MEMORIA DE CALCULO DE ESTRUCTURAS -ARGUEDAS.doc

MEMORIA DE CLCULO ESTRUCTURAL

MEMORIA DE CLCULO ESTRUCTURAL Proyecto :MEJORAMIENTO Y EQUIPAMIENTO DE LA INSTITUCIN EDUCATIVA JOSE MARIA ARGUEDAS, DISTRITO SAN JUAN DE BIGOTE - CASERIO LA QUEMAZON, PROVINCIA DE MORROPON PIURAMateria :Estructuras Concreto ArmadoUbicacin :LA QUEMAZON SAN JUAN DE BOGOTE MORROPON - PIURAPropietario :GERENCIA SUBREGIONAL MORROPON HUANCABAMBA - UNIDAD DE ESTUDIOS Y PROYECTOSHecho por :Ing. Fecha

:Agosto del 2012

I. BASES DEL DISEO Y REFERENCIAS

1. Reglamento Nacional de Edificaciones:

1.1. Norma E.020 Cargas

1.2. Norma E.030 Diseo Sismo resistente

1.3. Norma E.050 Suelos y Cimentaciones

1.4. Norma E.060 Concreto Armado

1.5. Norma E.070 Albailera

1.6. Norma E.090 Estructuras Metlicas

2. Reglamento Nacional de Edificacin

3. Ing. Roberto Morales Diseo en Concreto Armado ACI Captulo Peruano.

4. Teodoro E. Harmsen Diseo de Estructuras de Concreto Armado. PUCP

5. Ing. Gianfranco Otazzi Pasino Diseo de Estructuras de Concreto Armado.II. OBJETIVO

Desarrollar el Anlisis y Diseo Estructural de la edificacin consiste:

5 MODULOS, cuya finalidad es obtener una estructura segura y econmica para ello se a considerado que el SISTEMA ESTRUCTURAL HA CONSIDERAR ES APORTICADO Y ALBAILERIA CONFINADO CONFORMADO POR VIGAS COLUMNAS y MUROS, EL CONFINADO seda solo en el caso de ALBAILERIA; las medidas controlan las FUERZAS SISMICAS EN AMBAS DIRECCION, los muros de Albailera Confinada estas soportan por cimientos corridos las mismas que absorben cargas ssmicas. Analizar 2 mdulos de SS. HH, con sistema estructural ALBAILERIA CONFINADA.

Realizar el anlisis y diseo estructural de las AULAS A REMODELAR esto para el caso de las aulas del nivel Primario y secundario, esto para saber si la estructura existente cumplen con los parmetros SISMICOS ACTUALES O NECESITAN ALGUN REFUERZO optimizando la estructura. Para este efecto se realizar un anlisis Pseudo tridimensional por elementos finitos, los muros de tabiquera sern considerados nicamente como carga muerta las mismas que son transmitidas a la CIMENTACION.III. DATOS

Materiales a utilizar:

Concreto: Utilizaremos concreto para todos los elementos estructurales. Las propiedades mecnicas a ser consideradas para este material son las siguientes:

f c = 210 Kg/cm2 Resistencia a la compresin medida a los 28 das y en elementos sismo resistentes.f c = 175 Kg/cm2 Resistencia a la compresin medida a los 28 das, estas para los elementos de confinamientos.

E = 217370.65 Kg/cm2 Mdulo de elasticidad del concreto, en concreto fc= 210 kg/cm2. = 0.20 Mdulo de Poisson.

W = 2 400 Kg/m3 Peso promedio del concreto incluyendo la armadura de refuerzo.

Acero: Se utilizar acero convencional con esfuerzo de fluencia = 4 200 Kg/cm2.

Albailera.- Se utilizar albailera confinada con el uso de ladrillo Tipo IV con valores mnimos de fm=65 Kg. /cm2, fb=130kg/cm2. Ea = 22 500 Kg. /cm2 (Modulo de elasticidad).

IV. GEOMETRIA Y ESTRUCTURACION

El proyecto est conformado por MODULOS (exclusivos para aulas, Sala de Computo, Administracin, SS.HH) la misma que su diseo esta de acorde con lo requerido previo anlisis y requerimientos en la I.E. (Especficamente datos proporcionados de Proyecto de Pre Inversin)La geometra del proyecto es irregular, contamos con 1 mdulo de 2 niveles.La Estructuracin se hizo de la siguiente manera:

La Cimentacin ser de ZAPATAS AISLADAS en su contorno llevara vigas de arriostre bajo los muros de albailera, columnas en forma de rectangular tanto interior como en los extremos, de seccin variable cuyas dimensiones, forma y ubicacin han dependido para el control de desplazamientos y fuerzas a absorber.Los elementos resistentes estn compuestos mediante muros de albailera (con columnas en los extremos para proporcionarles ductilidad).

V. PREDIMENSIONADOHaremos demostracin para el aula Modulo de Nivel Inicial (MODULO A), Modulo de Nivel Secundario (MODULO H), y el Modulo de Biblioteca y Laboratorio de Fsico Qumica. (MODULO J)

A.-MODULO A.

De la seccin considerada tenemos como rea 3720>250, Ok.B.-MODULO H.

C.-MODULO H.

VI. CARGAS

Se aplicarn las cargas estipuladas en la norma E.020 de Cargas.

A) Carga Muerta: Constituida por el peso de la edificacin y sus acabados, el cual se calcula en base a los pesos unitarios de los materiales empleados. El peso propio es calculado y aplicado automticamente por el programa de anlisis.

B) Carga Viva: Es aquella originada por el peso de los ocupantes y el mobiliario. Las cargas repartidas mnimas a ser consideradas estn estipuladas en la Tabla 3.2.1 de la norma E.020. Para un uso en Aulas la carga repartida mnima es de 250 Kg/m2 , Sala de Lectura 300 Kg/m2 Sala de Computo 300 Kg/m2 pasadizos 400 Kg/m2 y en el ultimo nivel se considera el 50% de la CARGA, C) Carga de Viento: La carga de viento es una carga lateral cuya magnitud es inferior a la de la carga ssmica por lo cual no la consideraremos para efecto del anlisis.

D) De acuerdo a la norma E.030 la fuerza cortante en la base ser determinada utilizando la expresin: , debiendo ser y luego se distribuir en altura utilizando la expresin: . En nuestro caso los valores de los parmetros involucrados son:

Z=0.40, S=1.40, U=1.50, C=2.5 y R=3*3/4. Para la direccin Y, en la direccin X R= *8. El valor de R se adopta considerando la estructura como irregular y conformada por muros de albailera confinada y sistema aporticado.VII. DISEO SISMO RESISTENTE

De acuerdo a lo estipulado en el artculo 16.3 de la norma E.030, el peso de la estructura ser determinado considerando un 50% de la sobrecarga presente obteniendo un valor de x toneladas para los diferentes Mdulos. El anlisis se hizo por superposicin espectral considerando las dos direcciones principales de los Modulo (X y Y).

Los cortantes aplicados en cada nivel aplicando las expresiones anteriores sern:

MODULO A, Peso Total: 93.23+13.81=107.04 Ton. (Solo para el NIVEL ESTATICO)NivelV Block X-X (Ton)V Block Y-Y (Ton)

15.175.17

Total5.175.17

Coeficiente Ssmico0.26250.2625

Los cortantes aplicados en cada nivel SOLO PARA EL NIVEL DINAMICO:

NivelV Block X-X (Ton)V Block Y-Y (Ton)

15.175.17

Total5.175.17

MODULO B, Peso Total: 93.23+13.81=107.04 Ton. (Solo para el NIVEL ESTATICO)


15.175.17

Total5.175.17




15.175.17

Total5.175.17

MODULO C, Peso Total: 94.06+1.21=95.27 Ton. (Solo para el NIVEL ESTATICO)


14.5712.19

Total4.5712.19




13.1110.43

Total3.1110.43

MODULO H, Peso Total: 119.42+1.83=121.25 Ton. (Solo para el NIVEL ESTATICO)


15.8215.51

Total5.8215.51




14.2012.19

Total4.2012.19

MODULO J, Peso Total: 239.78+53.93=293.71 Ton. (Solo para el NIVEL ESTATICO) LABORATORIO DE FISICA QUIMICA + BIBLIOTECANivelV Block X-X (Ton)V Block Y-Y (Ton)

177.68207.13

28.1515.16

Total77.68207.13




172.69200.24

29.3721.27

Total72.69200.24

MODULO J, Peso Total: 175.15+38.07=213.22 Ton. (Solo para el NIVEL ESTATICO) AULA TALLER + LABORATORIO DE COMPUTO


156.68151.14

28.4822.60

Total56.68151.14




151.30139.50

212.329.58

Total51.3139.50

Espectro Inelstico de Pseudoaceleraciones en la Direccin X-X, para MODULO H NIVEL SECUNDARIO Y USOS MULTIPLES, empleando Sistema APORTICADO,

Espectro Inelstico de Pseudoaceleraciones en la Direccin Y-Y, para MODULO C y H, empleando Sistema de Albaileria ConfinadaVIII. MODELO ESTRUCTURAL

El anlisis estructural se realiz utilizando el mtodo de los elementos finitos y el software ETABS V.9.04, para el caso de la estructura, los elementos utilizados para modelar la estructura son los siguientes:

Suelo: Se usaron elementos tipo resorte con un grado de libertad traslacional axial por nudo.

Muros: Se usaron elementos tipos SHELL, el cual es ideal para modelar el comportamiento de membrana de los muros y cuenta con los grados de libertad necesarios para modelar la flexin en las losas. En caso existir flexin fuera del plano de los muros, sta ser modelada adecuadamente por este tipo de elemento.

Columnas y Vigas: Se usaron elementos Frame con las dimensiones requeridas.

Losa de entrepiso: Se usaron elementos Slab (ETABS v. 9.0.4) de 4 nudos con tres grados de libertad por nudo (z, x, y), adems en los modelos se incluy los apoyos en muros (wall supports) y en columnas (column supports).

Se realiz un anlisis dinmico a fin de encontrar las propiedades dinmicas en los mdulos y luego se realiz un anlisis lineal elstico para obtener los esfuerzos para el diseo utilizando los siguientes modelos de elementos finitos .

IX. COMBINACIONES DE CARGA.

Teniendo en cuenta la norma E.060 sobre la resistencia requerida, los sistemas de carga a ser aplicados son los siguientes:

CM + CV

1.4 CM + 1.7 CV

1.25 (CM + CV) + Ex

1.25 (CM + CV) Ex

1.25 (CM + CV) + Ey

1.25 (CM + CV) Ey

0.90 CM + Ex

0.90 CM Ex

0.90 CM + Ey

0.90 CM Ey

Donde:

CM = Carga Muerta

CV = Carga Viva

Ex = Sismo en la Direccin X con excentricidad positiva

Ey = Sismo en la Direccin Y con excentricidad positiva

El estado de carga 1 nos servir para determinar la presin de contacto en el suelo a travs de las cargas axiales en los resortes de apoyo.

El estado de carga 2 servir para el diseo de las losas a la rotura.

Los estados de carga 3 al 10 servirn para el diseo de las columnas y vigas, usando tambin el mtodo a la rotura y siguiendo los lineamientos de la norma E.060.

ISOMETRICO DEL MODULO C (USOS MULTIPLES) 1 NIVEL, Direccion X-X APORTICADO, Y-Y Confinado, se puede observar la configuracin irregular ( Fig N01).

ISOMETRICO DEL MODULO H AULA DE NIVEL SECUNDARIO Fig. N02)

ISOMETRICO DEL MODULO J AULA DE LABORATORIO Y BIBLIOTECA ( Fig. N03)

ISOMETRICO DEL MODULO J AULA TALLER + LABORATORIO DE COMPUTO ( Fig. N04)

ISOMETRICO DEL MODULO A AULA INICIAL ( Fig. N05)

ISOMETRICO DEL MODULO B ADMINISTRACION ( Fig. N06)

ISOMETRICO DEL MODULO F SS. HH SECUNDARIO ( Fig. N07)

ISOMETRICO DEL MODULO G SS. HH PRIMARIO ( Fig. N08)X. RESULTADOS.

Los resultados que se presentan a continuacin corresponden al diseo de todos los mdulos.

Anlisis Dinmico LinealSe realiz un anlisis dinmico lineal elstico para calcular las 12 primeras formas de modo y a partir de ellos realizar un anlisis ssmico de acuerdo a los parmetros de la norma E-030, obtenindose luego de las combinaciones de carga, los esfuerzos ltimos que han sido utilizados para el diseo de los diferentes elementos confortantes de la estructura y que obviamente demos comprobar su capacidad ante la ampliacin de la estructura. A continuacin se presentan los tres primeros modos, de los diferentes ambientes a disear.

1er Periodo: T= 0.218 seg. Es Trasnacional en direccin X-X, Modulo de USOS MULTIPLES (Fig.09)

2do Periodo T =0.2165seg, es ROTACIONAL en la DIRECCION Y-Y, Modulo de USOS MULTIPLES, (Fig. 10).

1er Periodo: T= 0.2149 seg. Es Trasnacional en direccin X-X, Modulo de Nivel Secundaria (Fig. 11).

2do Periodo T =0.0821seg, es ROTACIONAL en la DIRECCION Y-Y, Modulo de Nivel Secundario (Fig. 12).

1er Periodo: T= 0.2294 seg. Es Trasnacional en direccin X-X, Modulo de LABORATORIO Y BIBLIOTECA (Fig. 13).

2do Periodo: T= 0.1834 seg. es ROTACIONAL en la DIRECCION Y-Y, Mdulo de LABORATORIO Y BIBLIOTECA (Fig. 14).

1er Periodo: T= 0.2249 seg. Es Trasnacional en direccin X-X, Modulo de AULA TALLER Y LABORATORIO DE COMPUTO (Fig. 15).

2do Periodo: T= 0.1972 seg. es ROTACIONAL en la DIRECCION Y-Y, Mdulo de AULA TALLER Y LABORATORIO DE COMPUTO (Fig. 16).

1er Periodo: T= 0.1136 seg. Es Trasnacional en direccin X-X, Modulo INICIAL (Fig. 17).XI. DESPLAZAMIENTOS.

Los valores de desplazamientos debido al sismo que se obtienen del anlisis son considerando fuerzas reducidas; para determinar los reales desplazamientos es necesario multiplicar los del anlisis por el R utilizado para reducir las fuerzas, adems, segn la norma E-030 se ha de tomar nicamente el 75% de los valores as logrados, vale decir que deberemos multiplicar los desplazamientos obtenidos del anlisis por el valor 0.75R=0.75x8=5.25, para el SISTEMA APORTICADO y para el CONFINADO ser 0.75*3= 2.25.De ello mostraremos las DISTORSIONES DE LOS DIFERENTES MODULOS ANALIZADOS.MODULO A

MODULO B

MODULO C

MODULO H

MODULO J, para LABORATORIO DE FISICA QUIMICA + BIBLIOTECA

MODULO J, para AULA TALLER Y LABORATORIO DE FISICA Y QUIMICA

MODULO F, SS.HH SECUNDARIO

MODULO G, SS.HH PRIMARIO

X.- VIGAS

Algunas de las vigas donde se apoya el techo aligerado (sentido Y-Y) son de 27x50, para los tramos libres y donde se apoyan los muros de ALBAILERIA son de 0.25x0.40, de ello debemos demostrar que el acero en la VIGA 103 la cual es 3 5/8 + 2 1/2 tanto en la parte inferior.

Hay que indicar que el momento considerado es la envolvente de las diversas combinaciones de carga indicadas en el RNE E-060.

(Fig. 17).VIGA EN EJE J-8Debemos comprobar que en la parte central de la viga de seccin 0.27x0.50 cumple que el acero a usar es de 3 5/8 + 2 1/2.

Encontramos que el momento que debe soportar para comportarse a flexin pura y tener una falla dctil (falla ideal) es de M = 15.58 Tn-m en la parte central, sin embargo en este lado el momento considerando las 4 5/8+ 2 1/2, es de M= 16.05 Tn-m en el tramo indicado, as que la viga trabaja en flexin y est en su capacidad de soportar los efectos ssmicos como las cargas vivas y muertas, debidamente mayoreada.

Ahora en el caso del volado el momento mximo es de 19.65 Ton-m, para seccin de 27x50; el acero a considerar es de: 5 3/4.

PARA VIGAS DE 27x50, EN PABELLON DE 2 PISOS- 1er NIVEL

Momento en viga de seccin: 0.27x0.50.CORTANTES EN VIGA

La longitud de confinamiento sera de 1.00 para vigas de altura 0.50.

1.- El 1er estribo estara a 0.05m.

2.- El espaciamiento de los estribos cerrados de confinamiento no debe exceder del menor de (a), (b), (c) y (d):

a.- d/4= 11.25cm 15.0cm

b.- 10 dv horizontal = 15.9 cm

c.- 24 dv vcertical = 22.9 cm

d.- 300mm, de ellos tenemos que la zona de confinamiento tendr 8 @0.10, 2 @0.15 y el resto @0.25.

DISEO DE VIGA VA-01

Por lo tanto el acero de diseo es de: 3 1/2+ 1 3/8, extremos de parte superior e inferior y 3 1/2, parte inferior

XII. COLUMNAS

Tal como se mencion lneas arriba, se trata de encontrar los elementos ms forzados en la direccin ms crtica (Eje Y-Y), cabe mencionar que el problema de la carga axial y cortante son asimilables por las columnas, aqu nos limitaremos a verificar los momentos y carga actuante, empleando para esta demostracin el DIAGRAMA DE INTERACIONES, por ello analizaremos la C-3, en los Ejes J-10 - J-F.PLANTA CON ELEMENTOS VERTICALES MAS FORZADOS EN DIRECCION X-X

CARGAS

DISEO DE COLUMNA ACERO PRINCIPAL

En este caso tratamos de demostrar que el acero proporcionado ser el adecuado para estos tipos de columna y que la seccin es la correcta para absorber la fuerzas Ssmicas tanto para la direccin X como en Y.

Para efectos de este anlisis tomaremos a la columna con ms carga ltima y con mayor momento en las direcciones del plano biaxial, empleando para esta demostracin el DIAGRAMA DE INTERACIONES.

Cuantia, mayor al 1% y menor al 6%.

CORTANTE EN COLUMNAS.

a.- Para la zona de confinamiento tenemos que es la longitud mayor de la seccin de la columna.

b.- El espaciamiento de esta b/2=12.5cm y 8 dv = 10.16 cm , de ellos tenemos [email protected],[email protected],2@ 0.15, [email protected]

DIAGRAMA DE INTERACIONES EN COLUMNA DISEO DE ZAPATAS

Para nuestro anlisis consideramos el elemento que absorbe mayor carga (Carga Muerta y Viva); el elemento que absorbe dicha carga esta ubicado en el EJE J-8 / J -F Del programa utilizado para dicho anlisis tomados las mayores cargas:

La demostracin de la ZAPATA ES LA Z-1, Modulo LABORATORIO DE FISICA QUIMICA + BIBLIOETCA.

t

VIGA DE CIMENTACION

ALBAILERIA CONFINADA

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