Memoria de Cálculo Estructuras

Memoria de Cálculo Estructural

MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL Construcción I.E.I RUMI RUMI CAJABAMBA

Cajamarca, Marzo 2011

MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL CONSTRUCCION I.E.I RUMI RUMI CAJABAMBA

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1.00ANTECEDENTES Con el desarrollo del presente proyecto se busca beneficiar a la comunidad de “ Cajabamba” mediante la construcción y mejoramiento del centro educativo de nivel Inicial. El diseño Arquitectónico y de Ingeniería proyectado busca satisfacer las necesidades de educación así como el desarrollo de algunas actividades taller como la orfebrería para la zona de influencia del proyecto. El proyecto obedece a los requerimientos y necesidades de la población en lo que se refiere a las instalaciones del Nivel Inicial. Con la finalidad de evaluar el desempeño de la estructura proyectada, acorde con las normas vigentes de diseño sismorresistente, concreto armado 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 edificación destinada a las aulas del Inicial. La edificación destinada a aulas comprende un nivele y ha sido proyectada en base a un sistema dual albañilería confinada y pórticos de concreto armado. Una ventaja que se presenta en este tipo de sistema es que se logra anular los momentos en la base de las columnas ubicadas en la parte central de los ambientes en la dirección corta del edifico producidos por efectos dinámicos tales como un sismo. 3.00CARÁCTERÍSTICAS DE LAS EDIFICACIONES 3.1

Módulo de Aulas:

3.1.1 Sistema Dual - Albañilería confinada en la dirección Corta y Pórticos de Concreto Armado en la Dirección Larga. 3.1.2 Número de pisos proyectados: El proyecto contempla la construcción de un nivel. 3.2

Módulo Cocina Comedor:

3.2.1 Sistema Dual - Albañilería confinada en la dirección Corta y Pórticos de Concreto Armado en la Dirección Larga. 3.2.2 Número de pisos proyectados: El proyecto contempla la construcción de un nivel.

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4.00PARAMETROS UTILIZADOS PARA EL ANÁLISIS 4.1 Cargas de Diseño: Cargas permanentes: Concreto armado Cobertura de Teja andina Cargas Vivas: Techos

2.40 Tn/m3 0.07 Tn/m2 0.05 Tn/m2

4.2 Características de los materiales:  Resistencia a la Compresión de Vigas, columnas 210.0 Kg / cm2.  Resistencia a la Compresión Cimentación 175.0 Kg / cm2.  Resistencia a la Compresión en Escaleras 175.0 Kg / cm2.

: fć = : fć = : fć =

 Resistencia a la Compresión en Columnas de tabiques y parapetos :f ć = 175.0 Kg / cm2  Módulo de Elasticidad del Concreto :   fc = 210 Kg/cm2 - Ec = 2.2 x 106 Tn / m2.  fc = 175 Kg / cm2 – Ec = 1984300 Tn / m2  Peso Unitario del Concreto : γ = 2400.0 3 Kg / m .  Peso unitario de albañilería :γ= 3 1800.0 Kg / m .  Esfuerzo de fluencia del acero de refuerzo : fy = 4200.00 Kg / cm2.  Resistencia de las unidades de mampostería : f´b = 130.0 Kg / cm2.  Prismas de mampostería Mortero PC - 1 : f´m = 25.0 2 Kg / cm  Módulo de Elasticidad de mampostería : Em = 12 500.0 Kg/ cm2  Módulo de Corte : Gm = 5 000 Kg / 2 cm .  Relación de Poisson del Concreto : µ = 0.15  Relación de Poisson de las unidades de mampostería : µ = 0.25 4.3 Parámetros Empleados para el Análisis Dinámico:

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Factor de Zona Factor de Uso

Z=0.40 U=1.50

Cajamarca Centro

Educativo Factor de Amplificación Sísmica. Factor de Suelo

C=2.5(Tp/T)<=2.5 S=1.4

Suelo

Flexible Factor de Reducción de Capacidad R=7

Sistema

Dual Tp = 0.90 seg g=9.81m/s2

Aceleración gravedad

de la

Ecuación aceleraciones

de

generación

de

espectro

de

Pseudo

Sa /g= ZUCS / R ESPECTRO DE DISEÑO NORMA E.30 EDIFICACIÓN CATEGORÍA - A 0.450

0.400

0.350

0.300

0.250

) (/g s n o lra c iA d u e S

0.200

0.150

0.100

0.050

0.000 0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

4.50

5.00

Periodo T (Seg)

5.00ANALISIS ESTRUCTURAL DE LA ESTRUCTURA RESISTENTE La edificación se idealizó como un ensamblaje de muros de albañilería confinados por elementos de concreto armado en la dirección corta y pórticos de concreto armado en la dirección larga. Se utilizo en las estructuras planteadas un modelo de masas concentradas considerando 3 grados de libertad para el entrepiso,

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la cual evalúa 2 componentes ortogonales de traslación horizontal y una componente de rotación Cabe indicar que el presente análisis es del tipo tridimensional por combinación modal Espectral, considerándose el 100 % del espectro de respuesta de pseudo-aceleración en cada dirección por separado según la norma vigente E.30. El análisis estructural de la estructura resistente, se la realizó íntegramente en el programa ETABS NON LINEAL versión 9.8.0 Las formas de modo y frecuencias, factores de participación modal y porcentajes de participación de masas son evaluados por el programa. Se consideró una distribución espacial de masas y rigidez adecuada para el comportamiento dinámico de la estructura analizada. Para la determinación de los desplazamientos máximos se trabajo con el espectro de diseño de la norma E.30, multiplicando los desplazamientos máximos por el factor 0.75R, obteniéndose estos valores conforme a la norma vigente. Por requerimientos de la norma E.30 – 2003 la estructura debe estar sometida por lo menos al 90 % de la fuerza estática basal para estructuras irregulares y el 80 % de esta fuerza para estructuras regulares, siendo necesario escalar la fuerza sísmica dinámica en caso de que esta fuera menor a la mínima. La cimentación ha sido planteada en base a un cimiento corrido y una viga de cimentación sobre este cimiento con un peralte de 0.35 de tal manera de absorber los esfuerzos por flexión producidos en la cimentación. Los esfuerzos de corte y punzonamiento han sido absorbidos por el concreto. Entre las ventajas que ofrece emplear este sistema estructural esta: la distribución uniforme de presiones sobre el terreno con la consecuente distribución uniforme de los esfuerzos producidos en la misma, además, de facilitar el proceso constructivo más aún si los trabajos se llevan en tiempos de lluvia. 6.00ANÁLISIS DE LOS MUROS DE ALBAÑILERIA CONFINADA 6.1 Consideraciones Generales El análisis de la edificación se realizo según los requisitos de resistencia y seguridad estipulados en las normas de albañilería E070 y Sismorresistente E030 vigentes, el método empleado es el de rotura en la albañilería confinada para lo cual se asume el

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comportamiento elástico de los muros ante sismos moderados y en la ocurrencia de una falla por fuerza cortante en los pisos inferiores producida por terremotos severos se descarta la posibilidad de una falla por flexión. Los elementos de concreto armado han sido verificados ante la acción de un sismo moderado de tal manera de garantizar la disipación de energía previa a la falla de los muros, los elementos de confinamiento de los muros han sido diseñados para soportar la carga que produce el agrietamiento del muro ante sismo severo, de tal manera de proporcionar una resistencia. Para determinar las máximas fuerzas de sección (momentos flectores, fuerzas axiales y cortantes) se utilizaron espectros reducidos con el coeficiente de reducción R dado por la norma E030 (Diseño Sismorresistente) en cada una de las dos direcciones principales de análisis. Las fuerzas de diseño de las secciones de concreto se obtuvieron de los máximos esfuerzos producidos según las combinaciones de cargas estipuladas en la norma de concreto Armado E.60 en la sección 10.2 (Resistencia Requerida). 6.2 Análisis por Carga Vertical en la Albañilería Confinada Se ha verificado que esfuerzo en compresión en la zona inferior de los muros de la albañilería confinada no sobrepase el 15.0 % de la resistencia a la compresión de la albañilería F´m σ ≤ 0.15.F´m además si σ > 0.05.F´m se colocará refuerzo horizontal continuo con un a cuantía ς = 0.1% anclado a las columnas.

6.3 Análisis Elástico ante Sismo Moderado Se ha evaluado la respuesta de la edificación ante la solicitación de un sismo moderado el cual equivale al 50% de un sismo severo para lo cual se ha generado un espectro de pseudos aceleración según lo estipulado e la norma de diseño sismorresistente E030 vigente considerando un factor de reducción por ductilidad de 3, de tal manera de verificar en cada muro que fuerza cortante actuante no sobrepase el 50% de la resistencia al corte del muro de la siguiente manera: Ve <

VRi 2

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VRi = ( 0.5.v´m.α +0.23.σ).t .L

1 ≤ α ≤1 3

α=

Donde

: Ve : muro del Me : muro del

Ve.L Me

Fuerza cortante actuante en cada análisis elástico. Momento flector actuante en cada

v´m :

análisis elástico. Resistencia característica

α

:

compresión diagonal Reducción de resistencia al corte

σ

:

del muro Esfuerzo de compresión axial en el

L t

: :

longitud total del muro Espesor del muro

de

muretes a por esbeltez muro.

6.4 Evaluación ante Sismo Severo Se ha supuesto que los muros del primer nivel fallan por corte ante una fuerza igual a su capacidad resistente VRi. Se ha obtenido los esfuerzos sísmicos en cada Muro (Vu, Mu ) amplificando los esfuerzos elásticos obtenidos ante sísmo moderado ( Ve, Me ) por el factor VR1i / Vei verificándose para cada muro que no se agriete ante sismo severo para lo cual Vu < VR

Además se ha verificado la resistencia de la edificación ante sismo severo en cada dirección para lo cual debe cumplirse que la suma de resistencia al corte que ofrece cada muro en el entrepiso sea mayor al corte que se produce en cada entrepiso ante sismo severo de la siguiente manera:

∑VRi

XX

= VEni

6.5 Análisis de los elementos de Confinamiento Con el afán de analizar los elementos de confinamiento bajo la condición del agrietamiento del muro se ha sometido al modelo

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matemático a una fuerza que ocasione una distorsión del orden de 1/200, límite para la resistencia de la albañilería; es en este estado en el cual se han diseñado los confinamientos. 7.00ANÁLISIS Y DISEÑO DE CIMENTACIÓN. La cimentación de las estructuras planteadas ha sido dimensionada de acuerdo a las cargas verticales a las que se encuentra sometida de tal manera de obtener una presión de contacto contra el terreno casi uniforme en toda la cimentación. Para minimizar los asentamientos diferenciales y para absorber los momentos de volteo producidos por las fuerzas sísmicas se han planteado un Cimiento corrido, una viga de cimentación, el cimiento formando una sección “T” invertida la cual proporciona una gran inercia al volteo de la cimentación. El análisis y diseño estructural de la cimentación ha sido realizado en el software denominado SAFE Vs. 9.5.0 el cual es un software que permite realizar el análisis de la cimentación en base al método de elementos finitos permitiendo verificar la distribución de presiones en la base de los. Con la finalidad de evaluar los esfuerzos a los cuales se someterá la cimentación se ha idealizado al suelo por resorte con una rigidez equivalente a su correspondiente módulo de reacción de la sub rasante o módulo de Balasto Ks.

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