Memoria Descriptiva Estructuras.docx

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MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL

PROYECTO: MEJORAMIENTO Y AMPLIACION DE LA INFRAESTRUCTURA DE LA I-E NUESTRA SEÑORA DEL PERPETUO SOCORRO DISTRITO DE PIURA PROVINCIA DE PIURA - PIURA PIURA-2013

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CONTENIDO

1.0 INTRODUCCION 2.0 UBICACION 3.0 OBJETIVO 4.0 PARAMETROS DE DISEÑO ADOPTADOS 5.0 COMBINACIONES DE CARGA 6.0 PREDIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA ESTRUCTURAL 7.0 DESCRIPCION GENERAL DEL PROYECTO 8.0 ANALISIS DINAMICO 9.0 DISEÑO SISMORRESISTENTE 10.0 CONFIGURACION Y MODELO MATEMATICO DE LA ESTRUCTURA 11.0 IDEALIZACION DE LAS ESTRUCTURAS PROYECTADAS 12.0 EVALUACION 13.0 RESULTADOS ANALISIS SISMORRESISTENTE 14.0 DISEÑO ESTRUCTURAL

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1.0INTRODUCCION El diseño planteado en la presente memoria de cálculo tiene como objetivo realizar cálculos estructurales de: 

Construcción de Aula Taller 01 para Arte en primer piso techo aligerado



Construcción de Aula Taller 02 para educación para el trabajo: Primer Piso Techo Aligerado



Construcción de Biblioteca + Depósito de Libros, Primer Piso Techo Aligerado.



Construcción de Dirección, Sub Dirección, Secretaria, Sala de Profesores, Archivo, Primer Piso Techo Aligerado.

Las arquitecturas y el estudio de suelos han sido proporcionados por los profesionales correspondientes. Así mismo se indica que para el diseño en general de los diferentes elementos de las estructuras indicadas han sido modeladas en un conocido software de cálculo estructural y que en algunos caso se ha tomado ambientes representativos que fueron sometidos se ha bajo los requerimientos exigidos en la norma sismo resistente y de concreto armado que rige en nuestro país. 2.0UBICACIÓN: Están ubicados: •Distrito : Piura •Provincia : Piura. •Departamento : Piura. 3.- OBJETIVO: Efectuar un Análisis Espectral de los bloques de la LA I-E NUESTRA SEÑORA DEL PERPETUO SOCORRO, para determinar posibles problemas estructurales, para esto se efectuara un análisis sísmico dinámico, así como una revisión de los diversos elementos que conforman la estructura en mención, para poder determinar posibles problemas estructurales. Para esto se tomara en cuenta lo indicado en los planos de estructuras. 4.- PARAMETROS DE DISEÑO ADOPTADOS Normas: Se empleó las siguientes normas: E.020 Norma de Cargas del RNE __________________________________________________________________________________________________ MEMORIA DE CALCULO: MEJORAMIENTO Y AMPLIACION DE LA INFRAESTRUCTURA DE LA I-E NUESTRA SEÑORA DEL PERPETUO SOCORRO DISTRITO DE PIURA PROVINCIA DE PIURA - PIURA

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E.030 Norma de Diseño Sismorresistente del RNE E.0.50 Norma de Suelos y Cimentaciones del RNE E.060 Norma de Concreto Armado del RNE E.070 Norma de Albañilería del RNE. Especificaciones •Concreto armado : f’c=210 kg/cm2 •Acero : fy=4,200 kg/cm2 •Albañilería : f’m=65 kg/cm2 , Ladrillo tipo kk arcilla de 9x13x24 cm Mortero: 1: 4 cemento: arena. Cargas Salvo indicación en contrario en planos. • Sobrecargas : En aulas: 250 kg/m2 : En corredores y escaleras: 400 kg/m2 : En techos: 100 kg/m2 5.-COMBINACIONES DE CARGAS : Combinaciones de Carga: Se utilizaron las combinaciones indicada en la Norma E-060 art 10.2.1: Qu1= 1.4*Cm + 1.7*Cv. Qu2= 1.25*Cm + 1.25*Cv + 1.25*Sx. Qu3= 1.25*Cm + 1.25*Cv - 1.25*Sx. Qu4= 1.25*Cm + 1.25*Cv - 1.25*Sy. Qu5= 1.25*Cm + 1.25*Cv + 1.25*Sy. Qu6= 0.9*Cm + 1.25*Sx. Qu Qu7= 0.9*Cm - 1.25*Sx. Qu8= 0.9*Cm + 1.25*Sy. Qu Qu9= 0.9*Cm + 1.25*Sy.

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6.0

PREDIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA ESTRUCTURAL

Después de haber fijado la forma, ubicación y distribución de los elementos estructurales, es necesario partir inicialmente de dimensiones que se acerquen lo más posible a las dimensiones finales requeridas por el diseño. Un buen pre dimensionamiento nos evitará sucesivos análisis, como de diseño, hasta que las dimensiones satisfagan los requerimientos de las normas de diseño. Existen muchos criterios para pre dimensionar los elementos estructurales, unos más empíricos que otros pero finalmente la experiencia y el buen criterio primaran en la elección de algunos criterios. Los criterios que asumiremos en adelante serán tratando de cumplir los requerimientos del Reglamento Nacional de Edificaciones en sus capitulo E.020, E0.30 y E.040, E.050 y E.060 a.- PREDIMENSIONAMIENTO DE MUROS Existen criterios prácticos para determinar el espesor de los muros que dan buenos resultados, y que con las fuerzas de las cargas puedan soportar sin causar daño. Los muros son elementos sometidos a flexión en sus dos sentidos de su plano, el peralte entonces deberá estar en función de la longitud y la carga. La norma de diseño E-070 y demás bibliografía consultada nos da unos requisitos que debe cumplir la sección, para asegurar el buen comportamiento estructural de un muro sismoresistente de albañilería, así como también para controlar la deflexión considerando como parámetro base la densidad de muros en cada dirección de análisis. Al someterlos a la teoría estructural obtenemos que para las dimensiones proporcionadas en la arquitectura, podemos elegir un espesor de 15 cm. Por lo tanto podemos dar como un avance que los elementos estructurales, cumplen estos requisitos, de esta forma se pre dimensionarán todos los demás muro o también de la siguiente manera:

b.- PREDIMENSIONAMIENTO DE COLUMNAS Los criterios para pre dimensionar columnas, están basados en su comportamiento, flexocompresión, tratando de evaluar cuál de los dos es el más crítico en el dimensionamiento. Para el reservorio que tiene muros de corte en las dos direcciones, donde la rigidez lateral y la resistencia van a estar principalmente controlada por los muros, se recomiendan las siguientes dimensiones:

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Donde α es el valor que corresponde a la columna si es esquinera, borde o central. c.- PREDIMENSIONAMIENTO DE VIGAS Existen criterios prácticos para determinar el peralte de vigas, que dan buenos resultados, con cargas vivas no excesivas. Las vigas son elementos sometidos a flexión, el peralte deberá estar entonces en función de la longitud y la carga. La norma de diseño E-060 y demás bibliografía consultada nos da unos requisitos que debe cumplir la sección, para asegurar el buen comportamiento estructural de una viga sismoresistente, así como también para controlar la deflexión. Al someterlos a la teoría se procederá e cálculo de peralte Luz/10 o luz/12 , su base Base = 0.3 H @ 0.5 H y como mínimo de ancho 25 cm. En sistemas sismorresitentes, además la norma E-060 recomienda un peralte mínimo de luz/16. Por lo tanto podemos dar como un avance que los elementos estructurales de la estructura, cumplen estos requisitos, de esta forma se pre dimensionarán todas las demás vigas. d.- DE LOSAS Transmiten las cargas por flexión y corte. Cumplen la función de diafragma rígido. Aportan un buen porcentaje (más de 40%) a la masa total de la estructura por lo que su aligeramiento es un factor importante a considerar. Pueden ser losas aligeradas en una y dos direcciones, macizas, nervadas, etc. Aligerados en una dirección: La recomendación práctica para su dimensionamiento es el siguiente:

La Norma E-040 Concreto Armado indica que para sobrecargas menores a 300 kg/m2 y luces menores a 7.5 m., el peralte H puede ser:

H > L/25 __________________________________________________________________________________________________ MEMORIA DE CALCULO: MEJORAMIENTO Y AMPLIACION DE LA INFRAESTRUCTURA DE LA I-E NUESTRA SEÑORA DEL PERPETUO SOCORRO DISTRITO DE PIURA PROVINCIA DE PIURA - PIURA

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7. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROYECTO Esta Memoria Descriptiva corresponde a la Primera Etapa del Proyecto de Estructuras de I-E NUESTRA SEÑORA DEL PERPETUO SOCORRO DISTRITO DE PIURA PROVINCIA DE PIURA - PIURA,, conforme a los planos del Proyecto. En base a la arquitectura proporcionada y requerimientos se plantea el diseño de una estructura basada en un sistema de vigas y columnas que formaran los pórticos en el eje horizontal (x-x) y muros de albañilería confina (yy) de tal manera que se pueda integrar ambos sistemas. Se optó por colocar elementos de concreto armado en ambas direcciones con el fin de disminuir los efectos de la carga lateral por sismo, es decir, disminuir los desplazamientos laterales y sus respectivas distorsiones. El análisis estructural se basará en un modelo matemático por elementos finitos tridimensionales mediante láminas que toman corte, carga axial y flexión fuera del plano de dichos elementos con el fin de lograr una mayor comprensión del diseño realizado. El cálculo se basa en métodos racionales de acuerdo a las expresiones encontradas en las normas estructurales vigentes y referencias. Aquí se tomaron en cuenta las diferentes posibilidades de distintos estados de cargas sobre la estructura y el estudio de los elementos más desfavorables. Las edificaciones están estructuradas y diseñadas de manera tal de lograr un buen comportamiento frente a los sismos, siguiendo los lineamientos establecidos en las Normas Técnicas de Edificación del Reglamento Nacional de Edificaciones vigente: E.030 y E.060. La cimentación de las edificaciones es de tipo superficial con zapatas y vigas de cimentación, las cuales se proyectan sobre cimientos convencionales de concreto simple para recibir los muros de albañilería. Para la estructuración en el sentido longitudinal del módulo principal se han utilizado pórticos con columnas y vigas de concreto armado con la rigidez apropiada para controlar los desplazamientos laterales de entrepiso y en el sentido transversal se han utilizado muros de albañilería confinada en aparejo de cabeza. El sistema estructural considerado es dual debido a que los muros de corte absorben el 75% del cortante en la base de la edificación. Además de las cargas de sismo se han considerado las cargas por gravedad teniendo en cuenta la Norma Técnica de Edificación E.020 referente a cargas. __________________________________________________________________________________________________ MEMORIA DE CALCULO: MEJORAMIENTO Y AMPLIACION DE LA INFRAESTRUCTURA DE LA I-E NUESTRA SEÑORA DEL PERPETUO SOCORRO DISTRITO DE PIURA PROVINCIA DE PIURA - PIURA

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Los entrepisos son tipo convencional con losas aligeradas de 0.20 mt. de espesor y el techo es plano

8.-. ANÁLISIS SISMICO La Institución Educativa se encuentra en la denominada Zona 3 del mapa de zonificación sísmica del Perú, siendo los parámetros de diseño sismorresistente los siguientes: •Factor de zona (Z) Z = 0.40 •Factor de uso e importancia U = 1.50 (Edificación Esencial – Categoría A) •Factor de suelo S = 1.20 (S=1.2; Tp=0.6). •Factor de amplificación sísmica: C=2.5*(Tp/T); C=2.5 •Estructura Regular •Factor de reducción

Rx = 8 (Pórticos de concreto armado)

Ry = 3 (Albañilería confinada) •Periodo Fundamental Hn/Ct.

Para el cálculo del factor de amplificación sísmica se ha considerado como valor que define la plataforma del espectro para este tipo de suelo: Tp = 0.60 seg siendo: C = 2.5.(Tp/T) C

20.41 OK

CORTANTE Y-Y

68.05 Tn __________________________________________________________________________________________________ MEMORIA DE CALCULO: MEJORAMIENTO Y AMPLIACION DE LA INFRAESTRUCTURA DE LA I-E NUESTRA SEÑORA DEL PERPETUO SOCORRO DISTRITO DE PIURA PROVINCIA DE PIURA - PIURA

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54.44 Tn 80%V estat.= V dinamico= SENTIDO Y-Y

68.05

54.44 Tn 68.05 Tn

>

54.44 OK

14.- DISEÑO ESTRUCTURAL Para el diseño de vigas, columnas y losas se ha empleado el programa ETABS 9.7.4, que contempla el código ACI 99 equivalente a nuestra norma E-060 de concreto armado, se sigue la misma metodología, solo que a manera práctica se ha escogido un elemento para el sustento de el método empleado en el cálculo de acero y concreto de los diferentes elementos estructurales. Diseño de Vigas: Para el diseño de vigas se seguirá el procedimiento anteriormente expuesto: Primero se calculara la cuantía balanceada para compararla con la cuantía de nuestra viga y ver si diseñamos a flexión o a flexo compresión. Para el cálculo de la cuantía

desarrollaremos la siguiente fórmula: __________________________________________________________________________________________________ MEMORIA DE CALCULO: MEJORAMIENTO Y AMPLIACION DE LA INFRAESTRUCTURA DE LA I-E NUESTRA SEÑORA DEL PERPETUO SOCORRO DISTRITO DE PIURA PROVINCIA DE PIURA - PIURA

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Luego desarrollaremos la siguiente fórmula: Calculo

del

cortante:

Para verificar el cortante se utilizara se prueba el valor obtenido y calculado a una distancia “d” de la cara del apoyo.

Vc= 0.53 f c.bxd . El cortante tomado por el acero será. El cortante máximo tomado por el acero será

La separación máxima entre estribos es

S MAX

d

2

Y el área de acero por corte es

AV

3.5bS MAX Fy

Todo este procedimiento ha sido seguido para calcular todo el acero de las vigas aporticadas, de forma automática por el ETABS, para el cálculo de las vigas soleras se ha utilizado las formulas correspondientes a albañilería. DISEÑO : EJE 1 V101 (.25X.50) MOMENTOS MAXIMOS COMBINACION DE CARGA : 1.4PD+1.7PL Mmax + =0.79 T-m Mmax - =0.29 T-m Refuerzo superior: 2Ø1/2” Refuerzo inferior: 2Ø 5/8”

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Refuerzo obtenido según sotfware ETABS :EJE 1 -VIGA V101 (.25X.50)

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Ø 1/2" (1.27)

2Ø 1/2" (2.54) 2Ø 1/2" (2.54)

2Ø 5/8” (3.96)

Ø 1/2" (1.27) 2Ø 1/2" (2.54)

2Ø 5/8" (3.96)

Ø 1/2" (1.27) 2Ø 1/2" (2.54)

2Ø 5/8” (3.96)

2Ø 1/2" (2.54) 2Ø 1/2" (2.54)

2Ø 5/8" (3.96) 2Ø 1/2" (2.54)

2Ø 1/2" (2.54)

DETALLE PLANO :EJE 1 -VIGA V101 (.25X.50)

DISEÑO DE VIGA V103 (0.30X0.70) MOMENTOS MAXIMOS COMBINACION DE CARGA : 1.4PD+1.7PL Mmax + =0.34 T-m Mmax - =0.25 T-m __________________________________________________________________________________________________ MEMORIA DE CALCULO: MEJORAMIENTO Y AMPLIACION DE LA INFRAESTRUCTURA DE LA I-E NUESTRA SEÑORA DEL PERPETUO SOCORRO DISTRITO DE PIURA PROVINCIA DE PIURA - PIURA

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Refuerzo superior: 2Ø1/2” Refuerzo inferior: 2Ø 5/8”

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Refuerzo obtenido según sotfware ETABS :EJE F -VIGA V103’ (.30XVAR) – V103(0.30X0.70)

2Ø 5/8" (4.00) 2Ø 5/8" (4.00) +

2Ø 5/8" (4.00) + 1Ø 5/8"(2.00)

2Ø 5/8" (4.00)

2Ø 1/2” (2.54) 3Ø 5/8" (6.00) + 2Ø 1/2" (2.54) 2Ø 5/8” (4.00)

DISEÑO : VOLADO VIGA V104 (.25X.20) MOMENTOS MAXIMOS COMBINACION DE CARGA : 1.4PD+1.7PL Mmax+=0.16 T-m Mmax-=0.38 T-m Refuerzo superior: 2Ø1/2”

Refuerzo inferior: 3 Ø 1/2”

Refuerzo obtenido según sotfware ETABS :VOLADO VIGA V104 (.25X.20)

2Ø 1/2" (2.54)

3Ø 1/2” (3.81)

2Ø 1/2" (2.54)

3Ø 1/2" (3.81)

2Ø 1/2" (2.54)

2Ø 1/2” (3.81)

2Ø 1/2" (2.54)

2Ø 1/2" (3.81)

DISEÑO DE COLUMNAS Para el cálculo de columna se ha tomado en cuenta la tipo C2, según el grafico 3, esta columna requeriría 16cm2, para tener un buen comportamiento estructural. DIAGRAMA DE ITERACCION DE LA COLUMNA C2 CT 0.25X0.90

Al agregar el sismo en la combinación 2 se verifica lo siguiente.

LOS RESULTADOS OBTENIDOS EJE 1=EJE 5

8 Ø 5/8” (16.00)

14Ø 5/8” (24.00)

8 Ø 5/8” (16.00)

DISEÑO DE LOSA ALIGERADA Acero en vigueta típica

1Ø 1/2” (1.27)

1Ø 1/2” (1.27)

1Ø 1/2” (1.27)

1Ø 1/2” (1.27)

1Ø 1/2” (1.27)

1Ø 1/2” (1.27)

DISEÑO DE ZAPATAS FRONTALES Capacidad Portante a 1.50m de prof. = 1.07 Kg/cm2 Fuerza en columnas de combinación de cargaras COMB1: PD+PL

Fuerza en columnas de combinación de cargaras COMB2: 1.4PD+1.7PL

DISEÑO DE ZAPATAS POSTERIORES Capacidad Portante a 1.50m de prof. = 1.07 Kg/cm2 Fuerza en columnas de combinación de cargaras COMB1: PD+PL

Fuerza en columnas de combinación de cargaras COMB2: 1.4PD+1.7PL

DISEÑO DE CIMIENTO CORRIDO Se diseñara la cimentación de los ejes laterales los cuales soportaran muros portantes. La profundidad de cimentación será de 1.00 según recomendación de Estudio de Mecánica de Suelos. Capacidad Portante a 1.00m de prof. = 0.74 Kg/cm2

DISEÑO DE VIGA DE CIMENTACION

Se diseñara la Viga de cimentación de los ejes centrales con la finalidad de aportar al control de los asentamientos debido al terreno que es del tipo arena mal graduada. Capacidad Portante a 1.00m de prof. = 0.74 Kg/cm2

DISEÑO DE TIJERAL EN ARCO