memoria de calculo estructural1

MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO EN EL CENTRO DE EDUCACIN BSICA ALTERNATIVA CORAZN DE MARIA DEL CENTRO POBLADO SAN ANTONIO, DISTRITO DE MOQUEGUA, PROVINCIA MARISCAL NIETO, REGIN MOQUEGUA

INDICE

1. ALCANCES:

2 PROCEDIMIENTO DE ANALISIS:

2.1 DESCRIPCION DE LA EDIFICACIN Y ESTRUCTURACIN DE LOS

ELEMENTOS ESTRUCTURALES

2.2 CARACTERISTICAS MECANICAS DE LOS ELEMENTOS

2.3 ANALISIS ESTRUCTURAL

2.4 ESTIMACION DE RIGIDECES

2.5 ESTIMACION DE MASAS

2.6 CARGAS VERTICALES

2.7 ACCIONES SISMICAS

2.8 DEL DISEO DE LOS ELEMENTOS

3 RESULTADOS

3.1 PERIODOS Y M0D0S DE VIBRACION

3.2 DESPLAZAMIENTOS MAXIMOS ESTIMADOS

3.3 CORTANTE EN LA BASE

4 DISEO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES

4.1 DISEO DE LAS VIGAS

4.2 DISE0 DE COLUMNAS

4.3 DISEO DE LOSA

4.4 DISEO DE CIMENTACIN

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIOES:

6 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS:


MEMORIA DE CLCULO,

ANLISIS Y DISEO ESTRUCTURAL

Mejoramiento del Servicio Educativo en la Institucin Educativa

N 43081 Horacio Zeballos Gmez, Distrito de Puquina, Provincia

Gral. Snchez Cerro, Regin de Moquegua

1. ALCANCES

El presente reporte comprende el anlisis y diseo estructural de un Edificio

Educativo denominado como Mejoramiento del Servicio Educativo en la

Institucin Educativa N 43081 Horacio Zeballos Gmez, Distrito de Puquina,

Provincia Gral. Snchez Cerro, Regin de Moquegua.

A consecuencia de la falta de aulas apropiadas y una infraestructura Educativa

apropiada para la localidad, se hace necesario la construccin e implementacin de

nuevos y acogedores ambientes para los alumnos que asisten constantemente en esta

localidad. La infraestructura de las aulas nuevas para el alumnado, adems necesita

mejoras sus escaleras y la circulacin, para atender mejor a la poblacin en la zona.

Se pretende demostrar mediante el presente informe que la estructura diseada es lo

suficientemente resistente y rgida como para cumplir con las nuevas Normas de

diseo, como la NTE E-060 (Concreto Armado) y la NTE E-030 (Diseo Sismo

Resistente), para una edificacin de uso Importante como es considerado un Edificio

Educativo.

Para el presente trabajo se subdividi en bloques de diferentes reas, por su topografa

con una pendiente el cual amerita una el planteo de dos niveles de trabajo. Y adems

la consideracin de muros de contencin en cerco perimtrico.


Para la realizacin del presente trabajo se analizo el edificio con un Espectro de

Respuesta basado en la Norma Peruana de Diseo Sismo-resistente N.T.E. E-030. Para

el anlisis por cargas verticales se hizo uso de la NTE E-020. Se utiliz el programa

ETAB Vs 10.2.5

2 PROCEDIMIENTO DE ANALISIS

2.1 DESCRIPCION DE LA EDIFICACION Y ESTRUCTURACION DE LOS

ELEMENTOS ESTRUCTURALES

Las Construcciones educativas planteadas estn constituidas por tres bloques de

edificios y dos escaleras. De estos tres bloques se analizara el edificio ms

desfavorable, una rampa y el bloque administrativa y se chequeara para el

cumplimiento de las normas establecidas.

Est estructura analizada est constituida por un sistema aporticado y muros

portantes. En el sentido XX est conformado por un sistema de prticos y en el sentido

YY por un sistema de Albaileria Portante. Comprende dos niveles con altura de

fondo de losa a piso terminado de 2.70 m en los pisos superiores y 2.85 m en el primer

nivel. Los prticos tienen un espaciamientos entre ejes de columnas de 4.00 m

aproximadamente segn el eje XX. Dado que el bloque del colegio est separado por

una junta ssmica en los muros perimetrales, se ha modelado tres bloques

(principales). Por otra parte chequear el espesor de la junta que debe ser mayor que


los mximos desplazamientos calculados en el sentido XX para evitar posibles

contacto entre los bloques adyacentes.

Para la estructuracin, se est asumiendo que el sistema estructural principal est

conformado por Vigas Peraltadas y Vigas Soleras que soportan las cargas transmitidas

por la losa aligerada y las sobrecargas, hacia las columnas y estas a su vez

redistribuyen los pesos a las cimentaciones y zapatas. En el Sentido YY se han

colocado vigas de Arriostre que soportan un porcentaje de la carga de techo.

La configuracin estructural es regular y la disposicin de los elementos estructurales

se puede apreciar en los planos incluidos en el expediente.

2.2 CARACTERISTICAS MECANICAS DE LOS ELEMENTOS

Todos los elementos se han considerado homogneos tanto en su forma como en su

calidad, Se ha asumido que:

La resistencia a la rotura por compresin del concreto es de 210 Kg/cm2.

El esfuerzo de fluencia del acero es fy = 4200 Kg/cm2.

La resistencia a la compresin de la albailera es de fm= 45 kg/cm2.

La elasticidad se ha determinado mediante la siguiente frmula:

Elasticidad del concreto = 15000*Raiz (fc) = 15000*Raiz (210) = 217370

kg/cm2, se asume 200000 Kg/cm2.


Elasticidad de la albailera = 500 * fm = 500 *45 = 22,500 Kg/cm2

2.3 ANALISIS ESTRUCTURAL

Para realizar el anlisis estructural se Modelo la edificacin en elementos viga,

columna y muros portantes para generar un modelo matemtico de la estructura, el

mismo que se ha analizado utilizando el programa de computo ETAB Nonlinear vs.

10.2.5, que ha sido desarrollado por Computers & Structures Inc. Of Berkeley,

California, USA.

De esta manera fue posible desarrollar un anlisis tridimensional de la estructura en

estudio. En la Fig., 2.1 se puede observar el modelo estructural analizado. Se considera

en el modelo la participacin de los muros confinados y portantes de los ejes en la

direccin XX. Ya que estos cumplen una funcin importante en el comportamiento de

la estructura, como un todo el edificio al proporcionarle rigidez en la misma direccin.

En el estudio de esta estructura se considera esta como una estructura mixta, ya que

parte de los elementos (muros portantes) absorben esfuerzos de corte, y la ductilidad y

rigidez de los elementos estructurales lo proporcionan los prticos en cada direccin

de anlisis (columnas).

Se despreciaran el corte que deberan absorber los muros de albailera, donde existan

vanos de ventanas, ya que son puntos crticos para la posible falla localizada en sismos

de considerable magnitud, (Grado 7 a mayores de intensidad Richter). Estas son

independizadas por columnetas. para las razones de clculo no son consideradas en el

modelado.


FIG. 2.1

MODELO ESTRUCTURAL

2.4 ESTIMACION DE RIGIDECES

Los resultados que se presentan fueron calculados suponiendo las reas e inercias

correspondientes a las secciones brutas de los distintos elementos. Tales valores son

calculados por el programa.

2.5 ESTIMACION DE MASAS

Las masas se evaluaron segn los lineamientos de la norma de Diseo Sismo

Resistente E-030 y de la norma do Cargas E-020, que forman parte del Reglamento

Nacional de Edificaciones. Se asign la masa de entrepiso

Considerando el peso de la estructura participante y con las densidades de 2400

Kg/m3 para concreto y 1800 Kg/m3 para muros, adems se calculo considero el peso

de impermeabilizacin con pastelero en techo y 50% de la sobrecarga mxima. Para

obtener la masa se dividi el peso entre la gravedad.

2.6 CARGAS VERTICALES

Las cargas verticales se evaluaron conforme a la norma de Cargas, E-020.

Los pesos de la losa Aligeradas, vigas, y columnas se estimaron a partir de sus

dimensiones reales, considerando un peso especfico de 2400 kg/m3. Para el peso de la

impermeabilizacin en techo incluy ste se estimo en 100 kg/m2.

La sobrecarga de diseo fue de 300 kg/m2, lo que corresponde al uso de cargas vivas

de techo de edificios educativos. El programa de cmputo empleado permite la

consideracin de dos a ms sistemas de cargas verticales independientes.


PESO DEL EDIFICIO DE AULAS

DESCRIPCION CANT.

MEDIDAS PESO ESPEC PARCIAL LARGO ANCHO ALTURA

CARGA MUERTA DEL PORTICO EN ESTUDIO

VIGA PRINCIPAL 7.00 9.60 0.25 0.60 2400.00 24192.00

VIGA PRINCIPAL 2.00 23.50 0.25 0.50 2400.00 14100.00

LOSA ALIGERADA 6.00 9.00 3.50 300.00 56700.00

LOSA MACIZA 6.00 10.80 3.50 0.12 2400.00 65318.40

PISOS Y ACABADOS 6.00 9.00 4.00 100.00 21600.00

COLUMNAS 14.00 1.00 0.25 2.80 2400.00 23520.00

MUROS Y TABIQUES 6.00 9.00 4.00 120.00 25920.00

P. AZOTEA 205430.40 231350.40

CARGA VIVA DEL PORTICO EN ESTUDIO

SOBRECARCA PISOS 0.50 9.00 4.00 300.00 5400.00

SOBRECARGA EN AZOTEA 0.25 9.00 4.00 120.00 1080.00

PESO DE LOS PISOS SUPERIORES PESO MASA

PESO EN EL 1er PISO 236,750.40 24,133.58

PESO EN EL 2do PISO AZOTEA 206,510.40 21,051.01

PESO TOTAL DEL PORTICO 443,260.80 45,184.59

Se debe indicar que la estructura ha sido modelada para resistir nicamente

sobrecargas de edificios educativos y la azotea de techo, por la que la construccin de

niveles superiores debe contemplar un estudio de reforzamiento de la estructura

basndose en la presente memoria de clculo.

2.7 ACCIONES SISMICAS

Se realiz un anlisis dinmico modal espectral mediante procedimientos de

combinacin espectral segn la norma vigente NTE E-030 (2010) del Reglamento

Nacional de Edificaciones.


Considerando las condiciones de suelo, las caractersticas de la estructura y las

condiciones de uso, se utilizaron para las dos direcciones los parmetros ssmicos que

se listan a continuacin:

SENTIDO X-X E Y-Y:

FACTOR ZONA Z=0.4 (ZONA 3)

FACTOR USO U=1.3 (EDIFICACION ESCENCIAL)

FACTOR SUELO S=1.2 (SUELO INTERMEDIOS)

PERIODO DE PLATAFORMA Tp= 0.6

COEFICIENTE DE REDUCCION R= 8 (Concreto Armado)

A partir de estos valores se determin el espectro de pseudo aceleraciones, como se ye

en las figuras 2.2.

ESPECTRO DE PSEUDO ACELERACIONES SISTEMA APORTICADO

CONFINADA Fig 2.2

2.8 DEL DISEO DE LOS ELEMENTOS

La verificacin de la capacidad de los elementos de concreto armado se bas en un

procedimiento de cargas factorizadas, conforme a la Norma Tcnica de Edificacin


(060 Concreto Armado y al cdigo ACI 318. Los factores de carga fueron los dados

en la seccin 10.2 de la norma E-060:

U = 1.5 D + 1.8 L

U = 1.25 ( D + L S)

U = 0.9 D 1.43 S

En todas las expresiones precedentes D denota efectos de cargas permanentes, L

aquellos debidos a cargas vivas y S los debidos a sismo. Resultaron un total de 12

combinaciones de carga.

3 RESULTADOS

3.1 PERIODOS Y M0D0S DE VIBRACION

Se definieron 4 modos de vibracin. En La Fig. 3.1 se pueden observar los 3 primeros

modos. El tercer modo es bsicamente en la direccin Y-Y el cual se obtuvo un

periodo de 0.409 seg con un total de masa participativa de 99.9% del primer bloque.

Para el Segundo modo se obtuvo un periodo de 0.1458 seg en la direccin XX del

segundo bloque, con un total de masa participativa de 99.9% y el tercer modo de los

tres bloques al mismo tiempo al obtuvo un periodo de 0.1063 seg.

FIG. 3.1 . PERIODOS Y MODOS DE VIBRACION


FIG. 3.2 PERIODOS Y MODOS DE VIBRACION

3.2 DESPLAZAMIENTOS MAXIMOS ESTIMADOS

El mximo desplazamiento segn la NTE E-030 se obtiene multiplicando el valor

calculado por el programa por O.75R (coeficiente de reduccin). Considerando que se

tiene un diafragma rgido, se est considerando los desplazamientos mximos

calculados por el programa, los cuales se observan en la Figura 3.3 y 3.4 en cm.

DESPLAZAMIENTO

X-X

DISTORSION

X-X

NIVEL He Delastic

o

R NORMA

2 345 0.000429 8 0.2298 0.00067 0.007

1 365 0.000046 8 0.0276 0.00008 0.007

DESPLAZAMIENTO

Y-Y

DISTORSION

Y-Y

NIVEL He Delastic

o

R NORMA

2 345 0.002677 8 0.8196 0.00238 0.007

1 365 0.001311 8 0.7866 0.00216 0.007


DES PLAZAMIENTOS EN NODO CENTRAL - DIRECCION X-X (m)

FIG. 3.21

DES PLAZAMIENTOS EN NODO CENTRAL - DIRECCION Y-Y (m)

FIG. 3.22

Como se observa en la Figura 3.21 el desplazamiento mximo relativo en el nivel,

originados por el sismo en XX, calculados en el centro del diafragma, es de 0.000046 m,

lo que da un desplazamiento mximo de 0.028 cm segn norma vigente y genera una

distorsin mxima de 0.00008 menor al 0.007 mxima permisible para concreto

armado. Lo mismo ocurre en la figura 3.32, en donde se tiene un desplazarniento


mxirno de 0.001311 originado por el sismo en YY, la que da un desplazamiento

mximo de 0.786 cm segn Norma vigente y genera una distorsin mxima de

0.000216, menor al 0.007 mximo permisible para concreto armado.

La distorsin mxima permitida por la norma es 0.007, y el desplazamiento mximo

en este caso es 2.55 cm para la altura de 3,65 m. En conclusin, La estructura tiene

rigidez suficiente para cumplir los requisitos de la Norma E-030.

3.3 CORTANTE EN LA BASE

Del anlisis dinmico se obtienen cortantes en la base iguales a 240,044.36 Kg. en

direccin XX y a 301,240.25 Kg. en direccin YY. Segn la NTE-030, para cada una de

las direcciones en el anlisis, la fuerza cortante en la base no podr ser menor al 80%

del cortante esttico, Y de ser el caso el uso de mayoreo o factorizar hasta lograr el

valor esttico o similar, y por ello se elige el mtodo esttico, como el cual resulta:

CALCULO DE LA CORTANTE BASAL

CONCEPTO SIGLA FACTOR

FACTOR ZONA Z 0.40 COEFICIENTE DE USO U 1.30 FRECUENCIA DE VIBRACION C 2.50 FACTOR SUELO S 1.20 FACTOR DE REDUCCION Rd 8.00 PESO DEL EDIFICIO P 443,260.80


CORTANTE BASAL H 86,435.86

FUERZA SISMICA EN CADA NIVEL METODO ESTATICO

PISO PESO ALTURA P*H F PISO

1 236,750.40 3.60 852,301.44 31,916.39

2 206,510.40 7.05 1,455,898.32 54,519.47

P 443,260.8 2,308,199.8 86,435.86

En sentido X - X e Y - Y

V = (ZUSC/R) x P

V = ( 0.4*1.2*1.5*2.5 /8) *443,260 Kg

V = 86,435.86 de un bloque del edificio

80% V =240,044.36 < 86,435.86 se considera el anlisis esttico

4 DISEO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES

4.1 DISEO DE LAS VIGAS

La determinacin del refuerzo de las vigas se hizo de acuerdo a las disposiciones de

los captulos 9 (Requisitos Generales para el Anlisis y Diseo), 10 (Requisitos

Generales de Resistencia y de Servicio), 11 (Flexin) y 13 (Cortante y Torsin) de la

norma E-060.


Se supuso una cuanta mnima igual a 14/fy (es decir 0.33%), segn el cdigo ACI.

Esta hiptesis est construida dentro del programa de verificacin empleado. Ntese

que segn la norma E-060 la cuanta mnima es algo menor (0.24%). Por otro lado, la

cuanta mxima se tomo como 50% de la balanceada. En el cdigo ACI solo se permite

utilizar hasta 75% de la cuanta balanceada (que es el lmite considerado en la norma

E-060) cuando se trata de elementos que no forman parte del sistema estructural sismo

resistente.

Los momentos mximos y fuerzas de corte obtenidos de las combinaciones de carga se

pueden ver en la figura 4.1 y 4.2 respectivamente. En los anexos se presentan los

resultados para cada prtico.

Asimismo el programa empleado nos permite disear las estructuras, sin embargo se

ha a comparado tales resultados con las formulas dadas por la NTE E-060.

4.2 DISE0 DE COLUMNAS

El diseo de las dimensiones y del refuerzo de las columnas se hizo de acuerdo a las

disposiciones de los captulos 9 (Requisitos Generales para el Anlisis y Diseo), 10


(Requisitos Generales de Resistencia y de Servicio), 11 (Flexin), 12 (Flexo

compresin), y 13 (Cortante y Torsin) de la norma E-060.

El edificio tiene 14 grandes elementos verticales resistentes, y en todos los casos se

comprob que el refuerzo requerido tiene una cuanta mnima de 1%, y una cuanta

mxima de 6% de acuerdo a la norma E-060 (seccin 12.4.2).


4.3 DISEO DE LOSA

Se realizo el anlisis para una losa aligerada unidireccional, disendose esta para un

espesor de 20 cm como un elemento tipo viga de 1.00 cm peralte unitario.

Para el diseo del refuerzo de temperatura se tomo en cuenta las recomendaciones

dadas por el ACI-7.12., y en ningn caso se ha considerado un espaciamiento mximo

de 45cm.

4.4 DISEO DE CIMENTACIN

Se ha supuesto para el terreno un esfuerzo admisible de 2.51 kg/cm2. Con este valor

se realizo el diseo de las zapatas y muros de contencin-zapatas.


5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:

CONCLUSIONES

Las conclusiones a las que he llegado son las siguientes:

a) El predimensionamiento de los elementos, con el objetivo de obtener una

estructura sismo resistente adecuada para soportar los sismos moderados y

severos sin producir fallas es el apropiado. no slo una mejor simetra de los

elementos, sino que tambin para obtener una estructura que puedan realizar

un proceso constructivo ms econmico y con menores problemas.

b) En el anlisis ssmico se puede apreciar que las fuerzas obtenidas por el

mtodo esttico equivalente, son ms conservadores que las de anlisis

dinmico y estas se usan para el diseo.

RECOMENDACIONES

Las recomendaciones a las que he llegado son las siguientes:

a) Se recomienda que los diseos de los elementos estructurales tales como:

vigas, columnas, losas y cimentaciones sean chequeados con la cuanta

mnima dada por la el Reglamento Nacional de Edificaciones y como mximo

no deben pasar los dados por la norma. Ya que los programas

computarizados carecen del criterio tcnico ingenieril. Los programas

computacionales dan aceros que solicita los esfuerzos mximos encontrados.

sin embargo la norma indica que si el acero de diseo es menor que el acero

mnimo este debe ser asumido con el acero mnimo respectivo. Esto es

notorio en los elementos como en vigas peraltadas y zapatas aisladas, donde

el acero de servicio es una y el acero mnimo predomina en el refuerzo.

b) Los chequeos al corte absorbidos en el concreto en los elementos como vigas y

zapatas es suficiente en estos elementos principales. Sin embargo en las losas

de laboratorio de computo esto no son suficientes y es por ello que las losas

aumentan su ancho atreves de un ensanche el inicio de vigueta.


6 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS:

1. American Concrete Institute (ACI) Building Code Requeriment for Reinforced

Concrete ACI 318-99.

2. Computers and Structures Inc. ETAB V10.51 Integrated Finite Element

analysis and design of Structures. Analysis Reference Berkeley, 1997.

3. Reglamento Nacional de Edificaciones. Norma Tcnica de Edificacin. E-20

Cargas Lima 2010.


Diseo Sismo Resistente Lima 2010.


Suelo y Cimentaciones Lima 2010.


Concreto Armado Lima 2010.


MODELADO DE AREA ADMINISTRATIVA

EN 3D Y EN PLANTA

MODELADO DE AREA ADMINISTRATIVA

EN 3D Y EN ELEVACION


MODELADO DE LA RAMPA DE DISCAPACITADOS

EN 3D Y EN PLANTA

MODELADO DE LA RAMPA DE DISCAPACITADOS, ACERO REQUERIDO

EN 3D Y EN PLANTA

memoria de calculo estructural1

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