PROYECTO 3A

19
MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL Ing. William Conrad Galicia Guarniz Ing. Jose Luis Hernandez Plasencia Page 1 MEMORIA DESCRIPTIVA DE ESTRUCTURAS CENTRO EDUCATIVO VICTOR RAUL HAYA DE LA TORRE MEMORIA DE CÁLCULO DE ESTRUCTURAS Este documento forma parte integral del proyecto estructural del CENTRO EDUCATICO VICTOR RAUL HAY DE LA TORRE El proyecto comprende la construcción de las Aulas del Centro Educativo Victor Raúl Halla de la Torre, el cual se encontrara ubicado en Jr. Miguel Grau # 613 Buenos Aires, del Distrito de Víctor Larco Herrera , Provincia de Trujillo perteneciente al Departamento de la Libertad. El Centro educativo destinado para estudios de grado primario está conformado por 1 Nivel, con 10 Aulas, 2 laboratorios, 1 ambiente para usos múltiples y 1ambiente administrativo. Cuenta con la siguiente distribución arquitectónica. En la siguiente imagen se muestra distribución del Centro Educativo. El diseño estructural del Centro Educativo, se orienta a proporcionar adecuada estabilidad, resistencia, rigidez y ductilidad frente a solicitaciones provenientes de cargas muertas, vivas, asentamientos diferenciales y eventos sísmicos. ZONA DE ESTUDIO

Transcript of PROYECTO 3A

Page 1: PROYECTO 3A

MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL

Ing. William Conrad Galicia Guarniz

Ing. Jose Luis Hernandez Plasencia Page 1

MEMORIA DESCRIPTIVA DE ESTRUCTURAS CENTRO EDUCATIVO VICTOR RAUL HAYA DE LA TORRE

MEMORIA DE CÁLCULO DE ESTRUCTURAS

Este documento forma parte integral del proyecto estructural del CENTRO

EDUCATICO VICTOR RAUL HAY DE LA TORRE

El proyecto comprende la construcción de las Aulas del Centro Educativo Victor Raúl

Halla de la Torre, el cual se encontrara ubicado en Jr. Miguel Grau # 613 –Buenos

Aires, del Distrito de Víctor Larco Herrera , Provincia de Trujillo perteneciente al

Departamento de la Libertad.

El Centro educativo destinado para estudios de grado primario está conformado por 1

Nivel, con 10 Aulas, 2 laboratorios, 1 ambiente para usos múltiples y 1ambiente

administrativo. Cuenta con la siguiente distribución arquitectónica.

En la siguiente imagen se muestra distribución del Centro Educativo.

El diseño estructural del Centro Educativo, se orienta a proporcionar adecuada

estabilidad, resistencia, rigidez y ductilidad frente a solicitaciones provenientes de

cargas muertas, vivas, asentamientos diferenciales y eventos sísmicos.

ZONA DE ESTUDIO

Page 2: PROYECTO 3A

MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL

Ing. William Conrad Galicia Guarniz

Ing. Jose Luis Hernandez Plasencia Page 2

El diseño sísmico obedece a los Principios de la Norma E.030 DISEÑO

SISMORRESISTENTE del Reglamento Nacional de Edificaciones conforme a los cuales:

La estructura no debería colapsar, ni causar daños graves a las personas

debido a movimientos sísmicos severos que puedan ocurrir en el sitio.

La estructura debería soportar movimientos sísmicos moderados, que puedan

ocurrir en el sitio durante su vida de servicio, experimentando posibles daños

dentro de límites aceptables.

Estos principios guardan estrecha relación con la Filosofía de Diseño Sismorresistente

de la Norma:

Evitar pérdidas de vidas

Asegurar la continuidad de los servicios básicos

Minimizar los daños a la propiedad

DIAFRAGMA RÍGIDO

La cimentación consiste en cimentación corrida y armada, para muros de albañilería y

columnas, respectivamente. La cimentación se constituye así en el primer diafragma

rígido en la base de la construcción, con la rigidez necesaria para controlar

asentamientos diferenciales.

Los techos están formados por losas aligeradas que además de soportar cargas

verticales y transmitirlas a vigas, muros y columnas, cumplen la función de formar un

Diafragma Rígido Continuo integrando a los elementos verticales y compatibilizando

sus desplazamientos laterales.

Se ha buscado cumplir con las recomendaciones sobre la relación entre las

dimensiones de los lados de las losas de tal forma que no se exceda de 4 de tal

manera que se comporte. Estructuralmente viable.

CONFIGURACIÓN DEL EDIFICIO

El Sistema Estructural Predominante en la dirección X e Y es de Albañilería Confinada,

por la participación principal de Muros portantes de Albañilería, de esta manera la

norma principal que rigen sus diseños es la E.070 Albañilería y la E060 de Concreto

Armado del RNE.

Se han incluido columnas rectangulares, a manera que tenga un buen comportamiento

estructural. Existen vigas soleras de 25cmx20cm en combinación con vigas peraltadas

de 25x50cm, localizada en la planta de las Aulas 01-08.

Page 3: PROYECTO 3A

MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL

Ing. William Conrad Galicia Guarniz

Ing. Jose Luis Hernandez Plasencia Page 3

Las losas aligeradas se han dimensionado con 20cm de espesor.

Todo el concreto de las estructuras es de 210 kg/cm2.

La configuración busca satisfacer los siguientes requisitos:

Planta simple

Simetría en distribución de masas y disposición de muros, compensada con la

adición de pórticos.

Proporciones entre dimensiones mayor y menor en planta menores a 4; lo

mismo en altura.

Regularidad en planta y elevación sin cambios bruscos de rigidez, masa o

discontinuidades en la transmisión de las fuerzas de gravedad y horizontales a

través de los elementos verticales hacia la cimentación.

Rigidez similar en las dos direcciones principales de la edificación.

Cercos y tabiques aislados de la estructura principal.

Evaluación de la configuración:

Irregularidad de Rigidez – Piso Blando. No presenta.

Irregularidad de Masa. No presenta.

Irregularidad Geométrica Vertical. No presenta.

Discontinuidad en el Sistema Resistente. No presenta.

Irregularidad Torsional. No presenta.

Esquinas Entrantes. No presenta.

Discontinuidad del Diafragma. No presenta.

La estructura clasifica como Irregular.

ANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL

Se empleó el programa de análisis estructural Etabs 9.71 que emplea el método

matricial de rigidez y de elementos finitos. Se modeló la geometría de la estructura y

las cargas actuantes.

1. CARGAS

A continuación se detallan las cargas consideradas en el análisis por gravedad:

Albañilería 1900 kg/m3

Concreto 2400 kg/m3

Piso acabado 100 kg/m2

s/c sobre techos 300 kg/m2

s/c en corredores 400 kg/m2

Las características de los materiales consideradas en el análisis y diseño estructural

fueron:

Concreto f’c = 210 kg/cm2 Ec = 2 173 000 T/m2

Page 4: PROYECTO 3A

MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL

Ing. William Conrad Galicia Guarniz

Ing. Jose Luis Hernandez Plasencia Page 4

Acero: fy= 4200 kg/cm2 con elongación mínima del 9%. No se permite

traslapar refuerzo vertical en zonas confinadas en extremos de soleras y

columnas.

2. MODELO ESTRUCTURAL

El modelo empleado para vigas y columnas consistió en barras de eje recto que

incluyen deformaciones por flexión, carga axial, fuerza cortante y torsión.

Este modelo considera el efecto tridimensional del aporte de rigidez de cada elemento

estructural. Para modelar los muros de albañilería se emplearon elementos tipo Shell

(Areas) que incluyen el efecto de membrana y de flexión.

Fig. 1. Modelo Estructural

Page 5: PROYECTO 3A

MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL

Ing. William Conrad Galicia Guarniz

Ing. Jose Luis Hernandez Plasencia Page 5

Fig. 2. Cargas Muertas Repartidas debido al Efecto de la Losa Aligerada

en 1 Sentido

Fig. 3. Cargas Vivas Repartidas debido al Efecto de la Losa Aligerada

en 1 Sentido

Page 6: PROYECTO 3A

MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL

Ing. William Conrad Galicia Guarniz

Ing. Jose Luis Hernandez Plasencia Page 6

3. MASAS PARA EL ANÁLISIS DINÁMICO MODAL Y SÍSMICO

Las masas provenientes de las losas, piso terminado, y de la sobrecarga se concentran

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. Luego el

programa lleva la masa de los elementos estructurales hacia los nudos extremos.

En el cálculo de la masa de la estructura se consideró el 50% de la carga viva

(Art. 16.3 NTE E.030).

4. ANÁLISIS SÍSMICO

Se realizó un Análisis Sísmico Dinámico por Superposición Modal Espectral.

Los parámetros empleados para el cálculo del Espectro de Respuesta fueron:

Factor de Zona Z = 0.4 (Zona 1)

Factor de Uso U= 1.5 (Categoría A- Edificaciones Comunes)

Factor de Suelo S = 1.4 (Según E.M.S. ING. WILSER H. BRIONES

GALLARDO)

Periodo que define la Plataforma del Espectro Tp = 0.9 (Según E.M.S. ING.

WILSER H. BRIONES GALLARDO)

Factor de Reducción de Fuerza Sísmica Rx = 8 ; Ry = 7

De esta forma el factor ZUSg/Rx = 1.373

ZUSg/Ry = 1.569

Para la superposición de los modos se empleó la fórmula de la Combinación Cuadrática

Completa contemplando un 5% de amortiguamiento crítico.

Page 7: PROYECTO 3A

MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL

Ing. William Conrad Galicia Guarniz

Ing. Jose Luis Hernandez Plasencia Page 7

ESPECTRO DE PSEUDO-ACELERACIONES RNE E.030

Z = 0.40

U = 1.50 S = 1.40 Tp = 0.90 Rx = 6.00 Ry = 5.25

ZUS/Rx = 0.140 1.373 ZUS/Ry = 0.160

T Sa x Sa y

C = 2.5(Tp/T)

0.5 0.350 0.400 2.50

0.55 0.350 0.400 2.50

0.60 0.350 0.400 2.50

0.65 0.350 0.400 2.50

0.70 0.350 0.400 2.50

0.75 0.350 0.400 2.50

0.80 0.350 0.400 2.50

0.85 0.350 0.400 2.50

0.90 0.350 0.400 2.50

0.95 0.332 0.379 2.37

1.00 0.315 0.360 2.25

ANALISIS ESTATICO CORTANTES ESTATICOS EN LA BASE

ANALISIS ESTATICO

Diaphragm Mass Data

Story Diaphragm MassX MassY MMI XM YM Peso

STORY1 D1 13.0641 13.0641 549.208 9.1 3.075 128.159

Cortante Estático

Z 0.40

Vx 28.8357 tonf U 1.50

Vy 32.9551 tonf

S 0.90 Tp 1.40 C 2.50 Rx 6.00

0.225 0.25714 Ry 5.25

P 128.159

Page 8: PROYECTO 3A

MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL

Ing. William Conrad Galicia Guarniz

Ing. Jose Luis Hernandez Plasencia Page 8

ANALISIS DINAMICO

Story Shears

Story Load Loc P VX VY T MX MY

STORY1 SX Bottom 0 28.84 0

STORY1 SY Bottom 0 0 32.95

Como vemos que no se cumple la condición: (con un aceptable + / - 5%)

0.90 x V estático / V dinámico

FACTOR DE ESCALA

Vx Vy

Vestatico 28.84 32.96

Vdinamico 28.84 32.95

Vdin/Vest 1.00 1.00

Fact. Min 0.90 0.90

Factor Amp 0.90 0.90

No es necesario escalar dado que esta factorizarlo, dado que coincide en valor el

Análisis Estático y Dinámico respectivamente.

VERIFICACION DE DESPLAZAMIENTOS PERMISIBLES SEGÚN LA NORMA

E030. RNE

CONTROL DE DESPLAZAMIENTOS

Desp. Inel x075R

Story Diaphragm Load UX UY h(m) Entre X Deriva

STORY1 D1 DESPSX MAX 0.025 0 4.2 0.025 0.005952

Direccion X Max Desp Azotea 2.50 cm

Max Desp Entrepiso 2.50 cm

Direccion Y Max Desp Azotea 0.01 cm

Max Desp Entrepiso 0.01 cm

5. COMBINACIONES Y RESULTADOS DE ANÁLISIS ESTRUCTURAL

Se consideran las combinaciones exigidas por la Norma E060

C1 1.4 D + 1.7 L

C2 1.25 D + 1.25 L + 1.0 SX

C3 0.9 D + 1.0 SX

Page 9: PROYECTO 3A

MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL

Ing. William Conrad Galicia Guarniz

Ing. Jose Luis Hernandez Plasencia Page 9

C4 1.25 D + 1.25 L + 1.0 SY

C5 0.9 D + 1.0 SY

Para el diseño de vigas se trazaron las envolventes de fuerzas.

6. DISEÑO ESTRUCTURAL

Para el diseño de vigas y columnas el programa sigue los lineamientos del ACI-08

cuyas fórmulas y factores de cargas son equivalentes a los de nuestra norma E060.

Para el trazo de los planos se verifica que las cuantías de diseño sean mayores a la

mínima y menores a la máxima estipuladas en la Norma E060.

DISEÑO DE ALIGERADO Se verificará el diseño del paño entre los ejes 12 / DE

METRADO DE CARGAS

Altura de losa = 20.00 cm

Sobrecarga = 0.30 ton/m2

Ancho tributario = 0.40 m

Peso de acabados = 0.10 ton/m2

Peso de losa = 0.30 ton/m2

CARGAS MUERTAS

Peso de losa = 0.12 ton/m

Peso de acabados = 0.04 ton/m

Wd = 0.16 ton/m

CARGAS VIVAS

Sobrecarga = 0.12 ton/m

Wl = 0.12 ton/m

WU = 0.44 ton/m

Page 10: PROYECTO 3A

MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL

Ing. William Conrad Galicia Guarniz

Ing. Jose Luis Hernandez Plasencia Page 10

Se ha procedido a carga a la vigueta con las respectivas cargas muertas y vivas,

realizando además la debida alternancia de cargas vivas.

Análisis Estructural

M(+) = 0.88 Ton.m

Por tratarse de una vigueta cuya sección es “T” aplicaremos las fórmulas respectivas

resumidas en las siguientes tablas:

Page 11: PROYECTO 3A

MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL

Ing. William Conrad Galicia Guarniz

Ing. Jose Luis Hernandez Plasencia Page 11

Diseño por Flexión

Del diseño se desprende que con 2Ø3/8” podemos resistir un momento:

Mu = + 0.89 Ton.m, superando satisfactoriamente a la solicitación de la vigueta.

Para el cortado de varillas utilizaremos los criterios dados por la norma E060 (para el

Momento Negativo, además de considerar acero mínimo dado que se considera el

diseño para un tramo simplemente apoyado) y para el Momento Positivo utilizaremos el

acero corrido.

Page 12: PROYECTO 3A

MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL

Ing. William Conrad Galicia Guarniz

Ing. Jose Luis Hernandez Plasencia Page 12

Diseño por Cortante

Vu = 1.36 Ton

ØVc = 1.1(0.85)(0.53 210.(10)(18) = 1.22Ton

Como podemos apreciar en algunas zonas de los tramos, los cortantes superan la

resistencia al cortante proporcionado por el concreto, de esta manera es necesario

proporcionar ensanches de viguetas, para los cortantes cercanos a los apoyos,

intercalando ladrillos de techo.

Page 13: PROYECTO 3A

MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL

Ing. William Conrad Galicia Guarniz

Ing. Jose Luis Hernandez Plasencia Page 13

DISEÑO DE VIGAS DISEÑO POR FLEXION

Del Análisis Estructural tenemos:

Se procederá con el diseño de las aulas 01 al 08 del pórtico presentado que corresponde

al pórtico más cargado dentro de la estructura (Eje A en Plano de Encofrados del

Proyecto). Para ello seleccionamos uno de los momentos más críticos de las vigas.

Page 14: PROYECTO 3A

MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL

Ing. William Conrad Galicia Guarniz

Ing. Jose Luis Hernandez Plasencia Page 14

DISEÑO POR CORTANTE

Los cortantes en la derecha y en la izquierda, respectivamente (medidos a la distancia

“d” del apoyo) son los siguientes:

Vu d = 17.37 Ton (izquierda) ; Vu d = 17.37 Ton (derecha)

Por lo que para estos valores aplicaremos el criterio de resistencia por sismo en base a

los momentos nominales con las areas de acero diseñadas.

Page 15: PROYECTO 3A

MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL

Ing. William Conrad Galicia Guarniz

Ing. Jose Luis Hernandez Plasencia Page 15

Desarrollo Longitudinal de Viga V102

Entonces será: 1 estribo Ø 3/8": 1a.05, 9 @ 0.125, Rto @ .20 c/ext

L

WuLMprMprVe

2/2

211

12 VeWuLVe

Page 16: PROYECTO 3A

MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL

Ing. William Conrad Galicia Guarniz

Ing. Jose Luis Hernandez Plasencia Page 16

DISEÑO DE COLUMNAS

DATOS DE ETABS

Story Column Load P (Tonf) M2 (Tonf-m) M3 (Tonf-m)

STORY1 C1 14CM17CV -28.35 0.055 8.801

STORY1 C1 14CM17CV -25.32 -0.096 -15.518

STORY1 C1 09CMSX MAX -12.58 6.997 3.569

STORY1 C1 09CMSX MAX -10.63 3.901 -6.272

STORY1 C1 09CMSX MIN -13.25 -6.953 3.552

STORY1 C1 09CMSX MIN -11.3 -3.977 -6.284

STORY1 C1 09CMSY MAX -12.81 0.05 3.994

STORY1 C1 09CMSY MAX -10.86 -0.004 -6.124

STORY1 C1 09CMSY MIN -13.01 -0.006 3.127

STORY1 C1 09CMSY MIN -11.06 -0.073 -6.431

STORY1 C1 125CMCVSY MAX -23.91 0.074 7.777

STORY1 C1 125CMCVSY MAX -21.21 -0.045 -12.795

STORY1 C1 125CMCVSY MIN -24.11 0.018 6.91

STORY1 C1 125CMCVSY MIN -21.4 -0.114 -13.102

STORY1 C1 125CMCVSX MAX -23.68 7.021 7.352

STORY1 C1 125CMCVSX MAX -20.97 3.859 -12.943

STORY1 C1 125CMCVSX MIN -24.35 -6.929 7.336

STORY1 C1 125CMCVSX MIN -21.64 -4.019 -12.955

Page 17: PROYECTO 3A

MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL

Ing. William Conrad Galicia Guarniz

Ing. Jose Luis Hernandez Plasencia Page 17

Diagrama de Interacción en dirección M22 y M33, para Columna T.

De los respectivos diagramas se obtuvo: La combinación más critica, por lo que se

analizo mediante Flexo compresión Biaxial:

P M2 M3

25.32 0.096 15.518

Po 347.08 ton

P22 161.68 ton

P33 182.89 ton

P 254.57 ton

Como podemos apreciar las carga Axial máxima, que puede soportar la columna es de

254.57 ton, frente a 25.32, el diseño es ampliamente válido, cumpliendo con la

cuantía mínima de acero requerido para elementos a compresión (1% del área de la

sección).

DISEÑO DE CIMENTACION

Se muestra el análisis realizado a la cimentación en el programa Safe 12.3.

Modelo de la Cimentación con la inclusión de las cargas provenientes de la

superestructura.

Page 18: PROYECTO 3A

MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL

Ing. William Conrad Galicia Guarniz

Ing. Jose Luis Hernandez Plasencia Page 18

Verificación de Esfuerzos en el Terreno:

En la imagen se puede apreciar claramente cómo es que la platea propuesta no

sobrepasa el esfuerzo admisible de terreno de 0.87 Kg/cm2. (8.7 ton/m2)

Diseño de las Vigas de Cimentación:

Se procedió a diseñar y a colocar acero mínimo a las viga de cimentación, debido a

que la mayor parte de esfuerzos lo absorben los cimientos armados.

Page 19: PROYECTO 3A

MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL

Ing. William Conrad Galicia Guarniz

Ing. Jose Luis Hernandez Plasencia Page 19

PLANOS FINALES

BIBLIOGRAFÍA

1. Norma Técnica de Edificación E.020 Cargas. SENCICO. 2006.

2. Norma Técnica de Edificación E.030 Diseño Sismorresistente. SENCICO. 2006.

3. Norma Técnica de Edificación E.050 Suelos y Cimentaciones. SENCICO. 2006.

4. Norma Técnica de Edificación E.060 Concreto Armado. SENCICO. 2009.

5. Norma Técnica de Edificación E.070 Albañilería. SENCICO. 2006.