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MEMORIA DE CÁLCULOS
ESTRUCTURALES
SNIP: 244548
“MEJORAMIENTO ESCUELA PRIMARIA LOS JOCOTES, ALDEA AGUA ZARCA, SAN
JACINTO, CHIQUIMULA”.
1
CONTENID
INDICE
1 – GENERALIDADES ................................................................................................................................................................... 3
1.1 – ESTRUCTURACIÓN ......................................................................................................................................................... 3
1.2 – NORMAS EMPLEADAS ................................................................................................................................................... 3
1.3 – ESPECIFICACIONES – MATERIALES UTILIZADOS ........................................................................................................... 3
1.4 – CARACTERÍSTICAS DEL TERRENO Y CONSIDERACIONES DE CIMENTACIÓN ................................................................ 4
1.5 – REFERENCIAS ................................................................................................................................................................. 5
A – ARQUITECTURA Y CONFIGURACIÓN GEOMÉTRICA ................................................................................................... 5
B – ELEVACIONES ............................................................................................................................................................... 6
C – PLANTA DE CIMENTACIÓN .......................................................................................................................................... 7
D – PLANTA DE TECHO....................................................................................................................................................... 8
2 – ESTADOS DE CARGA Y COMBINACIONES DE CARGA .......................................................................................................... 9
2.1 – ESTADOS DE CARGA ...................................................................................................................................................... 9
2.2 – COMBINACIONES DE CARGA ......................................................................................................................................... 9
3 – ANÁLISIS SÍSMICO ...............................................................................................................................................................10
3.1 – FACTORES PARA EL ANÁLISIS ......................................................................................................................................10
3.1.1 – FUERZAS SÍSMICAS VERTICALES..........................................................................................................................10
3.2 – ANÁLISIS DINÁMICO ....................................................................................................................................................11
3.2.1 – ESPECTO DE PSEUDOACELERACIONES ...............................................................................................................11
3.3 – ANÁLISIS ESTÁTICO ......................................................................................................................................................11
3.3.1 – PESO DE LA ESTRUCTURA....................................................................................................................................11
3.3.2 – FACTOR DE AMPLIFICACIÓN SÍSMICA (C) Y PERIÓDO FUNDAMENTAL (T) .......................................................12
3.3.3 – FUERZA CORTANTE EN LA BASE (VB)...................................................................................................................13
4 – DISEÑO DE COMPONENTES METÁLICOS (TECHO) ............................................................................................................13
A – CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES ...................................................................................................................15
B – GEOMETRÍA ...............................................................................................................................................................16
C – OPCIONES DE CÁLCULO .............................................................................................................................................17
D – RESULTADOS DE LOS CÁLCULOS...............................................................................................................................17
4.1 – DISEÑO DE TIJERAS ......................................................................................................................................................19
4.1.1 – DISEÑO DE VIGUETAS ..........................................................................................................................................19
4.2 – DISEÑO DE LARGUERO ................................................................................................................................................20
4.2.1 – DISEÑO DE LARGUEROS (Costanera 4”x2”x1/16”) ............................................................................................20
4.3 – DISEÑO DE JOIST ..........................................................................................................................................................21
4.3.1 – DISEÑO DE CORREAS (Doble Costanera 4”x2”x1/16”).......................................................................................21
4.3.2 – DISEÑO DE DIAGONAL (Cuadrado 2”x2”x1/16”)................................................................................................22
4.3.3 – DISEÑO DE POSTE (Cuadrado 2”x2”x1/16”) .......................................................................................................23
5 – DISEÑO DE COMPONENTES DE CONCRETO ARMADO .....................................................................................................24
A – CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES ...................................................................................................................24
B – OPCIONES DE CÁLCULO .............................................................................................................................................24
5.1 – DISEÑO DE VIGAS Y COLUMNAS .................................................................................................................................25
5.1.1 DISEÑO DE COLUMNAS ..........................................................................................................................................25
5.2 – DISEÑO LA CIMENTACIÓN ...........................................................................................................................................30
5.2.1 – DISEÑO DE ZAPATAS AISLADAS...........................................................................................................................30
6 – CONCLUSIONES ...................................................................................................................................................................37
7 – RECOMENDACIONES ...........................................................................................................................................................37
2
1 – GENERALIDADES
La presente Memoria corresponde al análisis sísmico y cálculo estructural del proyecto
“CONSTRUCCIÓN AULA ESCUELA PRIMARIA LOS JOCOTES, ALDEA AGUA ZARCA”, edificación
conformada por 1 nivel, techo de estructura metálica con cobertura de lámina galvanizada.
1.1 – ESTRUCTURACIÓN
La altura proyecta la estructura es de 3.40 m del primer piso, con un techo metálico de altura 0.90m.
El sistema estructural planteado consiste en un Sistema general E3g. Se tiene secciones de concreto
armado para columnas: C-1 0.30x0.30mg. El techo es conformado por una estructura metálica, de
la cual se constituyen tijeras de doble costanera de 6”x2”x1/16”, la sujeción entre la estructura
metálica y la lámina calibre 26 comercial será a través de largueros de gcostaneras de 3”x2”x1/6”.
Entre las costaneras habrá tensores de varilla No.3 con rostas en ambos extremos.
1.2 – NORMAS EMPLEADAS
Se sigue las disposiciones de los Reglamentos y Normas Nacionales e Internacionales descritos a
continuación:
Normas de Seguridad Estructural NSE-AGIES 2018.






NSE-2 “DEMANDAS ESTRUCTURALES Y CONDICIONES DE SITIO”
NSE-3 “DISEÑO ESTRUCTURAL DE EDIFICACIONES”
NSE-7.1 “DISEÑO DE EDIFICACIONES DE CONCRETO REFORZADO”
NSE-7.5 “DISEÑO DE EDIFICACIONES DE ACERO”
ACI 318-14 “REQUISITOS DE REGLAMENTO PARA CONCRETO ESTRUCTURAL”
AISC 14.0 “ESPECIFICACIONES PARA CONSTRUCCIONES DE ACERO”
Se entiende que todos los Reglamentos y Normas están en vigencia y/o son de la última edición.
1.3 – ESPECIFICACIONES – MATERIALES UTILIZADOS
Concreto:
o
o
o
o
Resistencia a la compresión (f’c): 210 kg/cm2 (todo)
Módulo de elasticidad (E): 219,499.64 kg/cm2
Módulo de Poisson (u): 0.20
Peso específico: 2,402.7697 kg/m3
Acero Corrugado (ASTM A615):
o
o
o
o
Resistencia a la fluencia (fy): 2,810 kg/cm2 (Grado 40)
Módulo de elasticidad (E): 2,038,901.9 kg/cm2
Módulo de Poisson (u): 0.3
Peso específico: 7,849.0476 kg/m3
3
Perfiles de acero (ASTM A36)
o
o
o
o
Resistencia a la fluencia (fy): 3,670 Kg/cm2 (Grado 52)
Módulo de elasticidad (E): 2,038,901.9 kg/cm2
Módulo de Poisson (u): 0.3
Peso específico: 7,852.83 kg/m3
Lámina
o
o
o
o
Perfil: Acanalada
Calibre: 26 legitima.
Dimensiones: 0.81x6m (2.65x20pies)
Peso: 26.4 lb/unidad
Recubrimientos mínimos:
o
o
Cimientos, zapatas y vigas de cimentación: 75 mm (3 pulg)
Columnas, vigas y soleras: 25 cm (1 pulg)
Referencia: ACI-318, sección 20.6.1, Tabla 20.6.1.3.1 — Recubrimiento especificado para elementos
de concreto construidos en sitio no preesforzados.
1.4 – CARACTERÍSTICAS DEL TERRENO Y CONSIDERACIONES DE CIMENTACIÓN
Según especificaciones del Estudio de Mecánica de Suelos con fines de Cimentación:
o
o
o
o
o
o
Descripción del suelo: Arcilla arenosa color café oscuro
Peso específico: 1,820 kg/m3
Ángulo de fricción: 7.05°
Cohesión: 0.70 ton/m2
Desplante (Df): 2.00 0¿m
Capacidad soporte: 26.92 T/m2
La cimentación considerada está conformada básicamente por zapatas aisladas y por cimientos
corridos.
4
1.5 – REFERENCIAS
A – ARQUITECTURA Y CONFIGURACIÓN GEOMÉTRICA
5
B – ELEVACIONES
6
C – PLANTA DE CIMENTACIÓN
7
D – PLANTA DE TECHO
8
2 – ESTADOS DE CARGA Y COMBINACIONES DE CARGA
2.1 – ESTADOS DE CARGA
De acuerdo a las AGIES NSE-2 y al reglamento ACI 318-14, se consideran los siguientes estados de
carga en la estructura según valores definidos en el Ítem 2.2.
Donde:
𝑀
𝑉
𝑉𝑡
𝑊
𝑆𝑣𝑑
𝑆ℎ𝑑
Carga Muerta
Carga Viva
Carga Viva de Techo
Carga de Viento
Carga de Sismo Vertical
Carga de Sismo Horizontal
2.2 – COMBINACIONES DE CARGA
De dichos estados de cargas se considera las siguientes combinaciones
CR-1
CR-2
CR-3
CR-4
CR-5
CR-5a
CR-6
CR-7
1.4𝑀
1.2𝑀 + 1.6 𝑉 + 0.5𝑉𝑡
1.2𝑀 + 𝑉 + 1.6𝑉𝑡
1.2𝑀 + 𝑉 + 𝑆𝑣𝑑 ± 𝑆ℎ𝑑
0.9𝑀 − 𝑆𝑣𝑑 ± 𝑆ℎ𝑑
1.0𝑀 − 𝑆𝑣𝑑 ± 𝑆ℎ𝑑
1.2𝑀 + 𝑉 ± 1.3𝑊 + 0.5𝑉𝑡
0.9𝑀 ± 1.3𝑊
De dichas combinaciones, el diseño Estructural se efectúa con la “ENVOLVENTE” definida según los
valores máximos y mínimos.
9
3 – ANÁLISIS SÍSMICO
3.1 – FACTORES PARA EL ANÁLISIS
El Análisis Sísmico se realiza utilizando un modelo matemático tridimensional en donde los
elementos verticales están conectados con elementos horizontales, los cuales se suponen
infinitamente rígidos en sus planos. Además, para cada dirección, se ha considerado una
excentricidad accidental de 0.05 veces la dimensión de la edificación en la dirección perpendicular
a la acción de la fuerza. Los parámetros sísmicos que estipulan en las normas AGIES NSE-2 y NSE-3
considerados para el Análisis en el Edificio son los siguientes:
Ubicación del proyecto
Sistema Estructural
Ductilidad
R
ΩR
Cd
Clasificación del sitio
Clase de Obra
Altura del edificio
=
=
=
=
=
=
=
=
=
San Jacinto
E-3
Alta
6
2.5
5
D
Ordinaria
4.30
Tipo de fuente sísmica
=
C
=
10% en 50 años
=
0.66
=
14.85 Ton
Probabilidad de exceder
el sismo de diseño
Factor de escala (kd)
Peso total de la
estructura
Estructura general
Perfil del suelo firme
Fallas geológicas incapaces de generar eventos de gran
magnitud y que tienen baja tasa de sismicidad
Peso total de la estructura (CM+0.25CV)
3.1.1 – FUERZAS SÍSMICAS VERTICALES
Las fuerzas sísmicas verticales se considerarán como:
𝑆𝑣𝑑 = 0.16𝑆𝑐𝑑
Según AGIES NSE-2, sección 4.5.9
𝑆𝑣𝑑 = 0.16 ∗ 1.04 = 0.166
10
3.2 – ANÁLISIS DINÁMICO
3.2.1 – ESPECTO DE PSEUDOACELERACIONES
Para el Análisis Dinámico de la Estructura se utiliza un Espectro de respuesta según la AGIES NSE-2,
sección 4.5.5, para comparar la fuerza cortante mínima en la base y compararlos con los resultados
de un análisis estático. Todo esto para cada dirección de la Edificación en planta (X e Y).
Espectro de Pseudo-aceleraciones
1.80
1.60
1.40
Sa(T)
1.20
1.00
0.80
0.60
0.40
0.20
0.00
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
t (s)
Cs*g
3.3 – ANÁLISIS ESTÁTICO
Se calculará el Cortante Basal con los valores de los parámetros definidos anteriormente, además
de definir el Peso de la Estructura y el Factor de Ampliación Dinámica (Cs).
3.3.1 – PESO DE LA ESTRUCTURA
La estructura clasifico en un sistema estructural E3, por lo tanto, el peso que se ha considerado
para el análisis sísmico es el debido a la carga permanente más el 25% de la carga viva (100%CM +
25%CV). En el techo en general se considera el 25% de la carga viva (100%CM + 25%CV).
11
o
Peso Combinado: 12,920kg + 0.25(7,720 kg) = 14,850 kg
Carga Viva
El valor de Carga Viva empleada es de 50 kg/m2 (Cubiertas livianas).
o
Peso carga viva: (50 kg/m2)(154.34 m2) = 7,720 kg
3.3.2 – FACTOR DE AMPLIFICACIÓN SÍSMICA (C) Y PERIÓDO FUNDAMENTAL (T)
Para el cálculo del Factor de Amplificación Sísmica en los Análisis se consideró el periodo
fundamental de vibración estimado en la norma AGIES NSE-3, sección 2.1.6.
𝐶𝑠 =
𝑆𝑎 (𝑇)
𝑅
Donde:
o
o
o
𝑆𝑎 (𝑇) es la demanda sísmica de diseño (pseudo-aceleración inducida en función del
periodo) para una estructura con período T obtenida del espectro de diseño sísmico
establecido para el sitio, según la probabilidad de ocurrencia requerida, en la norma AGIES
NSE 2 Sección 4.5.6.
𝑅 es el factor de reducción que se obtiene en la Sección 1.5.2 de la norma AGIES NSE-2.
𝑇 es el período fundamental de vibración de la estructura según la Sección 2.1.9 de la norma
AGIES NSE-2.
𝐶𝑠 =
𝑆𝑎 (𝑇) 1.04
=
= 0.173
𝑅
6
12
3.3.3 – FUERZA CORTANTE EN LA BASE (VB)
El coeficiente sísmico (𝐶𝑠 ) en cada dirección de análisis se establecerá de la manera siguiente:
𝑉𝐵 = 𝐶𝑠 ∙ 𝑊𝑠
Donde:
o
o
𝑊𝑠 es la parte del peso de la edificación definida en la Sección 1.11.3 de la norma AGIES
NSE-2.
𝐶𝑠 es el coeficiente sísmico de diseño definido en la Sección 2.1.3 de la norma AGIES NSE-2.
𝑊𝑠 = 𝐶𝑀 + 𝐶𝑉 = 12,920 𝑘𝑔 + 0.25(7,720𝑔) = 14,850 𝑘𝑔 = 14.85 𝑇𝑜𝑛
𝑉𝐵 = 𝐶𝑠 ∙ 𝑊𝑠 = (0.173)(14.85 𝑇𝑜𝑛) = 2.574 𝑇𝑜𝑛
4 – DISEÑO DE COMPONENTES METÁLICOS (TECHO)
Configuración General
Configuración del techo
13
Se proponen los siguientes detalles:
Detalles
14
A – CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES
o
o
o
o
Resistencia a la fluencia (fy): 3,670 Kg/cm2 (Grado 52)
Módulo de elasticidad (E): 2,038,901.9 kg/cm2
Módulo de Poisson (u): 0.3
Peso específico: 7,852.83 kg/m3
15
B – GEOMETRÍA
Costanera 2”x6”x1/16”
Costanera 2”x4”x1/16”
16
C – OPCIONES DE CÁLCULO
Cálculos según norma: ANSI/AISC 360-10
Combinaciones según: LFRD
Puntos de cálculo: 3
Dimensionamiento: No
Tomar en cuenta la esbeltez: Si
Estados límites: ELU
Verificación de flechas: según caso CR-2
D – RESULTADOS DE LOS CÁLCULOS
Aplicación de Carga Muerta (15 kg/m2)
Aplicación de Carga Viva (50 kg/m2)
17
Se toman los elementos críticos para el análisis:
18
4.1 – DISEÑO DE TIJERAS
Se consideran las secciones de los perfiles más críticos
4.1.1 – DISEÑO DE VIGUETAS
VIGUETA SUPERIOR (Doble costanera 6”x2”x1/16”)
19
4.2 – DISEÑO DE LARGUERO
4.2.1 – DISEÑO DE LARGUEROS (Costanera 4”x2”x1/16”)
20
4.3 – DISEÑO DE JOIST
4.3.1 – DISEÑO DE CORREAS (Doble Costanera 4”x2”x1/16”)
21
4.3.2 – DISEÑO DE DIAGONAL (Cuadrado 2”x2”x1/16”)
22
4.3.3 – DISEÑO DE POSTE (Cuadrado 2”x2”x1/16”)
23
5 – DISEÑO DE COMPONENTES DE CONCRETO ARMADO
Configuración General
A – CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES
o
o
o
o
Resistencia a la fluencia (fc): 210 Kg/cm2 (3000 psi)
Módulo de elasticidad (E): 219499.64kg/cm2
Módulo de Poisson (u): 0.2
Peso específico: 2400 kg/m3
B – OPCIONES DE CÁLCULO
Cálculos según norma: ACI318-14
Combinaciones según: AGIES NSE-2
Puntos de cálculo: 3
Dimensionamiento: No
Tomar en cuenta la esbeltez: Si
Estados límites: ELU
24
5.1 – DISEÑO DE VIGAS Y COLUMNAS
Se tomará la columna más crítica.
5.1.1 DISEÑO DE COLUMNAS
Se toma la columna más crítica.
Envolvente de momentos
25
26
Nota de Cálculo
27
28
A partir de lo anterior se propone el siguiente armado:
29
5.2 – DISEÑO LA CIMENTACIÓN
Se toma la cimentación de la columna crítica
5.2.1 – DISEÑO DE ZAPATAS AISLADAS
30
Resultados
31
Nota de Cálculo
32
33
34
Según cálculos, el armado propuesto es el siguiente:


Cama superior: 8 varillas #5 en ambas direcciones
Cama inferior: 8 varillas #5 en ambas direcciones
35
36
6 – CONCLUSIONES
Estructura metálica.

En la estructura de techo, cada Tijera contempla Viguetas de doble costanera (2”x6”x1/16”),
y largueros de costanera (2”x3”x1/16”) resultaron suficientes para adoptar las cargas a
portar en la estructura.
En cuanto las estructuras de concreto armado.


En la columna C-1, con dimensiones de 0.30x0.30m cumple con lo requerido por el capítulo
18 del ACI 318-14.
Las zapatas aisladas Z-1, con dimensiones de 1.00x1.00m cumplen con las solicitaciones
requeridas en el proyecto.
7 – RECOMENDACIONES




El grado de resistencia para los perfiles de acero utilizados se recomienda sea de al menos
52,000 PSI.
La resistencia nominal del concreto se recomienda sea de 210 kg/cm2 (3,000 PSI)
El acero de refuerzo longitudinal para las columnas se recomienda sea de grado 60, siendo
los estribos y eslabones de grado 40.
El acero de refuerzo para el resto de componentes de concreto armado se recomienda sea
de grado 40.
37