diseño ejemplo de una mememoria descriptiva de un expediente tecnico

1. “ADECUACIÓN, MEJORAMIENTO Y SUSTITUCIÓN DE LA INFRAESTRUCTURA EDUCATIVA DE LA
I.E. MARIANO MELGAR AREQUIPA - AREQUIPA
MEMORIA DE DESCRIPTIVA DEL PROYECTO:
“ADECUACION, MEJORAMIENTO Y SUSTITUCION DE LA
INFRAESTRUCTURA EDUCATIVA DE I.E. MARIANO MELGAR –
AREQUIPA - AREQUIPA”
SECTOR:
PABELLÓN N° 02
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I.E. MARIANO MELGAR AREQUIPA - AREQUIPA
MEMORIA DESCRIPTIVA PABELLÓN N°02
1. INTRODUCCIÓN:
El propósito de este documento es describir el procedimiento y cálculos referidos a la
Evaluación Estructural para la ejecución de las obras de Rehabilitación y Reforzamiento
de la I.E. MARIANO MELGAR – AREQUIPA - AREQUIPA específicamente para el
pabellón N° 02.
Se ha optado por un sistema estructural mixto, es decir Aporticado en la dirección X y
Aporticado en la dirección Y, con muros de albañilería en la dirección Y.
Con la utilización de este sistema de reforzamiento podemos esperar, para el caso de
sismos moderados, que se presenten daños en los elementos no estructurales
(tabiquería, paneles y otros) y que puedan repararse.
De otro lado se acepta, en caso de sismos severos que se presenten daños estructurales
pero no el colapso de la estructura.
2. UBICACIÓN:
Avenida Jesús N° 513, Distrito Mariano Melgar, Provincia Arequipa, Departamento
Arequipa.
3. ALCANCES:
La solución estructural de dicha edificación, se basa en los criterios de seguridad y
economía, optándose por una solución de pórticos y muros de albañilería.
4. CARACTERISTICAS DE LA ESTRUCTURA
El pabellón a construir cuenta con 2 niveles; con un corredor exterior y ambientes de
aulas. La estructura fue diseñada con Pórticos principales en la dirección X que son de 2
niveles, rigidizadas por muros portantes de 0.25m en el sentido mostrado en la figura 01
de espesor misma dirección, pórticos secundarios en la dirección Y.
Dichos pórticos principales soportan la losa de entrepiso, a continuación mostramos una
vista en planta de la estructura, esta modelada con el programa ETABS.
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Figura N° 01.
4.1.- MUROS
El pabellón tienen muros portantes de 25 cm. de espesor conformados por ladrillo de arcilla
TIPO IV maquinado que llegan hasta la viga en la dirección transversal de la edificación.
4.2.- COLUMNAS
Las columnas proyectadas para el lindero (pasadizo) son de 0.30x0.30m. Mientras que las
demás columnas de lindero son de sección 0.25x0.50m. Asimismo las columnas restantes, es
decir internas se han proyectado con una sección T de 0.25x0.90m.
4.3.- VIGAS
Se han considerado para los techos, losas aligeradas de 0.20m y vigas principales de
0.30x0.70m, que varían a 0.30x0.55 en el tramo del pasadizo. Las demás vigas en la dirección
X son de 0.25x0.70, correspondientes a la parte interna de la estructura.
Finalmente las vigas que colindan con el pasadizo se han tomado son una sección de
0.25x0.55m.
Como podemos observar en la siguiente vista en planta:
Figura N° 02.
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En el eje Y tenemos muros que están confinados por las vigas y columnas por lo cual se están
proyectando aislar estos muros mediante columnas de amarre, de esa manera independizar
las columnas para no tener posibles fallas por columnas cortas, debido a que los
desplazamientos en este eje (Y), no cumplen con la norma se están proyectando placas,
según lo mostrado en la figura N° 01.
5. REGLAMENTACION Y NORMAS DE DISEÑO
Se aplicaron las siguientes Normas:
R N E. Norma Técnica de Edificación E-030 "Diseño Sismo Resistente".
R N E. Norma Técnica de Edificación E-050 "Suelos y Cimentaciones".
R N E. Norma Técnica de Edificación E-060 “Concreto Armado”.
R N E. Norma Técnica de Edificación E-070 “Albañilería”.
5.1 Métodos de Análisis
El análisis de cada una de las estructuras se hizo con el programa ETABS (versión 9.7.0). Se
consideraron modelos tridimensionales, suponiendo comportamiento lineal y elástico.
Los elementos de concreto armado se representaron como elementos lineales. Los muros de
albañilería adosados a la estructura de concreto se modelaron con elementos de área, con
rigideces de membrana y de flexión.
Las losas aligeradas de concreto armado como infinitamente rígidas frente a acciones en su
plano (Diafragmas Rígidas).
5.2 Propiedades de los materiales
El análisis se hizo con una resistencia de concreto de f’c = 210 kg/cm2. Además se consideró
el acero de refuerzo con un valor de fluencia de acero de fy = 4,200 kg/cm2. y en el caso de las
unidades de albañilería se especificó unidades tipo IV, con f’m=45 kg/cm2.
6. SOBRECARGAS
Las cargas verticales se evaluaron conforme a la norma de Cargas, E-020. Los pesos de los
elementos de concreto armado se estimaron a partir de sus dimensiones reales, con un peso
específico de 2,400 kg/m3.
Para las losas aligeradas, armadas en una dirección, se supuso un peso de 300 kg/m2. Para
la albañilería se supuso un peso específico igual a 1,900 kg/m3.
Se incluyó igualmente el peso de acabados de piso y de techo, estimado en 100 kg/m2.
En las zonas de aulas se consideró una carga viva de 250 kg/m2. Para los corredores y
escaleras la carga viva fue 400 kg/m2.
Para los techos del último nivel se supuso una carga viva de 100 kg/m2.
7. COMBINACIONES DE CARGA
Las combinaciones de carga han sido tomadas de los reglamentos respectivos para su
empleo en el diseño. Estas combinaciones son las siguientes:
• COMB1: 1.4CM+1.7CV
• COMB2: 1.25CM+1.25CV+1.00SX
• COMB3: 1.25CM+1.25CV-1.00SX
• COMB4: 1.25CM+1.25CV+1.00SXE
• COMB5: 1.25CM+1.25CV- 1.00SXE
• COMB6: 1.25CM+1.25CV+1.00SY
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• COMB7: 1.25CM+1.25CV-1.00SY
• COMB8: 1.25CM+1.25CV+1.00SYE
• COMB9: 1.25CM+1.25CV- 1.00SYE
• COMB10: 0.90CM + 1.00SX
• COMB11: 0.90CM - 1.00SX
• COMB12: 0.90CM + 1.00SXE
• COMB13: 0.90CM - 1.00SXE
• COMB14: 0.90CM + 1.00SY
• COMB15: 0.90CM - 1.00SX
• COMB16: 0.90CM + 1.00SXE
• COMB17: 0.90CM - 1.00SXE
Donde:
CM: Carga muerta
CV: Carga viva
SX, SXE, SY, SYE: Cargas de sismo en dirección x e y, respectivamente
8. ANALISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL
El diseño estructural se ha efectuado para el máximo efecto de las cargas sobre cada uno de
los elementos empleando las combinaciones y los esfuerzos permisibles de las
especificaciones del reglamento, además se ha escogido el valor máximo de las
combinaciones de carga que señala el mismo, es decir la envolvente.
Se resolvió las estructuras utilizando los programas de cómputo ETABS, dicho programa
permite trabajar con elementos tipo pórtico tridimensional considerando además la opción del
diafragma rígido para el análisis estático y/o dinámico.
9. ANALISIS SISMICO – PABELLÓN N° 02:
El análisis sísmico se realizó según la norma vigente, NTE E 030, con el procedimiento de
superposición modal espectral, la respuesta máxima elástica esperada se obtuvo de la
siguiente expresión:
9.1 ESPECTRO DE RESPUESTA MODELO - PABELLON N° 02:
Considerando las condiciones de suelo, las características de la
estructura y las condiciones de uso, se utilizaron los parámetros
siguientes:
Parámetros para el Análisis Sísmico:
Factor de zona (zona 3) Z = 0.4
Factor de uso e importancia
(categoría A)
U = 1.5
Factor de suelo (S3) S = 1.4
Período para definir espectro de
seudo aceleración
Tp = 0.9
Pórticos de Concreto
Sistema Dual (pórticos y placas)
Albañilería Confinada Rx = 8
Rx = 8
Rx= 7
Ry= 3
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9.2 DESPLAZAMIENTOS CALCULADOS:
La tabla siguiente indica los máximos desplazamientos y distorsiones debido a las
combinaciones de cargas, incluidas por cargas vivas, muertas y de sismo, por cada piso
(incluyendo el factor 0.75 R).
Con:
Ry=8; 3/4*Drift*Ry< 0.007
Rx=8; 3/4*Drift*Rx< 0.007
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Story Item Load X Y Z 0.75R*DriftX 0.75R*DriftY RNE E 030
STORY2 Max Drift X SX 0 5.925 4.767 0.00666 OK
STORY2 Max Drift Y SX 7.8 8.475 4.767 0.000168 OK
STORY2 Max Drift X SXE 0 5.925 4.767 0.006666 OK
STORY2 Max Drift Y SXE 7.8 8.475 4.767 0.000228 OK
STORY2 Max Drift X SY 0 10.35 4.767 0.000114 OK
STORY2 Max Drift Y SY 7.8 10.35 4.767 0.002046 OK
STORY2 Max Drift X SYE 7.8 10.35 4.767 0.000126 OK
STORY2 Max Drift Y SYE 0 10.35 4.767 0.002064 OK
STORY2 Max Drift X SPECXX 7.8 5.925 4.767 0.00606 OK
STORY2 Max Drift Y SPECXX 0 8.475 4.767 0 OK
STORY2 Max Drift X SPECYY 0 10.35 4.767 0.000066 OK
STORY2 Max Drift Y SPECYY 7.8 10.35 4.767 0.001842 OK
STORY1 Max Drift X SX 7.8 0 3.65 0.00579 OK
STORY1 Max Drift Y SX 7.8 10.35 3.65 0.000156 OK
STORY1 Max Drift X SXE 7.8 0 3.65 0.005916 OK
STORY1 Max Drift Y SXE 7.8 7.2 3.65 0.000234 OK
STORY1 Max Drift X SY 7.8 0 3.65 0.000132 OK
STORY1 Max Drift Y SY 7.8 3.375 3.65 0.002172 OK
STORY1 Max Drift X SYE 7.8 0 3.65 0.000162 OK
STORY1 Max Drift Y SYE 0 3.375 3.65 0.00219 OK
STORY1 Max Drift X SPECXX 7.8 0 3.65 0.005412 OK
STORY1 Max Drift Y SPECXX 0 3.375 3.65 OK
STORY1 Max Drift X SPECYY 7.8 10.35 3.65 0.000042 OK
STORY1 Max Drift Y SPECYY 7.8 3.375 3.65 0.001968 OK
9.3 MODOS DE VIBRACION:
El programa de computo utilizado (ETABS) determina las rigideces y calcula las frecuencias
naturales y los modos de vibración de las estructuras.
La Norma E-030 señala que se deberá considerar aquellos modos de vibración cuya suma de
masas efectivas sea por lo menos el 90% de la masa de la estructura.
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CUADRO DE RESUMEN:
MODO PERIODO UX UY UZ
1 0.261995 91.4972 0 0
2 0.111739 0.1675 0.0214 0
3 0.095614 0 93.925 0
4 0.087671 8.296 0.0001 0
5 0.043072 0.0391 0.0025 0
6 0.037206 0 6.0496 0
7 0.020694 0.0002 0 0
8 0.016247 0 0.0008 0
9 0.015692 0 0 0
10 0.011861 0 0.0003 0
11 0.011433 0 0 0
12 0.010222 0 0.0001 0
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9.5 CARGAS ESTATICAS VS CARGAS DINAMICAS:
VERIFICACION DE CORTANTES SEGÚN NORMA E 030, CARGA SISMICA DINAMICA VS.
ESTATICA.
Story Load Loc P VX VY T MX MY
STORY2 SX Top 0 -24.72 0 129.919 0 0
STORY2 SX Bottom 0 -24.72 0 129.919 0 -82.823
STORY2 SXE Top 0 -24.72 0 129.919 0 0
STORY2 SXE Bottom 0 -24.72 0 129.919 0 -82.823
STORY2 SY Top 0 0 -65.93 -260.769 0 0
STORY2 SY Bottom 0 0 -65.93 -260.769 220.86 0
STORY2 SYE Top 0 0 -65.93 -253.473 0 0
STORY2 SYE Bottom 0 0 -65.93 -253.473 220.86 0
STORY2 SPECXX Top 0 22.47 0.02 111.991 0 0
STORY2 SPECXX Bottom 0 22.47 0.02 111.991 0.054 75.269
STORY2 SPECYY Top 0 0.08 58.75 232.205 0 0
STORY2 SPECYY Bottom 0 0.08 58.75 232.205 196.81 0.274
STORY1 SX Top 0 -44.66 0 243.024 0 -82.823
STORY1 SX Bottom 0 -44.66 0 243.024 0 -245.836
STORY1 SXE Top 0 -44.66 0 222.388 0 -82.823
STORY1 SXE Bottom 0 -44.66 0 222.388 0 -245.836
STORY1 SY Top 0 0 -119.1 -486.223 220.86 0
STORY1 SY Bottom 0 0 -119.1 -486.223 655.562 0
STORY1 SYE Top 0 0 -119.1 -437.456 220.86 0
STORY1 SYE Bottom 0 0 -119.1 -437.456 655.562 0
STORY1 SPECXX Top 0 41.07 0.03 203.743 0.054 75.269
STORY1 SPECXX Bottom 0 41.07 0.03 203.743 0.162 223.034
STORY1 SPECYY Top 0 0.09 112.21 440.153 196.81 0.274
STORY1 SPECYY Bottom 0 0.09 112.21 440.153 602.116 0.529
DONDE:
SX; SXE: SISMO ESTÁTICO EN LA DIRECCIÓN X
SPECXX: SISMO EN LA DIRECCIÓN X (ESPECTRO)
SY; SYE: SISMO ESTÁTICO EN LA DIRECCIÓN X
SPECYY: SISMO EN LA DIRECCIÓN X (ESPECTRO)
Según el reglamento de Sismo E 030 del RNE; el cortante dinámico no debe ser menor que el
90% del cortante estático.
Dirección X: V estático = 44.66 Tn; V dinámico = 41.07 Tn (91.96 %) OK
Dirección Y: V estático = 440.153 Tn; V dinámico = 437.456 Tn (99.39%) OK
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10. ANEXOS DISEÑOS DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES:
CRITERIOS GENERALES DE DISEÑO
La edificación fue analizada y calculada estructuralmente de acuerdo a los siguientes criterios
generales:
La resistencia nominal para los elementos Estructurales de reforzamiento fueron para el
concreto f’c igual a 210 kg/cm²., acero un esfuerzo de fluencia de 4200 kg/cm² con un módulo
de elasticidad igual a 2.0E+06 Kg/cm².
Las vigas, las columnas y placas proyectadas, han sido diseñadas para soportar las cargas de
gravedad que le sean transmitidas por las losas de techo existentes así como las cargas
sísmicas que eventualmente se les impongan.
La estimación de cargas verticales se evaluó conforme a la norma de Cargas, E 020 que
forma parte del Reglamento Nacional de Edificaciones.
Para las losas aligeradas existentes, se consideró armadas en una dirección, los pesos de
vigas, columnas se estimaron a partir de sus dimensiones reales, considerando un peso
específico de 2400 kg/m3. Para la tabiquería fija se consideró el peso de la albañilería de 1900
kg/m3. Se incluyó igualmente el peso de acabados de piso y de techo, estimado en 100
kg/m2.
Las sobrecargas de diseño fueron las recomendadas por la norma, para las Entidades
Educativas fue de 250 kg/m2 para aulas, 400 kg/m2 para corredores y 100 kg/m2 para la
azotea. No se hicieron reducciones de carga viva.
El programa de cómputo empleado permite la consideración de diversos sistemas de cargas
verticales independientes. En este caso las cargas permanentes se asignaron al sistema de
cargas muertas, mientras que los sistemas de sobrecargas correspondieron a "dameros"
complementarios de cargas vivas.
Los referidos dameros de cargas vivas, permiten estimar adecuadamente los máximos
momentos positivos en las vigas. Para obtener los máximos momentos negativos se
consideró la suma de ambos sistemas de carga, lo que significa aplicar la carga viva
simultáneamente en todos los tramos.
Para el análisis, la edificación fue modelada como un ensamble de pórticos planos. Se supuso
un comportamiento lineal elástico. Se trataron diversos sistemas de cargas: permanentes,
sobrecargas en paños alternados; y sismo, considerando que los desplazamientos laterales
de entrepiso no excedan el máximo permisible por el reglamento, el cual es de 0.007 para
concreto armado y de 0.005 para la albañilería confinada.
El diseño para los elementos de concreto armado se efectuó empleando criterios de diseño a
la rotura según las indicaciones de la Norma Peruana de Concreto Armado E-060. Atendiendo
las indicaciones de esta Norma las combinaciones de carga empleadas fueron:
• COMB1: 1.4CM+1.7CV
• COMB2: 1.25CM+1.25CV+1.00SX
• COMB3: 1.25CM+1.25CV-1.00SX
• COMB4: 1.25CM+1.25CV+1.00SXE
• COMB5: 1.25CM+1.25CV- 1.00SXE
• COMB6: 1.25CM+1.25CV+1.00SY
• COMB7: 1.25CM+1.25CV-1.00SY
• COMB8: 1.25CM+1.25CV+1.00SYE
• COMB9: 1.25CM+1.25CV- 1.00SYE
• COMB10: 0.90CM + 1.00SX
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• COMB11: 0.90CM - 1.00SX
• COMB12: 0.90CM + 1.00SXE
• COMB13: 0.90CM - 1.00SXE
• COMB14: 0.90CM + 1.00SY
• COMB15: 0.90CM - 1.00SX
• COMB16: 0.90CM + 1.00SXE
• COMB17: 0.90CM - 1.00SXE
El diseño de la cimentación se realizó de manera de no exceder el esfuerzo admisible para el
suelo de 2.00 Kg/cm2 y a una profundidad de desplante de 1.00 m. Se calculó la presión
considerando cargas de gravedad y sismo.
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13. “ADECUACIÓN, MEJORAMIENTO Y SUSTITUCIÓN DE LA INFRAESTRUCTURA EDUCATIVA DE LA
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DISEÑO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES:
DIAGRAMA DE MOMENTO FLECTOR TRIDIMENSIONAL
DIAGRAMA DE CARGA AXIAL TRIDIMENSIONAL
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14. “ADECUACIÓN, MEJORAMIENTO Y SUSTITUCIÓN DE LA INFRAESTRUCTURA EDUCATIVA DE LA
I.E. MARIANO MELGAR AREQUIPA - AREQUIPA
DIAGRAMA DE FUERZA CORTANTE TRIDIMENSIONAL
VERIFICACION ESTRUCTURAL DE LOS ELEMENTOS EXISTENTES
A.- VERIFICACION DE COLUMNAS:
PRESENTAMOS LA PLANTA PARA VISUALIZAR LOS EJES EN ANALISIS.
A continuación presentamos los diagramas de carga axial debido a la máxima combinación de
cargas.
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15. “ADECUACIÓN, MEJORAMIENTO Y SUSTITUCIÓN DE LA INFRAESTRUCTURA EDUCATIVA DE LA
I.E. MARIANO MELGAR AREQUIPA - AREQUIPA
DIAGRAMA DE CARGA AXIAL (TN), EJE 2 DEBIDO A LA ENVOLVENTE
DIAGRAMA DE CARGA AXIAL (TN), EJE B DEBIDO A LA ENVOLVENTE
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16. “ADECUACIÓN, MEJORAMIENTO Y SUSTITUCIÓN DE LA INFRAESTRUCTURA EDUCATIVA DE LA
I.E. MARIANO MELGAR AREQUIPA - AREQUIPA
B.- VERIFICACION DE VIGAS:
A continuación presentamos los diagramas de Momento Flector debido a la máxima
combinación de cargas.
DIAGRAMA DE MOMENTO FLECTOR (Ton-m), EJE 2 DEBIDO A LA ENVOLVENTE
DIAGRAMA DE MOMENTO FLECTOR (Ton-m), EJE 3 DEBIDO A LA ENVOLVENTE
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17. “ADECUACIÓN, MEJORAMIENTO Y SUSTITUCIÓN DE LA INFRAESTRUCTURA EDUCATIVA DE LA
I.E. MARIANO MELGAR AREQUIPA - AREQUIPA
DIAGRAMA DE MOMENTO FLECTOR (Ton-m), EJE A DEBIDO A LA ENVOLVENTE
C.- VERIFICACION DE LA CIMENTACIÓN:
La cimentación ha sido verificada mediante el software SAFE V 12.0.1; para lo cual hemos
introducido las áreas de la cimentación, correspondientes a las zapatas, cimientos corridos
obteniendo para esto la presión en la superficie de contacto, y verificando que no supere el
valor del esfuerzo admisible del suelo.
Consideraciones:
Zapatas centrales: 2.30x1.20m.
Zapatas linderos: 0.80x0.80m.
Cimiento corrido: b = 0.50m.
Presiones en el suelo para: C.Viva + C. Muerta
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18. “ADECUACIÓN, MEJORAMIENTO Y SUSTITUCIÓN DE LA INFRAESTRUCTURA EDUCATIVA DE LA
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Presiones en el suelo para: 0.75C.Viva + 0.75C. Muerta + 0.525 Sismo X
Presiones en el suelo para: 0.75C.Viva + 0.75C. Muerta + 0.525 Sismo Y
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