Diseño Estructural de La Institucion Educativo Primaria de N-821130 en El Caserio de...

UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO

FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

TITULO

AUTOR: BACH. ARACELLE BETZABE RAMIREZ CHUMAN

ASESOR: Ing. Ms. RICARDO NARVAEZ ARANDA

TRUJILLO PERU

2013-I

DISEO ESTRUCTURAL DE LA INSTITUCIN EDUCATIVO

PRIMARIA DE LA I. E. N 821130 EN EL CASERO DE

COCHAPAMPA, DISTRITO DE SAN JUAN, PROVINCIA DE

CAJAMARCA - CAJAMARCA

DEDICATORIA

A Dios, a mis hijos, los seres que ms amo, por su amor, comprensin,

apoyo incondicional y su constante motivacin; a mi asesor que

con sus sugerencias y apoyo me han permitido ir desarrollando

de manera adecuada el presente trabajo y a la UPAO, mi alma

mater, donde regreso y de la cual me siento orgullosa de

pertenecer.

RESUMEN

El presente trabajo comprende el desarrollo de un centro educativo primario tpico de

la sierra Cajamarquina; en el cual se desarrollara el diseo arquitectnico del

conjunto y luego su anlisis y diseo estructural.

El diseo arquitectnico de esta Institucin comprende; dos bloques (uno de aulas en

02 pisos y el otro de 01 piso; para rea administrativa), obras exteriores de patio de

formacin y sistema de desage a travs de un biodigestor biodegradable . El sistema

estructural de ambos bloques del edificio est compuesto por; columnas y vigas de

concreto armado. La cimentacin del edificio consisti de zapatas aisladas y

conectadas; para el sistema de techos; en el bloque de dos pisos se utilizaron losa

aligerada y viguetas convencionales en el bloque de 01 piso se utilizaron tijerales de

madera.

Se realiz pre dimensionamiento convencional, posteriormente para el bloque A se

desarroll un modelo tridimensional; y se realiz un anlisis por cargas de gravedad y

de sismo en el programa SAP 2000, el cual arrojo las deformaciones dentro de la

normatividad de la norma peruana NTP.030

Las deformaciones por sismo obtenidas fueron para la direccin paralela y

perpendicular a la fachada respectivamente, cumpliendo con la exigencia de la

Norma E.030. El desplazamiento mximo calculado fue de 0.02 cm en la direccin

X y 0.0026 cm en la direccin Y, estos valores obtenidos indican que se

logr un edificio con buena rigidez

INDICE

Captulo I INTRODUCCION

IMPORTANCIA

OBJETIVOS

a. Generales

b. Especficos

Captulo II METODOLOGIA Y METODOS : MARCO TEORICO

2.1 DESARROLLO DEL DISEO

2.1.1. Entorno y Contexto

2.1.2. Arquitectura

2.1.3. Consideraciones generales para el diseo arquitectnico

2.2. ESTRUCTURACION Y PREDIMENSIONAMIENTO

2.2.1. Aspectos generales

2.2.2. Sistemas estructural planteado

2.2.3. Predimensionamiento de elementos

2.2.3.1. Losas

2.2.3.2. Vigas

2.2.3.3. Columnas

2.3 NORMAS Y CARGAS DE DISEO (parmetros de cargas)

2.3.1 Normas de diseo

2.3.2 Cargas de diseo

2.3.3. Caractersticas y propiedades de los materiales

2.4. ANALISIS ESTRUCTURAL POR CARGAS HORIZONTALES-METODO DE

RESISTENCIA SISMICA

2.4.1. Aspectos generales

2.4.2. Conceptos bsico del anlisis estructural

2.4.3. Diseo de Concreto Armado

A. Diseo de columnas (flexo compresin)

B. Diseo de Vigas ( Flexin, corte)

C. Anlisis de losas aligeradas

2.4.4. Simulacin del proceso constructivo

2.4.4.1. Idealizacin de elementos, conexiones y apoyos

2.4.4.2. Asignacin de cargas

2.4.4.3. Apuntes

2.5. ANALISIS SISMICO

2.5.1. Modelo dinmico

2.5.1.1 Modelo dinmico por combinacin espectral

a. Aceleracin espectral

b. Modos de vibracin

c. Anlisis de desplazamientos

Captulo III RESULTADOS

3.1. PREDIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS

3.1.1. Predimensionamiento de losa aligerada

3.1.2. Predimensionamiento de vigas

3.1.3. Predimensionamiento de columnas

3.2. DISEO DE ELEMENTOS EN CONCRETO ARMADO

3.2.1. Consideraciones generales para el diseo

3.2.2. Diseo de elementos; aplicacin de mtodo por cagas

horizontales para la determinacin del diseo de:

A. Diseo de losa aligerada

B. Diseo de vigas

C. Diseo de columnas

D. Diseo de zapatas

3.3. Diseos de obras complementarias

3.3.1. Sistema eliminacin de excretas (biodigestor)

3.3.2. Construccin de cerco perimtrico

3.3.3. Construccin de patio de formacin

Captulo 4. DISCUSIN DE RESULTADOS

Captulo 5. CONCLUSIONES

Comparacin de resultados (mtodo tradicional y programas)

Captulo 6. RECOMENDACIONES

Captulo 7. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

ANEXOS

a. Imgenes

b. Planos

c. Estudios de suelos

CAPITULO I

INTRODUCCION

Cuando transitamos, por las diferentes rutas de nuestra serrana, es pintoresco observar

el entorno rural de la misma, una caracterstica de casi todos los pequeos pueblos que

conforman esta regin, es sin duda el tpico centro educativo, simptico a simple vista,

pero lo cierto de esta institucin es que no solo es una infraestructura tpica, sino que

desde siempre la escuela en estos pueblos, ha sido la institucin protagnica de los

procesos sociales de la comunidad, as como en sus procesos de aprendizaje.

En la actualidad con el nuevo enfoque educativo de fortalecer la autonoma del nio, el

sentido de convivencia con otros y con el desarrollo de nuevos programas de apoyo

comunal, esta caracterstica ha cobrado mayor fuerza, es as que la escuela ahora, se ha

convertido en el ente donde se desarrollan mayor cantidad de actividades de

integracin y desarrollo comunal.

En este sentido el presente trabajo desarrollar un proyecto tpico, pequeo e integral

de lo que es un centro de educacin primaria en rea rural.

IMPORTANCIA

Es importante entonces conocer y desarrollar un proyecto integral de estas

instituciones educativas, protagnicas de las comunidades donde se hallan ubicadas.

La escuela no solo es un conjunto de aulas donde se realiza e proceso de aprendizaje,

hoy en da, se debe considerar reas de uso comunal, reas de servicios como los

comedores y cocinas donde la comunidad participa activamente del proceso de

alimentacin sana para sus hijos, reas de actividades al aire libre, conformadas por

patios para actividades cvico recreacionales, con la debida dotacin de servicios

bsicos con la instalacin de servicios de: agua, desage y sistema elctrico.

Para que esta infraestructura ofrezca seguridad e integridad a sus usuarios, debe partir

de un adecuada diseo arquitectnico que se integre al contexto o entorno inmediato,

por encontrase en la zona rural, as como un adecuado anlisis y diseo estructural de

su infraestructura y de sus instalaciones de servicios para hacerla una edificacin

confiable y representativa del lugar donde se ubique.

En la mayora de casos por su ubicacin distante y/o aislada no cuentan con sistema de

alcantarillado, en ese sentido este proyecto tendr como uno de sus objetivos dotar al

conjunto un sistema no convencional de eliminacin de excretas conformado por un

sistema conformado por un biodigestor, recomendado para contaminar menos el

medio ambiente.

OBJETIVOS:

a. GENERALES

Plantear el diseo arquitectnico y estructural de la Institucin Educativa

Primaria N 821130 en el casero de Cochapampa, distrito de San juan -

Cajamarca - Cajamarca

b. ESPECIFICOS

1. Realizar los estudios bsicos a nivel de ingeniera como levantamiento

topogrfico y estudio de mecnica de suelos.

2. Realizar el diseo arquitectnico de una nueva infraestructura de la IEP N

821130 Cochapampa

3. Disear estructuralmente los dos mdulo que contendr dicha institucin:

Diseo y clculo de las estructuras de concreto armado en la cruja

de 04 aulas (2 niveles) con aligerado y cobertura final de entramado

de madera con teja andina)

Diseo y clculo de las estructuras de concreto armado en la cruja

de rea administrativa (01 piso).

Diseo de tijerales para rea administrativa

Diseo de obras exteriores como:

- Patio de formacin de concreto simple.

- Sistema de eliminacin de excretas (biodigestor)

CAPITULO II: METODOLOGIA Y METODOS: MARCO TEORICO

2.1. DESARROLLO DEL DISEO Y ESTRUCTURACION

2.1.1. ENTORNO Y CONTEXTO

El centro educativo primario N 821130, se ubica en el casero de Cochapampa,

distrito de San Juan, provincia de Cajamarca, este casero de la zona rural de

Cajamarca se encuentra a 30 minutos del Gaviln ingreso de ciudad de Cajamarca,

zona que se caracteriza por ser permanentemente de clima frio y de fuerte viento.

2.1.2. ARQUITECTURA

Esta es una institucin pblica, que brinda servicio educativo de nivel primario, se

organizar alrededor de un espacio principal central conformado por el patio de

formacin, punto alrededor del cual se organizan los bloques constructivos.

El bloque de aulas en 02 niveles se ubica en direccin de contravento, para

proteger al resto del conjunto de los fuertes vientos de la zona, ambos bloques de

uno y dos niveles estn unidos en forma de L de tal manera que los una la

comunicacin vertical conformada por una escalera de concreto armado.

Finalmente el conjunto delimitara por un cerco perimtrico, de malla olmpica para

poder entrever el paisaje del entorno y se ingresara por una puerta principal que

ser parte de este cerco.

El conjunto de esta institucin contendr:

- Bloque de 04 aulas en 02 pisos

- Bloque Administrativo en 01 piso, los SS.HH. incluye uno para

discapacitados.

- Obras exteriores: patio de formacin y cerco perimtrico, sistemas de

eliminacin de excretas, agua y electricidad.

Figura N 01: Planta general del conjunto

2

3

4

5

6

7

8

SS.HH.NIOS

NP T .+0.15

VEREDANPT.+0.15

1

2

3

VEREDANPT.+0.15

12

3

SS.HH.

NPT.+0.15

x y

1

9

URINA RIO

SS.HH.NIAS

NP T .+0.15

VEREDANPT.+0.15

VEREDANPT.+0.15

X Y

0.15 2.10 0.15 2.10 0.15

0.15

3.50

0.15

LAV ATORIO CORRIDO

4.65

JUNTA 5cm

JUNTA 5cmJUNTA 5cm

JUNTA 5cm

JU

NT

A D

E D

ILA

TA

CIO

N

JU

NT

A D

E D

ILA

TA

CIO

N

JU

NT

A D

E D

ILA

TA

CIO

N

JU

NT

A D

E D

ILA

TA

CIO

N

JU

NT

A D

E D

ILA

TA

CIO

N

JUNTA DE DILA TA CION

0.60

0.60

piso de cemento pulidoNPT.+0.15

AULA N 01

JUNTA DE DILA TA CION4.67

4.67

4.67

4.67

E

D

C

B

A

JUNTA DE DILA TA CION

piso de cemento pulido

NPT.+0.15

AULA N 01

JUNTA DE DILA TA CION JUNTA DE DILA TA CION

0.25

9.10

0.25

9.10

0.25

0.25

5.30

0.25

1.50

5.80

VE

RE

DA

NP

T.+

0.1

5

4.674.674.674.67

EDCBA

0.259.10

0.259.10

0.25

(piso ceramica alto transito antidesliz)

COCINA-COMEDOR

NPT.+0.15(piso ceramica alto transito antidesliz)

DIRECCION-COMPUTO

NPT.+0.15

(piso ceramica alto transito antidesliz)

SALON DE USOS MULTIPLES

NPT.+0.15

0.15

5.50

0.15

1.50

C.R. 12" x 24"

CT. : +0.00

CF. : -0.40

C.R. 24" x 24"

PARA REG.

DE LODOS

Salida de aguas

residuales tratadas

PVC SAL 2"

PV

C S

AL

4"

PVC SAL 2"PVC SAL 4",

Lmx.=5.0 m.

sistema de eliminacion de excretas

BLOQUE ADMINISTRATIVO

BLOQUE AULAS

SIST. ELIMINACION EXCRETAS

PATIO DE FORMACION

CERCO PERIMETRICO

SS.HH

Figura N 02a: Elevacin Longitudinal Frontal y General del conjunto

Figura N 02b: Elevacin Transversal Lateral y General del conjunto

Figura N 02c: Elevacin SS.HH. del conjunto

1

11

12

13

145.10

EDA DB

EDCBA

1.60

0.70

3.95

2.37

0.55

2.67

2.1.3. CONSIDERACIONES GENERALES PARA EL DISEO

ARQUITECTONICO

(Segn Normas Tcnicas para el diseo de locales escolares de Educacin

Bsica Regular Nivel Inicial (2011) y

Normas tcnicas para el diseo de locales de Educacin Bsica Regular:

Primaria Secundaria (2009).

Cuadro N01: NORMAS TCNICAS ESPECFICAS PARA EL DISEO DE LOCALES ESCOLARES

NORMAS TCNICAS ESPECFICAS PARA EL DISEO DE LOCALES ESCOLARES

Norma / Documento de trabajo Educacin Primaria

Seleccin de terrenos para locales educativos. Asignacin de espacios segn

actividades educativas. Programacin arquitectnica

Criterios generales para el diseo.

Documento de Trabajo: Normas tcnicas para el diseo de locales de Educacin Bsica Regular: Primaria Secundaria (2009).

NORMAS TCNICAS ESPECFICAS PARA CUANTIFICACIN DE PERSONAL NECESARIO-EBR

Cuantificacin de personal de: - Personal docente directivo. - Personal docente. - Personal auxiliar. - Personal administrativo.

Normas para el Proceso de Racionalizacin de Plazas de Personal Docente y Administrativo en las Instituciones Educativas Pblicas de la Educacin Bsica y Tcnico Productiva aprobadas mediante Decreto Supremo N 005-2011-ED

Fuente: Ministerio de economa y finanzas (Anexo SNIP N 09)

Cuadro N02: NORMAS TCNICAS ESPECFICAS PARA EL DISEO DE MOBILIARIO ESCOLARES

MINIMO NUMERO DE ALUMNOS POR SECCCION (para gestionar plaza docente

ZONA NIVEL EDUCATIVO

PRIMARIA (aulas de 30 alumnos)

35 mdulos: 1 Mesa + 1 silla

Mobiliario profesor : 1 Mesa + 1 Silla


Cuadro N03: INDICE DE OCUPACION DE LOCALES ESCOLARES SEGN EL NIVEL

Nivel Educativo Coeficiente De Ocupacin

Primaria 1.5 Km

De 20 a 24 alumnos 1.75 m2 /alumnos

De 30 a 35 alumnos 1.60 m2 /alumnos


Por tanto segn las normas se ha considerado un nmero de alumnos

promedio de 30 alumnos correspondindoles:

Aulas de 30 x 1.6 1.60 m2 /alumnos = 48 m2

Cuadro N04: INDICE DE OCUPACION DE LOCALES ESCOLARES SEGN EL NIVEL

AMBIENTE NUMERO

Aula Comn 48.0 m (30*

Sala de Uso Mltiple: 112.0 m

Laboratorio de Ciencias

Naturales

112.0 m

SSHH Segn proyecto

Direccin 10.4 m.

Cocina 10.4 m.

Vivienda Docente 12.80 m

Losa deportiva 4 m por alumno.

huertos y jardines (1 m/alumno).

Aula de Innovacin Pedaggica (18 computadoras)

85.0 (no tiene energa)


2.2. ESTRUCTURACIN Y PREDIMENSIONAMIENTO

2.2.1. ASPECTOS GENERALES

El proceso de estructuracin consiste definir el sistema estructural a

plantear y de acuerdo a este ubicar y las caractersticas de los diferentes

elementos estructurales (losas, vigas, muros, columnas), de tal forma que

se logre dotar a la estructura de rigidez, adems resulte fcil y

confiable reproducir el comportamiento real de la estructura, el

planteamiento estructural debe elaborarse en base a la arquitectura

planteada definida, de tal manera que al ubicar los diferentes elementos

estructurales este no debe alterar ni cambiar la arquitectura planteadas.

Mediante el predimensionamiento se brinda dimensiones mnimas a

las secciones de los elementos estructurales para que tengan una buena

respuesta ante solicitaciones por carga de gravedad y de sismo.

2.2.2. SISTEMA ESTRUCTURAL PLANTEADO

El material utilizado en el diseo estructural del edificio es concreto armado

y se ha planteado sistema estructural aporticado, consistente en prticos

conformados por columnas y vigas; elementos que han sido colocadas

dentro de los muros portantes y divisorios de tal manera de no se vean, as

como las vigas peraltadas.

La cimentacin est compuesta por zapatas aisladas y conectadas mediante

vigas de cimentacin.

El sistema de techado est compuesto por losas aligeradas de peralte h =

0.20 m, utilizando ladrillos de arcilla para dar menor peso al aligerado y

proporcionar mayor facilidad para el tarrajeo del cielo raso.

Las vigas cuya funcin es la de soporte del sistema de techado estn

dimensionadas en su mayora de 25x50 y 25x40, las cuales varan

dependiendo de la luz y las solicitaciones a la cuales se encuentran

sometidas. Estas a su vez descansan sobre las columnas y muros de concreto

armado.

Criterios utilizados para estructuras

Simplicidad y Simetra: se busca simplicidad en la estructuracin porque

se puede predecir mejor el comportamiento ssmico de la estructura y de

esta manera se puede idealizar ms acertadamente los elementos

estructurales.

La simetra favorece a la simplicidad del diseo estructural y al proceso

constructivo, pero sobre todo la simetra de la estructura en dos direcciones

evita que se presente un giro en la planta estructural (efecto de torsin), los

cuales son difciles de evaluar y son muy destructivos.

Resistencia y Ductilidad: se debe proveer a los elementos estructurales y a

la estructura como un todo, de la resistencia adecuada de manera que pueda

soportar los esfuerzos producidos por las cargas ssmicas y las cargas

permanentes.

Hiperestaticidad y Monolitsmo: las estructuras deben tener una

disposicin hiperesttica, con lo cual lograrn una mayor capacidad

resistente. Tambin la estructura debe ser monoltica para poder cumplir con

la hiptesis de trabajar como si fuese un solo elemento

Uniformidad y Continuidad de la Estructura: se debe buscar una

estructura continua y uniforme tanto en planta como en elevacin, de

manera tal de no cambiar su rigidez bruscamente entre los niveles continuos,

a la vez que se logra tener un mayor rendimiento en la construccin del

proyecto.

Rigidez Lateral: se debe proveer de elementos estructurales que aporten

suficiente rigidez lateral en sus dos direcciones principales, ya que as se

podr resistir con mayor eficacia las cargas horizontales inducidas por el

sismo.

Existencia de Diafragmas rgidos: esto permite considerar en el anlisis

que la estructura se comporta como una unidad, gracias a una losa rgida a

travs de la cual se distribuyen las fuerzas horizontales hacia las placas y

columnas de acuerdo a su rigidez lateral

2.2.3. PREDIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS

En este item se indican criterios y recomendaciones prcticas para el

dimensionamiento de los diferentes elementos estructurales, stos han

sido establecidos basndose en el desarrollo de los cursos de concreto

armado.

El anlisis de estos elementos se hace considerando las condiciones ms

crticas, luego se verificar si las dimensiones asumidas son convenientes

o tendrn que cambiarse para luego pasar a disearlos.

Parmetros utilizados para el Clculo de Estructuras;

Especificaciones de anlisis y diseo, segn norma E-30 de las nuevas

normas peruanas para edificaciones:

Cuadro N 05: CARGAS UNITARIAS NORMATIVAS

Fuente: RNE 2006

Figura N 03: Estructuracin considerada para el diseo

CARGAS MUERTAS O PERMANENTES (D)

DESCRIPCION CARGA UNITARIA

LOSA ALIGERADA

e= 0.17 m. 280 kg/m2

e= 0.20 m. 300 kg/m2

e= 0.25 m. 350 kg/m2

PISO TERMINADO 100 kg/m2

CIELO RASO 100 kg/m2

TABIQUERIA MOVIL 120 kg/m2

COBERTURA TEJA ANDINA 150 kg/m2

CONCRETO ARMADO 2,400 kg/m3

CONCRETO SIMPLE 2,200 kg/m3

MUROS 1,800 kg/m3

CARGAS VIVAS O SOBRECARGA (L)

ESCUELAS 250 kg/m2

PASADIZOS O CORREDORES 400 kg/m2

AZOTEAS 100 kg/m2

4.6754.6754.6754.675

2.775

2.775

FEDBA

1

2

3

VS-1

VS-1

VS-1

VS-1

VS-1

VS-1

VS-1

VS-1

0.600

0.600

2.212 2.212 2.212

VP

-2

VP

-2 VP

-2

VP

-1

VP

-1

3.5

4.4

3.1 4.7

2.2.3.1. PREDIMENSIONAMIENTO DE LOSAS

Losas: El peralte de las losas se determin con el fin de

garantizar su comportamiento como un diafragma rgido y para

poder controlar sus deflexiones.

Para pre dimensionar el espesor (h) de las losas aligeradas

armadas en un sentido se sigui la Norma E.060 de Concreto

Armado, donde se menciona que para prescindir de la

verificacin de deflexiones, cuando actan sobrecargas menores

a 300kg/m2, se puede utilizar la relacin:

Espesor de losa (e)

Dnde: L = Mxima luz libre

En nuestro caso las luces son de entre 4 y 5 metros por lo que

utilizaremos solo e=20 cm.

2.2.3.2. PREDIMENSIONAMIENTO DE VIGAS

Para el para el pre-dimensionamiento de las vigas utilizaremos

las siguientes frmulas:

VIGAS PRINCIPALES (VP):

Peralte de Viga (h)

a

Dnde: L = Luz mayor (dado por la luz entre los ejes 1-3)

Ancho de Viga (b)

Dnde: h = peralte de viga

VIGAS SECUNDARIAS (VS):

Peralte de Viga (h)

a

Ancho de Viga (b)


2.2.3.3. PREDIMENSIONAMIENTO DE COLUMNAS

Las columnas debern disearse para resistir las fuerzas axiales

de todos los pisos y techos y el momento mximo debido a las

cargas actuantes.

Al calcularse los elementos en las columnas debido a cargas de

gravedad, los extremos lejanos de las columnas construidos

monolticamente con la estructura podrn considerarse

empotradas.

El momento en cualquier nudo deber distribuirse entre las

columnas inmediatamente arriba y abajo del entrepiso en forma

proporcional a las rigidices relativas de las columnas.

TIPOS

Columna lateral en esquina Columna central interior

Figura N 04: Columnas adoptadas en la estructuracin

Se presenta un procedimiento prctico:

Las columnas al ser sometidas a carga axial y momento flector,

tienen que ser dimensionadas considerando los dos efectos

simultneamente, tratando de evaluar cul de los dos es el que

gobierna en forma ms influyente el dimensionamiento

0.25 0.25

0.25

0.25

0.25 0.25

0.25

0.25

0.25

AREA MINIMA DE COLUMNA

Frmula para pre-dimensionamiento de columnas

Dnde:

Ac = rea de la columna

K = Valor segn tabla adjunta

n = Valor segn tabla adjunta

P = Carga Total

N = 210 kg/cm2

Cuadro N 05: VALORES DE K y n

Tabla con valores de K y n; segn:

Ing. Antonio Blasco Blas, Teodoro Harsem

K n

1.10 0.30

1.25 0.25

1.50 0.20

1.10 0.25

TIPO DE COLUMNA

Columna interior primeros pisos

Columna extrema

Columnas esquina de primeros pisos

Columna interior ult. Piso

2.3. NORMAS Y CARGAS DE DISEO (parmetros de cargas)

2.3.1. NORMAS DE DISEO

En todo el proceso de anlisis y diseo se utilizarn las normas

comprendidas en el Reglamento Nacional de Edificaciones (R.N.E.):

- Metrado de cargas Norma E.020

- Diseo sismo resistente Norma E.030

- Suelos y cimentaciones Norma E.050

- Concreto Armado Norma E.060

2.3.2. CARGAS DE DISEO

La principal funcin de cualquier elemento estructural es la poder soportar

las distintas cargas que actuaran sobre ellas durante su vida til de manera

que no corra riesgos de colapso. Los tipos de carga y los valores mnimos

que se utilizaran estn normados en Reglamento Nacional de Edificaciones

en la Norma E-020 de Cargas.

Para el diseo se debe de considerar principalmente tres tipos de cargas:

Carga muerta de diseo (D):

Carga viva de diseo (L):

Carga muerta de diseo (W):

- CARGA MUERTA (D)

Esta dada por el peso de los materiales, dispositivos de servicio,

equipos, tabiques y otros elementos soportados por la estructura,

incluyendo el peso propio, que sean permanentes o con una variacin en

su magnitud pequea en el tiempo.

- CARGA VIVA (L):

Es aquella carga de gravedad que acta sobre la estructura cuando sta

se encuentra ya en servicio y que puede variar en posicin y valor

durante la vida til de la estructura. Algunos ejemplos pueden ser, las

personas, muebles, equipo mvil, vehculos, y mercadera en depsito,

etc. Los reglamentos de construccin toman muy en cuenta la

seguridad de las construcciones y las cargas vivas son especificadas con

cierto exceso de seguridad luego de cuidadosos estudios estadsticos y

de pruebas.

- CARGA DE VIENTO (W):

Es la carga que el viento ejerce sobre la estructura, en especial las de

ms de 2 3 pisos de altura y debido a la forma son ms vulnerables a

las acciones del viento que a las ssmicas. Este es el caso de las

estructuras de acero.

- CARGA DE SISMO (E):

Es la carga que el viento ejerce sobre la estructura, en especial las de

ms de 2 3 pisos de altura y debido a la forma son ms vulnerables a

las acciones del viento que a las ssmicas. Este es el caso de las

estructuras de acero.

2.3.3. CARACTERSTICAS Y PROPIEDADES DE LOS

MATERIALES:

a. Concreto:

- Resistencia nominal a compresin: fc = 210 kg/cm2

- Mdulo de elasticidad : Ec = 200,000 kg/cm2 = 2000,000 ton/m2

- Relaciono de Poisson : = 0.30

b. Acero de Refuerzo:

- Corrugado grado 60, esfuerzo fluencia fy = 4200 kg/cm2 = 4.2 ton/cm2

- Mdulo de elasticidad = Es = 2000,000 kg/cm2

- Deformacin al inicio de la fluencia =0.0021

2.4 ANALISIS ESTRUCTURAL POR CARGAS HORIZONTALES-

METODO SISMICO

2.4.1. Aspectos Generales

Para realizar el anlisis ssmico de la edificacin se tendr en consideracin la

NORMA E.030. Diseo sismo resistente del Reglamento Nacional de

Edificaciones.

El anlisis esttico represente las solicitaciones ssmicas mediante un

conjunto de fuerzas horizontales actuando en cada nivel de la edificacin. Se

ha optado por utilizar este mtodo por tratarse de una estructura regular de no

ms de 45 m de altura.

En el anlisis de cargas de los elementos que conforman una edificacin y/o

estructura afectadas por su peso propio (cargas verticales), esto se realiza

realizando los metrados de cargas a la que estar sometido el edificio y

analizando el uso respectivo que se le d al mismo.

En la estructura del edificio trabajado, se tiene elementos que trabajan slo

ante cargas de gravedad como lo son las losas aligeradas, las vigas

simplemente apoyadas y las columnas las cuales no toman fuerzas

importantes de sismo. Cada uno de los elementos mencionados trabajan

a flexin, cortante y/o fuerza axial.

Para obtener las fuerzas a las que est sometido cada elemento se tendrn las

siguientes consideraciones

- Un comportamiento elstico de los materiales constituyentes

- La consideracin del equilibrio en la estructura sin deformar

El anlisis estructural que se haga a la estructura proporciona resultados

general de reacciones, desplazamientos de la estructura total y a nivel

seccional; esfuerzos, curvaturas, elongaciones.

HIPOTESIS DE DISEO

a) Se considera la fuerza ssmica actuando en dos direcciones diferentes,

perpendiculares entre si (direccin x y direccin y).

b) Se supone que la fuerza ssmica no acta simultneamente en las dos

direcciones.

c) Las fuerzas horizontales actan concentradas en el centro de gravedad

de los pisos o techos.

d) Las losa de los sistemas de pisos son infinitamente rgidas

(indeformables).

2.4.2. CONCEPTOS BASICOS DEL ANALISIS ESTRUCTRAL

a. ESTABILIDAD

La estabilidad requerida ser suministrada solo por las cargas muertas ms

la accin de los anclajes permanentes que se provean.

b. DESLIZAMIENTOS

La edificacin o cualquiera de sus partes ser diseada para proveer un

coeficiente de seguridad mnimo de 1,25 contra la falla por deslizamiento-

Los coeficientes de friccin sern establecidos por el proyectista a partir de

valores usuales empleados en ingeniera

c. DESPLAZAMIENTOS LATERALES:

En edificaciones el mximo desplazamiento relativo entre pisos, causado

por las fuerzas de viento, ser del 1% de la altura del piso.

En el caso de fuerzas de sismo el mximo desplazamiento ser el indicado

en los numerales pertinentes de la NTE E.030 Diseo Sismo resistente

d. ZONIFICACIN

El territorio nacional se considera dividido en tres zonas, como se muestra

en el RNE. La zonificacin propuesta se basa en la distribucin espacial de

la sismicidad que se observe de acuerdo a lo siguiente cuadro:

Cuadro N 06: FACTORES DE ZONA

FACTORES DE ZONA

ZONA Z

3 0.4

2 0.3

1 0.15 Fuente: RNE 2006

e. PERFIL DE SUELOS

Cuadro N 07: PARAMETROS DE SUELOS

PARAMETROS DEL SUELO

TIPO DESCRIPCION Tp(S) S

S1 Roca o suelos muy rgidos 0.4 1.0

S2 Suelos intermedios 0.6 1.2

S3 Suelos flexibles c/estratos de gran espesor 0.9 1.4

S4 Condiciones excepcionales * *

Fuente: RNE 2006

f. FACTOR DE AMPLIFICACIN SSMICA

De acuerdo a las caractersticas de sitio, se define el factor de

amplificacin ssmica (C) por la siguiente expresin

(

) ; Donde T = Periodo fundamental

g. PERODO FUNDAMENTAL

(

)

Dnde C = 35 para edificios cuyos elementos resistentes en la direccin

considerada sean nicamente prticos. (Segn RNE 2006)

Este coeficiente se interpreta como el factor de amplificacin de la

respuesta estructural respecto de la aceleracin en el suelo

h. CATEGORA DE LAS EDIFICACIONES,

Es la clasificacin de las edificaciones de acuerdo al coeficiente de uso e

importancia, se utiliza la siguiente tabla:

Cuadro N 08: CATEGORIA DE LAS EDIFICACIONES

CATEGORIA DE LAS EDIFICACIONES

CATEGORIA DESCRIPCION FACTOR

U

A

Edificaciones esenciales cuya funcin no debera

interrumpirse inmediatamente despus que ocurra un sismo, como hospitales, centros educativos y edificaciones que

puedan servir de refugio despus de un desastre.

1.5

B Edificaciones donde se renen gran cantidad Edificaciones de personas como teatros, estadios, centros

comerciales

1.3

C

Edificaciones comunes, cuya falla ocasionara

prdidas de cuanta intermedia como viviendas, oficinas, hoteles, restaurantes

1.0

D Edificaciones cuyas fallas causan prdidas de menor cuanta. (*) Fuente: RNE 2006

i. Sistemas Estructurales regulares

Los sistemas estructurales se clasificaran segn los materiales usados y el

sistema de estructuracin sismo resistente predominante en cada direccin

tal como se indica. Segn la clasificacin que se haga de una edificacin

se usara un coeficiente de reduccin de fuerza ssmica (R).

Para el diseo por resistencia ltima las fuerzas ssmicas internas deben

combinarse con factores de carga unitarios. As tenemos:

Cuadro N 09: COEF REDUCCION SEGN SIST. ESTRUCTURAL

SISTEMAS ESTRUCTURALES

SISTEMA ESTRUCTURAL

Coeficiente de

Reduccin

R

Acero

Prticos dctiles con uniones resistentes a momentos

9.5

Concreto Armado

Prticos 8

Dual 7

De muros estructurales 6

Muros de ductilidad limitada 4

Albailera Armada o Confinada 3

Madera (Por esfuerzos admisibles 7 Fuente: RNE 2006

Por lo menos el 80% del cortante en la base acta s obre las columnas de

los prticos que cumplan los requisitos de la NTE E.060 del Concreto

Armado.

Para encontrar las solicitaciones de diseo que se presentan en los prticos

exteriores e interiores longitudinales y laterales, se utilizar el programa de

clculo estructural SAP 2000.

Se tendr en cuenta la resistencia U que contemplan las Normas Peruanas

de Estructuras contenidas en el RNE .

Las envolventes de los diagramas de momentos y fuera cortante se obtiene

mediante las siguientes combinaciones de carga:

U = 1.5 D + 1.8 L

U = 1.25 (D + L S)

U = 0.9 D 1.25 S

Dnde:

D : Carga muerta

L : Carga viva

S : carga de sismo

2.4.3 DISEO EN CONCRETO ARMADO

A. ANLISIS DE COLUMNAS

Anlisis para elementos en flexo compresin: Columnas

Las columnas debern disearse para resistir las fuerzas axiales de todos los

pisos y techos y el momento mximo debido a las cargas actuantes.

Al calcularse los elementos en las columnas debido a cargas de gravedad,

los extremos lejanos de las columnas construidos monolticamente con la

estructura podrn considerarse empotradas.

El momento en cualquier nudo deber distribuirse entre las columnas

inmediatamente arriba y abajo del entrepiso en forma proporcional a las

rigidices relativas de las columnas.

De manera similar al caso de flexin, se halla la cortante asociada a

los momentos nominales de los extremos del elemento.

B. DISEO DE VIGAS

a.1 DISEO POR FLEXION

El clculo del refuerzo (acero) longitudinal se ha obtenido mediante las

siguientes ecuaciones:

, a=

Mur=fy{1-0.59(fy/fc)}bd

Mur= k.b.d

K=fy{1-0.59(fy/fc)}

Frmulas que son vlidas para secciones simplemente armadas y donde:

Mur : momento ltimo resistente

Mu : momento actuante en la seccin considerada ( se obtiene del diagrama de

envolventes de momentos flectores).

: factor de reduccin de capacidad de resistencia ( = 0.90)

fy : esfuerzo de fluencia del acero ( fy= 4,200kg/cm2).

fc : resistencia a la compresin del concreto (fc= 210 kg/cm2)

As : rea de refuerzo en traccin.

b : ancho de la viga.

d : peralte til de la viga

: cuanta.

Para secciones doblemente reforzadas son vlidas las siguientes frmulas:

Mu Mu/(-Mur.mx) (momento remanente)

As1= mx.b.d , As2 = Mu/fy(d-d)

As= As1 + As2 ( rea de acero en traccin)

fs= 6000[1-(d/d )(1+(fy/6115)] fy

fs= esfuerzo en compresin del acero

a) Cuanta mxima (max.) para asegurar ductilidad

(max.) = 0.75b

b= 0.85.1.fc{6000/fy.(6000+fy)}

1= 1.05-(fc/140) 0.85

b) Cuanta mnima

mm.=0.7fc/fy

a.2 DISEO POR FUERZA CORTANTE

Consideraciones generales

a.- La seccin critica para diseo por fuerza cortante o traccin diagonal se

encuentra ubicada a la distancia d) de la cara del apoyo, el refuerzo en

el alma que deba colocarse entre la cara del apoyo y la seccin crtica

ser el mismo que para la seccin crtica.

b.- El refuerzo por cortante se lo colocar a una distancia d ms all de

la seccin en donde tericamente no se necesite.

c.- La resistencia o contribucin del concreto para los distintos esfuerzos

segn la Norma Peruana estn dadas por las formulas siguientes:

Para miembros sujetos nicamente a corte y flexin:

Vc = 0.53fc.b.d

Para miembros sujetos adicionalmente a compresiones axiales.

Vc = 0.53fc.b.d(1+0.071 Nn/Ag)

Donde Un se expresa en kg y Ag en cm.

Contribucin del refuerzo en la resistencia al corte

Cuando la fuerza cortante ltima Vu exceda la resistencia al cortante del

concreto Vc, deber proporcionarse refuerzo de manera que se cumpla:

Vs= Vu Vc

a) Cuando se utilice estribos perpendiculares al eje del elemento:

Vs = (Av.fy.d)/S

S= (Av.fy.d)/Vs = (Av.fy.d9/(Vu-Vc) ( S= espaciamiento)

Vs: Resistencia nominal al cortante proporcionado por el refuerzo de

cortante.

Av: rea del refuerzo por cortante, proporcionada por la suma de reas

de las ramas de los estribos.

: Factor de reduccin de resistencia por cortante, e igual a 0.85

Vs 2.1fc.b.d

b) Si Vu > (1/2)Vc, se proporciona un rea mnima de refuerzo por cortante igual a:

Av= 3.5(b.S/fy)

Requisitos especiales para elementos sismo-resistentes

La calidad del acero no podr ser mayor a 4200 kg/cm, se exige que este consista en estribos corridos con ganchos estndar a 135.

El refuerzo cumplir con las condiciones siguientes a menos que las exigencias por diseo del refuerzo cortante sean mayores.

Estar constituido por estribos cerrados de dimetro mnimo 3/8.

La zona de confinamiento ser igual a dos veces el peralte del elemento, medida desde la cara del nudo hacia el centro de la luz. El primer estribo

debe estar situado a noms de 5 cm de la cara del elemento de apoyo.

Los estribos se colocarn en la zona de confinamiento (2h), con espaciamiento S que no exceda de los siguientes valores:

1) d/4, 2) Ocho veces el dimetro de la barra longitudinal de menor dimetro. 3) 30 cm.

El espaciamiento de los estribos fuera de la zona de confinamiento no exceder de (d/2).

S= d/2

8 Sd/2

2h 2h

C. ANLISIS DE LOSAS ALIGERADAS

Aligerados

Son aligerados de viguetas convencionales de 0.20 m de peralte que se

modelan con apoyo simples sobre vigas o columnas perpendiculares a la

direccin del aligerado. El metrado del elemento se realiza por un ancho de

0.40 (espaciamiento entre viguetas), el cual se presenta posteriormente.

El anlisis de las losas se realiz ante solicitaciones ltimas definido por las

combinaciones normativas:

1. D

2. D + L

3. D + (W o 0.70E)

4. D + T

5. (D + L + ( W o 0.70E))

6. (D + L + T)

7. (D + ( W o 0.70E) + T)

8. (D + L + ( W o 0.70E) + T)

Figura N 05: Direccin del aligerado

4.6754.6754.6754.675

5.550

EDCBA

1

3

1.625

Dnde: D = Carga muerta L = Carga viva W = Carga de viento E = Carga de sismo

Anlisis para elementos en flexin

La fuerza cortante Vu est relacionada con la capacidad mxima que genera

el acero de refuerzo de una seccin ms la cortante isosttica del elemento.

La cortante asociada al diseo por capacidad es la mostrada en la figura

siguiente donde se muestra el diseo de elementos sometidos a flexin:

CALCULO DE MOMENTOS

Para el diseo de vigas y viguetas, utilizo los Coeficientes ACI y buscamos lo

momentos de los nudos y utilizamos las siguientes frmulas:

Dnde:

M = Momento

C = Coeficientes ACI; depende del nmero de tramos

Wu = Carga ultima

Ln = Luz libre

As = rea de acero en traccin

fy = esfuerzo de fluencia del acero (4200Kg/cm2)

fc = Resistencia a la compresin del concreto.

d = peralte efectivo de la seccin

a = profundidad del bloque comprimido rectangular equivalente

b = ancho de la seccin rectangular

As = Mu fy (d-a/2)

COEFICIENTES ACI

Para realizar el diseo por flexin se debe cumplir con el mtodo de rotura. Se

debe cumplir

Mu Mn

Dnde:

Mu: Resistencia requerida a la flexin

Mn: Resistencia nominal a la flexin

= 0.90 Factor de reduccin por resistencia a flexin.

La norma E.060 indica que los diseos a flexin deben ser sub reforzados, para

lo cual se debe tener una cuanta menor o igual al 75% de la cuanta

balanceada

Vemos si es simple o doblemente armada:

mx. = 0.75 en tablas encontramos que a ese valor le corresponde:

mx. = 0.75 0.0162 valor Max Kv = 49.5301

Mu = 49.5301 x 30 x

Mu = 30 ton Entonces es simplemente armada

A B C D E

4.425 4.425 4.4254.425

2.4.4. SIMULACIN DEL PROCESO CONSTRUCTIVO

2.4.4.1. Idealizacin de elementos, conexiones y apoyos

En los elementos; las vigas fueron modeladas como elementos

unidimensionales (frames) los cuales poseen las propiedades de la

seccin que se le asigne. Se anul la resistencia a la torsin dndole

a cada viga un coeficiente torsional muy pequeo. Las columnas

fueron modeladas como elementos unidimensionales (frames) los

cuales poseen las propiedades de la seccin y del material que se le

asigne.

Todos los elementos verticales se consideraron empotrados en su base

La edificacin se idealiza como un ensamblaje de vigas, columnas con

techos rgidos. La integracin de las fuerzas internas del elemento

finito en cuanto a fuerzas y momentos, est completamente

automatizado, de tal manera que produce el equilibrio completo para

las fuerzas aplicadas a las estructuras.

Las formulaciones de columnas, viga y muros incluyen efectos de

flexin, carga axial y deformaciones por corte. Las formas de modos y

frecuencia, factores de participacin modal y porcentajes de

participacin de masas son evaluados por el programa. Se considera

una distribucin de masas y rigideces adecuadas para el

comportamiento dinmico. Se utiliza en el programa un modelo de

masas concentradas en cada nudo considerando 03 grados de libertad

en cada uno de ellos. La cual evala 02 componentes ortogonales de

traslacin horizontal y una componente de rotacin.

2.4.4.2. Asignacin de cargas

Es la asignacin de peso de los elementos que fue incorporado por el

programa donde se especific que el concreto armado tenga una

densidad de 2.4Ton/m3, as como de la sobrecarga o carga viva de

acuerdo al metrado de cargas y la normatividad viguente.

Para las losas al ser modeladas como reas cargadas de

espesor muy pequeo se le asign las cargas debido a su peso propio,

al piso terminado, y a la sobrecarga correspondiente. El peso de los

tabiques se asign como cargas lineales sobre las vigas en las que

descansen.

Cuadro N 10: CARGAS UNITARIAS NORMATIVAS

Fuente: RNE 2006

CARGAS MUERTAS O PERMANENTES (D)


LOSA ALIGERADA

e= 0.17 m. 280 kg/m2

e= 0.20 m. 300 kg/m2

e= 0.25 m. 350 kg/m2







MUROS 1,800 kg/m3


ESCUELAS 250 kg/m2


AZOTEAS 100 kg/m2

2.4.4.3. Simulacin del proceso constructivo

Cuando se usa un programa de cmputo se modela la

edificacin en su totalidad. Si se analiza la estructura de esta

manera se produciran deformaciones verticales no uniformes,

debido a que hay elementos ms esforzados que otros. Un ejemplo

claro de este efecto es el que se presenta en cualquier edificio que

tiene diferentes prticos; las columnas centrales obviamente

soportaran mayor carga que las columnas laterales y en esquina, por lo

que los esfuerzos son diferentes.

2.4.4.4. APUNTES

Cuando el edificio es simulado en su totalidad, se puede verificar si

las fuerzas en los elementos del edificio se transmiten de forma

correcta es decir que los momentos en verdad sean negativos en los

apoyos, y esto se corrige con el aumento de seccin en las columnas,

luego se procedi a obtener los diagramas de fuerzas internas para las

vigas columnas y columnas del edificio.

En la figura siguiente se muestra el diagrama de momento flector

y fuerza cortante para la combinacin:

Otra manera de verificar si las cargas del edificio estn siendo bien

transmitidas a las columnas es realizar un metrado manual de la carga

viva y comparar el valor obtenido con el valor de carga axial queda el

modelo realizado.

2.5 ANALISIS SISMICO

El objetivo del anlisis ssmico es analizar si el edificio cumple con las

solicitaciones ssmicas propuestas por la norma E.030, que en ellas interviene la

rigidez del edificio, sus irregularidades y si todos los elementos del edificio sean

posibles de ser diseadas.

La norma establece dos mtodos de anlisis ssmico:

- Modelo esttico (aplicable a edificios regulares y de no ms de 45 m. de

altura)y

- Modelo dinmico

Debido a que el Per es un pas ssmico, hacer un anlisis ssmico es muy

importante, como existe incertidumbre de la magnitud y direccin del sismo a

presentarse, por lo tanto se consider un sismo de diseo que sigue un espectro

definido por la Norma Tcnica de Edificaciones E-030.

Este sismo de diseo se ingres al programa SAP 2000, y se obtuvieron las

fuerzas y desplazamientos que se presentarn en la edificacin, para luego hacer el

diseo de todos los elementos estructurales.

El anlisis se hizo independientemente para cada una de las direcciones

principales de la edificacin (X e Y).

Toda edificacin y cada una de sus partes sern diseadas y construidas para

resistir las solicitaciones ssmicas determinadas en la forma prescrita en el

Reglamento Nacional de edificaciones 2006; tenemos que:

Deber considerarse el posible efecto de los elementos no estructurales en el

comportamiento ssmico de la estructura. El anlisis, el detallado de los

refuerzos y el anclaje debern hacerse acorde con las siguientes

consideraciones:

2.5.1. MODELO DINMICO

2.5.1.1 Anlisis Dinmico por Combinacin Espectral

El modelo dinmico del edificio se idealiza mediante un grupo de

diafragmas con 3 grados de libertad por piso. En este se debe definir la

distribucin de masas y rigideces del edificio para posteriormente someter a

la estructura a un espectro de aceleraciones y analizar su respuesta

El mtodo dinmico indicado por la NTE-E.030 (sismo resistente) es el de

superposicin espectral. El espectro de aceleraciones queda definido en

funcin de la zona de suelo y la categora y sistema estructural de la

edificacin. La NTE-E.030 establece dos criterios de superposicin, el

primero en funcin de la suma de los valores absolutos y la media

cuadrtica completa de valores (CQC).

En general resulta siempre ms sencillo emplear el procedimiento dinmico.

Bastar con usar el espectro de aceleraciones apropiado y elegir entre los

dos criterios de superposicin.

Para la idealizacin del edificio se utiliz el modelo tridimensional creado

para el anlisis por cargas de gravedad. En este modelo ya se

establecieron la ubicacin y las propiedades de los elementos. Se

asignaron los diafragmas rgidos para cada piso del edificio. Con esto se

tienen 3 grados de libertad por cada piso dos de traslacin y uno de rotacin.

Para asignar las propiedades inerciales del edificio se defini la masa del

edificio en cada planta tomando en cuenta el peso propio de los elementos

y de las cargas aplicadas al modelo. Segn la categora del edificio se

dispone que la masa tomada corresponda al 100% de la carga muerta ms el

25% de la carga viva.

a. Aceleracin Espectral

Definiendo el Espectro de Respuesta:

Un espectro de respuesta es la mxima respuesta de un sistema excitado

en su base por una funcin aceleracin-tiempo. Esta funcin se expresa

en trminos de la frecuencia natural de la estructura y el amortiguamiento

del sistema. El espectro de Respuesta segn la NTE-E.030 para el diseo

Inelstico utilizando el Coeficiente Ssmico Inelstico (ZUSC/R) que

vamos a emplear para el anlisis, es suministrado con el programa de

cmputo SAP2000 y fue necesario definirlo de acuerdo al cuadro que se

detalla ms adelante.

Dotar a las estructuras de una resistencia a fuerzas laterales tan elevada

como de rgimen elstico, es en mucho caso imposible e injustificable

dada la baja probabilidad de que las fuerzas mximas se presenten

durante su vida til de una estructura (10% de la probabilidad de

excedencia en 50 aos de exposicin). Todos los cdigos de diseo

reconocen este hecho y permiten reducir la resistencia lateral de las

estructuras a una fraccin de la mxima solicitacin elstica, a cambio de

garantizar un comportamiento post-elstico adecuado.

La NTE-E0.30 establece de coeficientes de reduccin R, segn el tipo de

Estructura. El espectro de diseo utilizado fue el mostrado en la

norma sismo Resistente peruana (ver cuadro XX

Dnde:

Z = 0.4 (Cajamarca Zona 3)

U = 1.5 (Factor de uso o importancia Edificacin Esencial escuelas)

S = 0.6 (suelo intermedio)

C = 2.5

R = 8 (para concreto armado)

Figura N 06: Espectro ssmico del presente trabajo

Datos por Sismo:

A U = 1.50

3 Z = 0.40

S3 Tp (s) = 0.90

S = 1.40

RX = 7.00

RY = 7.00

1 1.00 RX = 7.00

RY = 7.00

Espectro de Aceleracion Sismica:

Sax Say

T (s) C ZUCS/RX ZUCS/RY

0.00 2.50 0.3000 0.3000

0.20 2.50 0.3000 0.3000

0.40 2.50 0.3000 0.3000

0.45 2.50 0.3000 0.3000

0.50 2.50 0.3000 0.3000

0.55 2.50 0.3000 0.3000

0.60 2.50 0.3000 0.3000

0.65 2.50 0.3000 0.3000

0.70 2.50 0.3000 0.3000

0.75 2.50 0.3000 0.3000

0.80 2.50 0.3000 0.3000

0.85 2.50 0.3000 0.3000

0.90 2.50 0.3000 0.3000

0.95 2.37 0.2842 0.2842

1.00 2.25 0.2700 0.2700

1.05 2.14 0.2571 0.2571

1.10 2.05 0.2455 0.2455

1.15 1.96 0.2348 0.2348

1.20 1.88 0.2250 0.2250

1.25 1.80 0.2160 0.2160

1.30 1.73 0.2077 0.2077

1.35 1.67 0.2000 0.2000

1.40 1.61 0.1929 0.1929

1.45 1.55 0.1862 0.1862

1.50 1.50 0.1800 0.1800

1.55 1.45 0.1742 0.1742

1.60 1.41 0.1688 0.1688

1.65 1.36 0.1636 0.1636

1.70 1.32 0.1588 0.1588

1.75 1.29 0.1543 0.1543

1.80 1.25 0.1500 0.1500

1.85 1.22 0.1459 0.1459

1.90 1.18 0.1421 0.1421

1.95 1.15 0.1385 0.1385

2.00 1.13 0.1350 0.1350

2.05 1.10 0.1317 0.1317

2.10 1.07 0.1286 0.1286

2.15 1.05 0.1256 0.1256

2.20 1.02 0.1227 0.1227

2.25 1.00 0.1200 0.1200

2.30 0.98 0.1174 0.1174

2.35 0.96 0.1149 0.1149

2.40 0.94 0.1125 0.1125

2.45 0.92 0.1102 0.1102

2.50 0.90 0.1080 0.1080

TIPO DE ESTRUCTURA: REGULAR (1) / IRREGULAR (2) FACTOR PARA ESCALAR R

Concreto Armado , Dual

Concreto Armado , Dual

TIPO DE SUELO

COEFICIENTE DE REDUCCION DIRECCION X RX (*)

COEFICIENTE DE REDUCCION DIRECCION Y RY (*)

ESCUELA

ESPECTRO SISMICO EN X y Y

ZONA SISMICA

DATOS CALCULOS

CATEGORIA DE EDIFICACION

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50

Sa(x

,y)

= Z

UC

S/R

PERIODO T (seg)

ESPECTRO DE SISM O NORM A E-030 2003

Sa

X

` ( 5.2 ;5.2

) ( ),(

),(

mica)cacin Ssde AmplifiFactorCCT

TxC

EspectralnAceleracixgR

ZUCSS

P

YX

YXa

b. Modos de vibracin

Los periodos naturales y modos de vibracin podrn determinarse por un

procedimiento de anlisis que considere apropiadamente las caractersticas

de rigidez y la distribucin de las masas de la estructura.

Figura N 07: Espectro ssmico del presente trabajo

c. Anlisis de desplazamientos

SEGN LA NORMA E-30 ARTICULO 15 exige que los deslazamientos

mximos relativos de entrepiso, no deber exceder la fraccin de la altura de

entrepiso como se indica.

/ hei = 0.007

El entrepiso del segundo nivel y el techo o aligerado es de 3.45 m por lo

tanto el:

= hei x 0.007 = 787cm X 0.007 = 5.51 cm.

= 5.51 cm. Este valor es el mximo desplazamiento de los puntos

superiores

CAPITULO III: RESULTADOS

3.1. PREDIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES

En este item se indican criterios y recomendaciones prcticas para el

dimensionamiento de los diferentes elementos estructurales, stos han

sido establecidos basndose en el desarrollo de los cursos de concreto

armado.

El anlisis de estos elementos se hace considerando las condiciones ms

crticas, luego se verificar si las dimensiones asumidas son convenientes

o tendrn que cambiarse para luego pasar a disearlos.

PARAMETROS UTILIZADOS PARA EL CALCULO DE ESTRUCTURAS;

Especificaciones de anlisis y diseo, segn norma E-30 de las nuevas

normas peruanas para edificaciones:

3.1.1. PREDIMENSIONAMIENTO DE LOSAS

Losas: El peralte de las losas se determin con el fin de garantizar su

comportamiento como un diafragma rgido y para poder controlar sus

deflexiones.

Para predimensionar el espesor (h) de las losas aligeradas armadas en un

sentido se sigui la Norma E.060 de Concreto Armado, donde se menciona

que para prescindir de la verificacin de deflexiones, cuando actan

sobrecargas menores a 300kg/m2, se puede utilizar la relacin:

Calculo del pre dimensionamiento de losa

Para el para el pre-dimensionamiento utilizaremos la frmula:

Espesor de losa (e) Dnde: L = Mxima luz libre

Figura N 08: Luces y sentido de aligerado tomado.

Las luces son iguales; as tenemos que: L = 4.675 m

e = 0.21

Asumimos espesor de losa Aligerada es:

Entonces el resultado es una losa con un peralte aproximadamente de 20 cm.

Este espesor considera los 5 cm. de concreto y el resto de vigueta,

correspondiente a la altura de ladrillo que es estndar en nuestro pas.

4.6754.6754.675

2.775

2.775

DBA

1

2

3

VS-1

VS-1

VS-1

VS-1

0.600

0.600

2.212 2.212 2.212

VP

-2

VP

-2

VP

-1

3.5

4.4

3.1 4.7

e = 0.20 m

3.1.2. PREDIMENSIONAMIENTO DE VIGAS

Para el para el pre-dimensionamiento de las vigas utilizaremos las siguientes

frmulas:

VIGAS PRINCIPALES (VP):

Peralte de Viga (h)

a


L = 5.30 m

Figura N 09: Vigas principales, luz de influencia

4.6754.6754.675

2.775

2.775

DBA

1

2

3

VS-1

VS-1

VS-1

VS-1

VP

-2

VP

-2

VP

-1

5.3

Entonces:

a

h = 0.53 a h = 0.44;

Asumimos el valor intermedio h = 0.50 m

Ancho de Viga (b)


b= 0.25

Asumimos ancho b = 0.25 m

Por lo que tenemos:

VIGAS SECUNDARIAS (VS):

Peralte de Viga (h)

a


L = 4.425 m

VP = 0.25 x 0.50 m

Figura N 10: Vigas secundarias, luz de influencia

Entonces:

a

h = 0.425 a h = 0.316;

Asumimos el valor intermedio h = 0.40 m

Ancho de Viga (b)


b= 0.20

Asumimos ancho b = 0.20 m

Por lo que tenemos:

4.6754.6754.675

2.775

2.775

DBA

1

2

3

VS-1

VS-1

VS-1

VS-1

VP

-2

VP

-2

VP

-1

5.3

4.425

VS = 0.20 x 0.40 m

3.1.3. PREDIMENSIONAMIENTO DE COLUMNAS

Se presenta un procedimiento prctico:

Las columnas al ser sometidas a carga axial y momento flector, tienen que

ser dimensionadas considerando los dos efectos simultneamente, tratando

de evaluar cul de los dos es el que gobierna en forma ms influyente el

dimensionamiento

AREA MINIMA DE COLUMNA

Frmula para pre-dimensionamiento de columnas

Dnde:

Ac = rea de la columna

K = Valor segn tabla adjunta

n = Valor segn tabla adjunta

P = Carga Total

N = 210 kg/cm2

Cuadro N 11: valores de K y n

Tabla con valores de K y n; segn:

Ing. Antonio Blasco Blas, Teodoro Harsem

K n

1.10 0.30

1.25 0.25

1.50 0.20

1.10 0.25

TIPO DE COLUMNA

Columna interior primeros pisos

Columna extrema

Columnas esquina de primeros pisos

Columna interior ult. Piso

Cuadro N 12: VALORES DE CARGAS UNITARIAS

Tabla con valores segn RNE 2006

Para el pre dimensionamiento de columnas hay que realizar el metrado de

cargas que corresponde a cada una de ellas; As tenemos:

CARGAS MUERTAS O PERMANENTES (CU)


LOSA ALIGERADA

e= 0.17 m. 280 kg/m2

e= 0.20 m. 300 kg/m2

e= 0.25 m. 350 kg/m2







MUROS 1,800 kg/m3


ESCUELAS 250 kg/m2


AZOTEAS 100 kg/m2

ESTRUCTURACION 2 PISO

Figura N 11: estructuracin del 2 piso de la edificacin y sus reas de influencia

ESTRUCTURACION 1 PISO

Figura N 12: estructuracin del 1 piso de la edificacin y sus reas de influencia

4.6754.6754.6754.675

2.775

2.775

EDCBA

1

2

3

VS-1

VS-1

VS-1

VS-1

VS-1

VS-1

VS-1

VS-1

2.650

2.650

1.550

0.600

2.212 2.212

VP

-2 VP

-2 VP

-2

VP

-1

VP

-1

3.5

4.450

3.1

VP

-1

VS-1

VS-1

VP

-2

2.212

EDCBA

3.5

4.450

3.1 4.7

0.6

A B

C D

4.675

2.2122.212

0.6

4.6754.6754.6754.675

EDCBA

1

2

3

VS-1

VS-1

VS-1

VS-1

VS-1

VS-1

VS-1

VS-1

2.212 2.212 2.212

VP

-2 VP

-2 VP

-2

VP

-1

VP

-1

A B

C D

2.212 4.675

2.650

4.450

VP

-2VP

-1

VS-1

2.650

2.650

1.550

2.2122.212

2.650

1.550 1.6

DISEO COLUMNA C1 (esquina eje 1A)

Metrado de cargas 2 piso

Carga Muerta

Carga Viva

4.675

2.775

2.775

A

1

2

VS-1

0.600

3.5

4.450

3.1

VP

-1 A

4.675

2.212

ELEMENTO LUZ INFLU. ANCHO ALTO PE W

CARGA LOSA ALIGERADA 3.25 2.85 280 2,593.50 kg

CARGA VIGA PRINCIPAL 3.50 0.25 0.50 2400 1,050.00 kg

CARGA VIGA SECUNDARIA 2.85 0.25 0.40 2400 684.00 kg

CARGA CIELO RASO 3.25 2.85 100 926.25 kg

CARGA TABIQUERIA 3.25 2.85 120 1,111.50 kg

CARGA COBERTURA 3.50 3.10 150 1,627.50 kg

CARGA COLUMNA 3.25 2.85 60 555.75 kg

WD = 8,548.50 kg

CARGA

CARGA MUERTA


CARGA VIVA (azotea) 3.25 2.85 100 926.25 kg

WL = 926.25 kg

CARGA

CARGA VIVA

WD = 9,474.75 kgCARGA TOTAL PARA C1 (2 piso)

Figura N 13:

Columna en esquina

posterior


Carga Muerta

Carga Viva

4.675

A

1

2

VS-1

A

2.212 4.675

2.650

4.450

ELEMENTOLUZ DE

INFLUENCIAANCHO ALTO PE W


CARGA VIGA PRINCIPAL 2.900 0.25 0.50 2400 870.00 kg



CARGA TABIQUERIA 2.212 2.65 120 703.42 kg

CARGA PISO TERMINADO 2.212 2.65 100 586.18 kg

CARGA COLUMNA 2.212 2.65 60 351.71 kg

WD = 5,386.90 kg

CARGA

CARGA MUERTA


CARGA VIVA (aulas) 2.212 2.65 300 1,758.54 kg

WL = 1,758.54 kg

CARGA

CARGA VIVA


WD = 16,620.19 kgCARGA TOTAL PARA C1

Figura N 13:

Columna en esquina

posterior

Tomamos la siguiente seccin de columna en esquina

T IP O D E C OLUM N A K nColumna interior primeros pisos 1.1 0.3Columna interior ltimos pisos 1.1 0.25Columnas extremas de porticos interiores 1.25 0.25Columna de esquina 1.5 0.2

( ) =

( )

COLUMNA DE ESQUINA C1

Ac = Area de la columnaK = 1.5P = carga totaln = 0.2

Fc = 210 kg/cm2

reemplazando valores:

Ac = 1.5 x 16620.19

(0.20 x 210)

Ac = 593.58

Ac = 25 x 25 625

0.25 0.25

0.25

0.25

Figura N 14:

Dimensiones de columna

en esquina adoptada

DISEO COLUMNA C2 (central posterior eje 1B)


CARGA MUERTA

CARGA VIVA

4.6754.675B

VS-1

2.650

2.650

3.1

VS-1

VP

-2

3.5

4.4

B

4.675

2.2122.212

0.6




CARGA VIGA SECUNDARIA 4.424 0.25 0.40 2400 1,061.76 kg

CARGA CIELO RASO 4.424 3.25 100 1,437.80 kg



CARGA COLUMNA 4.424 3.25 60 862.68 kg

WD = 12,617.82 kg

CARGA

CARGA MUERTA


CARGA VIVA (azotea) 4.424 3.25 100 1,437.80 kg

WL = 1,437.80 kg

CARGA

CARGA VIVA


Figura N 15:

Columna central posterior


CARGA MUERTA

CARGA VIVA

4.6754.675

B

VS-1

B

2.212 4.675

VP

-2VS-1

2.650

2.650

2.2122.212

ELEMENTOLUZ DE



CARGA VIGA PRINCIPAL 2.400 0.25 0.50 2400 720.00 kg




CARGA PISO TERMINADO 4.424 2.65 100 1,172.36 kg

CARGA COLUMNA 4.424 2.65 60 703.42 kg

WD = 9,753.81 kg

CARGA

CARGA MUERTA



WL = 3,517.08 kg

CARGA

CARGA VIVA



Figura N 15:

Columna central posterior

Tomamos la siguiente seccin de columna interior central:


( ) =

( )

COLUMNA INTERIOR C2


Fc = 210 kg/cm2


Ac = 1.5 x 16620.19

(0.20 x 210)

Ac = 650.631

Ac = 25 x 30 750

0.25 0.25

0.25

0.25

0.25

Figura N 16: Dimensiones de columna

central posterior adoptada

DISEO COLUMNA C1 (esquina frontal eje 3A)


CARGA MUERTA

CARGA VIVA

2.775

2.775

2

3

2.212

VP

-1

3.5

4.450

VS-1

2.212

A

3.1 4.7

0.6

C








CARGA COLUMNA 4.200 2.85 60 718.20 kg

WD = 10,716.45 kg

CARGA

CARGA MUERTA



WL = 1,197.00 kg

CARGA

CARGA VIVA


Figura N 17:

Columna en esquina

frontal


CARGA MUERTA

CARGA VIVA

2

3

2.212 2.212

VP

-1C

2.650

4.450

2.650

1.550 1.6

ELEMENTOLUZ DE







CARGA PISO TERMINADO 4.150 2.21 100 917.15 kg

CARGA COLUMNA 4.150 2.21 60 550.29 kg

WD = 8,063.17 kg

CARGA

CARGA MUERTA



CARGA VIVA (pasadizo) 1.550 2.21 400 1,370.20 kg

WL = 3,127.15 kg

CARGA

CARGA VIVA



Figura N 17:

Columna en esquina

frontal

Por estar dentro del rango tomado para columna en esquina entonces

tomamos la misma seccin de columna en esquina lateral:


( ) =

( )

COLUMNA INTERIOR C1


Fc = 210 kg/cm2


Ac = 1.5 x 16620.19

(0.20 x 210)

Ac = 403.4

Ac = 25 x 20 500

0.25 0.25

0.25

0.25

Figura N 14: Dimensiones de columna

en esquina adoptada

DISEO COLUMNA C2 (central frontal eje 3B)


CARGA MUERTA

CARGA VIVA

VS-1 VS-1

2.650

2.650

1.550

2.212 2.212

VP

-2

2.212

B

4.450

3.1 4.7

D








CARGA COLUMNA 4.200 4.424 60 1,114.85 kg

WD = 15,939.26 kg

CARGA

CARGA MUERTA



WL = 1,858.08 kg

CARGA

CARGA VIVA


Figura N 18:

Columna central frontal


CARGA MUERTA

CARGA VIVA

VS-1 VS-1

2.650

2.650

1.550

2.212 2.212

VP

-2

2.212

B

4.450

3.1 4.7

D







CARGA PISO TERMINADO 4.200 4.42 100 1,858.08 kg

CARGA COLUMNA 4.200 4.42 60 1,114.85 kg

WD = 15,031.70 kg

CARGA

CARGA MUERTA



CARGA VIVA (pasadizo) 1.550 4.424 400 2,742.88 kg

WL = 6,259.96 kg

CARGA

CARGA VIVA



Figura N 18:

Columna central frontal

Por estar dentro del rango tomado para columna interior entonces tomamos la

misma seccin de columna interior central:

NOTA:

Por ser estas columnas tipo en la edificacin solo tomaremos estas pues el

resto se repiten en el lado contrario.


( ) =

( )

COLUMNA INTERIOR C2


Fc = 210 kg/cm2


Ac = 1.5 x 16620.19

(0.20 x 210)

Ac = 682.5

Ac = 25 x 30 750

( ) =

( )

0.25 0.25

0.25

0.25

0.25

Figura N 16:

Dimensiones de columna

central frontal adoptada

3.2. DISEO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES EN CONCRETO

ARMADO

3.2.1 CONSIDERACIONES GENERALES PARA EL DISEO

Estudio del suelo: (datos obtenidos del estudio de suelo)

Mezcla de arcillas, arenas y limos de plasticidad media, resistencia en estado seco;

de media a alta dilatancia; compresibilidad media; Densidad natural es de 1.84

gr/cm3.

Parmetros de Resistencia de Suelo:

- Clasificacin SUCS: CL arcilla expansible

- Angulo de friccin interna promedio: 21

- Cohesin (C ): 0.22 Kg/cm3

- Peso unitario: 1.84 gm/cm3

- Profundidad mnima de cimentacin: 1.50 m.

- Coeficiente de Balasto: 2.00 kg/cm3

- Capacidad admisible = 0.88 kg/cm2

- Empuje activo (Ka) = 0.29

Figura N 16-/: Estructuracin adoptada

4.6754.6754.6754.675

2.775

2.775

FEDBA

1

2

3

VS-1

VS-1

VS-1

VS-1

VS-1

VS-1

VS-1

VS-1

0.600

0.600

2.212 2.212 2.212

VP

-2

VP

-2 VP

-2

VP

-1

VP

-1

3.5

4.4

3.1 4.7

A. DISEO DE LOSAS ALIGERADAS

PARA 2 NIVEL (zona de aulas)

1 m de vigueta x 0.40 de ancho de loza

Metrado de cargas por vigueta

Encontramos la carga ltima:

Wu = 1.5 (212 kg/m) + 1.8 (40 kg/m)

Wu = 390 kg/m

4.6754.6754.6754.675

5.550

EDCBA

1

3

1.625

PESO

CONCRETO

LUZ

INFLUE.

ANCHO

LOZA

PESO PROPIO DE LOSA 280 1 0.4 112 kg/m

PESO DE COBERTURA 150 1 0.4 60 kg/m

PESO CIELO RASO 100 1 0.4 40 kg/m

WD = 212.00 kg/m

PESO

CARGA MUERTA

PESO

CONCRETO

LUZ

INFLUE.

ANCHO

LOZA

SOBRECARGA 100 1 0.4 40 kg/m

WL = 40.00 kg/mCARGA VIVA

PESO

Wu = 1.50 WD + 1.80 WL

Viga analizada

Coeficientes aci

Calculo de momentos

Para el diseo de viguetas, utilizo los Coeficientes ACI y buscamos lo momentos

de los nudos y utilizamos las siguientes frmulas:

Dnde:

M = Momento

C = Coeficientes ACI; depende del nmero de tramos

Wu = Carga ultima

Ln = Luz libre

As = rea de acero en traccin

fy = esfuerzo de fluencia del acero (4200Kg/cm2)

fc = Resistencia a la compresin del concreto.

d = peralte efectivo de la seccin

4.425 4.425 4.425 4.425

A B C D E

A B C D E

4.425 4.425 4.4254.425

As = Mu fy (d-a/2)

b = ancho de la seccin rectangular

Calculamos:

Mu = Coeficiente x carga ultima x luz efectiva

Ejemplo:

Nudo B: Mo = 1 x 390 ton x 4.425 Mo = 763.64 10

Y reemplazamos en:

Ku =

En este caso la vigueta funciona como una viga chata de:

d = 40 cm y

a = 15 cm, reemplazamos y tenemos que:

Ku = 0.00416

Buscamos en las tablas Ku vs P de Blanco Blas; en valores de C 210 Kg/cm2

(anexo de tablas)

Donde le corresponde un valor de: =0.002

Luego reemplazamos en la frmula:

As = bd y tenemos que As = 0.0025 x 15 x 35

As = 1.21

Otra manera de encontrar a es dando valores a a hasta que ambos igualdades tengan el mismo valor

De esta manera encontramos el rea de acero de viguetas del prtico 1-1.

As = Mu fy (d-a/2)

Calculo de momentos y reas de acero

PARA 1 NIVEL (zona de aulas)

COEFICIENTES ACI


A AB B BC C CD D DE E

coeficiente 1/24 1/14 1/10 1/16 1/11 1/16 1/10 1/14 1/24

Ln 4.425 4.425 4.425 4.425 4.425 4.425 4.425 4.425 4.425

M (kg-m) 318.19 545.46 763.64 477.28 694.22 477.28 763.64 545.46 318.19

As (cm2) 0.5 0.86 1.21 0.75 1.1 0.75 1.21 4.425 4.425

1 3/8" 2 3/8" 1 1/2" 1 3/8" 1 1/2" 1 3/8" 1 1/2" 2 3/8" 1 3/8"

COEFICIENTES

ACI

TRAMO

4.425 4.425 4.425 4.425

A B C D E

A B C D E

4.425 4.425 4.4254.425

Metrado de cargas


PESO

CONCRETO

LUZ

INFLUE.ANCHO LOZA


PESO PISO TERMINADO 100 1 0.4 40 kg/m


PESO TABIQUERIA 120 1 0.4 48 kg/m

CARGA MUERTA WD = 248.00 kg/m

PESO

PESO

CONCRETO

LUZ

INFLUE.ANCHO LOZA PESO

SOBRECARGA (aulas) 250 1 0.4 100 kg/m

CARGA VIVA WL = 100.00 kg/m

Encontramos la carga ultima:

Wu= 1.50 WD + 1.80 WL

Wu= 1.50 248.00 + 1.80 100.00

Wu= 552.00 kg/m


coeficiente 1/24 1/14 1/10 1/16 1/11 1/16 1/10 1/14 1/24

Ln 4.425 4.425 4.425 4.425 4.425 4.425 4.425 4.425 4.425

M (kg-m) 450.35 772.04 1080.85 675.53 982.59 675.53 1080.85 772.04 450.35

As (cm2) 0.76 1.31 1.85 1.14 1.68 1.14 1.85 1.31 0.76

1 1/2" 1 1/2" 1 1/2"

1 3/8" 1 3/8" 1 3/8"1 1/2" 1 1/2" 1 3/8"

COEFICIENTES ACI

1 3/8" 1 1/2" 1 1/2"

TRAMO

PARA 1 NIVEL (zona de pasadizo)


Metrado de cargas por vigueta

COEFICIENTES ACI


4.6754.6754.6754.675

5.550

EDCBA

1

3

1.625

4.425 4.425 4.425 4.425

A B C D E

A B C D E

4.425 4.425 4.4254.425

Metrado de cargas


PESO

CONCRETOLUZ INFLUE.

ANCHO

LOZA


PESO PISO TERMINADO 100 1 0.4 40 kg/m


PESO TABIQUERIA 120 1 0.4 48 kg/m


PESO

PESO

CONCRETOLUZ INFLUE.

ANCHO

LOZAPESO

SOBRECARGA (aulas) 400 1 0.4 160 kg/m


Encontramos la carga ultima:

Wu= 1.50 WD + 1.80 WL

Wu = 1.50 248.00 + 1.80 160.00

Wu = 660.00 kg/m


coeficiente 1/24 1/14 1/10 1/16 1/11 1/16 1/10 1/14 1/24

Ln 4.425 4.425 4.425 4.425 4.425 4.425 4.425 4.425 4.425

M (kg-m) 538.47 923.09 1292.32 807.70 1174.84 807.70 1292.32 923.09 538.47

As (cm2) 0.85 1.47 2.09 1.29 1.89 1.29 2.09 1.47 0.85

1 1/2" 1 1/2" 1 1/2"

1 3/8" 1 3/8" 1 3/8"2 3/8"2 1/2" 2 1/2"

TRAMO

COEFICIENTES ACI

2 3/8" 1 1/2" 1 1/2"

METRADO DE CARGAS EN PORTICOS

METRADO CARGAS EN PORTICOS PRINCIPALES EXTERIORES A y E

4.6754.675

2.775

2.775

BA

1

2

3

VS-1

VS-1

VS-1

VS-1

2.650

2.650

1.550

0.600

2.212 2.212

VP

-2

VP

-1

3.5

4.450

3.1

VP

-1

VS-1

VS-1

VP

-2

2.212

BA

3.5

4.450

3.1 4.7

0.6

B

4.675

2.2122.212

0.6

A

2 PISO (para 1 m de viga)

ELEMENTO PE WAREA

INFLUENCIA

PESO PROPIO DE VIGA 2400 0.25 0.50 1.00 300.00 kg/m

PESO LOSA ALIGERADA 280 1.00 868.00 kg/m

PESO CIELO RASO 100 1.00 310.00 kg/m

PESO COBERTURA 150 1.00 465.00 kg/m

CARGA MUERTA WD = 1,943.00 kg/m

CARGASECCION

3.10

3.10

3.10

ELEMENTO PE WAREA

INFLUENCIA

CARGA VIVA (aulas) 100.000 1.00 310.00 kg/m


SECCION CARGA

3.10


ELEMENTO PE WAREA

INFLUENCIA


PESO LOSA ALIGERADA 300 1.00 663.00 kg/m


PESO PISO TERMINADO 100 1.00 221.00 kg/m

PESO MUROS 1800 0.25 2.70 1.00 1,215.00 kg/m


2.21

2.21

SECCION CARGA

2.21

ELEMENTO PE WAREA

INFLUENCIA

CARGA VIVA (aulas) 250 1.00 552.50 kg/m

CARGA VIVA (pasadizo) 400 1.00 884.00 kg/m

CARGA VIVA WL = 1,436.50 kg/m

2.21

SECCION CARGA

2.21

1 3

WD = 1,943 kg/m WL = 310 kg/m

WD = 2,620kg/m WL = 552.50 kg/m

WD = 2,620 kg/m WL = 884 kg/m

PORTICOS PRINCIPALES EXTERIORES

METRADO CARGAS EN PORTICOS PRINCIPALES INTERIORES B,C y D

4.6754.675

BA

1

2

3

VS-1

VS-1

VS-1

VS-1

2.212 2.212 2.212

VP

-2

VP

-1

2.212 4.675

2.650

4.450

VP

-2VP

-1

VS-1

2.650

2.650

1.550

2.2122.212

2.650

1.550 1.6

B

A


ELEMENTO PE WAREA

INFLUENCIA


PESO LOSA ALIGERADA 280 1.00 1,309.00 kg/m




SECCION CARGA

4.675

4.675

4.675

ELEMENTO PE WAREA

INFLUENCIA

CARGA VIVA (aulas) 100.000 1.00 467.50 kg/m


SECCION CARGA

4.675


ELEMENTO PE WAREA

INFLUENCIA


PESO LOSA ALIGERADA 300 1.00 1,402.50 kg/m


PESO PISO TERMINADO 100 1.00 467.50 kg/m

PESO MUROS 1800 0.25 2.70 1.00 1,215.00 kg/m


CARGA

4.675

4.675

4.675

SECCION

ELEMENTO PE WAREA

INFLUENCIA

CARGA VIVA (aulas) 250 1.00 1,168.75 kg/m

CARGA VIVA (pasadizo) 400 1.00 1,870.00 kg/m

CARGA VIVA WL = 3,038.75 kg/m

4.675

4.675

SECCION CARGA

1 3

WD = 2,777.75 kg/m WL = 467.50 kg/m

WD = 2,637.50kg/m WL = 1,168.75 kg/m

WD = 2,637.50 kg/m WL = 1,870 kg/m

PORTICOS PRINCIPALES INTERIORES

METRADO CARGAS EN PORTICOS SECUNDARIOS (ejes 1-3)

NOTA:

Se le considera 1 m2 de cobertura que esta viga absorbe su carga

Carga volumtrica de muro 1800 kg/m3


ELEMENTO PE WAREA

INFLUENCIA

PESO PROPIO DE VIGA SECUNDARIA 2400 0.25 0.40 1.00 240.00 kg/m



1.00

SECCION CARGA

ELEMENTO PE WAREA

INFLUENCIA

CARGA VIVA (aulas) 100 1.00 1.00 1.00 100.00 kg/m


SECCION CARGA


ELEMENTO PE WAREA

INFLUENCIA

PESO PROPIO DE VIGA SECUNDARIA 2400 0.25 0.40 1.00 240.00 kg/m

PESO MUROS 1800 0.15 1.50 1.00 405.00 kg/m


SECCION CARGA

ELEMENTO PE WAREA

INFLUENCIA

CARGA VIVA (aulas) 250 1.00 1.00 1.00 250.00 kg/m


SECCION CARGA

Hiptesis del anlisis ssmico de mtodo esttico

- Para estructuras regulares, el anlisis deber hacerse considerando el total

de la fuerza ssmica actuante en dos (2) direcciones ortogonales y

diferentes entre s.

- Se considera que la fuerza ssmica vertical acta en los elementos

simultneamente con la fuerza ssmica horizontal y en el sentido ms

desfavorable para el anlisis.

- Se supone que las fuerzas ssmicas no actan las dos en forma

simultnea.

- No es necesario considerar simultneamente los efectos de sismo y

viento.

- Las fuerzas horizontales actan en el centro de gravedad de los pisos y

techos.

EDCBAWD = 390 kg/m WL = 100 kg/m

PORTICOS SECUNDARIOS

WD = 645 kg/m WL = 250 kg/m

CALCULO DE LA FUERZA CORTANTE EN LA BASE

Dnde:

V = Cortante Basal en la base de la estructura

Z = 0.4 (Cajamarca Zona 3)

U = 1.5 Factor de uso o importancia (Edificacin Esencial escuelas)

S = 1.4 (suelo arcillas flexibles CL)

C = 4.02 Factor de amplificacin ssmica; tomamos 2.5

R = 8 (Coeficiente de reduccin; para prticos de concreto armado)

FACTOR DE AMPLIFICACION SISMICA (C)

Se define de acuerdo a las caractersticas del sitio (C) y se da por:

(

) Donde debe ser

Dnde:

T = periodo segn edificacin; este coeficiente se interpreta como el factor de

amplificacin de la respuesta estructural respecto de la aceleracin en el

suelo.

(

)

A

3

S3

2

6.50

DATOSCATEGORIA DE EDIFICACION

ZONA SISMICA

TIPO DE SUELO

PERIODO FUNDAMENTAL (*)

ALTURA DE LA EDIFICACION (m)

hn = Altura del edificio (hn = 6.50 segn diseo arquitectnico)

Ct = Coeficiente de acuerdo al tipo de estructura (35 elementos sismo

resistentes sean prtico de CA)

Tp = 0.6 segn el tipo de suelo (flexibles de gran espesor)

Entonces tenemos que:

(

) (

)

C = 4.02 condicione C < 2.5

Por lo que tomamos C = 2.5

V

CALCULO DEL CENTRO DE MASA DE LA ESTRUCTURA

PRIMER PISO (metrado de cargas)

EDCBA

1

3

1.550

4.425 4.425 4.425 4.425

5.300 4.800

3.925

0,0

X

Y

9.475

X,Y

4.4

L/h l L

CARGA DE LOSA DE AULA 300 5.300 4.425 4 28,143.00

CARGA DE LOSA PASADIZO 300 1.500 4.425 4 7,965.00

CARGA VIGAS PRINCIPALES 2400 6.350 0.250 0.500 5 9,525.00

CARGA VIGAS SECUNDARIAS 2400 3.925 0.250 0.400 8 7,536.00

CARGA COLUMNAS ESQUINA 2400 3.000 4 5,400.00

CARGAS COLUMNAS T 2400 3.000 6 10,800.00

CARGA COLUMNETAS 2400 1.200 0.150 0.150 16 1,036.80

CARGA MUROS EJE Y 1800 2.500 0.250 4.800 3 16,200.00

CARGA MUROS EJE 3-3 1800 1.050 0.150 3.925 4 4,450.95

CARGA MUROS EJE 1-1 1800 1.050 0.150 3.925 4 4,450.95

CARGA PARAPETO 1800 3.925 1.000 0.150 4 4,239.00

CARGA VENTANAS 20 3.925 1.300 8 816.40

P 100,563.10

ELEMENTOCARGA

UNITARIAN (paos) CARGA

(.25x.25)+(.25x.50)

(.25x.25)+(.25x.75)

SECCION

HALLAMOS CENTRO DE MASA (segn su ubicacin)

Entonces tenemos los siguientes resultados:

SEGUNDO PISO (metrado de cargas)

ELEMENTO PESO (kg) Xi (m) Yi (m) XiPi YiPi

CARGA DE LOSA DE AULA 28143.00 9.475 4.400 266,654.93 123,829.20

CARGA DE LOSA PASADIZO 7965.00 9.475 0.750 75,468.38 5,973.75

CARGA VIGAS PRINCIPALES 9525.00 9.475 4.400 90,249.38 41,910.00

CARGA VIGAS SECUNDARIAS 7536.00 9.475 4.400 71,403.60 33,158.40

CARGA COLUMNAS 16200.00 9.475 4.400 153,495.00 71,280.00

CARGA COLUMNETAS 1036.80 9.475 4.400 9,823.68 4,561.92

CARGA MUROS EJE Y 16200.00 9.475 4.400 153,495.00 71,280.00

CARGA MUROS EJE 3-3 4450.95 9.475 1.625 42,172.75 7,232.79

CARGA MUROS EJE 1-1 4450.95 9.475 7.175 42,172.75 31,935.57

CARGA PARAPETO 4239.00 9.475 0.000 40,164.53 0.00

CARGA VENTANAS 816.40 9.475 4.400 7,735.39 3,592.16

P = 100,563 952,835 394,754

P = 100,563.10 kgXi = 9.48 mi = 3.93 m

(Xi, i ) : (9.48, 3.93) CENTRO DE MASA DEL 1 PISO

L/h l L

CARGA DE TECHO (h=0.17) 270 8.070 4.425 4 38,566.53

CARGA VIGAS PRINCIPALES 2400 8.570 0.250 0.500 5 12,855.00

CARGA VIGAS SECUNDARIAS 2400 3.925 0.250 0.400 8 7,536.00

CARGA COLUMNAS ESQUINA2400 2.750 4 4,950.00

CARGAS COLUMNAS T 2400 2.750 6 9,900.00

CARGA COLUMNETAS 2400 1.000 0.150 0.150 16 864.00

CARGA MUROS EJE Y 1800 3.050 0.250 4.800 3 19,764.00

CARGA MUROS EJE X 1800 0.850 0.150 3.925 8 7,206.

Diseño Estructural de La Institucion Educativo Primaria de N-821130 en El Caserio de...

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