Top Banner
  DISEÑO SISMICO DE EDIFICACIONES CON NEC ANÁLISIS SÍSMICO ESTÁTICO Se Tiene una edificación de 5 pisos y destinada para aulas de centro educativo, proyectada en la población de Tumbaco, provincia del Pichincha, con sistema estructural aporticado, tal como se muestra en la figura y con altura de entrepiso de 4 m. Realice un analisis sísmico estático, considerando el suelo de perfil de roca de rigidez media y: Resistencia a la compresión del concreto c = 2100T/m 2  Modulo de elasticidad del concreto E c = 2173706T/m 2  Coeficiente de Poisson del concreto µ c = 0,2 Profundidad de desplante (contacto con zapata) 1m Se pide: i. Predimensionar el espesor de la losa reticular ii. Predimensionar las vigas transversales (eje horizontal del plano) iii. Predimensionar las vigas longitudinales (eje vertical del plano) iv. Predimensionar las columnas esquineras, centradas, perimetrales v. Calcular los pesos por pisos para el Análisis Sísmico Estático
125

Analisis Sismo Resistente NEC-SE-DS

Oct 05, 2015

Download

Documents

Analisis Sismico Estatico de Edificio Aporticados
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
  • DISEO SISMICO DE EDIFICACIONES CON NEC

    ANLISIS SSMICO ESTTICO

    Se Tiene una edificacin de 5 pisos y destinada para aulas de centro educativo, proyectada en la

    poblacin de Tumbaco, provincia del Pichincha, con sistema estructural aporticado, tal como se

    muestra en la figura y con altura de entrepiso de 4 m. Realice un analisis ssmico esttico,

    considerando el suelo de perfil de roca de rigidez media y:

    Resistencia a la compresin del concreto fc = 2100T/m2

    Modulo de elasticidad del concreto Ec = 2173706T/m2

    Coeficiente de Poisson del concreto c = 0,2

    Profundidad de desplante (contacto con zapata) 1m

    Se pide:

    i. Predimensionar el espesor de la losa reticular

    ii. Predimensionar las vigas transversales (eje horizontal del plano)

    iii. Predimensionar las vigas longitudinales (eje vertical del plano)

    iv. Predimensionar las columnas esquineras, centradas, perimetrales

    v. Calcular los pesos por pisos para el Anlisis Ssmico Esttico

  • vi. Predimensionar las Zapatas Aisladas.

    vii. Determinar el periodo de vibracin T

    viii. Calcular la cortante basal de diseo

    ix. Determinar la distribucin vertical de fuerzas laterales

    x. Determinar la excentricidad accidental

    xi. Esquematizar la distribucin de cargas para Sismo X y Sismo Y

    xii. Modelar con el SAP 2000 y determinar los desplazamientos mximos del edificio y las fuerzas

    internas mximas, indicando donde ocurre.

    Desplazamiento

    y fuerza interna

    Empotrado

    (Sismo X+)

    Empotrado

    (Sismo Y+)

    Xmax (Edificio)

    Ymax (Edificio)

    Nmax

    Vmax

    Mmax

    xiii. Efectuar el control de la deriva de piso para Sismo X+ y Sismo Y+ e indicar si es necesario

    reforzar la estructura.

    xiv. Comprobar el efecto P- de la estructura con los pesos calculado en el tem iv

    xv. Innovaciones

  • SOLUCIONARIO

    i. Predimensionamiento de losas nervadas

    Se sabe que en funcin de las relaciones de sus vanos, las losas pueden ser consideradas armadas en una

    sola direccin o en dos direciones.

    Losa armada en un sentido cuando el vano mayor es mayor que el doble del vano menor (L > 2l)

    Losa armada en dos sentidos cuando el vano mayor es menor o igual al doble del vano menor (L 2l)

    Para nuestra losa en anlisis tenemos L = 5m y l = 4m, 5 8 estamos en el caso de losa armada en dos

    sentido.

    Se selecciona un espesor tentativo de losa de 25 cm, para las cinco plantas con loseta de comprensin de 5

    cm, nervios de 10 cm de espesor y alivianamientos de bloques de 40 cm x 40 cm, de 20 cm de altura

    (2 bloques de 40 x20 x 20 por cada alivianamiento), lo que es tradicional en nuestro medio.

    Control de Deflexiones

    El peralte equivalente de la losa nervada se calcula determinando la altura de una losa maciza que

    tenga la misma inercia que la losa nervada propuesta.

  • Figura bi hi Ai=bi.hi yi yi.Ai di=ycg-yi Ioi=(b.h3)

    /12 Ai.di2

    1 0,2 0,2 0,04 0,1 0,004 0,06944 0,000133333 0,000192901

    2 1 0,05 0,05 0,225 0,01125 -0,05555 1,04167E-05 0,000154321

    0,09 0,01525 0,00014375 0,000347222

    Esta inercia se iguala a la de una losa maciza tambin de 1 metro de ancho y as se obtendr la altura

    equivalente hequiv.

    Control de la altura mnima:

    Ln= Luz de mayor dimensin=5m

    Como hmin

  • El peso unitario de los alivianamiento de dimensiones 20 x 40 x 20cm es de 12 kg,

    En los grficos aparece sombreada un rea de 1 m2 de losa, cuyo peso se debe calcular, y sobre cuya rea

    se deben calcular las sobrecargas. El peso especfico del hormign armado se estima en 2,4T/m3.

    Peso loseta de compresin = 1m x 1m x 0,05 x 2,4T/m3 = 0,12T/m

    2

    Peso nervios = 4 x 0,1m x 0,2m x 1 x 2,4T/m3 = 0 ,192T/m

    2

    Alivianamientos = 8 x 0,012T = 0,096T/m2

    Peso propio de la losa = (0,12+0,192+0,096)T/m2

    = 0,408T/m2

    Enlucido y maquillado = 1m x 1m x 0,04m x 2,2T/m3

    = 0,088T/m2

    Recubrimiento de piso = 1m x 1m x 0,02m x 2,2T/m3 = 0,044 T/m

    2

    Mampostera = 200kg/m2

    = 0,2T/m2

    Carga Muerta = (0,408+0,088+0,044+0,2) T/m2 = 0,74T/m

    2

    ii. Predimensionamiento de vigas transversales

    cmL

    h 5010

    500

    10

  • cmh

    b 252

    50

    2

    vigas transversales: b = 25cm, h = 50cm

    iii. Predimensionamiento de vigas longitudinales

    cm

    Lh 40

    10

    400

    10

    cmh

    b 202

    40

    2

    b mnimo recomendado es 25 cm. (NEC-4.2.1)

    vigas longitudinales: b = 25cm, h = 40cm

    iv. Predimensionamiento de columnas

    Primera forma

    Columnas Centradas:

    c

    Servicio

    Colf

    PA

    45,0

    Columnas Excntricas y Esquinadas:

    c

    Servicio

    Colf

    PA

    35,0

    Siendo:

    P(servicio) = P . A . N

    Edificios categora A (ver E030) P = 1500 kg/m2

    Edificios categora B (ver E030) P = 1250 kg/m2

    Edificios categora C (ver E030) P = 1000 kg/m2

    A rea tributaria

    N nmero de pisos

  • rea tributarias para las columnas

    En la tabla N3 del RNE Norma E.030 Diseo Sismo resistente, encontramos las categoras de las

    edificaciones, encontrando el caso actual analizndose en la categora A, entonces:

    Tipo

    rea

    Trib.

    (m2)

    Peso

    (Kg/m2)

    # Pisos P Servicio fc

    (Kg/cm2)

    Coef. x

    tipo

    Column

    a

    rea de

    column

    a (cm2)

    rea min

    de columna

    (cm2)

    a

    (cm)

    Seccin

    (cm)

    C1 5 1500 5 37500 210 0,35 510,20 1000,00 31,62 35 x 35

    C2 10 1500 5 75000 210 0,35 1020,41 1020,41 31,94 35 x 35

    C3 20 1500 5 150000 210 0,45 1587,30 1587,30 39,84 40 x 40

    Mtodo practico 1

    Donde: H = Altura entre piso = 4m = 400cm

    Columna Centrada

    cmcmxcmH

    a 5050508

    400

    8

  • Columna Excentrica

    cmcmxH

    a 454544,449

    400

    9

    Columna Esquinada

    cmcmxcmH

    a 40404010

    400

    10

    Mtodo practico 2

    El lado de la columna debe ser entre el 70% y 80% del peralte de la viga

    a = 0,7 x 60 cm = 42 cm 40 cm, se analizara com lado mnimo de 40 cm.

    Verificacin

    Para evitar la formacin de Rotulas Plstica, se deber cumplir que:

    vigacolumna II

    Realizaremos el clculo en cada conexin Viga - Columna en ambas direcciones XX y YY

    Se realizan varias iteraciones hasta obtener las secciones adecuadas de Columnas.

    DIRECCIN XX

    NOMBRE

    VIGAS

    NOMBRE

    COLUMNAS VERIFICACIN

    Icolumna>Iviga b

    (cm)

    h

    (cm)

    I

    (cm4)

    b

    (cm)

    h

    (cm)

    I

    (cm4)

    V-2 25 50 260416,67 C1 40 45 303750,00 ok

    V-2 25 50 260416,67

    C2 40 55 554583,33 ok V-2 25 50 260416,67

    520833,33

    V-2 25 50 260416,67

    C3 40 55 554583,33 ok V-2 25 50 260416,67

    520833,33

  • DIRECCIN YY

    NOMBRE

    VIGAS

    NOMBRE

    COLUMNAS VERIFICACIN

    Icolumna>Iviga b

    (cm)

    h

    (cm)

    I

    (cm4)

    b

    (cm)

    h

    (cm)

    I

    (cm4)

    V-1 25 40 133333,33 C1 45 40 240000,00 ok

    V-1 25 40 133333,33

    C2 55 40 293333,33 ok V-1 25 40 133333,33

    266666,67

    V-1 25 40 133333,33

    C3 55 40 293333,33 ok V-1 25 40 133333,33

    266666,67

    COLUMNA SECCIN

    C1 45 x 40

    C2 55 x 40

    C3 55 x 40

    v. Pesos por pisos para el anlisis ssmico

  • Piso 5:

    Carga Muerta:

    Losa aligerada 10,45m x 16,4 m x 0,74T /m2 = 126,821T

    Columnas (45cm x 40cm) 4 x 0,45m x 0,40m x 4m x 2,4T /m3 = 6,912T

    Columnas (55cm x 40cm) 11 x 0,55m x 0,40m x 4m x 2,4T /m3 = 23,232T

    Vigas (25cm x 50cm) 10 x 0,25m x 0,50m x 5m x 2,4T /m3 = 15T

    Vigas (25cm x 40cm) 12 x 0,25m x 0,40m x 4m x 2,4T /m3 = 11,52T

    Carga Muerta (126,821+6,912+23,232+15+11,52)T = 183,485T

    Carga Viva:

    Techo 0,1 T/m2 (NEC_SE_CG 4.2.1 Tabla 9)

    Carga Viva 10,45m x 16,4 m x 0,1T /m2 = 17,138T

    Piso 2, 3 y 4:

    Carga Muerta:

    Losa aligerada 10,45m x 16,4 m x 0,74T /m2 = 126,821T

    Columnas (45cm x 40cm) 4 x 0,45m x 0,40m x 4m x 2,4T /m3 = 6,912T

    Columnas (55cm x 40cm) 11 x 0,55m x 0,40m x 4m x 2,4T /m3 = 23,232T

    Vigas (25cm x 50cm) 10 x 0,25m x 0,50m x 5m x 2,4T /m3 = 15T

    Vigas (25cm x 40cm) 12 x 0,25m x 0,40m x 4m x 2,4T /m3 = 11,52T

    Carga Muerta (126,821+6,912+23,232+15+11,52)T = 183,485T

    Carga Viva:

    Centro Educativo (aulas) 0,2 T/m2 (NEC_SE_CG 4.2.1 Tabla 9)

    Carga Viva 10,45m x 16,4 m x 0,2T /m2 = 34,276T

    Piso 1:

    Carga Muerta:

    Losa aligerada 10,45m x 16,4 m x 0,74T /m2 = 126,821T

    Columnas (45cm x 40cm) 4 x 0,45m x 0,40m x 5m x 2,4T /m3 = 8,64T

    Columnas (55cm x 40cm) 11 x 0,55m x 0,40m x 5m x 2,4T /m3 = 29,04T

    Vigas (25cm x 50cm) 10 x 0,25m x 0,50m x 5m x 2,4T /m3 = 15T

    Vigas (25cm x 40cm) 12 x 0,25m x 0,40m x 4m x 2,4T /m3 = 11,52T

    Carga Muerta (126,821+8,64+29,04+15+11,52)T = 191,02T

    Carga Viva:

    Centro Educativo (aulas) 0,2 T/m2 (NEC_SE_CG 4.2.1 Tabla 9)

    Carga Viva 10,45m x 16,4 m x 0,2T /m2 = 34,276T

  • vi. Predimensionar las Zapatas Aisladas.

    SUELO CAPACIDAD PORTANTE CONSTANTE k

    FLEXIBLE qa 1,2Kg/cm2

    0,7

    INTERMEDIO 1,2Kg/cm2 3Kg/cm2

    0,9

    a

    Servicio

    zapataqk

    PA

    .

    Por tanto se considera

    9,0k y 2/5,3 cmKgqa

    Las cargas de servicio por pisos se muestra en la tabla.

    PISOS CM

    (T)

    CV

    (T)

    Pservicio = CM+CV

    (T)

    5 183,49 17,14 200,623

    4 183,49 34,28 217,761

    3 183,49 34,28 217,761

    2 183,49 34,28 217,761

    1 191,02 34,28 225,297

    1079,204

    Se tiene un rea de planta de 10,45m x 16,4m = 171,38m2

    2

    2

    2 /297,638,171

    204,1079)/( mT

    m

    TmTPunitario

    a

    tributariaunitario

    zapataqk

    APA

    .

    .

    ZAPATA Atributaria

    m2

    Ptributario T/m

    2 k qa

    T/m2

    Az m

    2 B m

    Baprox. m

    No de

    ZAPATA

    S

    Z1 (Esq.) 5 6,297 0,9 35 1,000 1,000 1,0 4,0

    Z2 (Exc.) 10 6,297 0,9 35 1,999 1,414 1,5 8,0

    Z3 (Cen.) 20 6,297 0,9 35 3,998 2,000 2,0 3,0

    VERIFICACIN POR PUNZONAMIENTO

    La seccin crtica se encuentra a la distancia de d/2 de la cara de la columna en todo el

    permetro.

  • cpup VV Donde:

    )(* oZuup AAV

    Z

    u

    uA

    P

    LBAZ * )(*)( dhdbAo

    uP Carga de servicio ultimo

    ZA rea Zapata

    Ao rea critica

    Se van a considerar que todas las columnas esquineras, excntricas y centradas van a estar conectados con

    sus ejes de gravedad de cada zapatas (Ejes de gravedad de columnas conectados con ejes de gravedad de

    zapatas).

  • PISOS CM

    (T)

    CV

    (T)

    Pservicio = CM+CV

    (T)

    Pu = 1,4CM+1,7CV

    (T)

    5 183,49 17,14 200,623 286,014

    4 183,49 34,28 217,761 315,148

    3 183,49 34,28 217,761 315,148

    2 183,49 34,28 217,761 315,148

    1 191,02 34,28 225,297 325,699

    1079,204 1557,158

    2/085,94,16*45,10

    158,1557mT

    A

    PPu

    planta

    utributario

    Columna Esquinera

    Carga en las columnas esquineras

    TnmmTAPuPu coperantetributario 429,455*/085,9*22

    Dimensiones de la Zapata

    Las dimensiones adecuadas para la zapata son, despus de hacer varias iteraciones

    B = 1,2m, L = 1,2m, H = 0,4m, r = 0,075m

    mrHd 325,0075,04,0

    TA

    P

    z

    u

    u 55,312,1*2,1

    429,45

    Dimensiones de la columna

    b = 0,45m, h = 0,4m

    mdhbbo 3)325,0*24,045,0(*2)*2(*2

    mdhdbAo 561,0)325,04,0(*)325,045,0()(*)(

    TAoAuV zup 703,27)561,02,1*2,1(*55,31)(*

    Tdbofc

    V ccp 262,57325,0*3*2100*125,1

    1,153,0*85,0***

    1,153,0*1

    TdbofV ccp 775,41325,0*3*2100*1,1*85,0***1,1*2

    Tomamos el mas critico para la verificacin (el menor).

    cpup VV

    TT 775,41703,27

    125,14,0

    45,0

    h

    bc

  • ZAPATA Putrib. T/m

    2

    Atrib. m

    2

    Pu T

    ZAPATA COLUMNA Vup

    T

    Vcp1 T

    Vcp2 T

    Cumple B

    (m)

    L

    (m)

    H

    (m)

    b

    (m)

    h

    (m)

    ESQUI.

    (Z1) 9,085 5 45,42 1,2 1,2 0,4 0,45 0,4 27,70 57,26 41,77 Si

    EXCEN.

    (Z2) 9,085 10 90,85 1,5 1,5 0,5 0,55 0,4 58,37 79,26 65,55 Si

    CENTR.

    (Z3) 9,085 20 181,71 2 2 0,75 0,55 0,4 121,89 160,85 133,04 Si

    VERIFICACIN CORTANTE UNIDIRECCIONAL

    La seccin crtica se encuentra a la distancia d de la cara de la columna.

    Sentido X

    cup VV

    XBV uup **

    dbL

    X 22

    05,0325,02

    45,0

    2

    2,1X

    TVup 892,105,0*2,1*55,31

  • dBfV cc ***53,0*

    TVc 05,8325,0*2,1*2100*53,0*85,0

    TT 05,8892,1

    ZAPATA Putrib. T/m

    2

    Atrib. m

    2

    Pu T

    ZAPATA COLUMNA Vup

    T

    Vc T

    Cumple B

    (m)

    L

    (m)

    H

    (m)

    b

    (m)

    h

    (m)

    ESQUI.

    (Z1) 9,085 5 45,42 1,2 1,2 0,4 0,45 0,4 1,89 8,05 Si

    EXCEN.

    (Z2) 9,085 10 90,85 1,5 1,5 0,5 0,55 0,4 3,02 13,16 Si

    CENTR.

    (Z3) 9,085 20 181,71 2 2 0,75 0,55 0,4 4,54 27,87 Si

    Sentido Y

    cup VV

    XLV uup **

    dhL

    X 22

    075,0325,02

    40,0

    2

    2,1X

    TVup 839,2075,0*2,1*55,31

    dLfV cc ***53,0*

    TVc 05,8325,0*2,1*2100*53,0*85,0

    TT 05,8839,2

    ZAPATA Putrib. T/m

    2

    Atrib. m

    2

    Pu T

    ZAPATA COLUMNA Vup

    T

    Vc T

    Cumple B

    (m)

    L

    (m)

    H

    (m)

    b

    (m)

    h

    (m)

    ESQUI.

    (Z1) 9,085 5 45,42 1,2 1,2 0,4 0,45 0,4 2,83 8,05 Si

    EXCEN.

    (Z2) 9,085 10 90,85 1,5 1,5 0,5 0,55 0,4 7,57 13,16 Si

    CENTR.

    (Z3) 9,085 20 181,71 2 2 0,75 0,55 0,4 11,35 27,87 Si

  • Las dimensiones de las Zapatas y Columnas son.

    ZAPATA ZAPATA

    COLUMNA COLUMNA

    B (m) L (m) H (m) b (m) h (m)

    ESQUI. (Z1) 1,2 1,2 0,4 ESQUI. (C1) 0,45 0,4

    EXCEN. (Z2) 1,5 1,5 0,5 EXCEN. (C2) 0,55 0,4

    CENTR. (Z3) 2 2 0,75 CENTR. (C3) 0,55 0,4

    vii. Determinar el periodo de vibracin T

    Calculo de las Fuerzas Ssmicas con Normas NEC-SE-DS

    nt hCT (NEC-SE-DS 6.3.3)

    Para prticos especiales de hormign armado sin muros estructurales ni diagonales rigidizadoras,

    Ct = 0.055 y = 0.9.

    .815,020*055,0 9,0 SegTyTx

    viii. Calcular la cortante basal de diseo

    W

    R

    TISV

    EP

    aa

    (NEC-SE-DS 6.3.2)

  • Coeficiente de configuracin estructural en planta P (NEC-SE-DS 5.3)

    El coeficiente P se estimar a partir del anlisis de las caractersticas de regularidad e irregularidad en

    las plantas en la estructura, descritas en la Tabla 13. Se utilizar la expresin:

    Cuando una estructura no contempla ninguno de los tipos de irregularidades descritas en la Tabla 13, en

    ninguno de sus pisos, P tomar el valor de 1 y se le considerar como regular en planta.

  • Tabla 13: Coeficientes de irregularidad en planta

    Tipo 1. Irregularidad torsional

    La NEC le penaliza con un coeficiente Pi = 0,9 a continuacin se presenta el clculo del centro de masas

    y centro de rigidez del edificio y se verificar si existe excentricidad entre los centros.

    CENTRO DE MASAS

    En un piso genrico i el centro de masas o centro de gravedad es el punto por donde pasa la resultante de

    las cargas de las columnas de todo el piso que se analiza, y se lo calcula con las siguientes ecuaciones.

  • i

    ii

    cgA

    XAX

    *;

    i

    ii

    cgA

    YAY

    *

    Donde:

    iA rea de cada piso

    ii YX Longitud desde el origen hasta el centro de gravedad de la figura

    mx

    xxX cg 225,5

    4,1645,10

    225,54,1645,10 , m

    x

    xxYcg 2,8

    4,145,10

    2,84,1645,10

    CENTRO DE MASAS

    PISOS Xi (m) Yi (m)

    1 5,225 8,2

    2 5,225 8,2

    3 5,225 8,2

    4 5,225 8,2

    5 5,225 8,2

    CENTRO DE RIGIDEZ O DE TORSIN

    El centro de rigidez o de torsin de un determinado nivel i de la estructura es el punto donde al aplicar la

    fuerza de corte horizontal correspondiente el piso solo se traslada horizontalmente, sin rotar con respecto

    al nivel inferior y sus coordenadas se calculan con las siguientes ecuaciones.

  • yy

    iyy

    crK

    XKX

    *,

    xx

    ixx

    crK

    YKY

    *

    Donde:

    K = rigidez de prtico en sentido X o en sentido Y

    Xi-Yi = Longitud desde el origen hasta el eje de las columnas

    3

    12

    H

    EIK

    Rigidez a corte ya que las columnas se encuentran bi-empotradas en sus

    dos extremos.

    12

    3bhI

    Inercia de un elemento estructural siendo h la longitud de la columna en la

    cual se est realizando el clculo.

    Ec=2173706T/m2

    Columna Esq. 40cm x 45 cm,

    43

    00303,012

    45,0*4,0mI

    , mTK /99,1237

    4

    0,00303*2173706*123

    Columna Exc y centrada 40cm x 55cm,

    43

    00554,012

    55,0*4,0mI

    , mTK /31,2260

    4

    0,00554*2173706*123

    ixxxxxxxx YCKBKAKK *)111(1

    16*)99,123731,226099,1237(1 xxK

    TK xx 82,757801

  • CLCULO DE LA RIGIDEZ (Kx-x)

    ALTURA DE PISO (m) 4 MDULO DE ELAST.(E) CONCRETO T/m2 2173706

    PISO PORTICOS COLUMNAS

    rigidez (T/m) DIST(Yi) rigidez prtico (T)

    1,2,3,4,5

    Prtico 1

    COL. ESQ

    No b (m) h (m) I (m4)

    2 0,4 0,45 0,0030 2476,0

    COL. EXC

    1 0,4 0,55 0,00555 2260,31

    4736,30 16 75780,83

    Prtico 2

    COL. EXC

    2 0,4 0,55 0,00555 4520,63

    COL. CEN

    1 0,4 0,55 0,00555 2260,31

    6780,94 12 81371,33

    Prtico 3

    COL. EXC

    2 0,4 0,55 0,00555 4520,63

    COL. CEN

    1 0,4 0,55 0,00555 2260,31

    6780,94 8 54247,55

    Prtico 4

    COL. EXC

    2 0,4 0,55 0,00555 4520,63

    COL. CEN

    1 0,4 0,55 0,00555 2260,31

    6780,94 4 27123,78

    Prtico 5

    COL. ESQ

    2 0,4 0,45 0,00304 2475,99

    COL. EXC

    1 0,4 0,55 0,00555 2260,31

    4736,30 0 0,00

    29815,43 238523,48

    Y 8

  • CLCULO DE LA RIGIDEZ (Ky-y)

    ALTURA DE PISO 4 MDULO DE ELAST.(E) CONCRETO

    T/m2 2173706

    PISO PORTICOS COLUMNAS rigidez

    (T/m) DIST(Xi)

    rigidez

    prtico

    (T)

    1,2,3,4,5

    Prtico A

    COL. ESQ

    No b (m) h (m) I (m4)

    2 0,45 0,4 0,0024 1956,335

    COL. EXC

    3 0,55 0,4 0,00293 3586,615

    5542,95 0 0

    Prtico B

    COL. EXC

    2 0,55 0,4 0,00293 2391,077

    COL. CEN

    3 0,55 0,4 0,00293 3586,615

    5977,692 5 29888,46

    Prtico C

    COL. ESQ

    2 0,45 0,4 0,0024 1956,335

    COL. EXC

    3 0,55 0,4 0,00293 3586,615

    5542,95 10 55429,5

    17063,59 85317,96

    X 5

    COMPARACIN ENTRE EL CENTRO DE MASAS Y CENTRO DE RIGIDEZ

    PISO CENTRO DE MASAS CENTRO DE RIGIDEZ EXCENTRICIDAD

    Xcg Ycg Xcr Ycr ex ey

    1 5 8 5 8 0 0

    2 5 8 5 8 0 0

    3 5 8 5 8 0 0

    4 5 8 5 8 0 0

    5 5 8 5 8 0 0

    Se puede observar que no habr problemas de torsin.

    Tipo 2. Retrocesos excesivos en las esquinas

    Conclusin

    En nuestra edificacin no existen esquinas entrantes, por que las dimensiones son regulares en todos los

    pisos.

  • Tipo 3. Discontinuidades en el sistema de piso

    Conclusin

    No tenemos discontinuidad de Diafragmas, porque no tenemos reas abiertas en toda el rea del diafragma

    Tipo 4. Ejes estructurales no paralelos

    Conclusin

    Todos los ejes son paralelos tanto en el eje X como en el eje Y

    PBPAP x

    1PA , 1PB

    1P

    Coeficiente de configuracin estructural en elevacin E (NEC-SE-DS 5.3)

    El coeficiente E se estimar a partir del anlisis de las caractersticas de regularidad e irregularidad en

    elevacin de la estructura, descritas en la Tabla 14. Se utilizar la expresin:

    Cuando una estructura no contempla ninguno de los tipos de irregularidades descritos en lasTabla 13 y

    Tabla 14 en ninguno de sus niveles, E = 1 y se le considerar como regular en elevacin.

    Adicionalmente, para estructuras tipo prtico especial sismo resistente con muros estructurales (sistemas

    duales), que cumplan con la definicin de la seccin 1.2, se considerar:

  • Tabla 14: Coeficientes de irregularidad en elevacin

  • Tipo 1. Piso flexible

    PISO rigidez

    (T/m)

    1 46879,03

    2 46879,03

    3 46879,03

    4 46879,03

    5 46879,03

    32 *7,0 KK

    03,46879*7,003,46879

    32,3281503,46879 Falso

    38,0 5432

    KKKK

    3

    03,4687903,4687903,468798,003,46879

    22,3750303,46879 Falso

    Tipo 2. Distribucin de masas

    PISOS

    Carga

    muerta

    (T)

    5 183,485

    4 183,485

    3 183,485

    2 183,485

    1 191,021

    32 *5,1 mm

    485,183*5,1485,183

    22,275485,183 Falso

    12 *5,1 mm

    021,191*5,1485,183

    53,286485,183 Falso

  • Tipo 3. Irregularidad geomtrica

    Conclusin

    No existe irregularidad geomtrica

    EBEAE x 1EA , 1EB 11xE

    1E

    Calculo de la Cortante Basal

    WR

    ISV

    EP

    a

    Categora de edificio y coeficiente de importancia I (NEC-SE-DS 4.1)

    Tabla 6: Tipo de uso, destino e importancia de la estructura

    3,1I

    Tipos de perfiles de suelos para el diseo ssmico (NEC-SE-DS 3.2.1)

  • Tabla 2: Clasificacin de los perfiles de suelo

    La edificacin va ser construida en un perfil de Roca de rigidez media

    Tipo de perfil: B

    Zonificacin ssmica y factor de zona Z (NEC-SE-DS 3.1.1)

    Tabla 1. Valores del factor Z en funcin de la zona ssmica adoptada

    La edificacin ser construida en la poblacin de Tumbaco, provincia del Pichincha

    Zona ssmica: V y Factor Z: 0,4g

  • Coeficientes de perfil de suelo Fa, Fd y Fs (NEC-SE-DS 3.2.2)

    Fa: Coeficiente de amplificacin de suelo en la zona de perodo cort.

    Tabla 3: Tipo de suelo y Factores de sitio Fa

    1aF

    Ductilidad y factor de reduccin de resistencia ssmica R (NEC-SE-DS 6.3.4)

    Tabla 15: Coeficiente R para sistemas estructurales dctiles

  • 8R

    Amplificacin espectral (NEC-SE-DS 3.3.1)

    48,2

    Carga ssmica reactiva W (NEC-SE-DS 6.1.7)

    Independientemente del mtodo de anlisis descrito en la seccin 6.2 se usara la siguiente carga ssmica

    reactiva W.

    Caso general

    PISOS W=D

    (T)

    5 183,485

    4 183,485

    3 183,485

    2 183,485

    1 191,021

    924,961

  • WR

    ISV

    EP

    a

    aa ZFS 48,2

    1aF

    4,0Z

    992,01*4,0*48,2 aS

    3,1I

    8R

    1P

    1E

    TW 961,924

    TVV yx 104,149961,9241*1*8

    992,0*3,1

    ix. Distribucin vertical de fuerzas laterales (NEC-SE-DS 6.3.5)

    V

    hW

    hWF

    k

    i

    n

    i

    i

    k

    xxx

    1

    .815,0 SegT

    .5,2815,0.5,0 SegSegSeg

    157,1815,0*5,075,0 K

    PISO Wi (T) hi (m) hik

    Wi.hik

    Wi.hik/ V (T)

    FUERZAS

    (T)

    30%FUERZA

    S (T)

    5 183,49 20,00 32,07 5884,43 0,35 149,10 52,62 15,79

    4 183,49 16,00 24,77 4544,85 0,27 149,10 40,64 12,19

    3 183,49 12,00 17,75 3257,52 0,20 149,10 29,13 8,74

    2 183,49 8,00 11,10 2037,23 0,12 149,10 18,22 5,47

    1 191,02 4,00 4,98 950,69 0,06 149,10 8,50 2,55

    16674,72 149,10 44,73

  • x. Excentricidad accidental

    mmLe xx 5225,045,10*05,0*05,0

    mmLe yy 82,04,16*05,0*05,0

    xi. Esquematizar la distribucin de cargas para Sismo X y Sismo Y

    Para la seleccin de la direccin de aplicacin de las fuerzas ssmicas, deben considerarse los efectos

    ortogonales, suponiendo la concurrencia simultnea del 100% de las fuerzas ssmicas en una direccin y el

    30% de las fuerzas ssmicas en la direccin perpendicular (NEC-11, 2.7.3).

    Distribucin de cargas sismo X

    Distribucin de cargas sismo Y

  • xii. Modelamiento con el SAP 2000

    1) Unidades de medidas Tonf, m, C

    Hacemos click en el menu File se nos abre una ventana y hacemos click en New Model y obtenemos la

    siguiente ventana

    como vamos a modelar en 3D hacemos click en 3D frames.

  • 2) Modelo tridimensional

    Nmeros de pisos: 5, Altura de pisos: 4m, Numero de luces en X: 2, Ancho de luces en x: 5m, Numero de

    luces en Y: 4, Ancho de luces en y: 4m

    Hacemos click en OK. y obtenemos nuestro modelo en 3D.

  • 3) Profundidad de desplante

    Zapatas esquineras 1,2m x 1,2m x 0,4m con desplante de 1m

    Altura del cimiento 0,4m se desplazara hasta el nivel -1,2

    Marcamos los apoyos de las columnas esquineras y hacemos click en el men Edit se nos abre una

    ventana y escogemos la opcin mover

  • En Delta Z escribimos -1,2 que es igual a 1m de desplante ms la mitad del espesor de la zapata esquinera.

    Y hacemos Ok.

    Zapatas excntrica 1,5m x 1,5m x 0,5m con desplante de 1m

    Se mover hasta el nivel Z = -1,25m.

    Se procede de la misma forma para las zapatas excntricas.

  • Marcamos todos los apoyos de las columnas excntricas.

    Hacemos Ok .

    Zapatas cntrica 2m x 2m x 0,75m con desplante de 1m

    Se mover hasta el nivel Z = -1,375m

  • Hacemos Click en Ok y desta forma tenemos todas las zapatas ubicados en su nivel de desplante.

    4) Empotramos la base

    Hacemos Click con el botn derecho y obtenemos la siguiente ventana.

    Hacemos click en Edit grid Data y obtenemos la siguiente ventana

  • Hacemos Click en Modify/Show System y obtenemos la siguiente ventana. En la ventana que se nos abre

    formamos las grillas para los ejes de Zapatas.

    En Z Grid Data escribimos Z7 = -1,2, Z8 = -1,25, Z9 = -1,375. Como se muestra.

    Hacemos Click en Ok.

    Ahora si podemos ver los apoyos.

    Marcamos todos los apoyos de la base.

  • Todos los apoyos sern empotrados. Para empotrar seguimos la siguiente secuencia.

    Hacemos Click en el men Assign y se nos abre dos ventanas y escogemos la opcin Restraints.

    Escogemos la opcin de apoyo empotrado.

  • Hacemos Ok y tendremos nuestro modelo con apoyos empotrados

    4) Excentricidad Accidental

    Para formar las nuevas grillas y adicionar los centros de masas

    ex = 0,5225m, ey = 0,82m.

    en X Grid Data 0,5225 y en Y Grid Data 0,82, como se muestra en la figura.

  • 5) Definir Materiales

    Secciones agrietadas (NEC-2.7.1.2.1)

    Para el caso de estructuras de hormign armado, en el clculo de la rigidez y de las derivas mximas se

    debern utilizar los valores de las inercias agrietadas de los elementos estructurales, de la siguiente

    manera: 0.5 Ig para vigas (considerando la contribucin de las losas, cuando fuera aplicable) y 0.8 Ig para

    columnas, siendo Ig el valor de la inercia no agrietada de la seccin transversal del elemento.

    Ec = 2173706T/m2

    fc = 2100T/m2

    c = 0,2

    Viga = 0,5*Ec

    Viga = 0,5*2173706T/m2 = 1086853T/m

    2

    Para definir los materiales hacemos Click en el men Define en la ventana que se nos abre hacemos Click

    en Materials y obtenemos otra ventana.

  • En esta ventana hacemos Click en Modify/Show Material y obtenemos la siguiente ventana.

    En la ventana que se nos abre llenamos los datos como se muestra en la ventana.

  • Hacemos Click en Ok y tenemos definido la inercia agrietada de la viga.

    Para la inercia agrietada de la columna.

    Ec = 2173706T/m2

    fc = 2100T/m2

    c = 0,2

    Columna = 0,8*Ec

    Columna = 0,8*2173706T/m2 = 1738964,8T/m

    2

  • Hacemos Click dos veces y queda definido las inercias agrietadas de viga y columnas.

    6) Verificar ejes locales

    Hacemos Click en Local Axes y finalmente Ok obtenemos los ejes locales de cada elemento.

  • 6) Definir propiedades de los elementos

    Vigas 25cmx40cm, Vigas 25cmx50cm, Columnas 40cmx45cm, Columnas 40cmx55cm

    Para definir las propiedades de los elementos, hacemos Click en el menu Define se nos abre una ventana

    como se muestra.

  • Hacemos Click en Add New Property, se nos abre otra ventana.

    Escogemos la opcin concreto y tenemos la siguiente ventana, en esta ventana escogemos la opcin

    Rectangular.

  • Columnas 40cmx45cm

    Hacemos click en Concrete Reinforcement y obtenemos la siguiente ventana.

  • De la misma forma procedemos con las dems columnas

    Columnas 40cmx55cm

  • Hacemos dos veces Ok y as quedan definido las propiedades de las columnas.

    Ahora Vamos definir las propiedades de las vigas

    Vigas 25cmx40cm

  • Hacemos click en Concrete Reinforcement y obtenemos la siguiente ventana.

    En esta ventana escogemos la opcin Beam en Design Type. Y obtenemos la siguiente ventana

  • Hacemos dos veces Ok y tendremos definido las vigas Longitudinales con las vigas transversales se sigue

    el mismo procedimiento.

    Vigas 25cmx50cm

    Una vez definido las propiedades de las vigas y columnas como se muestra en la figura, hacemos Ok

  • Tenemos todas las secciones definidas con sus respectivas propiedades

    7) Asignar secciones de columnas y vigas

    Las columnas esquineras son de 40cm x 45cm.

    Marcamos todas las columnas esquineras y asignamos sus secciones

  • Escogemos las columnas 45cm x 40cm y hacemos Click en Ok.

    Las columnas excntricas y centradas son 40cm x 55cm.

    Marcamos las columnas Excntricas y centradas y asignamos las secciones correspondiente

    Hacemos Click en Ok y tendremos asignado las secciones para las columnas

  • Vigas Longitudinales

    Las vigas longitudinales son de 25cm x 40cm.

    Marcamos todas las vigas que estn en la direccin del eje Y, y asignamos su seccin como se muestra en

    la figura

    Hacemos Click en Ok y tendremos asignado su seccin en las vigas longitudinales.

    De la misma manera procedemos para las Vigas transversales,

    Las vigas Transversales son de 25cm x 50cm.

  • Hacemos Ok y tendremos asignados las vigas transversales.

    7) Brazos Rgidos

    Seleccionar columnas esquineras del primer nivel.

    Zapatas 1,2m x 1,2m x 0,4m

  • Hacemos Click en Ok y quedan definidos los brazos rgidos de las columnas esquineras.

    Seleccionar columnas excntricas del primer nivel.

    Zapatas 1,5m x 1,5m x 0,5m

    Hacemos Click en Ok y quedan definidos los brazos rgidos de las columnas excntricas.

    Seleccionar columnas cntricas del primer nivel.

  • Zapatas 2m x 2m x 0,75m

    Seleccionamos todas las vigas longitudinales

    Columnas esquineras 0,4m x 0,45m, Columnas excntricas y centradas 0,4m x 0,55m

    Seleccionamos las vigas esquineras transversales

  • Hacemos Click en Ok.

    Seleccionamos las vigas transversales de los prticos 2, 3, 4.

  • Hacemos click en Ok y tendremos definidos todos los brazos rigidos tanto de zapatas, columnas y vigas

    8) Generar el centro de masa para aplicar las fuerzas

    Dibujamos un nudo especial por piso en el centro de masa

    Repetimos este proceso hasta el quinto piso.

  • Una vez dibujado los nudos especiales que sern los centros de masas donde se aplicaran las cargas

    ssmicas

    9) Restringir los nudos de los centro de masa de cada piso

    Marcamos los centros de masas de cada piso. Y se procede a restringir de la siguiente manera, hacemos

    Click en el men Assign-Joint-Restraints

  • Los tres grados de libertad

    Desplazamiento en X y Y, rota alrededor del eje Z

    Hacemos click en Ok y tendremos restringido todos los centro de masas

  • 10) Diafragma rgido

    Para los diafragmas rgidos se hace click en el men define se nos abre una ventana y hacer click en Joint

    Constraints

    Se nos abre esta ventana.

  • Hacemos click en Add New Constraints

    Hacemos Ok y tendremos definido el diagframa 1 del piso 1 de la misma forma se procede con los dems

    pisos.

  • Una vez definido los Diagframa de los piso hacemos click en Ok.

    Seleccionar todos los nudos de cada piso incluido el centro de masa y asignar los diafragmas rgidos para

    cada piso.

  • Asignamos losa 1

    Hacemos Click en Ok y tendremos asignado la losa 1

    Se procede de la misma forma con todos los pisos

    Hacemos click en Ok y tendremos asignado todos los diagframas como se muestra en la figura.

  • 11) Estados de cargas

    Para definir los estados de cargas ssmicas se hace Click en el men Define se nos abre una ventana y

    hacemos click en Load Patterns

    Y obtenemos la siguiente ventana. Los dos estados de carga sern Sismo en X y Sismo en Y

  • Hacemos Click en Ok

    11) Asignar cargas ssmicas en cada direccin

    Las fuerzas ssmicas en las direcciones X y Y son iguales

    PISO Wi (T) hi (m) hik

    Wi.hik

    Wi.hik/ V (T) FUERZAS (T)

    30%FUERZA

    S (T)

    5 183,49 20,00 32,07 5884,43 0,35 149,10 52,62 15,79

    4 183,49 16,00 24,77 4544,85 0,27 149,10 40,64 12,19

    3 183,49 12,00 17,75 3257,52 0,20 149,10 29,13 8,74

    2 183,49 8,00 11,10 2037,23 0,12 149,10 18,22 5,47

    1 191,02 4,00 4,98 950,69 0,06 149,10 8,50 2,55

    16674,72 149,10 44,73

    Marcamos el centro de masa del primer piso y seguimos la siguiente secuencia para asignar las carga

    ssmica al primer piso.

    La fuerza ssmica en la direccin X, es el 100% en X y 30% en Y

    Se procede de la misma forma para todos los pisos, la fuerza ssmica se ubica en el centro de masa.

  • Hacemos Ok y tenemos la carga asignada en el centro de masa del piso 1 de la misma forma procedemos

    con todos los pisos.

    Una vez ingresado las cargas ssmicas para la direccin X

    Procedemos a ingresar en la Direccin Y

    La fuerza ssmica en la direccin Y, es el 100% en Y y 30% en X

    Se procede de la misma forma para todos los pisos, la fuerza ssmica se ubica en el centro de masa.

  • Hacemos Click en Ok y tenemos asignados las cargas ssmicas tanto en la direccin X como en la

    direccin Y

  • 12) Verificar grados de libertad

  • Factor de escala

    0,75R, donde R = 8, tanto en X como en Y

  • Hacemos click en Ok

    Grados de libertad

  • Escogemos la opcin de Space Frame y hacemos click en Ok

    13) Casos de cargas

  • Eliminamos la carga muerta y el modal

    Vamos a grabar el archivo con el nombre A.S.E.-Tumbaco

    Hacemos click en guardar y nuestro archivo esta pronto para correr

  • Hacemos Click en Run Now.

    14) RESULTADOS

    Desplazamiento en X

  • Desplazamiento en Y

    Fuerza Axial Mximo debido al Sismo X

  • Fuerza Axial Mximo debido al Sismo Y

    Fuerza Cortante Mximo debido al Sismo X

  • Momento Mximo debido al Sismo X

    Fuerza Cortante Mximo debido al Sismo Y

  • Momento Mximo debido al Sismo Y

    Desplazamiento

    y fuerza interna

    Empotrado

    (Sismo X+)

    Empotrado

    (Sismo Y+)

    Xmax (Edificio) 70,778 cm -

    Ymax (Edificio) - 100,11 cm

    Nmax 45,03 T 50,92T

    Vmax 15,11 T 11,93 T

    Mmax 46,30 T-m 36,16 T-m

    xiii. Control de la deriva de piso para Sismo X+ y Sismo Y+

    PISO Dx

    (cm) Altura (cm)

    Deriva en X NEC (0,020)

    5 70,77 400 0,0199 Si

    4 62,81 400 0,03135 No

    3 50,27 400 0,04025 No

    2 34,17 400 0,044325 No

    1 16,44 500 0,03288 No

    Conclusin: es necesario reforzar en la direccin X

  • PISO Dy

    (cm) Altura (cm)

    Deriva en Y NEC (0,020)

    5 100,11 400 0,0262 No

    4 89,63 400 0,0429 No

    3 72,47 400 0,055825 No

    2 50,14 400 0,062775 No

    1 25,03 500 0,05006 No

    Conclusin: es necesario reforzar en la direccin Y

    xiv. Calculo del efecto P- de la estructura con los pesos calculado en el tem iv

    ii

    ii

    ihV

    PQ

    (NEC_SE_DS 6.3.8)

  • Sismo X

    PISO Pi = CM+CV

    (T)

    i (cm)

    FUERZAS

    (T)

    Vi (T)

    hi (cm)

    Qi

    5 200,623 70,77 52,62 52,62 400 0,675

    4 217,761 62,81 40,64 93,26 400 0,367

    3 217,761 50,27 29,13 122,39 400 0,224

    2 217,761 34,17 18,22 140,6 400 0,132

    1 225,297 16,44 8,50 149,1 500 0,050

    Conclusin: La estructura es inestable en el piso 4 y 5

    Sismo Y

    PISO Pi = CM+CV

    (T)

    i (cm)

    FUERZAS

    (T)

    Vi (T)

    hi (cm)

    Qi

    5 200,623 100,11 52,62 52,62 400 0,954

    4 217,761 89,63 40,64 93,258 400 0,523

    3 217,761 72,47 29,13 122,39 400 0,322

    2 217,761 50,14 18,22 140,6 400 0,194

    1 225,297 25,03 8,50 149,1 500 0,076

    Conclusin: La estructura es inestable en el piso 3, 4 y 5

    xv. Innovaciones

    En el primer modelo analizado no pasaron las derivas de acuerdo a las Norma Ecuatoriana de

    Construccin.

    Se tiene varias opciones para poder ajustar el modelo para que cumplas las derivas minimas

    exigidos por la NEC.

    Aumentar la resistencia a la compresin del concreto de fc = 210 kg/cm2 a 280 kg/cm

    2, 350

    kg/cm2 420 kg/cm2.

    Aumentar las dimensiones de los elementos estructurales de vigas, columnas.

    Usar muros estructurales

    Usar disipadores de energa

    INNOVACIN I

    Nuestra primera opcin fue incrementar la resistencia a la compresin del concreto de fc = 210 kg/cm2 a

    280 kg/cm2, 350 kg/cm

    2 420 kg/cm2. Con este aumento en la resistencia del concreto, poder mejorar el

    comportamiento de la estructura a cargas lateras y finalmente cumplir con el control de derivas.

  • Para este nuevo modelo solo se modificaron la resistencia a la comprensin del concreto, el modulo de

    elasticidad del concreto y las inercias agrietadas de vigas y columnas

    Cc fE 15000 2/420 cmKgf C

    2T/m3074085,2310*420*15000 cE

    Inercia agrietada de Vigas y Columnas

    2/m1537042,6T3074085,23*5,05,0 cEViga 2/4200 mTf C , 2,0

    2/m2459268,2T3074085,23*8,08,0 cEColumna 2/4200 mTf C , 2,0

  • Control de la deriva de piso para Sismo X+ y Sismo Y+

    Desplazamiento en X

  • PISO Dx

    (cm)

    Altura

    (cm) Deriva en X NEC (0,020)

    5 50,04 400 0,014075 Si

    4 44,41 400 0,022175 No

    3 35,54 400 0,02845 No

    2 24,16 400 0,03135 No

    1 11,62 500 0,02324 No

    Conclusin: es necesario reforzar en la direccin X

    Desplazamiento en Y

  • PISO Dy

    (cm)

    Altura

    (cm) Deriva en Y NEC (0,020)

    5 70,79 400 0,018525 Si

    4 63,38 400 0,030325 No

    3 51,25 400 0,039475 No

    2 35,46 400 0,0444 No

    1 17,7 500 0,0354 No

    Conclusin: es necesario reforzar en la direccin Y

    Se aumento hasta una resistencia a la compresin del concreto a 420 kg/cm2, y las derivas de pisos

    continan siendo mayores a los estipulados en la Norma NEC.

    INNOVACIN 2

    Se modificaran Todos los elementos estructurales

    Resistencia a la compresin del concreto fc = 2100T/m2

    Columnas esquineras de 1m de altura, 1m de ancho y 0,5m de espesor

    Columnas excntricas y centradas 60cm x 70cm

    Vigas longitudinales y transversales 45cm x 50cm

    Piso 5:

  • Carga Muerta:

    Losa aligerada 10,45m x 16,4 m x 0,74T /m2 = 126,821T

    Columnas esquineras (100cm x 100cm x 50cm) 4 x 1,5m x 0,50m x 4m x 2,4T /m3 = 28,8T

    Columnas (60cm x 70cm) 11 x 0,60m x 0,70m x 4m x 2,4T /m3 = 44,35T

    Vigas longitudinal (45cm x 50cm) 10 x 0,45m x 0,50m x 5m x 2,4T /m3 = 27T

    Vigas Transeversal (45cm x 50cm) 12 x 0,45m x 0,50m x 4m x 2,4T /m3 = 25,92T

    Carga Muerta (126,821+28,8+36,96+27+25,92)T = 245,50T

    Carga Viva:

    Techo 0,1 T/m2 (NEC_SE_CG 4.2.1 Tabla 9)

    Carga Viva 10,45m x 16,4 m x 0,1T /m2 = 17,138T

    Piso 2, 3 y 4:

    Carga Muerta:

    Losa aligerada 10,45m x 16,4 m x 0,74T /m2 = 126,821T

    Columnas esquineras (100cm x 100cm x 50cm) 4 x 1,5m x 0,50m x 4m x 2,4T /m3 = 28,8T

    Columnas (60cm x 70cm) 11 x 0,60m x 0,70m x 4m x 2,4T /m3 = 44,35T

    Vigas longitudinal (45cm x 50cm) 10 x 0,45m x 0,50m x 5m x 2,4T /m3 = 27T

    Vigas Transeversal (45cm x 50cm) 12 x 0,45m x 0,50m x 4m x 2,4T /m3 = 25,92T

    Carga Muerta (126,821+28,8+36,96+27+25,92)T = 245,50T

    Carga Viva:

    Centro Educativo (aulas) 0,2 T/m2 (NEC_SE_CG 4.2.1 Tabla 9)

    Carga Viva 10,45m x 16,4 m x 0,2T /m2 = 34,276T

    Piso 1:

    Carga Muerta:

    Losa aligerada 10,45m x 16,4 m x 0,74T /m2 = 126,821T

    Columnas esquineras (100cm x 100cm x 50cm) 4 x 1,5m x 0,50m x 5m x 2,4T /m3 = 36T

    Columnas (60cm x 70cm) 11 x 0,60m x 0,70m x 5m x 2,4T /m3 = 54,44T

    Vigas longitudinal (45cm x 50cm) 10 x 0,45m x 0,50m x 5m x 2,4T /m3 = 27T

    Vigas Transeversal (45cm x 50cm) 12 x 0,45m x 0,50m x 4m x 2,4T /m3 = 25,92T

    Carga Muerta (126,821+36+46,2+27+25,92)T = 261,94T

    Carga Viva:

    Centro Educativo (aulas) 0,2 T/m2 (NEC_SE_CG 4.2.1 Tabla 9)

    Carga Viva 10,45m x 16,4 m x 0,2T /m2 = 34,276T

    Predimensionar las Zapatas Aisladas.

  • SUELO CAPACIDAD PORTANTE CONSTANTE

    k

    FLEXIBLE qa 1,2Kg/cm2

    0,7

    INTERMEDIO 1,2Kg/cm2 3Kg/cm2

    0,9

    a

    Servicio

    zapataqk

    PA

    .

    Por tanto se considera

    9,0k y 2/5,3 cmKgqa

    Las cargas de servicio por pisos se muestran en la tabla.

    PISOS CM

    (T)

    CV

    (T)

    Pservicio = CM+CV

    (T)

    5 252,89 17,14 270,031

    4 252,89 34,28 287,169

    3 252,89 34,28 287,169

    2 252,89 34,28 287,169

    1 271,18 34,28 305,457

    1436,996

    Se tiene un rea de planta de 10,45m x 16,4m = 171,38m2

    2

    2

    2 /384,838,171

    996,1436)/( mT

    m

    TmTPunitario

    a

    tributariaunitario

    zapataqk

    APA

    .

    .

    ZAPATA Atributaria

    m2

    Ptributario T/m

    2 k qa

    T/m2

    Az m

    2 B m

    Baprox. m

    No de

    ZAPATA

    S

    Z1 (Esq.) 5 8,385 0,9 35 1,331 1,154 1,2 4,0

  • Z2 (Exc.) 10 8,385 0,9 35 2,662 1,632 1,6 8,0

    Z3 (Cen.) 20 8,385 0,9 35 5,324 2,307 2,5 3,0

    VERIFICACIN POR PUNZONAMIENTO

    La seccin crtica se encuentra a la distancia de d/2 de la cara de la columna en todo el

    permetro. Se analizara para la Zapata esquineras que tendrn que soportar las columnas en forma

    de L.

    cpup VV Donde:

    )(* oZuup AAV

    Z

    u

    uA

    P

    LBAZ * daehdedbAo

    uP Carga de servicio ultimo

    ZA rea Zapata

    Ao rea critica

  • Se van a considerar que todas las columnas esquineras, excntricas y centradas van a estar conectados con

    sus ejes de gravedad de cada zapatas (Ejes de gravedad de columnas conectados con ejes de gravedad de

    zapatas).

    PISOS CM

    (T)

    CV

    (T)

    Pservicio = CM+CV

    (T)

    Pu = 1,4CM+1,7CV

    (T)

    5 252,89 17,14 270,031 383,185

    4 252,89 34,28 287,169 412,320

    3 252,89 34,28 287,169 412,320

    2 252,89 34,28 287,169 412,320

    1 271,18 34,28 305,457 437,923

    1436,996 2058,067

    2/008,124,16*45,10

    067,2058mT

    A

    PPu

    planta

    utributario

    Columna Esquinera

    Carga en las columnas esquineras

    TnmmTAPuPu coperantetributario 043,605*/008,12*22

    Dimensiones de la Zapata

    Las dimensiones adecuadas para la zapata son, despus de hacer varias iteraciones

    B = 2,2m, L = 2,2m, H = 0,6m, r = 0,075m

    mrHd 525,0075,06,0

    TA

    P

    z

    u

    u 41,122,2*2,2

    043,60

    Dimensiones de la columna

    b = 1m, h = 1m, e = 0,4m, a = 0,4m

    mdhbbo 1,6525,0*41*21*2422

    207,2)525,05,0(*)5,01()525,05,0(*)525,01( mAo

    TAoAuV zup 29,34)076,22,2*2,2(*08,12)(*

    25,0

    1

    h

    bc

  • Tdbofc

    V ccp 72,134525,0*1,6*2100*2

    1,153,0*85,0***

    1,153,0*1

    TdbofV ccp 21,137525,0*1,6*2100*1,1*85,0***1,1*2

    Tomamos el mas critico para la verificacin (el menor).

    cpup VV

    T72,13429,34

    ZAPATA Putrib. T/m

    2

    Atrib. m

    2

    Pu T

    ZAPATA COLUMNA Vup

    T

    Vcp1 T

    Vcp2 T

    Cumple B

    (m)

    L

    (m)

    H

    (m)

    b

    (m)

    h

    (m)

    ESQUI.

    (Z1) 11,691 5 58,45 2,2 2,2 0,60 1 1 34,29 134,72 137,21 Si

    EXCEN.

    (Z2) 11,691 10 116,91 1,8 1,8 0,60 0,7 0,6 69 141,56 105,72 Si

    CENTR.

    (Z3) 11,691 20 233,83 2,2 2,2 0,8 0,7 0,6 146,48 228,76 170,85 Si

    Las dimensiones de las Zapatas y Columnas son.

    ZAPATA ZAPATA

    COLUMNA COLUMNA

    B (m) L (m) H (m) b (m) h (m)

    ESQUI. (Z1) 2,2 2,2 0,6 ESQUI. (C1) 1 1

    EXCEN. (Z2) 1,8 1,8 0,6 EXCEN. (C2) 0,7 0,6

    CENTR. (Z3) 2,2 2,2 0,8 CENTR. (C3) 0,7 0,6

    Las columnas esquineras son de geometria L de dimensiones 1m x 1m x 0,5 m

    Determinar el periodo de vibracin T

    Calculo de las Fuerzas Ssmicas con Normas NEC_SE_DS

    nt hCT

    Para prticos especiales de hormign armado sin muros estructurales ni diagonales rigidizadoras,

    Ct = 0.055 y = 0.9.

    .8152,020*055,0 9,0 SegTyTx

    Calcular la cortante basal de diseo

  • WR

    ISV

    EP

    a

    PBPAP x

    1PA , 1PB

    1P

    EBEAE x 1EA , 1EB 11xE

    1E

    WR

    ISV

    EP

    a

    3,1I

    aa ZFS

    48,2

    4,0Z

    1aF

    8R

    992,01*4,0*48,2 aS

    PISOS W=D

    (T)

    5 252,893

    4 252,893

    3 252,893

    2 252,893

    1 271,181

    1282,75

    TVV yx 77,20675,12821*1*8

    992,0*3,1

    Distribucin vertical de fuerzas laterales

    .0696SegT

    .5,2696,0.5,0 SegSeg

    Para valores de .5,2.5,0 SegTSeg TK 5,075,0

    098,1696,0*5,075,0 K

  • V

    hW

    hWF

    k

    i

    n

    i

    i

    k

    xxx

    1

    PISO Wi (T) hi (m) hik

    Wi.hik

    Wi.hik/ V (T)

    FUERZAS

    (T)

    30%FUERZA

    S (T)

    5 252,893 20,000 26,824 6783,723 0,345 206,780 71,25 21,37

    4 252,893 16,000 20,995 5309,589 0,270 206,780 55,77 16,73

    3 252,893 12,000 15,309 3871,490 0,197 206,780 40,66 12,20

    2 252,893 8,000 9,808 2480,447 0,126 206,780 26,05 7,82

    1 271,181 4,000 4,582 1242,572 0,063 206,780 13,05 3,92

    19687,820 206,78 62,03

    Para la seleccin de la direccin de aplicacin de las fuerzas ssmicas, deben considerarse los efectos

    ortogonales, suponiendo la concurrencia simultnea del 100% de las fuerzas ssmicas en una direccin y el

    30% de las fuerzas ssmicas en la direccin perpendicular.

    Para el anlisis ssmico esttico trabajaremos con el modelo inicial y haremos las variaciones necesarias

    para los datos siguientes.

    Primero cambiaremos las posiciones de las bases.

    Zapatas de

    ZAPATA ZAPATA

    B (m) L (m) H (m)

    ESQUI. (Z1) 2,2 2,2 0,6

    EXCEN. (Z2) 1,8 1,8 0,6

    CENTR. (Z3) 2,2 2,2 0,8

    Las zapatas tienen un desplante de 1m y en el primer modelo las zapatas esquineras tenan un espesor de

    40 cm, ahora con el nuevo modelo tienen un espesor de 60 cm.

    Marcamos todos los empotramientos de las columnas esquineras y moveremos a Z = -0,1

  • Modificando el modelo inicial del Sap 2000

    Hacemos Ok y las apoyos se desplazaron a Z = -1,3.

    De la misma forma Hacemos con los apoyos excntricos, antes el espesor de la zapata era 50 cm ahora es

    60 cm, moveremos todos los apoyos excntricos hasta Z = -0.05

    Marcamos todos los apoyos excntricos

  • Hacemos Ok y las apoyos se desplazaron a Z = -1,3.

    De la misma forma Hacemos con los apoyos cntricos, antes el espesor de la zapata era 75 cm ahora es 80

    cm, moveremos todos los apoyos excntricos hasta Z = -0.025

    Marcamos todos los apoyos cntricos

  • Hacemos Ok y tendremos las nuevas posiciones de las bases empotradas, correspondientes a su desplante

    ms el espesor de la zapata.

    Definir Nuevas Secciones para las columnas esquineras.

    Modificamos las dimensiones de columnas esquineras excntricas y cntricas y todas las vigas

    Columnas excntricas y cntricas.

  • Hacemos Ok y tenemos las columnas con sus dimensiones de 60 cm x 70 cm.

    Ahora modificaremos las dimensiones de las vigas transversales y longitudinales de 45 cm x 50 cm.

    Hacemos Ok y tenemos modificados las dimensiones de las vigas.

  • Ahora vamos definir la nueva seccin para las columnas esquineras que sern de forma en L.

    Seguiremos los siguientes procedimiento para este tipo de secciones.

    Hacemos Ok en Other y tenemos la siguiente ventana

    Escogemos la opcin Section Designer para nuestra columna esquinera.

  • Hacemos Click en Section Designer y tenemos la siguiente ventana para poder dibujar nuestra seccin L

    Hacemos Click en el men Draw y escogemos la opcin Angle para dibujar nuestra seccin

  • Hacemos un click en la ventana vaca y obtenemos nuestra seccin.

    Luego hacemos click derecho sobre la seccin para poder introducir sus dimensiones, y el material.

  • Hacemos Ok. Y tenemos la seccin en L que ser para las columnas esquineras.

    Hacemos Click en DONE despus dos veces Ok, y finalmente tendremos todas las secciones con sus

    dimensiones.

    Asignar las Secciones a los elementos

    Marcamos las columnas esquineras y asignamos su correspondiente seccin que es en L.

  • Hacemos Ok y tendremos asignado su correspondiente seccin

    De la misma manera haremos con las columnas excntricas y cntricas.

    Hacemos Ok y tendremos asignado su correspondiente seccin

    Marcamos todas las vigas transversales y longitudinales para asignar su nueva seccin de 45 cm x 50 cm

  • Hacemos Ok y tendremos asignado su seccin correspondiente.

    Marcamos todas las columnas excntricas y centradas, y asignamos su nueva seccin.

    Hacemos Ok y tendremos asignado su seccin para las columnas excntricas y centradas.

    Finalmente tendremos tres tipos de secciones

    Como se muestra a continuacin.

  • Modificar Brazos rgidos

    Para la unin Viga-columna y Columna-Zapata

    Para las vigas transversales sus brazos rgidos son Punto inicial 0,35 cm, punto final 0,35 cm y factor de

    zona rgida 1.

    Marcamos todas las vigas longitudinales y modificamos sus brazos rgidos.

  • Para las vigas longitudinales sus brazos rgidos son Punto inicial 0,3 cm, punto final 0,3 cm y factor de

    zona rgida 1.

    Ahora vamos modificar los brazos rigidos de las columnas esquineras tanto en el sentido transversal como

    longitudinal

    Sentido Transversal

  • Sentido longitudinal

  • Hacemos Ok y as tendremos modificado sus brazos rgidos.

  • Brazos Rgidos en Columnas-Zapatas

    Las columnas excntricas y esquineras tendrn un brazo rgido de Punto inicial 0,3 punto final 0 con un

    factor de zona rgida de 1

  • Los brazos rgidos para las columnas cntricas y Zapatas ser de punto inicial 0,4 punto final 0 y factor de

    zona rgida de 1.

    Modificar Ejes locales de las columnas esquineras

    Tendremos que modificar los ejes locales de las columnas C-5, C-1, A-1

  • Modificar ejes locales de las columnas esquineras

    Las columnas que se encuentra en el eje C-5 desde el primer piso al quinto piso se har rotar -90 grados.

    Siguiendo el siguiente proceso.

    Marcamos todas las columnas del eje C-5 desde el primer piso hasta el quinto piso

  • Hacemos Ok y obtendremos rotado las columnas del eje C-5 como se muestra en la figura

    Para las columnas del Eje C-1 hacemos rotar 180 grados. Marcamos todas las columnas del eje C-1 desde

    el primer piso al piso cinco.

  • Hacemos Ok y obtendremos rotado las columnas del eje C-1 como se muestra en la figura

    Para las columnas del Eje A-1 hacemos rotar 90 grados. Marcamos todas las columnas del eje A-1 desde

    el primer piso al piso cinco.

  • Hacemos Ok y obtendremos rotado las columnas del eje A-1 como se muestra en la figura

    Ahora procedemos a ingresar las nuevas cargas ssmicas calculadas para las nuevas secciones.

  • PISO Wi (T) hi (m) hik

    Wi.hik

    Wi.hik/ V (T)

    FUERZAS

    (T)

    30%FUERZA

    S (T)

    5 252,893 20,000 26,824 6783,723 0,345 206,780 71,25 21,37

    4 252,893 16,000 20,995 5309,589 0,270 206,780 55,77 16,73

    3 252,893 12,000 15,309 3871,490 0,197 206,780 40,66 12,20

    2 252,893 8,000 9,808 2480,447 0,126 206,780 26,05 7,82

    1 271,181 4,000 4,582 1242,572 0,063 206,780 13,05 3,92

    19687,820 206,78 62,03

    Sismo en direccin X, 100% en X y 30 % en Y

    Hacemos Ok y se habrn asignado las cargas para el primer piso,

  • Procederemos de la misma manera con los dems pisos.

    Hacemos Ok y de esta manera tendremos asignados todas las cargas para la direccin X.

    Sismo en direccin Y, 100% en Y y 30 % en X

    Hacemos Ok y se habrn asignado las cargas para el primer piso,

  • Procederemos de la misma manera con los dems pisos.

    Hacemos Ok y de esta manera tendremos asignados todas las cargas para la direccin Y.

    Finalmente guardamos el archivo con el nombre A.S.E.-Tumbaco-I2 y hacemos correr el modelo.

  • Resultados

    Desplazamiento en X

  • PISO Dx

    (cm)

    Altura

    (cm) Deriva en X NEC (0,020)

    5 35,7 400 0,0129 Si

    4 30,54 400 0,01755 Si

    3 23,52 400 0,02115 No

    2 15,06 400 0,021475 No

    1 6,47 500 0,01294 Si

    Desplazamiento en Y

    PISO Dy

    (cm)

    Altura

    (cm) Deriva en Y NEC-11 (0,020)

    5 28,2 400 0,009 Si

    4 24,6 400 0,013075 Si

    3 19,37 400 0,016375 Si

    2 12,82 400 0,017475 Si

    1 5,83 500 0,01166 Si

    En la direccin X la estructura no pasa las derivas.

  • Para el nuevo modelo a analizar con el modelo anterior, se va aumentar la resistencia del Concreto de 210

    Kg/cm2 a 280 Kg/cm

    2

    Resultados para el nuevo anlisis.

    Desplazamiento en X

    PISO Dx

    (cm)

    Altura

    (cm) Deriva en X NEC (0,020)

    5 30,92 400 0,011175 Si

    4 26,45 400 0,0152 Si

    3 20,37 400 0,018325 Si

    2 13,04 400 0,018575 Si

    1 5,61 500 0,01122 Si

  • Desplazamiento en Y

    PISO Dy

    (cm)

    Altura

    (cm) Deriva en Y NEC (0,020)

    5 24,43 400 0,007825 Si

    4 21,3 400 0,011325 Si

    3 16,77 400 0,014175 Si

    2 11,1 400 0,015125 Si

    1 5,05 500 0,0101 Si

    Efecto P-

    Sismo X

    PISO Pi = CM+CV

    (T)

    i (cm)

    Vi (T)

    hi (cm)

    Qi

    5 270,031 30,920 71,249 400,000 0,293

    4 287,169 26,450 127,015 400,000 0,150

    3 287,169 20,370 167,677 400,000 0,087

    2 287,169 13,040 193,729 400,000 0,048

    1 305,457 5,610 206,780 500,000 0,017

  • Sismo Y

    PISO Pi=CM+CV

    (T)

    i (cm)

    Vi (T)

    hi (cm)

    Qi

    5 270,031 24,430 71,249 400,000 0,231

    4 287,169 21,300 127,015 400,000 0,120

    3 287,169 16,770 167,677 400,000 0,072

    2 287,169 11,100 193,729 400,000 0,041

    1 305,457 5,050 206,780 500,000 0,015

    La estructura es estable en las dos direcciones.

    Fuerza Axial Mximo debido al Sismo X

  • Fuerza Axial Mximo debido al Sismo Y

    Fuerza Cortante Mximo debido al Sismo X

  • Momento Mximo debido al Sismo X

    Fuerza Cortante Mximo debido al Sismo Y

  • Momento Mximo debido al Sismo Y

    Desplazamiento

    y fuerza interna

    Empotrado

    (Sismo X+)

    Empotrado

    (Sismo Y+)

    Xmax (Edificio) 30,92 cm -

    Ymax (Edificio) - 24,43cm

    Nmax 49,02T 75,10T

    Vmax 28,05T 26,76T

    Mmax 145,43 T-m 126,16T-m