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“MEJORAMIENTO DE LA INFRAESTRUCTURA EDUCATIVA INICIAL N° 1767 NUEVO AMANECER, DISTRITO DE QUIRUVILCA - SANTIAGO DE CHUCO - LA LIBERTAD”

ABRIL 2014

MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL

“MEJORAMIENTO DE LA INFRAESTRUCTURA INICIAL N° 1767 NUEVO AMANECER, DISTRITO DE QUIRUVILCA, SANTIAGO DE CHUCO – LA LIBERTAD”

CONSULTOR: JOSE LUIS AGUILAR FUENTES

2014


ABRIL 2014

ABRIL – 2014 1.0

GENERALIDADES La presente Memoria corresponde al análisis sísmico y calculo estructural del

proyecto; “MEJORAMIENTO DE LA INFRAESTRUCTURA INICIAL N° 1767 NUEVO AMANECER, DISTRITO DE QUIRUVILCA, SANTIAGO DE CHUCO – LA LIBERTAD”; en el que se construirán 2 bloques de aulas y un bloque destinado a baños. ESPECIFICACIONES – MATERIALES EMPLEADOS CONCRETO:    

Resistencia (f´c): 210 Kg/cm2 (zapatas, vigas de cimentación, cimientos armados) Módulo de Elasticidad (E) : 217,000 Kg/cm2 (f´c = 210 Kg/cm2) Módulo de Poisson (u) : 0.20 Peso Específico (γC) : 2300 Kg/m3 (concreto simple); 2400 Kg/m3 (concreto armado)

ACERO CORRUGADO (ASTM A605): 

Resistencia a la fluencia (fy) : 4,200 Kg/cm2 (Gº 60): “E”: 2’100,000 Kg/cm2

CARACTERISTICAS DEL TERRENO Y CONSIDERACIONES DE CIMENTACION Según especificaciones del Estudio de Mecánica de Suelos con fines de Cimentación

elaborado por el laboratorio de suelos y ensayo de materiales

HUERTAS INGENIEROS SAC. Peso Específico (γS): 2.0 g/cm3 Nivel freático: No encontrado CIMIENTO SUPERFICIAL CUADRADO (para ancho B= 1.5 m) Capacidad portante (σ´T): 1.68 Kg/cm2 Desplante de cimiento (DF): 3.40m

CIMIENTO SUPERFICIAL CORRIDO (para ancho B= 0.60 m) Capacidad portante (σ´T): 1.54 Kg/cm2

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BLOQUE DE AULAS 1 El primer bloque de aulas consta de 2 pisos, los cuales se considera en el primer piso 3 aulas; en el segundo piso se considera ambientes para oficinas, sala de maestros, aula de cómputo y pasadizos.

PRIMER PISO BLOQUEDE AULAS 1

SEGUNDO PISO BLOQUE DE AULAS 1

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BLOQUE DE AULAS 2 El segundo bloque de aulas consta de 2 pisos, los cuales se considera en el primer piso 2 aulas; en el segundo piso se considera una cocina, una sala de usos múltiples y pasadizos.

PRIMER PISO BLOQUEDE AULAS 2

SEGUNDO PISO BLOQUE DE AULAS 2

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BLOQUE DE BAÑOS El bloque destinado a baños consta de un piso distribuido y diferenciando una ambiente para baño de niños y otro ambiente para baños de mujeres.

BLOQUE DE BAÑOS

DISEÑO ESTRUCTURAL El diseño estructural de este proyecto está basado en los principios expuestos en la Norma Peruana E 0.30 DISEÑO SISMORRESISTENTE del Reglamento Nacional de Edificaciones, como son:  La estructura no debe colapsar, ni causar daños graves a las personas en eventuales sismos severos que puedan ocurrir durante la vida útil de la edificación.  La estructura debe soportar eventuales sismos moderados que puedan ocurrir durante la vida útil de la edificación, experimentando posibles daños dentro de límites aceptables. CONFIGURACIÓN DE LOS BLOQUES DEL PROYECTO BLOQUE “1”  En la dirección X-X: Un Sistema Aporticado  En la dirección Y-Y: Un Sistema de Albañilería Confinada

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ABRIL 2014

Se han considerado columnas de sección T, L y rectangulares para que tengan un buen comportamiento estructural. Igualmente se han considerado vigas de sección rectangular de 25cm x 50cm, en ambos sentidos, incluyendo las vigas de confinamiento de los muros de albañilería. Las losas aligeradas se han dimensionado con un espesor de 20 cm.

BLOQUE “2”  En la dirección X-X: Un Sistema Aporticado.  En la dirección Y-Y: Un Sistema Aporticado. Se han considerado columnas de sección T, L y rectangulares para que tengan un buen comportamiento estructural. Igualmente se han considerado vigas de sección rectangular de 25cm x 50cm y 25cm x 55cm, en ambos sentidos, incluyendo las vigas de confinamiento de los muros de albañilería. Las losas aligeradas se han dimensionado con un espesor de 20 cm. BLOQUE BAÑOS  En la dirección X-X: Un Sistema de Aporticado  En la dirección Y-Y: Un Sistema de Albañilería Confinada. Se han considerado columnas de sección rectangular para que tengan un buen comportamiento estructural. Igualmente se han considerado vigas de sección rectangular de 25cm x 25cm, en ambos sentidos, incluyendo las vigas de confinamiento de los muros de albañilería. La losa aligerada inclinada a dos aguas se ha dimensionado con un espesor de 20 cm. Para la configuración de los bloques se ha tratado de satisfacer los siguientes resquicitos:  Planta Simple.  Regularidad en planta y elevación sin cambios bruscos de rigirez, masa o discontinuidades en la transmicion de las fuerzas de gravedad y horizontales a trave´s de los elementos verticales hacia la cimentación.  Rigidez similar en las dos direcciones principales de la edificación.  Tabiques aislados de la estructura principal.  Simetria de distribución de masas. La configuración de los bloques se ha considerado REGULAR. 2.0

ESTADOS DE CARGAS 2.1.

Cargas Muertas: - Albañilería - Concreto - Piso Acabado : - Tabiquería

: 1900 Kg/cm3 : 2400 Kg/cm3 100 Kg/cm3 : De acuerdo a su altura y espesor 2014


2.2.

3.0

Cargas Vivas: - s/c en Azoteas : - s/c sala usos múltiples - s/c área administración - s/c corredores :

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100 Kg/cm3 : 400 Kg/cm3 : 250 Kg/cm3 400 Kg/cm3

MODELO ESTRUCTURAL

Los modelos se desarrollaron mediante barras de eje recto para vigas y columnas que influyen deformaciones por flexión, carga axial, fuerza cortante y torsión. Los modelos consideran el efecto tridimensional del aporte de rigidez de todos los elementos estructurales. En el modelado de las losas aligeradas se consideró un elemento tipo membrana que trasmite cargas en la dirección del aligerado hacia las vigas. Para el modelado de los muros de albañilería se emplearon elementos tipo Shell que incluyen efecto de membrana y flexión.

MODELO ESTRUCTURAL BLOQUE 1

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DISTRIBUCION DE CARGAS MUERTAS DEBIDO A LA LOZA ALIGERADA EN 1 SENTIDO

DISTRIBUCION DE CARGAS VIVAS DEBIDO A LA LOZA ALIGERADA EN 1 SENTIDO

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MODELO ESTRUCTURAL BLOQUE 2


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MODELO ESTRUCTURAL BLOQUE BAÑOS

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4.0

MASAS PARA EL ANALISIS DINAMICO MODAL Y SISMICO

Las masas que provienen de las losas, están concentradas a nivel del centro de masas de cada losa; y las masas provenientes del peso propio de las vigas y columnas se consideran distribuidas en toda su longitud. 2014


ABRIL 2014

En el cálculo de la masa de la estructura se consideró el 25% de la carga viva. 5.0

ANÁLISIS SÍSMICO El Análisis sísmico Dinámico se realizó por Superposición Modal espectral. Parámetros para el cálculo del Espectro de Respuesta: Factor Zona Z = 0.4 (Zona 1) Factor Uso U = 1.5 (Categoría A) Factor Suelo S = 1.20 (S2) Periodo del Espectro Tp = 0.6 Factor de Reducción Sísmica Rx = 8 Ry = 6

Para la superposición de los modos se empleó a formula de la Combinación Cuadrática Completa contemplando un 5% de amortiguamiento crítico.

ESPECTRO SISTEMA APORTICADO

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ESPECTRO ALBAÑILERIA CONFINADA

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ANALISIS ESTATICO PABELLON AULAS 1 Cortantes en la Base Cas e SIS XX SISY Y

Dir X+ EccY Y+ EccX

EccRat EccOverri TopSto BotSto io des ry ry No STORY2 BASE 0.05 No

0.05

STORY2

BASE

C

WeightU BaseShe sed ar

K 0.3 0.22 5

1

397.69

119.31

1

397.69

89.48

ANALISIS DINAMICO Story

Loa d

Loc

STOR Botto SISX Y2 m STOR Botto SISY Y2 m STOR Botto SISX Y1 m STOR Botto SISY Y1 m Como vemos que se un aceptable +/- 5%) 0.8x

P

VX

VY

T

0

60.12

0.13

0

0.21

44.8

0

112.68

0.24

0

0.18

82.11

260.48 5 567.07 4 483.94 1 1049.8 16

MX

MY

0.427

198.405

147.833

0.682

1.364

650.695

476.724

1.296

cumple la condición: (con V estático/V dinámico

No es necesario escalar condición señalada entre Dinámico.

dado que se cumple la el Análisis Estático y

VERIFICACIÓN DE DESPLAZAMIENTOS PERMISIBLES SEGÚN LA NORMA E0.30 RNE XX Story STOR Y2 STOR Y1

Diaphra gm D2 D1

Load DX MAX DX MAX

UX

UY

Despl. Entrepiso

h (m)

0.043

0.00 01

0.0167

3.3

0.026 3

0

0.0263

4.05

Depl. Entrepiso

h (m)

0.0031

3.3

0.0042

4.05

Drift 0.0050606 1 0.0064938 3

OK? ok ok

YY Diaphra Story gm STOR Y2 D2 STOR Y1 D1

Load DY MAX DY MAX

UX

UY

0.00 0.007 01 3 0.00 0.004 01 2

Drift 0.000939 39 0.001037 04

OK? ok ok 2014


ABRIL 2014

Dirección X Max Desp. Azotea :

4.3 cm

Max Desp. Entrepiso

:

2.6 cm

Dirección Y Max Desp. Azotea :

0.73 cm

Max Desp. Entrepiso

:

0.42 cm

ANALISIS ESTATICO PABELLON AULAS 2 Cortantes en la Base Cas e SIS XX SIS YY

Dir X+ EccY Y+ EccX

EccRat EccOverr io ides 0.05

No

0.05

No

TopSt BotStor C ory y STORY BASE 0.225 2 STORY BASE 0.225 2

K


1

272.23

61.25

1

272.23

61.25

ANALISIS DINAMICO Story STORY 2 STORY 2 STORY 1 STORY 1 Como vemos

Loa d

Loc

P

VX

VY

T

MX

MY

SISX Bottom

0

26.09

0.43

138.826

1.407

86.101

SISY Bottom

0

0.4

31.61

285.396

104.31 9

1.312

SISX Bottom

0

49.25

0.65

251.482

3.882

283.645

326.53 3.698 4 que se cumple la condición: (con un aceptable +/- 5%) 0.8x V estático/V dinámico SISY Bottom

0

0.65

55.72

503.975

No es necesario escalar dado que se cumple la condición señalada entre el Análisis Estático y Dinámico.

VERIFICACIÓN DE DESPLAZAMIENTOS PERMISIBLES SEGÚN LA NORMA E0.30 RNE XX Diaphra Story gm

Load

UX

UY

Depl. Entrepiso

h (m)

Drift

OK ? 2014


STOR Y2 STOR Y1

DX MAX DX MAX

D2 D1

0.03 0.000 5 6 0.02 0.000 13 3

0.0137

3.3

0.0213

4.05

Depl. Entrepiso

h (m)

0.023

3.3

0.0256

4.05

ABRIL 2014

0.004151 52 0.005259 26

ok ok

YY Diaphra Story gm STOR D2 Y2 STOR D1 Y1

Load DY MAX DY MAX

UX

UY

0.00 0.048 11 6 0.00 0.025 07 6

OK ?

Drift 0.006669 7 0.006320 99

ok ok

Dirección X Max Desp. Azotea :

3.5 cm

Max Desp. Entrepiso

:

2.1 cm

Dirección Y Max Desp. Azotea :

4.8 cm

Max Desp. Entrepiso

:

2.5 cm

ANALISIS ESTATICO PABELLON BAÑOS Cortantes en la Base Case

Dir

SISX X SISY Y

X+ EccY Y+ EccX

EccRat EccOverr io ides 0.05

No

0.05

No

TopSt ory STORY 1 STORY 1

BotSt ory

C

K


BASE

0.3

1

25.36

7.61

BASE

0.22 5

1

25.36

5.71

ANALISIS DINAMICO Story

Loa d

Loc

P

VX

VY

T

MX

MY

STORY SISX Bottom 0 7.6 0 14.068 0 39.501 1 STORY SISY Bottom 0 0 5.7 21.801 29.512 0 1 Como vemos que se cumple la condición: (con un aceptable +/- 5%) 0.8x V estático/V dinámico 2014


ABRIL 2014

No es necesario escalar dado que se cumple la condición señalada entre el Análisis Estático y Dinámico.

VERIFICACIÓN DE DESPLAZAMIENTOS PERMISIBLES SEGÚN LA NORMA E0.30 RNE Story STORY 1 STORY 1 STORY 1 STORY 1

6.0

Item Max Drift X Max Drift Y Max Drift X Max Drift Y

Load

Point

X

Y

Z

DX

17

3.82

1.85

5.85

DX

3

3.82

0

5.85

DY

17

3.82

1.85

5.85

DY

31

3.82

3.7

5.85

DriftX 0.0040 53

DriftY OK 0

0 0.0010 25

OK

COMBINACIONES Y RESULTADOS DE ANALISIS ESTRUCTURAL

Se consideran las combinaciones exigidas por la Norma E0.60 C1:

1.4D + 1.7 L

C2:

1.25D + 1.25 L + 1.0 SX

C3:

0.9D + 1.0 SX

C4:

1.25D + 1.25L + 1.0 SY

C5:

0.9D + 1.0 SY

Para el diseño de los elementos se considera la envolvente de fuerzas.

7.0

DISEÑO ESTRUCTURAL DISEÑO DE ALIGERADO

2014


ABRIL 2014

2014


ABRIL 2014

DISPOSICION DE ACERO FINAL DE LA LOSA ALIGERADA ANALIZADA

DISEÑO DE VIGAS

MOMENTOS ACTUANTES EN LAS VIGAS DEL BLOQUE 2

2014


ABRIL 2014

COMO EJEMPLO SE HARÁ EL CALCULO DE LA VIGA B15 DEL BLOQUE 2

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ABRIL 2014

DISPOSICION FINAL DE ACERO EN LA VIGA

AREAS DE ACERO DADAS POR EL SOFTWARE

COMO OBSERVAMOS NUESTRA DISPOSICIÓN FINAL DE ACERO CUMPLE CON LA CUANTIA CALCULADA Y LA CUANTIA ARROJADA POR EL SOFTWARE.

DISEÑO DE COLUMNAS

Story STORY 2 STORY 2

Colu mn

Load

Loc

C2

C1

0

C2

C1

P

V2

V3

T

M2

M3

-23.61 -5.23

-0.07 -0.006 -0.271 -8.339

1.375 -22.52 -5.23

-0.07 -0.006 -0.182 -1.145 2014


STORY 2 STORY 2 STORY 2 STORY 2 STORY 2 STORY 2 STORY 2 STORY 2 STORY 2 STORY 2 STORY 2 STORY 2 STORY 2 STORY 2 STORY 2 STORY 2 STORY 2 STORY 2 STORY 2 STORY 2 STORY 2 STORY 2 STORY 2 STORY 2 STORY 2 STORY 1

C2

C2

C1 C2 MAX C2 MAX C2 MAX C2 MIN C2 MIN C2 MIN C3 MAX C3 MAX C3 MAX C3 MIN C3 MIN C3 MIN C4 MAX C4 MAX C4 MAX C4 MIN C4 MIN C4 MIN C5 MAX C5 MAX C5 MAX C5 MIN C5 MIN C5 MIN

C2

C1

C2 C2 C2 C2 C2 C2 C2 C2 C2 C2 C2 C2 C2 C2 C2 C2 C2 C2 C2 C2 C2 C2 C2

ABRIL 2014

2.75

-21.42 -5.23

-0.07 -0.006 -0.092

6.048

0

-12.26 -1.67

4.11

0.39

5.092

-3.16

1.375 -11.55 -1.67

4.11

0.39

0.385

0.335

0.39

6.201

4.78

2.75

-10.85 -1.67

4.11

0

-13.82 -3.26

-4.27 -0.397 -5.542 -4.278

1.375 -13.12 -3.26

-4.27 -0.397 -0.618 -0.991

2.75

-12.41 -3.26

-4.27 -0.397 -6.217

1.347

0

-10.5

0.83

0.38

0.097

0.381

-0.585

1.375

-9.79

0.83

0.38

0.097

-0.09

1.423

2.75

-9.09

0.83

0.38

0.097

0.645

9.167

0

-15.58 -5.76

-0.54 -0.105 -0.831 -6.853

1.375 -14.88 -5.76

-0.54 -0.105 -0.143 -2.079

2.75

-14.17 -5.76

-0.54 -0.105 -0.662 -3.041

0

-19.78 -3.66

4.12

0.388

5.062

-6.484

-3.66

4.12

0.388

0.339

-0.26

2.75

-17.82 -3.66

4.12

0.388

6.139

6.914

0

-21.34 -5.25

-4.26 -0.399 -5.572 -7.602

1.375 -20.36 -5.25

-4.26 -0.399 -0.664 -1.585

1.375

-18.8

2.75

-19.38 -5.25

-4.26 -0.399 -6.279

3.482

0

-18.02 -1.16

0.39

0.096

0.351

-3.909

1.375 -17.04 -1.16

0.39

0.096 -0.136

0.828

0.39

0.096

2.75

-7.75

0.584 11.302 -0.53 -0.107 -0.861 10.177

1.375 -22.12 -7.75

-0.53 -0.107 -0.189 -2.673

0

-16.06 -1.16 -23.1

2.75

-21.14 -7.75

-0.53 -0.107 -0.723 -0.906

0

-65.03 -2.55

-0.17 -0.005 -0.211 -5.061 2014


STORY 1 STORY 1 STORY 1 STORY 1 STORY 1 STORY 1 STORY 1 STORY 1 STORY 1 STORY 1 STORY 1 STORY 1 STORY 1 STORY 1 STORY 1 STORY 1 STORY 1 STORY 1 STORY 1 STORY 1 STORY 1 STORY 1 STORY 1 STORY 1 STORY 1

ABRIL 2014

C2

C1

1.75

-63.63 -2.55

-0.17 -0.005 0.083

-0.597

C2

C1 C2 MAX C2 MAX C2 MAX

3.5

-62.23 -2.55

-0.17 -0.005 0.377 10.90 5.1 0.388 2

3.867

C2 C2 C2 C2 C2 C2 C2 C2 C2 C2 C2 C2 C2 C2 C2 C2 C2 C2 C2 C2 C2 C2 C2

C2 MIN C2 MIN C2 MIN C3 MAX C3 MAX C3 MAX C3 MIN C3 MIN C3 MIN C4 MAX C4 MAX C4 MAX C4 MIN C4 MIN C4 MIN C5 MAX C5 MAX C5 MAX C5 MIN C5 MIN

0

-30.27

1.08

1.75

-29.37

1.08

5.1

0.388

3.5

-28.48

1.08

5.1

0.388

3.338

1.987

1.451 2.966 -7.605

0

-34.28 -3.02

7.467 11.19 -5.33 -0.395 7

1.75

-33.38 -3.02

-5.33 -0.395 -1.87

-2.327

3.5

-32.49 -3.02

-5.33 -0.395 -6.937

-0.45

0

-26.26

5.29

0.31

0.099

0.772 15.088

1.75

-25.36

5.29

0.31

0.099

0.229

3.5

-24.46

5.29

0.31

0.099

0.843

0

-38.3

-7.23

6.003 -0.55 -0.106 -1.066 19.354

1.75

-37.4

-7.23

-0.55 -0.106 -0.112 -6.722

3.5

-36.5

-7.23

5.846

0

-53.72 -0.06

-0.55 -0.106 -0.313 -3.487 10.85 5.06 0.387 9 1.227

1.75

-52.47 -0.06

5.06

0.387

3.5

-51.23 -0.06

5.06

0.387

0

-57.73 -4.16

7.544 11.24 -5.37 -0.397 1

1.75

-56.48 -4.16

-5.37 -0.397 -1.853 -2.435

3.5

-55.23 -4.16

-5.37 -0.397 -6.86

0

-49.71

4.15

0.28

0.098

0.728 12.977

1.75

-48.46

4.15

0.28

0.098

0.246

5.738

3.5

-47.21

4.15

0.28

0.098

0.92

2.004

1.343 4.86 -9.716

1.443

0

-61.74 -8.37

-0.58 -0.107 -1.11

7.897 21.465

1.75

-60.49 -8.37

-0.58 -0.107 -0.095

-6.83 2014


STORY 1

C2

C5 MIN

3.5

-59.25 -8.37

ABRIL 2014

-0.58 -0.107 -0.236 -1.594

LAS COMBINACIONES QUEDAN DENTRO DEL DIAGRAMA, POR LO QUE SE PUEDE DEDUCIR QUE EL DISEÑO EES CORRECTO

DISEÑO DE CIMENTACION Se realizó el diseño de la cimentación mediante el programa Safe 12.3.1, exportando las cargas y pesos desde el Etabs.

2014


ABRIL 2014

CIMENTACION PROYECTADA

VERIFICACION DE ESFUERZOS EN EL TERRENO

2014


ABRIL 2014

Se observa que la cimentación que se propone no sobrepasa el esfuerzo admisible del terreno para cimentación corrida y cimentación cuadrada de 1.54 Kg/cm2 y 1.68 kg/cm2 respectivamente.

DISEÑO FINAL DE LA CIMENTACION

2014

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