2 : 400 kg/m2

*Cargas de Sismo Se consideró el espectro de respuesta que nos brinda el reglamento nacional de edificaciones norma técnica E.030. Parámetros para sistema estructural Z = 0.30 factor de zona (Zona 2) U = 1.50 factor de uso (Categoría A) S = 1.20 factor de suelo (Suelo Intermedio) C(t) = coeficiente sísmico R = 8.00 reducción por ductilidad (sistema a base de pórticos en ambas direcciones) g = 9.81 aceleración de la gravedad Tp = 0.60 periodo predominante suelo Con estos parámetros se aplicará la fórmula del Reglamento para determinar la fuerza sísmica.

Dónde:

ESPECTRO DE DISEÑO SISMICO (NORMA E.030) CALCULO DE LA ACELERACION ESPECTRAL

DATOS

Z= FACTOR DE USO DE LA ZONA

Z=

0.3

U = FACTOR DE USO DE IMPORTANCIA

U=

1.5

S = FACTOR DEL SUELO

S=

1.2

C= COEFICIENTE SISMICO

Rd=

8

Rd = FACTOR DE DUCTILIDAD

Ts=

0.6

T= PERIODOD DE VIBRACION FUNDAMENTAL DE LA ESTRUCTURA

ANALISIS DINAMICO

C

Ag

C=220 GALS

0.10

2.500

1.655

2.200

0.15

2.500

1.655

2.200

0.20

2.500

1.655

2.200

0.25

2.500

1.655

2.200

0.30

2.500

1.655

2.200

0.35

2.500

1.655

2.200

0.40

2.500

1.655

2.200

0.45

2.500

1.655

2.200

0.50

2.500

1.655

2.200

0.55

2.500

1.655

2.200

0.60

2.500

1.655

2.200

0.65

2.308

1.528

2.031

0.70

2.143

1.419

1.886

0.75

2.000

1.324

1.760

0.80

1.875

1.242

1.650

0.85

1.765

1.169

1.553

0.90

1.667

1.104

1.467

0.95

1.579

1.046

1.389

1.00

1.500

0.993

1.320

Ct = 35

PORTICOS

1.50

1.000

0.662

0.880

Ct = 45

PORTICOS Y CAJAS

2.00

0.750

0.497

0.660

Ct = 60

PORTICOS CON PLACAS

2.50

0.600

0.397

0.528

3.00

0.500

0.331

0.440

3.50

0.429

0.284

0.377

4.00

0.375

0.248

0.330

4.50

0.333

0.221

0.293

5.00

0.300

0.199

0.264

5.50

0.273

0.181

0.240

6.00

0.250

0.166

0.220

Hn=

8.6

6.50

0.231

0.153

0.203

Ct=

35

7.00

0.214

0.142

0.189

7.50

0.200

0.132

0.176

8.00

0.188

0.124

0.165

T=

0.246

8.50

0.176

0.117

0.155

C=

2.500

9.00

0.167

0.110

0.147

Ag=

0.169

9.50

0.158

0.105

0.139

Ag (m /seg2)

T

1.800 1.600 1.400 1.200 1.000 0.800 0.600 0.400 0.200 0.000 0.00

PERIODO VS ACELERACION ESPECTRAL

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

T (seg)

Ag

=

C

=

T

=

ZUCS

g

R 2.5*Ts T

≤2.5

Hn Ct

Y MAMPOSTERIA Hn =

ALTURA DE LA EDIFICACION DATOS

ANALISIS ESTATICO

Factores de Combinación: COMB1 = 1.4 CM + 1.7 CV COMB2 = 1.25 (CM + CV) ± CS COMB3 = 0.9 CM ± CS ENVOLVENTE = MAX (COMB1, COMB2, COMB3) (Máximo valor de la superposición de las tres combinaciones empleadas) Dónde: CM = Efecto de la carga permanente CV = Efecto de la carga viva CS = Efecto de la carga sísmica Factores de Incidencia de las cargas: De acuerdo al reglamento nacional de edificaciones Norma técnica E-030 Carga muerta Carga viva

: 100% : 50%

El análisis estructural de la Edificación, se ha realizado con ayuda del programa Etabs versión 9.6.3 y sap versión 14, ajustándolo a las normas peruanas. Mediante este podemos encontrar los esfuerzos últimos para luego con estos diseñar las vigas, las columnas y los muros de corte, asimismo las cimentaciones. La ubicación de las cargas permanentes corresponderá a la ubicación de los elementos estructurales considerados según la disposición del proyecto arquitectónico. La ubicación de las sobrecargas será en función de la ubicación del elemento estructural según la disposición del proyecto arquitectónico.

4.3. Modelamiento BLOQUE A

PLANTA DE ENTREPISO

VISTA EN 3D

BLOQUE B

PLANTA DE ENTREPISO

VISTA EN 3D

BLOQUE C

PLANTA DE ENTREPISO

VISTA EN 3D

BLOQUE D

PLANTA DE ENTREPISO

VISTA EN 3D

4.4. Desplazamientos laterales de entrepisos Según RNE Norma E.030 Diseño Sismorresistente “los desplazamientos laterales se calcularan multiplicando por 0.75R los resultados obtenidos del análisis lineal y elástico con las solicitaciones sísmicas reducidas. Para el cálculo de los desplazamientos laterales no se consideran los valores mínimos de C/R indicados en el artículo 17(17.3) ni el cortante mínimo en la base especificado en el artículo 18(18.2d)”

CONTROL DE DESPLAZAMIENTOS LATERALES De acuerdo al RNE-E030

Tabla N° 8 LIMITES PARA DESPLAZAMIENTO LATERAL DE ENTREPISO Estos limites no son aplicables a naves industriales MATERIAL PREDOMINANTE

Di/hei

concreto armado

0.0070

acero

0.0100

albañileria

0.0050

madera

0.0100

BLOQUE A VERIFICACION DE DESPLAZAMIENTOS EN LA DIRECCION X-X R= 8

Factor de Reduccion por ductilidad DESP TOTAL cm 0.503 0.276

NIVEL TECHO 2 TECHO 1

DESP RELATIVO 0.75R cm 0.227 0.276

6 6

DESP CORREGIDO cm 1.36 1.66

hei (m)

%

3.5 4.5

DISTORSION VERIFICACION 0.0039 0.0037

OK OK

VERIFICACION DE DESPLAZAMIENTOS EN LA DIRECCION Y-Y R= 8




6 6


hei (m) 3.5 4.5

%


OK OK

BLOQUE B VERIFICACION DE DESPLAZAMIENTOS EN LA DIRECCION X-X R= 8




6 6


hei (m)

%

3.5 4.5


OK OK





6 6


hei (m)

%

3.5 4.5


OK OK

BLOQUE C VERIFICACION DE DESPLAZAMIENTOS EN LA DIRECCION X-X R= 8




6 6


hei (m)

%

3.5 4.5


OK OK





6 6


hei (m)

%

3.5 4.5


OK OK

. BLOQUE D VERIFICACION DE DESPLAZAMIENTOS EN LA DIRECCION X-X R= 8




6 6


hei (m)

%

3.5 4.5


OK OK





6 6


hei (m) 3.5 4.5

%


OK OK

4.5. Diagramas de Fuerzas Internas 4.5.1. Fuerza Axial (Unidades: Tn-m)

4.5.2. Fuerza Cortante (Unidades: Tn-m)

4.5.3. Momento Flectores (Unidades: Tn-m)

5. Diseño Estructural Para el diseño de los diferentes elementos de concreto armado se ha aplicado el Método de Resistencia Ultima, conocido también como Diseño a la Rotura. En este diseño se han considerado los siguientes factores de carga y factores de reducción prescritos por la Norma E060 del Reglamento Nacional de Edificaciones: FACTORES DE CARGA Dónde: U = 1.4 CM + 1.7 CV U = 1.25 (CM  CV)  CS U = 0.9 CM  CS

CM = efecto de la carga permanente CV = efecto de la carga viva CS = efecto de la carga sísmica

FACTORES DE REDUCCIÓN Para flexión sin carga axial: Para flexión con carga axial de tracción: Para flexión con carga axial de compresión: Para cortante con o sin torsión: Para aplastamiento del concreto:

0.90 0.90 0.70 0.85 0.70

El diseño estructural consiste en la verificación de las dimensiones asumidas de los elementos estructurales en el análisis estructural.

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