memoria descriptiva de estructuras
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Proyecto: FORTALECIMIENTO DEL SISTEMA PROVINCIAL DE DEFENSA CIVIL, PROVINCIA DE ILO - MOQUEGUA
MEMORIA DE DESCRIPTIVA DE ESTRUCTURAS
PROYECTO : “FORTALECIMIENTO DEL SISTEMA PROVINCIAL
DE DEFENSA CIVIL, PROVINCIA DE ILO - MOQUEGUA”
COMPONENTE: 001 CONSTRUCCION DEL COEP
1. 0 ANTECEDENTES El presente Trabajo se realiza a solicitud de la MUNICIPALIDAD PROVINCIAL DE ILO, el cual
comprende en un primer componente del Expediente Técnico comprende la construcción del
Centro de Operaciones de Emergencia (COE) que consta de lo siguiente:
Edificio de Oficinas: Donde estarán en el primer piso la áreas de Jefatura, Logística y Ayuda
Humanitaria, vigilancia y SS.HH. En el segundo nivel están las oficinas de monitoreo, sala de
reuniones, dormitorios y SS.HH. Consta de dos módulos: el modulo 1 tiene 192.78 m2 de área
construida por nivel y el modulo 2 tiene 105.67 m2 de área construida por nivel.
Auditorio: Consta de una estructura de 4.0 m de altura, la cual tiene una capacidad para 100
personas. Tiene un área construida de 152.54 m2 el cual tiene una claraboya de 3.0X3.0 m y 1 m
de altura piramidal de tubo cuadrado de acero.
Almacén: Es una estructura tipo nave industrial con tijerales de acero y el resto con albañilería
confinada. Tiene un área construida de 296.25 m2
Todas estas estructuras están distribuidas en un terreno de 1,943.49 m2, a continuación se ilustra
el área de distribución del 1er y 2do nivel.
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PLANO DISTRIBUCION PRIMER NIVEL
PLANO DISTRIBUCION SEGUNDO NIVEL
2. REGLAMENTACIÓN Y NORMAS DE DISEÑO Las normas utilizadas para el análisis y diseño son las siguientes: - NORMA E - 020 - CARGAS
- NORMA E - 050 - SUELOS Y CIMENTACIÓN
- NORMA E - 060 - CONCRETO ARMADO
- NORMA E - 030 - DISEÑO SISMORESISTENTE
- NORMA E - 070 - ALBAÑILERÍA
- NORMA E _ 090 -ESTRUCTURAS METALICAS
Los estándares utilizados son: - Reglamento ACI-318--02
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3.0 ESTRUCTURACION
OFICINAS MODULO 1 Y 2: Como se puede observar los planos siguientes la arquitectura de
las oficinas están divididas en dos módulos separados con una junta de 5 cm de espesor; el
modulo 1 tiene una longitud 19.65m tiene un distribución arquitectónica subdividida en módulos
de 9.75x9.75 m. La estructuración del modulo 1 se hizo para el eje x aporticado y el eje y
albañilería confinada usándose columnas de 40x25 cm y placas distribuidas 80x15 cm en las
esquinas para darle rigidez a la edificación. Para el módulo 2 tiene una longitud 15.85m tiene un
distribución arquitectónica subdividida en módulos de 3.75x6.10 m. La estructuración del modulo
2 se hizo para el eje x aporticado y el eje y albañilería confinada usándose columnas de 40x25
cm y columnas de 25x25 y placas distribuidas 80x15 cm en las esquinas para darle rigidez a la
edificación.
VISTA DE PLANTA MODULO1
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VISTA PLANTA MODULO 2
AUDITORIO: Como se observa en la ilustración el auditorio tiene una longitud de 17.30m y
tiene un distribución arquitectónica modulada a cada 5.7 m. La estructuración se ha realizado
en el eje x una estructura de albañilería confinada y en el eje y una estructura mixta aporticada y
confinada, presenta columnas en T de 1.0 m de ala y 0.50 m de alma, columnas en las esquinas
de 30x50 cm y placas en esquinas de sección 0.15x1.0 para darle rigidez a la edificación, en el
techo presenta una abertura de 3.0x3.0 m y para darle iluminación se colocara una claraboya en
la parte del techo.
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ALMACEN: Como se observa en la ilustración el almacén tiene una longitud de 26.66m y tiene
un distribución arquitectónica modulada a cada 3.75 m. La estructuración se ha realizado tanto
en el eje x e y una estructura de albañilería confinada, presenta columnas cuadradas de
40x40cm, columnas en las esquinas de 30x50 cm, presenta una cobertura de techo ligero con
tijerales a cada 3.75 m el tijeral es de forma parabólica metálica con tubo redondo.
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Todos los elementos estructurales se han desarrollado empleando el método a la rotura de la
Norma Técnica de Concreto Armado E-060-206. También para el diseño estructural se ha
empleado el Código de edificaciones Norteamericano ACI-318-02. Toda la estructura en forma
conjunta soportará todas las cargas de diseño y que a su vez serán transmitidas al terreno, lo
cual garantiza que los desplazamientos horizontales relativos entre niveles y su configuración en
planta cumplen los giros máximos exigidos por la Norma Sismo-Resistente E-030.
Las cargas por efectos de la aceleración de la gravedad y las cargas por efectos sísmicos. El
diseño de los elementos se ha desarrollado empleando el método a la rotura de la Norma
Técnica de Concreto Armado E-060-2006. También para el diseño estructural se ha empleado el
Código de edificaciones Norteamericano ACI-318-02.
Las losas aligeradas de espesor 0.20m, fueron diseñadas considerado toda las evolventes de
sobrecarga hasta encontrar los esfuerzos máximos.
Las escaleras del modulo 1 serán diseñadas como losa maciza con un espesor de 0.15m.
Para una mejor concepción de la estructuración se presenta los siguientes croquis.
MODELO PARA ANALISIS DE OFICINA 1
MMMMMMMM
MODELO PARA ANLISIS DE OFICINA MODULO 1
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MODELO PARA ANALISIS DE OFICINA MODULO 2
MODELO PARA ANALISIS DE AUDITORIO
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MODELO PARA ANALISIS DEL CLARABOYA DEL AUDITORIO Y BLOQUE 1
MODELO PARA ANALISIS DEL ALMACEN
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4.0 CARGAS DE DISEÑO
Las cargas de diseño que han sido consideradas son las siguientes:
a) Carga muerta:
Peso específico del concreto armado = 2400 kg/m3
Peso específico de los tabiques = 1800 kg/m3
Peso específico del acero = 7850 kg/m3
Peso del piso terminado + cielo raso = 100 kg/m2
Peso de la cobertura de ladrillo pastelero = 120 kg/m2
Peso de la cobertura del techo del almacen = 15 kg/m2
b) Carga viva:
Primer piso = 300 kg/m2
Azoteas = 200 kg/m2
Carga viva de montaje = 30 kg/m2
c) Carga sísmica:
Espectro de respuesta de aceleración de diseño según reglamento.
5.0 PARÁMETROS DE ANALISIS SISMICO
El Sistema de Estructuración Sismorresistente tiene una configuración conformada por pórticos
en la dirección de los ejes numéricos o sentidos “Y” y por un sistema dual de pórticos placa de
concreto armado, en la dirección de los ejes alfabéticos o sentido “Y”, paralelo a la anterior.
La norma Sismo-resistente limita los desplazamientos laterales de las estructuras por lo que las
estructuras construidas no deben superar los siguientes desplazamientos máximos relativos.
Para Elementos de Concreto Armado (Dy/hei)< 0,70 %
Para el espectro de respuesta de aceleración, según reglamento (ZUSC/R), se ha utilizado los
parámetros sísmicos siguientes:
Parámetros de Sitio
Coeficiente de aceleración gravitacional:
G = 9,81 m/s2
5.1) Zonificación:
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Considerando la ubicación de la Edificación dentro del Mapa de Zonificación Sísmica, según
NTE-030, la ciudad de Moquegua se encuentra ubicada en la Zona 3.
Z =0,40 Factor de Zona
5.2) Condiciones Geotécnicas
Las propiedades mecánicas del suelo, espesor del estrato, velocidad de propagación de ondas
de corte y características ubican a nuestro suelo dentro del perfil S1 (Roca o Suelo muy Rígido)
según el Informe Técnico elaborado la empresa SERGEO E.I.R.L., en base a los Ensayos
realizados por el Laboratorio de Mecánica de Suelos de la Facultad de Ingeniería Civil de la
Universidad Nacional Jorge Basadre de Grohmann, para determinar la Capacidad Portante del
Terreno materia del presente Estudio.
S =1,0 Factor de Suelo (Suelo tipo 1 según EMS)
Tp=0,40
Profundidad de desplante Df= 1.50 m.
La Capacidad admisible es: σ= 6.58 kgf/cm2
Para Zapatas Cuadradas Qa=6.58 kg/cm2
Factor de Seguridad F.S.=0
Asentamientos inmediatos esperados Pi=insignificante
El contenido de cloruros o sulfatos es muy bajo
5.3) Factor de Amplificación Sísmica
Corresponde al factor de amplificación de la respuesta estructural respecto a la aceleración en el
suelo.
C = 2,5 (Tp/T) => C=2,5 Factor de Amplificación Sísmica (A. Estático)
Para el Análisis Dinámico:
Para Modulo de Oficinas:
Tx=0.1382 seg. Periodo fundamental Sentido X
Ty=0.1037 seg. Periodo fundamental Sentido Y
Para Auditorio
Tx=0.0911 seg. Periodo fundamental Sentido X
Ty=0.0683 seg. Periodo fundamental Sentido Y
Para Almacén
Tx=0.0683 seg. Periodo fundamental Sentido X
Ty=0.0683 seg. Periodo fundamental Sentido Y
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5.4) Categoría de la Edificación
De acuerdo a la utilización de la edificación, se utilizará el coeficiente de importancia.
Para Modulo de Oficinas
U = 1.50 Factor de Uso (Edificación Categoría “A”)
Para Auditorio
U = 1.30 Factor de Uso (Edificación Categoría “B”)
Para Almacen
U = 1.00 Factor de Uso (Edificación Categoría “C”)
Z= 0.4 U= 1.3 S=1.0 Ts=0.4seg
Y además:
El factor de reducción (R) se ha considerado igual a 7 para el caso del sistema dual (pórtico
placa) para el eje x-x de y de 3 en el eje y-y en la zona de albañilería confinada.
6.0 PARÁMETROS ESTRUCTURALES
Para el acero se ha considerado la resistencia dada por el fabricante, y el concreto de los
elementos estructurales se ha considerado de f´c = 210 kg/cm2
Estas características se resumen en:
Acero:
Esfuerzo de Fluencia del Acero Fy = 4200 Kg/cm2
Módulo de Elasticidad del Acero Es = 2,0 x106 Kg/cm2
Albañilería para obras complementarias.
Resistencia de la Albañilería f´m= 35 Kg/cm2
Módulo de Elasticidad de la albañilería Em= 17500 Kg/cm2 (=500 f´m)
Módulo de Corte de la Albañilería Ev = 7000 Kg/cm2 (=0.4 Em)
Concreto
Resistencia Característica del Concreto f´c = 210 Kg/cm2
Módulo de Elasticidad del Concreto Ec = 217370.65Kg/cm2 (=15000(f´c)0.5 )
Módulo de Corte del Concreto G = 81 195 Kg/cm2 (=Ec / (2(1+v)) )
Módulo de Poisson v = 0,17
Acero estructural
Perfiles y planchas (ASTM A36) fy= 2 500 kg/cm2
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Soldadura AWS E70XX
7.0 ESTUDIO ESTRUCTURAL
El Análisis Estructural se ha realizado por métodos elásticos utilizando el Método de las
Rigideces y el de Los Elementos Finitos, desarrollado por procedimientos matriciales, aplicados
en el software ETABS (Version 9.5)
8.0 SOLICITACIONES DE CARGAS SISMICAS
Análisis Sísmico
El Análisis Sísmico se ha efectuado utilizando las solicitaciones sísmicas reducidas, es decir una
fracción de la solicitación sísmica máxima elástica de acuerdo a lo estipulado en la Norma E.030.
Peso de la Edificación
El Peso de (P) se calculó adicionando a la carga permanente un 50% de la sobrecarga o carga
viva, por tratarse de una edificación categoría AyB para las oficinas y auditorio y el 25% de la
sobrecarga o carga viva por tratarse de una edificación de categoría C (ver Norma E-030)
Modelo de Análisis Para la presente Edificación, se ha considerado un modelo de masas concentradas, con un
sistema de pisos que funcionan como diafragmas rígidos, considerando 3 grados de libertad por
diafragma.
Análisis Dinámico
El Análisis Dinámico de la Edificación se realizó por medio de procedimientos de superposición espectral o Aceleración Espectral.
Para cada una de las direcciones analizadas se empleó un espectro inelástico de pseudo
aceleraciones definido por:
gR
ZUSCSa .
La respuesta máxima elástica esperada [r] correspondiente al efecto conjunto de los diferentes
modos de vibración empleados fue determinado por:
m
i
m
ii rr i
r1
2
1
75.025.0
- Calculo de Masas. Es el peso de la estructura en unidades UTM
- Calculo del Espectro de Respuesta
Se utiliza los siguientes espectros de diseño para el análisis sísmico de la estructura en la
dirección principal X-X e Y-Y. Con el cálculo de las masas y el espectro de respuesta de la
estructura se procederá al análisis dinámico de la estructura.
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Para el análisis se eligen los primeros 6 modos de vibrar las que aportan más del 99% de la
fuerza sísmica que están en las siguientes tablas.
Los efectos de torsión han sido considerados, tomando en cuenta una excentricidad accidental,
mediante una fracción de 0,05 de la distancia perpendicular a la dirección de análisis; siempre
considerando la condición más desfavorable.
- Calculo de la Cortante Estático
- Periodos de la Estructura
9.0 DESPLAZAMIENTOS
1) Desplazamientos Laterales Permisibles
Conforme a la Norma E.030 el control de los desplazamientos relativos máximos de entrepiso
no será mayor a:
Para Elementos de Albañilería Confinada (Dx/hei)< 0,50 %
Para Elementos de Concreto Armado (Dy/hei)< 0,70 %
Obteniéndose los máximos desplazamientos relativos permisibles, que conforme a la Norma
E.030, son:
Para Elementos de Albañilería Confinada D= 0.5 x h cm.
Para Elementos de Concreto Armado D=0.7 x h cm.
Del Análisis Estructural realizado, obtenemos los siguientes desplazamientos:
Comparando la Verificación con el Proyecto Estructural y con la Norma E.030: 2) Desplazamientos Laterales
10.0 HIPOTESIS DE CARGA PARA LA VERIFICACION DEL DISEÑO ESTRUCTURAL
Los esfuerzos últimos en los elementos de concreto armado se han calculado en base a las
combinaciones de carga siguientes:
1. U=1,4D +1,7Li
2. U=1,25D +1,25Li +1,00S
3. U=1,25D +1,25Li _1,00S
4. U=0,90D + 1,00S
5. U=0,90D _ 1,00S
En donde:
D= carga permanente o muerta
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Li= carga viva i-ésima
S = carga por efectos sísmicos
11.0 VERIFICACION DEL DISEÑO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES
El cálculo del diseño de los elementos estructurales de concreto armado, ha sido realizada para
los elementos más esforzados y más representativos (columnas, vigas, placas, losas, etc.),
habiéndose realizado por el método de resistencia última, en concordancia con la Norma Técnica
E.060, las Normas ACI-318, la Norma Técnica E.070 para la verificación del diseño de la
albañilería y de sus elementos de confinamiento.
11.1 Cimentación
El tipo de cimentación corresponde a zapatas aisladas de concreto armado y zapatas
combinadas por ser estructuras de diversos tipos y separados por juntas sísmicas.
11.2 Placas y Columnas
Para el diseño de las columnas y placas se ha tenido en cuenta lo siguiente:
En el sentido X e Y; debido a la configuración estructural, conformada por pórticos, el
comportamiento de las cumplen una función de columnas estructurales, comportándose
adecuadamente bajo esfuerzos de flexo compresión.
Los mayores esfuerzos se presentan en las placas, las mismas que absorben una
mayor parte de los esfuerzos debido al Cortante Sísmico, aliviando los esfuerzos de las
columnas en este Sentido. A pesar de ello, se ha elaborado sus respectivos Diagramas
de Interacción para las columnas.
11.3 Vigas
Para el diseño de las vigas se tiene en cuenta los diagramas de esfuerzos de
momentos, diagrama de esfuerzos de cortantes y si es que lo tuviera el diagrama de
esfuerzos de torsión, todos representados con las envolventes según a todas las
hipótesis de cargas.
11.4 Losas Aligeradas Para el diseño de las losas aligerada de un solo sentido se ha obtenido según a los
diagrama de esfuerzos de momentos de la envolvente de la primera hipótesis porque
solo se considera como un diagrama rígido que transmite sus esfuerzos a las vigas.
Se ha verificado los esfuerzos de corte en las secciones transversales para el caso de
las losas aligeradas y para los módulos 1 y 2 se considera una losa de h=0.20 m y para
el auditorio una losa de h=0.25 esfuerzos.
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11.5 Escaleras
Para el diseño de las escalera se tomado en cuenta una sobre carga de 500 kg/m2
según el RNE.
11.6 Estructuras Metálicas
La cobertura principal, es del techo ligero del almacén del COEP. La cobertura estará
conformada por una estructura metálica ligera apoyada en columnas de concreto.
Las estructuras se diseñaron para resistir todas las cargas a las que se encontrarán
sometidas en su vida útil como son: cargas por efectos de gravedad, carga viva y
cargas por efectos del viento. El diseño de los elementos estructurales de acero se
diseñó de acuerdo al Reglamento del AISC (Método LRFD93).
La armadura principal en voladizo se plantea en base a secciones tubulares, a fin de
obtener una estructura liviana de máximo rendimiento de sus elementos. Cuyas
secciones fueron variadas de acuerdo a los resultados de cómo se comportarían ante
las cargas a que estaría sometida en su vida útil.
Estructura de Acero
Las cargas de diseño empleadas son debido al peso propio, a la carga viva y la carga
por efectos del viento. Dichas cargas son como se detalla a continuación:
Carga muerta:
Peso específico del acero = 7850 kgs/m3
Plancha Opaca 1.10x2.44mx2mm = 3.77 kgs/m2
Carga viva
De Montaje Cobertura = 30 kg/m2
Carga sísmica:
Por tratarse de una estructura liviana no corresponde el análisis sísmico, más si tener
en cuenta la carga de viento.
Carga de Viento
Velocidad de Diseño (según mapa eólico): V = 50 km/h
El análisis empleado en este trabajo está basado en el método de rigideces por
procedimientos matriciales en donde se ha modelado los perfiles por elementos
reticulares.
El análisis respectivo se ha realizado mediante el programa de computadora ETABS
V9.5.
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Modelo general de la Cercha
Modelo general para el análisis de los tijerales