FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
INFORME
ANÁLISIS ESTÁTICO Y DINÁMICO DE UN EDIFICIO
ASIGNATURA OBRAS HIDRÁULICAS
AUTOR ATACHAGUA MATIAS DAVID HABRAHAM
DOCENTE PONCE FILIOS jose luis
LIMA – PERÚ 2017
INTRODUCCIÓN
El objetivo del presente trabajo es realizar el análisis estructural de un edificio y diseñar los principales elementos estructurales; usando para ello el programa ETABS en su versión 2016 El edificio de concreto armado es un sistema aporticado de columnas y vigas; tiene seis pisos, establecidas por predimensionamiento y criterios de diseño teniendo en cuenta el modelamiento, y que este sea cercano a la realidad para determinar el corte estático en la base y de manera similar para el análisis que incorpora un espectro de diseño. En primer lugar, se partió de una distribución arquitectónica ya definida, del primer nivel al último tienen distribuciones de planta típica, además, están comunicados por una escalera en el centro que van desde el primer piso hasta el último nivel. Teniendo entonces el modelo estructural y el Metrado de cargas se procedió a realizar el análisis sísmico de la Estructura del Edificio, donde previamente se analizó si la estructura era irregular o regular, de acuerdo a la norma E.030(DISEÑO SISMORESISTENTE); logrando luego distribuir las fuerzas laterales de sismo en cada entrepiso.
ÍNDICE 1 CAPITULO I 1.1 OBJETIVOS 1.1.1 OBJETIVO GENERAL 1.1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1.2 CONSIDERACIONES GENERALES PARA EL DISEÑO 1.2.1 DE LOS MATERIALES 1.3 NORMATIVIDAD 1.4 ARQUITECTURA 2 CAPITULO II 2.1 ESTRUCTURACIÓN 2.2 PRE DIMENSIONAMIENTO 2.2.1 PRE DIMENSIONAMIENTO DE LOSA 2.2.2 PRE DIMENSIONAMIENTO DE COLUMNAS 2.2.3 PRE DIMENSIONAMIENTO DE VIGAS 3 CAPITULO IV 3.1 ANÁLISIS SÍSMICO ESTÁTICO 3.1.1 CONSIDERACIONES PARA EL ANÁLISIS 3.1.2 REPARTIMIENTO DE LA CORTANTE BASAL POR NIVELES 4
COMENTARIOS Y CONCLUSIONES
5
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1 CAPITULO I
1.1 OBJETIVOS 1.1.1 OBJETIVO GENERAL El presente trabajo tiene como objetivo el diseño estructural de un edificio y diseñar sus principales elementos estructurales, el cual será usado como hotel, consta de seis pisos
1.1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Realizar el Configuración Estructural del Edificio
Realizar el Pre dimensionamiento de cada uno de los elementos Estructurales
Realizar el Análisis Sísmico Estático de la Estructura
Realizar el diseño de cada uno de los elementos Estructurales
Realizar el modelamiento de la Estructura en un software, en este caso se utilizará ETABS.
1.2 CONSIDERACIONES GENERALES PARA EL DISEÑO Se ha considerado una estructura regular que tendrá uso de centro comercial, consta de 6 niveles, siendo el techo el ultimo nivel. Esta estructura resistente está sometida a fuerzas laterales del edificio construido con concreto reforzado resistente a la compresión de 210 kg/cm2, se consideró el primer nivel tenga 4.88mts y los demás niveles de 2.70mts de altura. El edificio se estructuro con columnas y muros estructurales, el centro del edificio no tiene losa, ya que, estará ocupada por escaleras metálicas por cada piso. La configuración y disposición de los elementos estructurales en planta se muestra en la siguiente figura. Se ha considerado que las columnas serán bxD=30x60cm2, los muros de t=30cm, y estas tienen sistemas de losas aligeradas en una y dos direcciones, con espesores de 35cm y 30cm, con separaciones de eje de viguetas de 40cm.
1.2.1 DE LOS MATERIALES: Concreto:
Resistencia nominal a compresión = f´c = 210 kg/cm2
Peso Específico = ϒm = 2400 kg/cm3
Módulo de elasticidad = E´c = 218819.79 kg/cm2 = 218.82 ton/cm2
Módulo de Corte = Gc = 91174.91 kg/cm2
Módulo de Poisson =
= 0.2
Acero de Refuerzo:
Corrugado, grado 60, esfuerzo de fluencia (fy )= 4200 kg/cm2 = 4.2 ton/cm2
Módulo de elasticidad = Es = 2´000,000 kg/cm2
Deformación al inicio de la fluencia =0.0021
1.3 NORMATIVIDAD En todo el proceso de análisis y diseño se utilizarán las normas comprendidas en el Reglamento Nacional de Edificaciones (R.N.E.):
Metrado de cargas
Norma E.020
Diseño Sismoresistente
Norma E.030
Concreto Armado
Norma E.060
1.4 ARQUITECTURA El edificio destinado para prestar servicios de centro comercial consta de 6 niveles con siete ambientes en todos sus niveles, La edificación fue proyectada sin ascensores, cuenta con una escalera principal ubicada en la zona central que conecta los diferentes niveles. El área del edificio es de 324 m2, (18m. x 18m.)
2 CAPITULO II 2.1 ESTRUCTURACIÓN El proceso de estructuración consiste en definir la ubicación y características de los diferentes elementos estructurales (losas, vigas, muros, columnas), de tal forma que se logre dotar a la estructura de buena rigidez, además resulte fácil y confiable reproducir el comportamiento real de la estructura. En nuestro caso la edificación está conformada predominantemente por elementos de concreto armado, conformado por pórticos de Vigas y columnas. Las losas de piso consisten en una losa aligerada unidireccional de 0.25 m de espesor en todos los niveles, la elección del sentido del aligerado fue priorizando la menor luz libre y la continuidad de los paños. Se han diseñado tres tipos de columnas, las cuales tienen las siguientes secciones y son: C-1 : 0.30m X 0.50m C-2 : 0.30m X 0.60m C-3 : 0.30m X 0.40m De la misma forma se han diseñado 3 tipos de vigas, las cuales tienen las siguientes secciones y son: V-1 : 0.25m X 0.25m V-2 : 0.25m X 0.50m V-3 : 0.25m X 0.35m
2.2 PRE DIMENSIONAMIENTO Mediante el pre dimensionamiento se brindará las dimensiones mínimas a las secciones de los elementos estructurales para que tengan una buena respuesta ante solicitaciones por carga de gravedad y de sismo. Para el pre dimensionamiento, en nuestro caso se uso como referencia la Norma de Concreto Armado Norma E.060 y el libro “Estructuración y Edificaciones de Cº Aº” de Antonio Blanco Blasco
2.2.1 PRE DIMENSIONAMIENTO DE LOSA Se eligió usar losas aligeradas porque son las más usadas en el Perú. Se ha techado en la dirección de menor longitud, con la finalidad de evitar que los esfuerzos por flexión y cortante y las deformaciones sean de gran magnitud. Para su pre dimensionamiento se utilizaron 2 fuentes: A. Según el reglamento peruano de concreto armado ( norma E. 060 ) En losas aligeradas continuas conformadas por viguetas de 10 cm de ancho, bloques de ladrillo de 30 cm de ancho y losa superior de 5 cm,, con sobrecargas menores a 300 kg/m2 y luces menores de 7.5 m, podrá dejar de verificarse las deflexiones cuando se cumpla que: h ≥ L / 25
En nuestro caso tenemos una máxima luz libre de 5.53m, entonces 5.53/25 =
0.2212cm
Por consiguiente el peralte de losa aligerada ( e ) = 25cm 0.25 ≥ 0.22(No se verificara deflexión)
B. Según Antonio Blanco Blasco(Estructuración y edificaciones de C°A°) el peralte de las losas aligeradas podrá ser dimensionado considerando los siguientes criterios :
h=
17
cm.
Luces menores a 4 m.
h=
20
cm.
Luces comprendidas entre 4 y 5.5 m.
h= h=
25 30
cm. cm.
Luces comprendidas entre 5 y 6.5 m. Luces comprendidas entre 6 y 7.5 m.
En nuestro caso tenemos una máxima luz libre de 5.53m Por consiguiente de acuerdo a tabla, el peralte de losa aligerada ( e ) = 25cm
Detalle de Losa aligerada
Dirección del Aligerado 1er/2do/3er/4to/5to/6to Nivel
2.2.2 PRE DIMENSIONAMIENTO DE COLUMNAS Las columnas son elementos estructurales encargados de recibir todas las cargas de los niveles y transmitirlos a la cimentación. Debido a esto se siguió las recomendaciones de la norma ACI 318 que en su capítulo 12.6 indica las consideraciones y fórmulas para hallar el área mínima de las columnas (Ac), según la posición en la que se halle la columna, ya sea central lateral y esquinera, también se toma la sugerencia que las columnas principales deben tener un espesor mínimo de 0.25m en cualquier dirección. Columnas Centrales
Columnas laterales
Columnas Esquineras
Siendo P (servicio) = Área tributaria x #pisos x 1000 Kg/m2
A. COLUMNAS INTERIORES-CENTRALES (C1): •
Considerando una carga 1 Tn/m2 • La más crítica está en la intersección de los ejes H-2, entonces: Área tributaria = 11.57 m2 Carga por piso (1 nivel) Nro. de pisos
= =
1000 kg/m2 6
Peso sobre col. (p) = 69420.00 kg 69.42 tn Área Mínima de la Columna: b x h = K X P / (n x f´c) •
Reemplazando valores: K
=
1.1
P = 69420.00 Kg
n = 0.3
•
f´c
=
210
=
1212.00
kg/m2 b x h cm2
Dimensión de columna adoptada: b = 30 cm h= 50 cm
Área= 1500cm2 > 1212cm2 (ok)
Detalle de la columna c-1
B. COLUMNAS EXTREMAS-LATERALES C-2 • •
Considerando una carga
1 Tn/m2
La más crítica está en la intersección de los ejes 3-D, entonces: Área tributaria = 11.76 m2 Carga por piso (1 nivel)
=
1000 kg/m2
Nro. de pisos
=
6
Peso sobre col. (p)
=
70560.00
kg
Área Mínima de la Columna: b x h = K X P / (n x f´c)
70.56 tn
•
Reemplazando valores: K = 1.25 P = 70560.00 Kg n = 0.25
•
f´c
=
210
=
1680.00
kg/m2 b x h cm2
Dimensión de columna adoptada: b = 30 cm h= 60 cm
Área= 1800cm2 > 1680cm2 (ok)
Detalle de la columna c-2
C. COLUMNA DE ESQUINA C-3 • •
Considerando una carga 1 Tn/m2 La más crítica está en la intersección de los ejes 3-J, entonces:
Área tributaria
=
5.14 m2
Carga por piso (1 nivel)
=
1000 kg/m2
Nro. de pisos
=
6
Peso sobre col. (p)
=
30840.00
kg
Área Mínima de la Columna: b x h = K X P / (n x f´c) •
Reemplazando valores: K
=
1.5
P = 70560.00 Kg n = 0.25
•
f´c
=
210
=
1101.43
kg/m2 b x h cm2
Dimensión de columna adoptada: b = 30 cm h= 40 cm
Área= 1200cm2 > 1101.43cm2 (ok)
Detalle de la columna c-3
30.84 tn
2.2.3 PRE DIMENSIONAMIENTO DE VIGAS Las vigas generalmente se dimensionan considerando la luz libre, ya que el peralte está en orden de 1/10 a 1/12 la luz libre. Según Antonio Blanco Blasco, el peralte (h) y ancho (b) mínimo de la viga se obtendrá de las siguientes relaciones: Peralte:
Ancho:
h = L / 10
b = 0.3 h
a
a
h = L / 12
b = 0.5 h
Además la norma peruana de concreto armado indica que las vigas deben de tener un ancho mínimo de 0.25 m. para el caso de que estas formen parte de pórticos o elementos sismos resistentes de estructuras de concreto armado. bmin = 0.25m. Además se deberá verificar que la relación ancho peralte sea mayor que 0.3 0.3h
A. VIGAS
V – 1:
h1 Ubicación nº (Ejes) elementos
1y2
h2
luz
10
h final (L/10)
(L/12)
0.21
0.18
2.1
0.25
b final 0.30h
0.50h
0.08
0.13
0.25
Se debe cumplir h ≥ ln / 16 h ≥ 2.21/ 16 0.25 ≥ 0.14 (no será necesaria la verificación de deflexiones)
Detalle de V - 1
B . V IG A S
V-2
Ubicación (Ejes)
nº elemento s
Luz
DyE
3
2y3
10
h1
h2
(L/10)
(L/12)
5.5
0.55
0.46
5.03
0.50
0.42
b h final
b final
0.30h
0.50h
0.50
0.15
0.25
0.25
0.50
0.15
0.25
0.25
Se debe cumplir h ≥ ln / 16 h ≥ 5.5/ 16 0.50 ≥ 0.34 (no será necesaria la verificación de deflexiones)
Detalle de V - 1 Detalle de V - 1
Detalle de V - 2
C. VIGAS V - 3 Para uniformizar el diseño se opta por utilizar un peralte h=0.35 y una base b=0.25
h1
h2
(L/10)
(L/12)
3.05
0.31
0.25
3
3.58
0.36
CyD
3
3.02
EyF
3
FyG
nº elementos
luz
AyB
3
ByC
Ubicación (Ejes)
b h final
b final 0.30h
0.50h
0.30
0.09
0.15
0.25
0.30
0.35
0.11
0.18
0.25
0.30
0.25
0.30
0.09
0.15
0.25
2.88
0.29
0.24
0.25
0.08
0.13
0.25
3
3.55
0.36
0.30
0.35
0.11
0.18
0.25
GyH
3
3
0.30
0.25
0.30
0.09
0.15
0.25
HyI
3
3.15
0.32
0.26
0.30
0.09
0.15
0.25
IyJ
3
3.23
0.32
0.27
0.30
0.09
0.15
0.25
Se debe cumplir
h ≥ ln / 16 h ≥ 3.58/ 16 0.35 ≥ 0.22 (no será necesaria la verificación de deflexiones)
Detalle de V - 3
Plano de distribución de vigas V-1, V-2, V-3
4 CAPITULO IV 4.1 ANÁLISIS SÍSMICO ESTÁTICO El sismo tiene la característica de producir aceleraciones instantáneas, aceleraciones que generan grandes fuerzas, y que afectan a los componentes de la estructura del edificio de modo diferente a la acción de las cargas gravitatorias. Estas fuerzas sísmicas dependen linealmente de la masa del edificio y se expresan con la fórmula:
DESARROLLO:
Es necesario dar reforzamientos al concreto Calculo automático de acero
COLOCADO DE
COLUMNA A TODO EL EDIFICIO
COLOCACION DE VIGAS A TODO EL EDIFICIO
D
Añadimos losa aligerada
añadimos cargas acabados entre otros 300 kg 200kg/cm2
+
carga viva
Diafragma de carga sísmica
12
COMENTARIOS Y CONCLUSIONES
El edificio está estructurado predominantemente por pórticos de columnas y vigas de concreto armando, así como por una losa aligerada, que actúan como diafragmas rígidos horizontales. En la estructura las columnas aportan casi el total de resistencia lateral en ambos sentidos.
La estructura es regular pues no presenta irregularidades tanto en planta como elevación, sin embargo presenta en planta, una forma muy alargada, ya que s u largo es considerablemente mayor a su ancho.
No se consideraron por el momento en el Metrado de cargas y Análisis Estático sísmico la escalera y el ascensor.
Luego de realizar el modelamiento en el ETABS, se verifico que se exceden los desplazamientos máximos de la norma E.030, específicamente en el 1ER y 7Mo nivel, razón
por la cual se debe aumentar la sección transversal de los elementos estructurales resistentes o aumentar la resistencia del concreto.
Luego de realizar el modelamiento en el ETABS, se verifico que no se cumple con la relación entre la fuerza cortante basal Estático y Dinámico, por lo que se realizo las correcciones del caso. D.
Las excentricidades máximas, cumplen las estipuladas en la norma E.030
13 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Norma Técnica de Edificación E.020 – Cargas
Norma Técnica de Edificación E.030 – Diseño Sismoresistente
Norma Técnica de Edificación E060 – Concreto Armado BLANCO BLASCO, ANTONIO, Estructuración y diseño de edificios de concreto armado,
Libro 2 de la Colección del Ingeniero Civil, Lima, 19961997, 2da Edición
MORALES MORALES, ROBERTO, Diseño en Concreto Armado, Fondo Editorial. I.C.G, Lima 2006.
