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VIVIENDAS MULTIFAMILIARES SIS-10-035-MDC-EST-01-R0
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VENEZUELA - AIMM
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Rev. Fecha Descripcin Elaborado Revisado
RA 06/12/2012 EMISION ORIGINAL A. SOSA E. GUANCHEZ
CIV. 215.054 CIV 140.870 Centro Comercial Las Chimeneas. Modulo
1. Of. 4-A-1. Valencia Edo. Carabobo.
Tel:0241-8432995; 8430112; Mail:
[email protected], RIF.J-31380252-2,
NIT.0440845380.
ESTUDIO DE SISTEMA ESTRUCTURAL PARA VIVIENDAS
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INDICE
1. OBJETIVOS.
.........................................................................................................
3
2. JUSTIFICACIN.
..................................................................................................
3 3. DESCRIPCIN DE LA ESTRUCTURA.
............................................................... 4
4. SISTEMA DE FUNDACIN.
.................................................................................
5 5. PARMETROS DE UBICACIN.
.........................................................................
6 6. DESCRIPCIN DE LA ESTRUCTURA.
............................................................... 6
7. FILOSOFA DE DISEO.
.....................................................................................
6 7.1. Criterios de Diseo Arquitectnico.
.......................................................................
6
7.2. Criterios de Diseo Ingenieril.
...............................................................................
7
7.2.1. Fundamentos Bsicos
.................................................................................
7
7.2.2. Normas y Bibliografa Usada.
......................................................................
8
7.2.3. Caracterstica de los
Materiales...................................................................
9
7.2.4. Unidades de Medida.
...................................................................................
11
7.2.5. Metodologa del Sistema Estructural.
.......................................................... 11
7.2.6. Cmputos de Carga.
....................................................................................
11
7.2.7. Combinaciones de Carga.
...........................................................................
11
7.2.8. Aspectos Ssmicos.
.....................................................................................
11
7.2.10. Desplazamientos Absolutos y Relativos
...................................................... 177
8. PROPUESTA DE MODELO ESTRUCTURAL.
..................................................... 18
9. DIAGNSTICO ESTRUCTURAL.
........................................................................
23 7. CONCLUSIONES.
................................................................................................
26
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1. OBJETIVOS.
1.1. Objetivo General.
Determinar el sistema estructural ms eficiente y conveniente
econmicamente para una planta tipo que corresponde a una edificacin
destinada a viviendas multifamiliares de produccin industrializada,
cumpliendo con los requisitos impuestos por las normativas de diseo
y construccin vigentes, as como con los requerimientos establecidos
por la AIMM.
1.2. Objetivos Especficos.
Establecer un modelo estructural que cumpla con los
requerimientos arquitectnicos, estructurales y de tipo comercial
exigidos por la AIMM.
Realizar la revisin estructural del modelo establecido aplicando
los criterios de clculo y diseo vigentes.
Emitir conclusiones y recomendaciones en funcin del modelo
estructural seleccionado.
2. JUSTIFICACIN.
El presente estudio est destinado a la escogencia de un modelo
estructural que genere mayor ventaja econmica desde el punto de
vista constructivo y que a su vez desarrolle un comportamiento
adecuado ante cargas ssmicas y gravitacionales. La revisin se
realiza aplicando todos los criterios de clculo y diseo estructural
vigentes; buscando cumplir con los principales requisitos, tanto
comerciales como arquitectnicos e ingenieriles exigidos.
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3. DESCRIPCIN DE LA ESTRUCTURA.
La estructura posee cinco niveles, cuatro de estos con placas
estructurales para uso de apartamentos residenciales, ms el nivel
de techo con una cubierta liviana el cual se desarrolla a dos aguas
con pendientes para el drenaje de aguas de lluvia. La altura de los
entrepisos es de 2.60 m.
La superestructura del edificio consiste en un bloque central
con dos mdulo de circulacin vertical para la escalera, ubicados en
dos caras opuestas de la estructura. La superestructura es
completamente metlica con perfiles de acero y placas estructurales.
Las dimensiones en planta de la estructura son 39 m x 19.5 m,
conformada por 11 prticos transversales y 6 longitudinales. La luz
de los prticos es 3.90 m en ambos sentidos. Por su parte las vigas
estn constituidas por perfiles PROPERCA VP180X17.7 y VP200X24.1,
mientras que las columnas y arriostramientos laterales corresponden
a perfiles UNICON, las primeras sern 260X260X11 y 200X200X7, y las
segundas 100X100X6 y 120X120X7.2.
Para establecer un sistema resistente a cargas laterales y
gravitacionales se seleccion una estructura arriostrada en ambos
sentidos en el bloque central de la estructura. Se espera que los
prticos especiales con arriostramientos concntricos (SCBF) soporten
deformaciones inelsticas significativas cuando se vean sometidos a
las fuerzas resultantes del sismo de diseo. Las deformaciones
plsticas deben ocurrir en los elementos de arriostramiento,
mientras que las columnas y otros componentes permanecen
elsticos.
Se utilizaron arriostres a modo de V invertida en los prticos
externos de la edificacin especficamente en los vanos extremos, con
la finalidad de rigidizar las esquinas de la estructura. Cabe
destacar que los mdulos de escaleras se encuentran conectados al
bloque central mediante prticos a momento, para evitar el
arriostramiento en estas secciones. Debido a que la estructura
sismorresistente prcticamente carece de prticos a momento, y las
lneas resistentes corresponden a los cuatro prticos arriostrados,
es necesario garantizar un diafragma rgido en cada nivel que
permita que el resto de la estructura resista las cargas impuestas
sin desplazamientos horizontales importantes.
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Se busca que la cubierta de techo sea liviana y capaz de salvar
la luz entre los prticos, por lo cual la masa asociada al sismo en
el nivel de techo es poco representativa, sin embargo se contemplar
cuando la misma sea definida la necesidad de arriostrar
horizontalmente este nivel. Por su parte se desea que la losa de
entrepiso corresponda a una losa prefabricada y ligera, que al
igual que la cubierta de techo no requiera apoyos intermedios entre
los prticos. Es probable que se requiera la presencia de conectores
de corte con la finalidad de que la losa acte en seccin compuesta
con las vigas en las cuales se apoya, ya que la losa de entrepiso
debe ser capaz de trabajar como diafragma ssmico, integrador de la
estructura resistente solo a cargas de gravedad, con la estructura
sismorresistente, aportando resistencia a los desplazamientos
horizontales del conjunto.
Por la tipologa estructural, se consideran nicamente los
esfuerzos debido al sismo. Cabe destacar que los parmetros
utilizados en el estudio son determinados conforme a lo establecido
en la Norma Venezolana COVENIN-MINDUR 1756-2001 Edificaciones
Sismorresistentes y en la Norma Venezolana.
4. SISTEMA DE FUNDACIN
Las caractersticas del sistema de fundacin dependern de la
condicin geotcnica del terreno sobre el cual se proyecte la
estructura y de las cargas transmitidas al terreno de fundacin.
El sistema de fundacin deber ser lo suficientemente rgido para
el control de deformaciones, tener el espesor necesario para
garantizar el anclaje del acero de refuerzo y tener refuerzo
longitudinal superior e inferior de en toda su longitud.
Todos los aspectos asociados al detallado y construccin del
sistema de fundacin, estarn en funcin de las recomendaciones dadas
por el estudio geotcnico correspondiente, as como, los requisitos
dados por la Norma FONDONORMA 1753 - 2006 Proyecto y Construccin en
Concreto Estructural.
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5. PARMETROS DE UBICACIN.
El modelo estructural analizado se ubicar en Zona Ssmica 5,
conforme a lo establecido en la Norma COVENIN MINDUR 1756-2001,
Edificaciones Sismorresistentes.
6. DEFINICIN DE SERVICIOS.
Los servicios que se requieren en esta nueva instalacin son:
aguas blancas, disposicin para aguas servidas, sistema de proteccin
y extincin de incendio, sistema de drenaje para aguas de lluvia,
electricidad para el sistema de aire acondicionado, circuito de
tomacorriente para equipos de oficina y sistema de luminaria
externa e interna, servicios para telefona, fibra ptica para
comunicaciones e Internet.
7. FILOSOFA DE DISEO.
7.1. Criterios de Diseo Arquitectnico.
El diseo arquitectnico establecido para el estudio en cuestin
comprende nicamente una geometra simple establecida por criterios
de funcionalidad en funcin de los requerimientos establecidos por
el cliente. Sin embargo, al momento de desarrollar la alternativa
seleccionada se debern incluir todos los aspectos arquitectnicos
previstos en el proyecto.
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Planta de Arquitectura Propuesta.
7.2. Criterios de Diseo Ingenieril.
7.2.1. Fundamentos Bsicos
El diseo de la edificacin se regir por la Norma COVENIN MINDUR
1756-2001 Edificaciones Sismorresistentes, la cual establece que de
forma general la edificacin a proyectar satisfaga los siguientes
aspectos:
Bajo movimientos ssmicos menores o frecuentes, solo se aceptar
daos no estructurales despreciables, que no afecten su operacin y
funcionamiento.
Bajo movimientos ssmicos moderados u ocasionales podrn sufrir
daos moderados en sus componentes no-estructurales y daos muy
limitados en los componentes estructurales.
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Bajo los movimientos ssmicos de diseo establecidos en la Norma
exista una muy baja probabilidad de alcanzar el estado de
agotamiento resistente y los daos estructurales y no-estructurales
sean, en su mayora, reparables.
Bajo movimientos ssmicos especialmente severos, se reduzca la
probabilidad de derrumbe aunque la reparacin de la edificacin pueda
llegar a ser inviable econmicamente.
La estructura posee configuracin regular en planta, es de cinco
niveles e hiperesttica, el sistema de prticos arriostrados ser
diseado para proporcionar la distribucin uniforme de resistencia,
rigidez y ductilidad, tanto en planta como en elevacin. El sistema
resistente a sismos se disear de forma tal que la eventual falla
prematura de unos pocos miembros no amenace la estabilidad de la
construccin.
7.2.2. Normas y Bibliografa Usada.
Para la ejecucin del Proyecto de Ingeniera se utilizarn las
ediciones de las Normas, Procedimientos, Manuales, Guas u otros
Documentos Tcnicos requeridos, vigentes a la fecha de elaboracin de
esta.
7.2.2.1. Nacionales.
Criterios y Acciones Mnimas para el proyecto de edificaciones.
COVENIN-MINDUR. 2002-88.
Estructuras de Acero para Edificaciones. Mtodo de los Estados
Lmites. COVENIN 1618-98.
Edificaciones Sismorresistentes. COVENIN 1756-2001.
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Estructuras de Concreto Armado para Edificaciones. Anlisis y
Diseo. FONDONORMA 1753-06.
7.2.2.2. Internacionales.
Previsiones Ssmicas para Edificaciones en Acero.
ANSI-AISC-341-2005.
Previsiones Ssmicas en Conexiones Metlicas.
ANSI-AISC-358-2005.
Especificaciones para Edificios en Acero.
ANSI-AISC-360-2005.
Cdigo ACI (American Concrete Institute) 318-05.
7.2.3. Caracterstica de los Materiales.
Los materiales utilizados cumplen con los requerimientos de los
cdigos y estndares citados anteriormente y tienen las
caractersticas que se indican a continuacin:
Acero Estructural
Perfiles Estructurales de Alma: PROPERCA
CP - VP Fy = 2530 kgf/cm2
Perfiles Tubulares: UNICON Fy = 3515 kgf/cm2
Pernos de Anclaje Para anclaje de base de columnas y conexiones
metlicas:
Anclajes Pernos A-36 Fy = 2530 kgf/cm2
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Conexiones Metlicas Pernos A-325 Fy = 6330 kgf/cm
2
Planchas Para Base de Columnas, Conexones tipo End-Plate,
Conexiones tipo Single-Plate, Empalmes, Rigidizadores,
Refuerzos:
Acero ASTM A-36 Fy = 2530 kgf/cm2
Electrodos E70XX Para la unin soldada de elementos de acero
estructural.
Concreto Para el sistema de fundacin.
CONCRETO fc = 250 kgf/cm2
Acero de refuerzo Para los elementos en los cuales se requiera
acero para flexin o corte, tales como sistema de fundaciones, viga
de riostra, pedestales, entre otros, se utilizar acero de refuerzo
de las siguientes caractersticas segn la norma COVENIN
316-2000:
Barras a adherencia mejorado Grado S-60 por todos los dimetros
fy = 4200 kgf/cm
2
Se utilizarn mallas electrosoldadas segn la norma COVENIN
1022-97:
Mallas electrosoldadas fy = 5000 kgf/cm2
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7.2.4. Unidades de Medida.
Las unidades de medida usadas en el diseo sern las del Sistema
Mtrico Decimal (Sistema Internacional Gaceta Oficial N 2823).
Longitudinal metro m Centmetro cm. rea metro cuadrado m2
Centmetro cuadrado cm2 Fuerza kilogramo-fuerza kgf Presin
kilogramo-fuerza / centmetro cuadrado kgf/cm2
Mega pascal Mpa = N/mm2
Densidad kilogramo por metro cbico kgf/m3
Peso especfico kilogramo-fuerza por metro cbico kgf/m3
7.2.5. Metodologa de Anlisis del Sistema Estructural.
Se evalu el sistema estructural de la edificacin con un estimado
de las cargas actuantes, verificando su resistencia, realizando un
anlisis estructural mediante el Software ETABS V 9.6.0, a travs del
cual, se logro modelar la estructura con las cargas
gravitacionales, as como los efectos traslacionales y rotacionales
obtenidos en el anlisis ssmico.
El anlisis ssmico es efectuado mediante el Anlisis Dinmico
Espacial con Tres Grados de Libertad por nivel, considerando para
ello diafragma rgido en todas las juntas que convergen en las
losas. A travs del clculo estructural se logra determinar las
secciones de acero requeridas en los elementos sometidos a flexin
(correas y vigas) y flexocompresin (columnas) en funcin de los
esfuerzos actuantes sobre los elementos, lo que permiti determinar
la eficiencia de los mismos.
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7.2.6. Cmputos de Carga.
En la determinacin de las cargas de diseo se utilizaran los
criterios establecidos en las normas COVENIN-MINDUR 2002-88.
Criterios y Acciones Mnimas para el Proyecto de Edificaciones, segn
apliquen.
Estimacin de Acciones Actuantes:
Planta Entrepiso
Carga Permanente Q (Kgf/m2) Peso Propio Losa Prefabricada 280
Acabados: Mortero + Baldosa 100 Tabiquera Mnima (Ubicada sobre
vigas) 100
Carga Variable Q (Kgf/m2) Uso Residencial 175
TOTAL 555
Planta Techo
Carga Muerta Q (Kgf/m2) Peso Propio Losa Prefabricada 280
Carga Viva Q (Kgf/m2) Uso Mantenimiento 100
TOTAL 380
Escaleras
Carga Muerta Q (Kgf/m2) Peso Propio Losa Prefabricada 280
Carga Viva Q (Kgf/m2) Uso Residencial 300
TOTAL 580
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7.2.7. Combinaciones de Carga.
A continuacin se presentan las combinaciones de carga utilizadas
para el diseo de los elementos estructurales en los modelos den
estudio, segn lo especifica la norma COVENIN-MINDUR 1618-1998.
Estructuras acero. Mtodos de los Estados Lmites.
Combinaciones para anlisis con sismo:
CP: Carga Permanente. CV: Carga Variable. CVt: Carga variable de
Techo. S: Acciones ssmicas concurrentes y opuestas.
Para el diseo de columnas se trabajaron con factores de
sobrerresistencia, trabajando entonces con los siguientes combos
adicionales:
CP: Carga Permanente. CV: Carga Variable. S: Acciones ssmicas
concurrentes y opuestas. : factor de sobrerresistencia.
Se consider =2 por ser la estructura arriostrada en ambos
sentidos.
Esttica 1.4 CP Esttica 1.2 CP + 1.6 CV + 0.5 CVt Esttica 1.2 CP
+ 1.6 CVt + 0.5 CV Sismo 1.2 CP + CV S Sismo 0.9 CP + S
Sismo 1.2 CP + CV S Sismo 0.9 CP + S
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7.2.8. Aspectos Ssmicos.
Coeficiente de aceleracin horizontal A0 Se asumi para efectos de
iniciar el clculo una Zona 5 conforme al Mapa de Zonificacin Ssmica
de Venezuela, por lo cual segn la tabla 4.1 de la norma COVENIN
1756-2001 el coeficiente de aceleracin horizontal obtiene un valor
de A0 = 0.30 clasificado como de riesgo ssmico elevado.
Determinacin de la forma espectral En base a la COVENIN
1756-2001 se asume un valor del coeficiente de correccin del factor
A0 igual a 0.75 con una forma espectral S3 para el Terreno de
Fundacin que sirve de apoyo a la estructura.
Clasificacin segn el empleo En base al punto 6.1.1 de la norma
COVENIN 1756-2001 el edificio es clasificable como B2 de acuerdo al
uso de la misma, de la tabla 6.1 se obtiene un factor de
importancia igual a 1.00.
Nivel de diseo requerido De la tabla 6.2 de la norma COVENIN
1756-2001 ser necesario un nivel de diseo ND3.
Tipo de sistema estructural resistente al sismo En base al punto
6.3.1 de la norma COVENIN la estructura se clasifica como Tipo III,
ya que las cargas son soportadas por prticos diagonalizados en
ambas direcciones. Por su parte el sistema estructural
sismorresistente posee diafragma con la rigidez y la resistencia
necesaria para distribuir eficazmente las fuerzas ssmicas entre los
diversos miembros verticales.
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Factor de reduccin de la respuesta R En base a la tabla 6.4 se
obtiene un coeficiente R = 4 para la estructuras de acero Tipo III.
Obtenindose el siguiente espectro de diseo:
Espectro de Diseo R=4, EstructuraTipo III.
7.2.9. Criterios para Determinacin de Fuerzas Ssmicas de
Diseo.
Para la determinacin del peso total por encima del nivel de base
W, a las acciones permanentes se sumar el cincuenta por ciento
(50%) de la carga variable de servicio, segn lo establece Norma
COVENIN, tomando en cuenta el factor de importancia de esta
edificacin.
0.0000
0.0500
0.1000
0.1500
0.2000
0.2500
0.0000 0.5000 1.0000 1.5000 2.0000 2.5000
Ad
T (seg)
ESPECTRO DE DISEO
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La ordenada del espectro de diseo queda definida en funcin de su
perodo T, en la forma siguiente:
( )
( )
=>
=+
+
+
=+