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Mejoramiento del Servicio Educativo en la I.E. 40676 “La mansión de Socabaya”, distrito de Socabaya, Provincia Arequipa - Arequipa

Cap. 09 MEMORIA DE TRABAJO página 410

CAPITULO IX

MEMORIAS DE TRABAJO

MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EDUCATIVO EN LA I.E.

40676 “LA MANSIÓN DE SOCABAYA”, DISTRITO DE

SOCABAYA, PROVINCIA AREQUIPA - AREQUIPA

1. PROPOSITO.- El propósito de la presente memoria de cálculo es describir de manera general de los procedimientos actuados en el diseño de las estructuras, correspondientes a los Módulos 1, 2, 4, SS.HH. para niños y SS.HH. para educación inicial a edificarse, conformantes del Proyecto de Mejoramiento de la Infraestructura del Servicio Educativo en la I.E. 40676 “La Mansión de Socabaya”, Distrito de Socabaya, Provincia Arequipa.

2. ALCANCES.- La presente Memoria de Cálculo contempla el conjunto de condiciones y limitaciones establecidas en los criterios generales de diseño Ingenieril, Arquitectónico, de las Instalaciones Eléctricas y de Agua Potable bajo los cuales se ha realizado el procesamiento de datos y diseños del Proyecto.

3. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO.-

A. ESTRUCTURAS

a.1. Obras Provisionales, Preliminares, la Distribución Estructural para la Implementación de dos (02) Módulos, con Ambientes para tres (03) aulas, Centro de Cómputo, Biblioteca y Sala de Profesores, y Escaleras al Segundo Nivel. Otro modulo con dos (02) ambientes: Dirección y Secretarias, un modulo de SS.HH. para niños y un modulo de SS.HH. para Educación Inicial.

a.2. Obras preliminares como demolición de pozo de agua, apuntalamiento de zonas a reforzar, retiro de módulos prefabricados y garantizar el Reforzamiento Estructural y recuperación de las Estructuras en dos (02) aulas.



a.2. Construcción de seis (06) aulas, un (01) módulo de baños, un (01) módulo de escaleras 01 almacén, 01 tanque elevado y 01 cisterna, muro de cerco, instalación de antena.

B. ARQUITECTURA

b.1. Construcción de una Nueva Puerta de ingreso principal y Cerco Perimétrico para ofrecer seguridad Externa en las calles 44, 61 y Av. B-2, hasta el sector posterior al modulo edificado por otro ente anteriormente, donde se instalarán 98.40 m.l. de cerco de muro caravista con un panel enmallado metálico de H=0.60 metros.

b.2. Acabados con muros tipo soga y cabeza tarrajeados é imprimados en los Ambientes construídos, brindando respaldo y seguridad con Puertas, ventanas, Rejas y Ventanas de Protección Metálicos, con cerraduras.

b.3. Refacción de la losa deportiva, para el esparcimiento y derivación de actividades recreacionales a una zona relativamente alejada de las aulas.

b.4. Acabados en pisos y paredes de los ambientes; impermeabilización de los techos contra aguas pluviales, con aplicación de lechada de cemento con aditivo impermeabilizante y posterior imprimado con pintura asfáltica, en zona de aulas existentes y proyectadas.

C. INSTALACIONES ELECTRICAS

c.1. Instalaciones de Iluminación en ambientes de Aulas, Bibliotecas, Centro de Cómputo, Dirección, Secretaria, Almacén y Cocina como salidas para comunicaciones y señales, con la colocación de un pozo a tierra, tableros y cuchillas, y la instalación de un bomba de impulsión para el agua desde la cisterna hasta el tanque elevado.

D. INSTALACIONES DE AGUA POTABLE

d.1. Instalación de las tuberías de agua potable y accesorios de inodoros en los SS.HH., como la Producción de una Cisterna y provisión é instalación de una Tanque Elevado de un (01) metro cúbico para almacenamiento.

E. MOBILIARIO ESCOLAR

e.1. Implementación de 03 Mesa de Madera p/niños, 12 Sillas de madera para niños de inicial, 70 Mesas Bi-personales de madera, 150 Sillas de madera para niños de primaria, 05 pizarras acrílicas, 05 escritorios de madera, 07 estantes archivadores de madera para aulas, 05 estantes de biblioteca, una escalera de madera tipo tijera, un estante para cocina y un mostrador de madera para cocina.

El proyecto comprende el Reforzamiento Estructural de elementos y losas de piso colapsados, para evitar el colapso del sector y consecuente derrumbamiento del Bloque. Las estructuras estarán diseñadas para resistir todas las cargas a las que se encontraran sometidas en su vida útil como son: cargas por efectos de gravedad, cargas por efectos dinámicos y sísmicos.



MEMORIA DESCRIPTIVA DE ESTRUCTURAS

I DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROYECTO

El Proyecto considera principalmente las cargas para edificaciones de 3 pisos, siendo los módulos utilizados los siguientes: 01 Módulo de 03 Aulas en el primer nivel, y Sala de Cómputo, Biblioteca Y Sala de Profesores en el segundo nivel; con proyección a un tercer piso. 01 Módulo de SS.HH. 01 Módulo de SS.HH. para Educación Inicial. 01 Módulo de Dirección y Secretaría. 01 Módulo de Escalera c/circulación, 01 Cisterna (4.5 m³) + Tanque Elevado (1 m³). 01 Cerco Perimétrico de 98.40 m.

1. Del Proyecto Estructural:

El Análisis y Diseño Estructural ha sido realizado mediante Métodos Analíticos, para determinar el Comportamiento Estructural frente a las diversas solicitaciones de carga, como son las cargas sísmicas y las solicitaciones de cargas por gravedad. Para la realización del Estudio correspondiente, se ha tomado en consideración las siguientes Normas Técnicas contenidas en el Reglamento Nacional de Edificaciones: Norma Técnica de Edificación E-020. Cargas. Norma Técnica de Edificación E-030. Diseño Sismo Resistente. Norma Técnica de Edificación E-050. Suelos y Cimentaciones. Norma Técnica de Edificación E-060. Concreto Armado Norma Técnica de Edificación E-070. Albañilería

2. Procedimientos:

Las edificaciones han sido estructuradas y diseñadas de manera tal de lograr un buen comportamiento frente a los sismos, siguiendo los lineamientos establecidos en las Normas Técnicas del Reglamento Nacional de Edificaciones vigente: E.030 y E.060. La cimentación de las edificaciones es de tipo superficial de acuerdo a lo indicado en el Estudio de Suelos, sobre las cuales se proyectan sobrecimientos convencionales de concreto simple para recibir los muros de albañilería. Para la estructuración en el sentido longitudinal del módulo principal se han utilizado placas y vigas de concreto armado con la rigidez apropiada para controlar los desplazamientos laterales de entrepiso y en el sentido transversal se ha utilizado muros de albañilería. Además de las cargas de sismo se han considerado las cargas por gravedad teniendo en cuenta la Norma Técnica E.020 referente a cargas. Los techos son de tipo convencional con losas aligeradas de 0.25 m de espesor. 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 y aplicados en los Programas ETABS (Extended Three Dimensional Analysis of Building Systems) V.9,04, y SAP2000 (Structural Analysis Programs) V.10,0.1.



Modelamiento de las estructuras

3. Características Estructurales:

Las características de los materiales, en cuanto a sus resistencias, han sido tomadas de los Ensayos difundidos por los fabricantes, como son el Acero, el cemento.

Resistencia Característica del Concreto f´c = 210 Kg/cm2

Módulo de Elasticidad del Concreto Ec = 217 370 Kg/cm2 (=15000(f´c)0.5 )

Módulo de Corte del Concreto G = 94 509 Kg/cm2 (=Ec / (2(1+v)) )

Módulo de Poisson v = 0,15

Módulo de Elasticidad del Acero Es = 2,0 x106 Kg/cm2

Esfuerzo de Fluencia del Acero fy = 4200 Kg/cm2

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)

Los diseños estructurales de las edificaciones han sido efectuados siendo las condiciones generales de cimentación las siguientes:

Estrato de apoyo de la cimentación: Zona Geotécnica I: SP Tipo de cimentación: Zona 1: Zapatas aisladas conectadas y

Cim. Corrida. Profundidad de la cimentación: 1.50 y 1.30 m, para Zapatas y C°C



Presión admisible: Zona I: 1.51y 1.31 kg/cm2, respect. Factor de seguridad por corte: 3 Agresividad del suelo a la cimentación: Baja. Usar cemento Portland tipo I Recomendaciones adicionales: Ver estudio de suelos.

4. Cargas de Servicio

La verificación del diseño estructural de la edificación se realizó teniendo en cuenta las cargas indicadas en la Norma Técnica E.020, así como las sobrecargas indicadas en los planos respectivos.

Carga muerta:

Peso específico del concreto armado = 2400 kg/m3

Peso específico de los tabiques = 1600 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

Carga viva:

Aulas = 250 kg/m2

Corredores = 400 kg/m2

Azotea = 150 kg/m2

SOLICITACIONES DE CARGAS SISMICAS

5. 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.

6. 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 “A” (Norma E.030).

7. 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.



III ANÁLISIS SÍSMICO DINÁMICO

Hipótesis de cargas – RNE: Las hipótesis de cargas, según el RNC, como sigue:

Cargas Sísmicas.

Las cargas de sismo son determinadas por la aceleración producida por los movimientos sísmicos en la superficie de la Tierra que afectan a las estructuras a través de los cimientos. Estos movimientos sísmicos determinan cargas laterales que actúan en las estructuras y en muchos casos afectan de mayor manera que las cargas de gravedad cuando evaluamos los esfuerzos. Para su cálculo utilizamos el reglamento sísmico según la norma E-030, las mismas que contemplan consideraciones de ubicación, tipo de suelo de cimentación e importancia de la estructura. Se empleará la siguiente fórmula para calcular la fuerza horizontal debido a la carga de sismo según la norma E-030 del reglamento nacional de construcciones:

Para cada una de las direcciones analizadas se empleó un espectro inelástico de pseudo aceleraciones definido por:

gR

ZUSCSa .=

Los Parámetros que definen el Espectro de diseño son los siguientes:

Dirección X-X

Aceleración del máxima del terreno (Zona 3) Z =0,40 g. Coeficiente de Uso e Importancia (Tipo A) U =1,50 Factor de Amplificación del Suelo (Tipo S2) S =1,20 Periodo Fundamental del Vibración del Estrato Tp=0,60 seg. Factor de Amplificación Sísmica C=2,5 x (Tp/T) C<=2,5

Carga Hipótesis

HIP1 1.5CM+1.8CV

HIP2 1.25 (CM+CV)+CS

HIP3 1.25 (CM+CV)-CS

HIP4 0.9CM+CS

HIP5 0.9CM-CS

ENV ENVOLVENTE



Coeficiente de Reducción de Respuesta R=0,75x7,00

Dirección Y-Y

Aceleración del máxima del terreno (Zona 3) Z =0,40 g. Coeficiente de Uso e Importancia (Tipo A) U =1,50 Factor de Amplificación del Suelo (Tipo S2) S =1,20 Periodo Fundamental del Vibración del Estrato Tp=0,60 seg. Factor de Amplificación Sísmica C=2,5 x (Tp/T) C<=2,5 Coeficiente de Reducción de Respuesta R=0,75x5,00

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

En cada dirección se consideraron aquellos modos de vibración cuya suma de masas efectivas fue por lo menos el 90% de la masa de la estructura, tomándose como mínimo los tres primeros modos.



En cada dirección se verificó que la fuerza cortante en la base sea mayor al 90% del valor calculado en un análisis estático.

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.

Sistema Estructural Sismorresistente

El Sistema de Estructuración Sismorresistente tiene una configuración conformada por muros de cortante y pórticos de concreto armado, considerándose un sistema dual para la dirección X de análisis y un sistema de muros de albañilería para la dirección Y. Así mismo se ha considerado las irregularidades en planta, que de acuerdo a la Norma se ha considerado como 0,75 R.

Según la Norma E-030, corresponde: Rx= 0,75 x 7,0 Factor de Reducción dirección Y Direcciópn de ejes Alfabéticos Ry= 0,75 x 5,0 Factor de Reducción dirección X

Dirección de ejes Numéricos

III PARÁMETROS DE DISEÑO ADOPTADOS

El Centro Educativo se encuentra en la denominada Zona 3 del mapa de Zonificación Sísmica del Perú, siendo los parámetros de diseño sismo-resistente los siguientes: Concreto armado f`c=210 kg/cm2, salvo indicación en los planos Acero fy=4,200 kg/cm2 Albañilería f`m=35 kg/cm2 Ladrillo clase IV de 14x9x24 cm Mortero: 1:1:4 cemento: cal normalizada: arena Salvo indicación en contrario en planos.



Sobrecargas: En aulas: 250 kg/m2 Corredor 400 kg/m2 Techos 150 kg/m2 Cemento Portland Tipo I

Configuración Estructural Sismorresistente La presencia de esquinas entrantes en la edificación hace que la misma califique como Estructura Irregular

Parámetros de Sitio

Coeficiente de aceleración gravitacional: G = 9,81 m/s2

1) Zonificación:

Considerando la ubicación de la Edificación dentro del Mapa de Zonificación Sísmica, según NTE-030, la ciudad de Arequipa se encuentra ubicada en la Zona 3.

Z =0,40 Factor de Zona

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 (Suelo Duro) según el Informe Técnico del Estudio de Mecánica de Suelos, adjunto al presente documento.

S =1,20 Factor de Suelo (Suelo tipo 1 según EMS) Tp=0,60

Profundidad de desplante Df= 1,60 m. La Capacidad admisible es: Para Cimentación corrida Qa=1,96 kg/cm2 Factor de Seguridad F.S.=3 Asentamientos inmediatos esperados Pi=1,20 cm. No hay evidencias de cloruros o sulfatos. Desplazamientos

3) Desplazamientos Laterales Permisible

Conforme a la Norma E.030 el control de los desplazamientos relativos máximos de entrepiso no será mayor a:

Para Elementos de Concreto Armado (D/hei)< 0,70 % Para Muros de Albañilería (D/hei)< 0,50 %

4) Estabilidad del Edificio

Se ha considerado los efectos de excentricidad de la carga vertical producida por los desplazamientos laterales de la edificación (efecto P-Delta), encontrándose los factores de evaluación Q=0,0161<0,06, pudiendo considerarse que el entrepiso se encuentra arriostrado, para el Sentido más crítico, Sentido Y, lo que hace intrascendente los efectos globales de segundo orden, de acuerdo a la NTE E.030.

Vuxh

xuPuQ

∑=

)(



1. Diseño de los Elementos Estructurales

El diseño de los elementos estructurales de concreto armado, ha sido realizado por el método de resistencia última, en concordancia con la Norma Técnica E.060, las Normas ACI-318.

Cimentación

El tipo de Cimentación propuesta en el Proyecto Estructural corresponde al tipo de cimentación superficial, conformado por cimientos corridos, actuando conjuntamente con vigas de cimentación de concreto armado a una profundidad de desplante de 0,50 m. contados a partir del Nivel del Falso Piso (NFP).

Diagrama de momentos flectores del Modulo 1

Diagrama de fuerzas cortantes del Modulo 1



Diagrama de fuerzas axiales del Modulo 1



Diseño de vigas

En la figura de diagramas flectores, se ven los máximos momentos en los 3 niveles (proyección 3º nivel) que resistirá la viga V-203 y V-202 siendo estas vigas las más cargadas sometida a cargas: muerta, viva y de sismo.

VIGA UBICACIÓN MOMENTO

A RESISTIR

ACERO COLOCADO MOMENTO CAPAZ

DE RESISTIR

V-203 Izquierda -9.42 -18.77 4 Ø 3/4”

Centro 4.87 18.77 4 Ø 3/4”

Derecha -11.82 -22.75 5 Ø 3/4”

V-202 Izquierda -20.48 -22.75 5 Ø 3/4”

1º nivel

2º nivel

3º nivel (proyección)



Diseño de columnas

Placa P-1

Diagrama de Interacción

Mu, Pu

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