ANEXO N 03 ESTRUCTURAS

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1 ANEXO N 03 ESTRUCTURAS 1

2 MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAS PROYECTO: MODULO PREFABRICADO AULA TIPO COSTA CONTENIDO PAG. 1. INTRODUCCION Objetivo Alcance Características de la Estructura CRITERIOS DE DISEÑO Hipótesis de Análisis Normas Aplicables Parámetros de Diseño Combinaciones de Carga ANÁLISIS ESTRUCTURAL DISEÑO ESTRUCTURAL CONCLUSIONES

3 1. INTRODUCCIÓN 1.1 OBJETIVO La presente Memoria de Cálculo está referido al análisis y diseño estructural correspondiente al Módulo Prefabricado Costa, elaborado conforme con la normatividad estructural vigente y en base a los planos arquitectónicos propuestos del proyecto. 1.2 ALCANCE El proyecto estructural desarrollado para el módulo prefabricado se basó en proponer las medidas óptimas más adecuadas para el buen desempeño del módulo a diseñar, sometido a cargas de gravedad, de viento y a solicitaciones sísmicas. Esta edificación han sido modelada siguiendo los parámetros indicados en la actual normatividad estructural del Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE) y de normas estructurales internacionales considerando además las hipótesis de análisis indicadas en el Capítulo N 02 de la presente memoria referidos a los Criterios de Diseño. 1.3 CARACTERÍSTICAS DE LA ESTRUCTURA El módulo prefabricado es una estructura de un (01) nivel que presenta un sistema estructural conformado por pórticos de acero. En la Dirección Y los pórticos están formados por columnas y vigas en base a tubos de acero ASTM de TB-150x50x4.0mm (C-1) para las columnas y TB-150x50x2.0mm (V-1) en las vigas. En la Dirección X, las columnas tubulares están unidas mediante dos líneas de vigas formadas también por tubos de acero ASTM de TB-150x50x2.0mm (V-2). En lo que respecta a las viguetas de techo, estas están formados principalmente por tubos de TB-100x50x2.0mm (VT-1), a fin de que sirvan de apoyo a la cobertura metálica proyectada según la arquitectura. La plataforma de base está conformada por un sistema de tubos de TB-150x50x2.0mm (TB-1) y TB-50x50x2.0mm (TB-4), orientados y diseñados para soportar el peso del piso y sobrecargas máximas exigidas según lo indicado en la norma técnica E.020 correspondiente a Cargas. Por cuestiones arquitectónicas, lateralmente se han considerado tubo de acero de TB-150x50x2.0mm (TB-1) con el fin de que sirva de apoyo a los tabiques exteriores proyectados en el módulo prefabricado. La cimentación está formada por apoyos de concreto de 45 x 45 cm. de una altura variable, ubicados convenientemente para el soporte de la plataforma y de acuerdo al requerimiento arquitectónico dispuesto. 3

4 Gráfico 01: Vista en planta de la cimentación proyectada en el módulo prefabricado. 4

5 Gráfico 02: Vista en planta de la plataforma de piso del módulo prefabricado, en el cual se han considerado las sobrecargas típicas exigidas en la Norma E.020 del Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE). 5

6 Gráfico 03: Vista en planta del techo del módulo prefabricado, en el cual se han considerado las sobrecargas típicas exigidas en la Norma E.020 del Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE), incluyéndose las cargas de viento. 6

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8 Gráfico 04: Vista de las elevaciones principales del módulo y rampa prefabricado, considerando una altura a nivel de piso terminado de NPT Gráfico 05: Vista de los detalles típicos, los cuales han sido diseñados a las exigencias del planteamiento arquitectónico del módulo prefabricado. 8

9 2. CRITERIOS DE DISEÑO 2.1 HIPOTESIS DE ANALISIS El análisis sísmico del módulo prefabricado se realizó con el programa SAP2000 Versión 19. El módulo fue analizado con modelos tridimensionales conformados por pórticos en una dirección, siendo los elementos conformados por tubos de acero representados mediante elementos lineales. En el análisis de la estructura se supuso un comportamiento lineal y elástico. El modelo se analizó considerando sólo los elementos estructurales, sin embargo, los elementos no estructurales han sido ingresados en el modelo como solicitaciones de carga debido a que aquellos no son importantes en la contribución de la rigidez y resistencia en la estructura. 2.2 NORMAS APLICABLES Para el diseño estructural de los módulos prefabricados se tomaron en consideración las exigencias tanto del Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE) así como de normas técnicas internacionales que se detallan a continuación: Manual AISC del American Institute of Steel Construction (Instituto Americano de la Construcción en Acero) Norma AISC Specification for Structural Steel Building (Especificación para las Edificaciones en Acero Estructural) Norma American Specification for the Design of Cold-Formed Steel Structural Members del Manual AISI (Especificación para el Diseño de Miembros Estructurales de acero conformado en Frío) Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE) en sus normas técnicas: - Norma Técnica de Edificación E.020: Cargas - Norma Técnica de Edificación E.030: Diseño Sismorresistente (E ) - Norma Técnica de Edificación E.050: Cimentaciones - Norma Técnica de Edificación E.060: Concreto Armado - Norma Técnica de Edificación E.090: Diseño en Acero 2.3 PARAMETROS DE DISEÑO A. Características de los Materiales Para efectos del análisis realizado al módulo prefabricado se han adoptado para los elementos estructurales los valores indicados a continuación: Concreto Armado: Podios de concreto: f c = 210 kg/cm 2 9

10 Acero Estructural: Perfiles laminados ASTM A36: Fy = 2530 kg/cm 2 Pernos de alta resistencia ASTM A325: Fu = 7350 kg/cm 2 Pernos corrientes ASTM A307: Fu = 4200 kg/cm 2 Soldadura: Electrodo celulósicos E60, AWS A5.1: Fu = 4200 kg/cm 2 B. Cargas de Gravedad Los pesos de los elementos no estructurales se estimaron a partir de sus dimensiones reales con su correspondiente peso específico. A continuación se detallan las cargas de gravedad (muertas y vivas) consideradas en el análisis: Cargas Muertas (D): Peso Triplay Fenólico: 15 kg/m 2 (e=18 mm) Peso del Thermomuro: 10 kg/m 2 (e=50 mm) Peso de la cobertura: 10 kg/m 2 (e=50 mm) Peso de instalaciones: 5 kg/m 2 Cargas Vivas (L): Plataforma: 250 kg/m 2 Techo de estructura: 25 kg/m 2 C. Cargas de Viento Las cargas de Viento (W) se evaluaron conforme a lo indicado en la Norma Técnica E.020 del RNE. A continuación se indican los parámetros usado para la determinación de las cargas de presión y succión del viento: Velocidad del Viento: V = 120 km/h Altura máxima: H = 4.40 m Velocidad de Diseño: V H = km/h 10

11 D. Parámetros Sísmicos Para el cálculo del peso total de la edificación se uso el 100% de la carga muerta más el 50% de la carga viva de techo según lo indicado en la Norma técnica E.030 Diseño Sismorresistente correspondiente a las edificaciones categoría A2 (edificaciones esenciales). Los parámetros sísmicos considerados para el análisis de las estructuras son los siguientes: Factor de zona Z = 0.45 (Zona 4) Factor de uso e importancia U = 1.50 (Categoría A ) Factor de suelo S = 1.10 (Máximo permisible) Periodo de Vibración T P = 1.0 seg T L = 1.6 seg Factor de amplificación sísmica C = 2.50 Factor de reducción R = 6 (Acero) 2.4 COMBINACIONES DE CARGA La verificación de la capacidad de los elementos de acero se basó en el procedimiento de cargas factoradas conforme a la actual Norma de Estructuras E.090 Diseño en Acero. Las combinaciones de carga analizadas fueron las siguientes: U1 = 1.2 D L U2 = 1.2 D L W U3 = 1.2 D L W 11

12 U4 = 0.9 D W U5 = 1.2 D E L U6 = 0.9 D L U7 = 0.9 D L Donde: D : Cargas Muertas L : Cargas Vivas W : Cargas de Viento E: Carga Sísmica 12

13 3. ANALISIS ESTRUCTURAL El modelo estructural del módulo prefabricado se muestra a continuación (Figuras 01 al 05), en el cual se incluyó los parámetros indicados en el capítulo anterior y se tomaron en consideración las hipótesis de análisis indicadas en el punto 2.1. La rampa también ha sido sometida a las mismas consideraciones de diseño indicadas en la norma E-90, apoyada directamente en el terreno mediante podios de concreto. Figura 01: Vista frontal del modelo estructural del módulo prefabricado típico. Los elementos no estructurales fueron ingresados como cargas permanentes. 13

14 Figura 02: Vista general del modelo estructural del módulo prefabricado indicándose las dimensiones de sus elementos estructurales. (TB1=TB2=TB3) 14

15 Figura 03: Vista de la plataforma del módulo prefabricado mostrando la conformación de todos sus elementos estructurales. (TB1=TB2=TB3) 15

16 Figura 04: Vista de la elevación principal del módulo prefabricado analizado. Nótese la ubicación de las columnas y vigas tubulares de acero. (TB1=TB2=TB3) Figura 05: Vista de la elevación transversal del módulo prefabricado analizado. Nótese la ubicación de las columnas y vigas tubulares de acero. (TB1=TB2=TB3) 16

17 4. DISEÑO ESTRUCTURAL A continuación se muestran los resultados obtenidos en el diseño estructural del módulo prefabricado haciendo uso del software SAP2000, en donde se muestran que los elementos propuestos cumplen con las exigencias de la Norma AISC y de la norma técnica E.090 del RNE: Figura 06: Vista del diseño estructural del módulo prefabricado, en donde se muestran que los elementos estructurales cumplen con las exigencias de diseño indicados en la normatividad estructural vigente. 5. CONCLUSIONES De acuerdo a los resultados mostrados en el punto anterior respecto al diseño estructural del módulo y rampa prefabricado típico representativo, se concluye que la estructura propuesta para el módulo prefabricado para Costa, cumple satisfactoriamente con todas las exigencias indicadas en las normas estructurales internacionales y del Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE). 17