MEMORIA DE CÁLCULO 001

MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE CHILCA

MEMORIA DE CÁLCULO COLEGIO - CHILCA

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MEMORIA DE CÁLCULO ANÁLISIS SÍSMICO DINAMICO 1. GENERALIDADES El diseño del Cálculo Estructural desarrollado corresponde al Proyecto: “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO DE LA LOCALIDAD DE CHILCA”, el que se construirá conforme lo detallado a continuación: 2. DESCRIPCION DEL PROYECTO. El proyecto “” comprende los ambientes descritos en el cuadro 01: CUADRO 01: Ambientes del colegio.. AMBIENTES PABELLON A

CANTIDAD

USO

Nº DE NIVELES

1º Nivel Zona

2º Nivel

01

02

PABELLON B: “AULAS”

02

02

Aulas

Aulas

PABELLON C: “AULAS”

01

02

Aulas

Aulas

PABELLON E: “SERVICIOS”

01

01

Servicios

-------

“SALON DE USOS MULTIPLOS”

01

01

SUM

ESCALERAS

04

02

S.H.

02

02

“ADMINISTRATIVO”

Administrativa

S.H.

Aulas

S.H.

El análisis estructural de cada ambiente del colegio… se realizo de acuerdo a los parámetros de la Norma Sismorresistente E-030 – (Sistema Estructural, Uso, Tipo de suelo, Zona, Factor de Reducción); el sistema estructural empleado es el recomendado en E030 para colegios: Sistema Mixto o dual, (placas y muros de Albañileria). Las losas aligeradas del primer nivel son horizontales de 0.20cm de espesor, y en el segundo nivel son losas aligeradas de 0.17cm de espesor con cobertura liviana (calamina). La cimentación ha sido diseñada tomando en cuenta el estudio de Mecánica de Suelos, considerando una capacidad portante de 1.00 Kg. /cm2 y una profundidad mínima para los elementos portantes de 1.00 m., se ha considerado el empleo de zapatas reforzadas conectadas con vigas de conexión, ya que existe problemas de asentamientos diferenciales y dando cumplimiento además a lo establecido en la

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norma sismorresistente. Debe indicarse que se está empleando una solado de 0.10 m. para lograr la superficie adecuada indicada en el estudio de cimentación. El diseño de las estructuras se ha efectuado con las fórmulas de Resistencia última indicados en el CODIGO ACI-318-99 y las NORMAS E-060. Empleándose un concreto de resistencia f’c= 210Kg/cm2. y acero de f’y= 4200 kg/cm2. Para el análisis Sísmico se ha utilizado los parámetros Sísmicos para la ciudad de Huancayo, indicados en la Norma Sismo resistente E-030. 

Factor de Zona: Z = 0.30



Factor de Uso: U= 1.50 (Centro Educativo)



Factor de Suelo: S= 1.4 Tp = 0.6



Coeficiente de Amplificación Sísmica: C= 2.5 y



Factor de Reducción: 

Sistema de Albañileria:

R= 3

Sistema mixto:

R=7

Los recubrimientos, empalmes, sobrecargas, resistencias del concreto, etc. Se encuentran indicados en los planos y especificaciones Técnicas. Las Normas utilizadas en el análisis y diseño son: 

E-020 NORMA DE CARGAS



E-070 NORMAS DE ALBAÑILERIA



E-030 NORMAS SISMORESISTENTES



E-060 NORMAS DE CONCRETO REFORZADO



ACI-318-2000.

3. ANÁLISIS y DISEÑO ESTRUCTURAL El diseño de las estructuras se ha efectuado con las fórmulas de Resistencia última indicados en el CODIGO de ACI –318-99 y las Normas Peruanas E-60 y con la ayuda del programa de Cómputo CSISAP-2000 basado en el Análisis Estructural de Elementos Finitos. El concreto estructural usado es f’c= 210 Kg./cm2 y Acero de f’y=4200 Kg./cm2. En todos los casos las estructuras han sido analizadas independientemente, luego se ha tipificado hasta cierto punto de acuerdo a su similitud.

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3.1. ANÁLISIS ESTRUCTURAL 3.1.1 ALCANCES. De acuerdo a los criterios que establece la norma E-30 Diseño Sismo resistente, establece los requisitos mínimos para que la “CONSTRUCCION tenga un adecuado comportamiento sísmico con el fin de reducir el riesgo de pérdidas de vidas y daños materiales, y posibilitar que las estructuras esenciales puedan seguir funcionando durante y después de un sismo. Esta norma se aplica al diseño de todas las edificaciones nuevas, a la evaluación y reforzamiento de las edificaciones e industrias existentes y a la reparación de las edificaciones e industrias que resultan dañadas por acciones de los sismos. 3.1.2 FILOSOFÍA DEL DISEÑO SISMO RESISTENTE. El proyecto… deberá de desarrollarse con la finalidad de garantizar un comportamiento que haga posible: 

Resistir sismos leves sin daño.



Resistir sismos moderados considerando la posibilidad de daños estructurales leves.



Resistir sismos severos con posibilidad de daños estructurales importantes, evitando el colapso de la edificación.

3.1.3 PARÁMETROS DE SITIO. a) Zonificación. El territorio nacional se encuentra dividido en tres zonas, esta zonificación se basa en la distribución espacial de la sismicidad observada, las características generales de los movimientos sísmicos y la atenuación de éstos con la distancia epicentral, así como en información neotectónica. A cada zona se le asigna un factor Z según se indica en la tabla N° 01, este factor se interpreta como la aceleración máxima del terreno con una probabilidad de 10% de ser excedida en 50 años.

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Cuadro 02: FACTORES DE ZONA ZONA

FACTOR DE ZONA - Z (g)

3

0.4

2

0.3

1

0.15

El presente proyecto se encuentre ubicado en el departamento de Junín, Provincia de Huancayo perteneciente a la zona 2 cuyo factor de zona Z=0.3 b) Condiciones Locales b.1) Microzonificación Sísmica y Estudios de Sitio 

Microzonificación Sísmica. Son estudios multidisciplinarios, que investigan los efectos de sismo y fenómenos asociados como licuación de suelos, deslizamientos, tsunamis, etc. Sobre el área de interés. Los estudios suministran información sobre la posible modificación de las acciones sísmicas por causa de las condiciones locales y otros fenómenos naturales, así como las limitaciones y exigencias que como consecuencias de los estudios se considere para el diseño y construcción de edificaciones y otras obras. Será requisito la realización de estudios de microzonificación en los siguientes casos:  Áreas de expansión de ciudades.  Complejos industriales o similares.  Reconstrucción de áreas destruidas por sismos y fenómenos asociados. Los resultados de estudios de microzonificación serán aprobados por la autoridad competente, pudiendo ésta solicitar informaciones o justificaciones complementarias en caso lo considere necesario. 

Estudios de Sitio.

Son estudios similares a los de microzonificación, aunque no necesariamente en toda su extensión. Estos estudios están limitados al lugar del proyecto y suministran información sobre la posible modificación de las acciones sísmicas y otros fenómenos naturales por las condiciones locales, siendo su objetivo principal la determinación de los parámetros de diseño. Será necesario realizar estudios de sitio para edificaciones del grupo A el nivel de exigencia y de detalle será a criterio del proyectista. No se considerará parámetros de diseño inferiores a los indicados en esta norma.

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b.2) Condiciones Geotécnicas. Para los efectos de esta Norma, los perfiles de suelo se clasifican tomando en cuenta las propiedades mecánicas del suelo, el espesor del estrato, el periodo fundamental de vibración y la velocidad de propagación de las ondas de corte. Los tipos de perfiles de suelo son cuatro: a)

Perfil tipo S1: Roca o suelos muy Rígidos.

A este tipo corresponden las rocas y suelos muy rígidos con velocidades de propagación de onda de corte similar al de una roca, en los que el periodo fundamental para vibraciones de baja amplitud no excede de 0.25s. b)

Perfil tipo S2: Suelos intermedios.

Se clasifican como de este tipo los sitios con características intermedias entre las indicadas para los perfiles S1 y S3. c)

Perfil tipo S3: Suelos flexibles o con estratos de gran espesor.

Corresponden a este tipo los suelos flexibles o estratos de gran espesor en los que el periodo fundamental, para vibraciones de baja amplitud, es mayor que 0.6s, incluyéndose los casos en los que el espesor del estrato de suelo excede los valores siguientes:

Suelos cohesivos Blandos Medianamente compactos Compactos Muy compactos

Resistencia al corte Típica en condición no Espesor del estrato drenada (kPa)

(m) (*)

< 25

20

25 - 50

25

50 - 100

40

100 - 200

60

Valores N típicos en Suelos granulares

ensayos de penetración estándar (SPT)

Espesor del estrato (m)(*)

Sueltos

4-10

40

Medianamente densos

10-30

45

Densos

Mayor que 30

100

(*) Suelo con velocidad de onda de corte menor que el de una roca.

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d)

Perfil tipo S4: Condiciones excepcionales.

A este tipo corresponden los suelos excepcionalmente flexibles y los sitios donde las condiciones geologías y/o topográficas sean particularmente desfavorables. Deberá considerarse el tipo de perfil que mejor describa las condiciones locales, utilizando los correspondientes valores de T p, Y el factor de amplificación del suelo S, dado en la siguiente En los sitios donde las propiedades del suelo sean poco conocidas se podrán usar los valores correspondientes al perfil tipo S3. Solo será necesario considerar un perfil tipo S4 cuando los estudios geotécnicos así lo determinen. Cuadro 03: PARÁMETROS DE SUELO Tipo

Descripción

Tp (s)

S

S1

Roca o suelos muy rígidos

0.4

1.0

S2

Suelos intermedios

0.6

1.2

S3

Suelo flexibles o con estratos de gran espesor

0.9

1.4

S4

Condiciones excepcionales

*

*

(*) Los valores Tp y S para este caso serán establecidos por el especialista pero en ningún caso serán menores que a los especificados para el perfil tipo S3. Para la edificación en estudio los parámetros de suelo pertenecen al tipo S3 (suelos intermedios). Tp (s) = 0.6 Y S = 1.4 c) Factor de Amplificación Sísmica. De acuerdo a las características de sitio se define el factor de amplificación sísmica (C) por la siguiente expresión:

T  C  2.5 . *  P  T 

C ≤ 2.5

Este coeficiente se interpreta como el factor de amplificación de la respuesta estructural respecto a la aceleración en el suelo. T es el periodo fundamental, que para cada dirección se estimará con la siguiente expresión:

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Donde:

T

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hn Ct

CT = 35

para edificios cuyos elementos resistentes en la dirección considerada sea únicamente pórticos

CT = 45

para edificios de concreto armado cuyos elementos sismorresistentes 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 sismorresistentes sean fundamentalmente muros de corte.

3.1.4 REQUISITOS GENERALES. a) Aspectos Generales. 

Toda la edificación y cada una de sus partes serán diseñadas y construidas para resistir las solicitaciones sísmicas determinadas en la forma prescrita en las normas sismorresistentes.



Deberá de considerarse el posible efecto de los elementos no estructurales en el comportamiento sísmico de la estructura y al análisis y detallado del refuerzo de anclaje deberá hacerse acorde con esta consideración.



Se considerará que las solicitaciones sísmicas horizontales actúan según las dos direcciones principales de la estructura o en las direcciones que resulten más desfavorables.



La fuerza sísmica vertical se considerará que actúan en los elementos simultáneamente con la fuerza sísmica horizontal y en el sentido más desfavorable para el análisis.



No es necesario considerar simultáneamente los efectos de sismo y viento.



Cuando un solo elemento de la estructura, muro o pórtico resistente, una fuerza de 30% o más del total de la fuerza horizontal en cualquier nivel, dicho elemento deberá diseñarse para el 25% de dicha fuerza.

b) Concepción Estructural Sismorresistente Debe considerarse que el comportamiento sísmico de las edificaciones mejora cuando se observan las siguientes condiciones: 

Simetría, tanto en la distribución de masas como en las rigideces.



Peso mínimo, especialmente en los pisos altos.



Selección y uso adecuado de los materiales de construcción.



Resistencia adecuada.



Continuidad en la estructura, tanto en planta como en elevación.



Ductilidad como requisito indispensable para un comportamiento satisfactorio.

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

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Deformación limitada ya que en caso contrario los daños en los elementos no estructurales podrán ser desproporcionados.



Ilusión de líneas sucesivas de resistencia.



Consideración de las condiciones locales de suelo en el proyecto.



Buena práctica constructiva e inspección estructural rigurosa.

c) Categoría de las Edificaciones. Cada estructura debe ser clasificada de acuerdo a las categorías indicadas en la tabla N° 03 de la Norma Sismoresistente E30. La edificación que se diseña pertenece a la categoría A (edificaciones Escencial) cuyo factor U es 1.5 d) Configuración Estructural. Las estructuras deben ser clasificadas como regulares o irregulares con el fin de determinar el procedimiento adecuado de análisis y los valores apropiados del factor de reducción de fuerza sísmica. (Tabla N° 06 de la Normas Sismorresistente).

e) Sistema Estructural. Los sistemas estructurales se clasificarán según los materiales usados y el sistema de estructuración sismorresistente predominante en cada dirección tal como se indica en la tabla N° 06. Para la presente Sistema Estructural le corresponde porticos de concreto Armado (Las acciones sísmicas son resistidas por columnas y vigas de concreto armado, pórtico), cuyo coeficiente de reducción R, para estructuras regulares es R = 8

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3.1.5 DESPLAZAMIENTOS LATERALES. a) Desplazamientos laterales Permisibles. El máximo desplazamiento relativo de entrepiso, calculado con el análisis estructural realizado con el ETABS y SAP 2000 No lineal, esta no deberá exceder la fracción de la altura de entrepiso que se indica en la tabla N° 08 de la Norma Sismorresistente. Cuadro 04: Límites para desplazamiento Lateral de Entrepiso Límites para desplazamiento Lateral de Entrepiso Material Predominante

( i / he¡ )

Concreto Armado

0.007

Acero (*)

0.010

Albañilería

0.005

Madera

0.010

(*) Estos límites no son aplicables a naves industriales. b) Juntas de Separación Sísmica. Toda estructura debe estar separada de las estructuras vecinas una distancia mínima ("s") para evitar el contacto durante un movimiento sísmico. Esta distancia mínima no será menor que los 2/3 de la suma de los desplazamientos máximos de los bloques adyacentes ni menor que: S = 3 + 0.004 (h - 500) (h y s en centímetros) S > 3 cm Donde h es la altura medida desde el nivel del terreno natural hasta el nivel considerado para evaluar. c) Control de giros en planta. En cada una de las direcciones de análisis el desplazamiento relativo máximo entre dos pisos consecutivos, no debe ser mayor que 1.75 veces el desplazamiento relativo de los centros de masas.

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3.1.6 ANÁLISIS DE LOS EDIFICIOS. a) Solicitaciones Sísmicas y Análisis. 

En concordancia con la filosofía de diseño sismorresistente se acepta que las edificaciones tendrán incursiones inelásticas frente a solicitaciones sísmicas severas. Por tanto las solicitaciones sísmicas de diseño se considerarán corno una fracción de la solicitación sísmica máxima elástica.



El análisis podrá desarrollarse usando las solicitaciones sísmicas reducidas con un modelo de comportamiento elástico para la estructura.



El análisis podrá hacerse independientemente en cada dirección y para el total de la fuerza sísmica en cada caso.

b) Peso de la Edificación. El peso (P), se calculará adicionando a la carga permanente y total de la edificación un porcentaje de la carga viva o sobrecarga que se determinará según lo establecido en la norma; para edificaciones de categoría A _ Centro Educativo se tomará el 50% de la carga viva.

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PABELLON “B” – AULAS.

ESC 1/50

4.05

VP-ARR(0.20x0.90)

VP-ARR(0.20x0.90)

VP(0.25x0.40)

VP(0.25x0.40)

VP(0.25x0.30)

VP(0.25x0.30) VP-(0.20x0.40)

4.05

VP-ARR(0.20x0.90)

VP(0.25x0.30)

VP-ARR(0.20x0.90)

VP(0.25x0.40) VP(0.25x0.30)

3.45

4.05

VP(0.25x0.30)

VP-ARR(0.20x0.90)

VP(0.25x0.30)

3.45

VP-ARR(0.20x0.90)

4.05

VP(0.25x0.30)

4.05

VP(0.25x0.30)

4.05

VP-(0.20x0.40)

VP-(0.20x0.40)

VP-(0.20x0.40)

VP-(0.20x0.40)

VP-(0.20x0.40)

VP-ARR(0.20x0.90) 1.70

2.32

4.05

VP-ARR(0.20x0.90) .30

3.76

4.05

VP-ARR(0.20x0.90) .30

3.75

4.05

VP-ARR(0.20x0.90) .30

3.75

4.05

VP-ARR(0.20x0.90) .30

3.75

4.05

VP(0.25x0.40)

VP(0.25x0.40)

VP(0.25x0.40)

VP(0.25x0.40)

VP(0.25x0.40)

VP(0.25x0.40)

VP(0.25x0.40)

2.85

1.00

VP-ARR(0.20x0.90) .30

2.33

1.70

4.05

PABELLON "C" ESC 1/50

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ANALISIS ESTRUCTURAL – ETABS

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CONTROL DE DESPLAZAMIENTOS:

DERIVAS h piso 1 = h piso 2 =

450 310

cm cm

Story

Point

Load

X

Y

STORY2 STORY2 STORY2 STORY2 STORY1 STORY1 STORY1 STORY1

D2 D2 D2 D2 D1 D1 D1 D1

DINAMICOXX MAX DINAMICOXX MIN DINAMICOYY MAX DINAMICOYY MIN DINAMICOXX MAX DINAMICOXX MIN DINAMICOYY MAX DINAMICOYY MIN

0.0022 -0.0022 0.0029 -0.0029 0.0001 -0.0001 0.0012 -0.0012

0.006 -0.006 0.361 -0.361 0.0036 -0.0036 0.121 -0.121

Z

DriftX

DriftY

6.7742E-06

NTE-030 DIX *1000 DIY *1000 0.00004

0.000774194 2.2222E-07

0.00406 0.00000

0.000268889

MAX. VALOR 0.00004 DIRECCION XX: SISTEMA DE ALBAÑILERIA (LIMITE DE DESPLAZAMIENTO LATERAL = 5) DIRECCION YY: SISTEMA MIXTO (LIMITE DE DESPLAZAMIENTO LATERAL =7)

0.00141 0.00406

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