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MEMORIA DE CÁLCULO

ESTRUCTURAS

PROYECTO:

MODULO PREFABRICADO AULA TIPO - SELVA

CONTENIDO

PAG.

1. INTRODUCCION ....................................................................................................... 2

1.1 Objetivo ............................................................................................................. 2

1.2 Alcance .............................................................................................................. 2

1.3 Características de la Estructura ........................................................................ 2

2. CRITERIOS DE DISEÑO .......................................................................................... 8

2.1 Hipótesis de Análisis .......................................................................................... 8

2.2 Normas Aplicables ............................................................................................. 9

2.3 Estudio de Mecánica de Suelos ......................................................................... 9

2.4 Parámetros de Diseño ..................................................................................... 10

2.5 Combinaciones de Carga ................................................................................ 12

3. ANÁLISIS ESTRUCTURAL ..................................................................................... 12

4. DISEÑO ESTRUCTURAL ....................................................................................... 16

5. CONCLUSIONES .................................................................................................... 17

Memoria de Cálculo

Proyecto: Módulos Prefabricados – Selva

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1. INTRODUCCIÓN

1.1 OBJETIVO

La presente Memoria de Cálculo está referido al análisis y diseño estructural

correspondientes a los Módulos Prefabricados – Selva, 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 los módulos prefabricados de emergencia se

basó en proponer las medidas óptimas más adecuadas para el buen desempeño de

los módulos prefabricados a diseñar, sometidos a cargas de gravedad, de viento y a

solicitaciones sísmicas. Estas edificaciones han sido modeladas 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

Los módulos prefabricados - Selva son estructuras de un (01) nivel que presentan un

sistema estructural conformado por pórticos de acero tanto en la dirección longitudinal

(Dirección X) como en su dirección transversal (Dirección Y). En la Dirección X los

pórticos están formados por columnas y vigas en base a tubos de acero ASTM de TB-

200x100x4.5mm (C-1) para las columnas y TB-200x100x3.0mm (V-1) en las vigas, las

cuales se prolongan formando dos tramos de viga en volado. En la Dirección Y, las

columnas tubulares están unidas mediante dos líneas de vigas formadas también por

tubos de acero ASTM de TB-150x100x2.0mm (V-3) y TB-150x50x2.0mm (V-4),

arriostradas concéntricamente en uno de sus ejes mediante tensores de Φ 5/8” en

forma de cruz. En lo que respecta a las viguetas de techo, estas están formados

principalmente por tubos de TB-100x50x2.0mm (VT-1) en su sector central y por TB-

150x50x2.0mm (VT-2) en la zona en volado, estando separadas equidistantemente

cada 1.19 m (aprox.) con tensores (arriostres) de Φ 1/2”, a fin de que sirvan de apoyo a

la cobertura metálica proyectada según la arquitectura.

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La plataforma de base está conformada por un sistema de tubos de TB-150x50x3.0mm

(TB-2), TB-150x50x2.0mm (TB-3) y TB-50x50x2.0mm (TB-4), orientados y diseñados

para soportar el peso del piso, tabiques divisorios y las sobrecargas máximas exigidas

según lo indicado en la norma técnica E.020 del RNE correspondiente a Cargas. Por

cuestiones arquitectónicas, lateralmente se han considerado tubo de acero de TB-

150x100x3.0mm (TB-1) con el fin de que sirva de apoyo a los tabiques exteriores

proyectados en el módulo prefabricado.

La cimentación está formada por una platea de cimentación del tipo convencional, la

cual presenta un espesor de e = 15 cm diseñada para resistir por sí sola los efectos de

cortante, flexión y punzonamiento provenientes de los pedestales. Estos últimos

presentan una sección de 30x30 cm2 y 30x40 cm2 y una altura variable (de 21 cm a

171 cm), los cuales dependen al requerimiento arquitectónico dispuesto. Además, se

han colocado ensanches en la platea de cimentación a fin de tener en cuenta la

longitud de anclaje tanto en tracción como en compresión del acero de refuerzo en los

pedestales que sirven de apoyo a las columnas de los pórticos de acero (C-1).

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

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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).

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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.

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Gráfico 04: Vista de las elevaciones principales del módulo prefabricado, considerando una altura a nivel de piso terminado de NPT+1.20.

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Gráfico 05: Vista de los detalles típicos de los pedestales de concreto con sus ensanches de platea, conforme a las exigencias del planteamiento arquitectónico del módulo prefabricado.

2. CRITERIOS DE DISEÑO

2.1 HIPOTESIS DE ANALISIS

El análisis sísmico de los módulos prefabricados se realizó con el programa SAP2000

Versión 19. Los diversos módulos fueron analizados con modelos tridimensionales

conformados por pórticos en ambas direcciones, 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. Los modelos se analizaron

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. Las cargas y efectos de los pedestales de concreto armado fueron

ingresados directamente en el análisis de la platea de la cimentación.

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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 360-10 “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.030-2016)

- 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 ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS

Para el diseño de la cimentación se ha considerado una profundidad de cimentación y

capacidad portante mínima. Las características que se tomaron en cuenta para el

diseño de la cimentación son las siguientes:

Tipo de Cimentación Platea de cimentación

Profundidad de Cimentación 1.00 m (mín.)

Capacidad Portante 0.75 kg/cm2

Para alcanzar la profundidad mínima de cimentación indicada (-1.00 m), se ha

considerado realizar el mejoramiento del suelo de apoyo consistente en la colocación

de una capa de afirmado de 60 cm de espesor, conformado en tres capas

debidamente compactadas tal como se muestra en el gráfico siguiente (Gráfico N° 01).

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2.4 PARAMETROS DE DISEÑO

A. Características de los Materiales

Para efectos del análisis realizado a los módulos prefabricados se han adoptado para

los elementos estructurales los valores indicados a continuación:

Concreto Armado:

Platea de Cimentación: f’c = 210 kg/cm2 (*)

Pedestales de concreto: f’c = 210 kg/cm2 (*)

Gradas en relleno: f’c = 175 kg/cm2

Acero de refuerzo: fy = 4200 kg/cm2

Acero Estructural:

Perfiles laminados ASTM A36: Fy = 2530 kg/cm2

Pernos de alta resistencia ASTM A325: Fu = 7350 kg/cm2

Pernos corrientes ASTM A307: Fu = 4200 kg/cm2

Soldadura:

Electrodo celulósicos E60, AWS A5.1: Fu = 4200 kg/cm2

En los elementos de concreto armado en contacto con el terreno (platea y pedestales),

ver lo indicado en el EMS para suelos con elevada exposición al ataque de sulfatos.

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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/m2 (e=18 mm)

Peso del Thermomuro: 10 kg/m2 (e=50 mm)

Peso de la cobertura: 10 kg/m2 (e=50 mm)

Peso de instalaciones: 5 kg/m2

Cargas Vivas (L):

Plataforma (Principal): 250 kg/m2

Plataforma (Corredor): 400 kg/m2

Techo de estructura: 30 kg/m2

C. Cargas de Viento

Las cargas de Viento 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 = 110 km/h

Altura máxima: H = 4.25 m

Velocidad de Diseño: VH = 91.13 km/h

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 = 0.35 (Zona 3)

Factor de uso e importancia U = 1.50 (Categoría “A”)

Factor de suelo S = 1.20 (Máximo permisible)

Periodo de Vibración TP = 1.0 seg

TL = 1.6 seg

Factor de amplificación sísmica C = 2.50

Factor de reducción R = 6 (Acero)

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2.6 COMBINACIONES DE CARGA

La verificación de la capacidad de los elementos de concreto armado 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 + 1.6 L

U2 = 1.2 D + 1.6 L + 0.8 W

U3 = 1.2 D + 0.5 L + 1.3 W

U4 = 0.9 D + 1.3 W

U5 = 1.2 D + 0.5 L + E

U6 = 0.9 D + 1.3 E

Donde:

D : Cargas Muertas

L : Cargas Vivas

W : Cargas de Viento

E : Solicitación sísmica (X e Y)

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.

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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. Los efectos de los pedestales de concreto han sido ingresados directamente a la platea de cimentación.

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Figura 02: Vista general del modelo estructural del módulo prefabricado indicándose las dimensiones de sus elementos estructurales. (V-2=V-3=V-5)

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Figura 03: Vista de la plataforma del módulo prefabricado mostrando la conformación de todos sus elementos estructurales.

Figura 04: Vista de la elevación principal del módulo prefabricado analizado. Nótese la ubicación de las columnas y vigas tubulares de acero. (V-2=V-3=V-5)

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Figura 05: Vista de la elevación transversal del módulo prefabricado analizado. Nótese la ubicación de las columnas y vigas tubulares de acero, además de los tensores de 5/8”. (V-2=V-3=V-5)

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:

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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 de emergencia para Selva cumple

satisfactoriamente con todas las exigencias indicadas en las normas estructurales

internacionales y del Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE).

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