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UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATO
FACULTAD DE INGENIERA CIVIL Y MECNICA
CARRERA DE INGENIERA CIVIL
TRABAJO DE GRADUACIN ESTRUCTURADO DE
O O C
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MANERA INDEPENDIENTE PREVIO A LA OBTENCIN DEL
APROBACIN DEL TUTOR
Yo, J ORGE CEVALLOS CABRERA, con cdula de ciudadana
1801854017, en mi calidad de Tutor del trabajo de investigacin sobre el
tema: Estudio de la configuracin estructural en planta y elevacin y su
incidencia en la estabilidad de un edificio. desarrollado por Sebastin
Mauricio Granizo, estudiante de la carrera de Ingeniera Civil , considero
que dicho informe investigativo rene los requisitos mnimos, tanto
tcnicos como cientficos y corresponde a las normas establecidas en el
Reglamento de Graduacin de Pregrado, de la Universidad Tcnica de
Ambato.
Por lo tanto, autorizo la presentacin del mismo ante el organismo
pertinente, para que sea sometido a evaluacin por los profesores
lifi d d i d l H C j d P d UTA
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AUTORA DEL PROYECTO DE INVESTIGACIN
Yo, Sebastin Mauricio Granizo Malusn, con cdula de ciudadana
180384359-6, tengo a bien indicar que los criterios emitidos en el
informe investigativo, bajo el tema: Estudio de la configuracin estructural
en planta y elevacin y su incidencia en la estabilidad de un edificio., as
como tambin los contenidos presentados, ideas, anlisis y sntesis de
datos y resultados son de exclusiva responsabilidad de mi persona, como
autor de este trabajo de Investigacin.
Ambato, 9 de Enero de 2013
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APROBACIN PROFESORES CALIFICADORES
Los suscritos Profesores Calificadores, una vez revisado, aprueban el
informe de Investigacin, sobre el tema: Estudio de la configuracin
estructural en planta y elevacin y su incidencia en la estabilidad de un
edificio., del estudiante Sebastin Mauricio Granizo Malusn, de la carrera
de Ingeniera Civil, el mismo que guarda conformidad con las
disposiciones reglamentarias emitidas por el Centro de Estudios de
Pregrado de la Facultad de Ingeniera Civil y Mecnica de la Universidad
Tcnica de Ambato.
Ambato, 01 de Abril de 2013
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NDICE GENERAL DE CONTENIDOS
A. PGINAS PRELIMINARES
Portada .................................................................. iAprobacin del tutor .............................................. ii
Autora del Proyecto de investigacin .................. iii
Aprobacin de los calificadores ............................ iv
ndice general de contenidos ................................ v
ndice de tablas y figuras ...................................... viii
Resumen ejecutivo ................................................ xviii
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1.2.5 Preguntas directrices ............................................ 6
1.2.6 Delimitacin del objeto de investigacin ............... 6
1.3 J ustificacin .............................................................. 7
1.4 Objetivos ................................................................... 8
1.4.1 General ................................................................ 81.4.2 Especficos............................................................. 8
CAPTULO II
MARCO TERICO
2.1 Antecedentes investigativos ..................................... 9
2.2 Fundamentacin filosfica ........................................ 10
2.3 Fundamentacin legal .............................................. 10
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3.6 Recoleccin de informacin ..................................... 36
3.7 Procesamiento y anlisis ......................................... 37
CAPTULO IV
ANLISIS E INTERPRETACIN DE RESULTADOS4.1 Anlisis de resultados .............................................. 38
4.2 Verificacin de hiptesis ........................................... 45
CAPTULO V
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1 Conclusiones ........................................................ 46
5.2 Recomendaciones ................................................ 47
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INDICE DE TABLAS Y FIGURAS
Tabla 1.
Escalade Mercalli ......................................................................... 17
Tabla 2.
Escala de Richter ........................................................................... 19
Tabla 3.
Coeficientes de configuracin en planta ....................................... 23
Tabla 4.
Coeficientes de irregularidad en elevacin ................................... 27
Tabla 5.
Variacin de la fuerza cortante en funcin de la altura efectiva .. 30
Tabla 6.
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Tabla 12.
Centro de masas nivel +3.20 ......................................................... 92
Tabla 13.
Centro de masas + 5.8+8.4+11.00 ................................................ 95
Tabla 14.
Resumen de centro de masas ...................................................... 95Tabla 15.
Clculo de inercias Kx-x piso 1 .................................................... 99
Tabla 16.
Clculo de inercias Ky-y piso 1 ..................................................... 99Tabla 17.
Clculo de inercias Kx-x piso 2,3,4,5 ............................................ 100
Tabla 18.
Clculo de inercias Ky-y piso 2,3,4,5 ............................................ 100
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Tabla 24.
Resumen de irregularidades en elevacin con su factor de
penalizacin ................................................................................... 129
Tabla 25.
Comparacin de coeficientes de configuracin estructural en
elevacin ....................................................................................... 129Tabla 26.
Factor de importancia de la estructura ......................................... 138
Tabla 27.
Tipo de suelo y factores de sitio .................................................... 140Tabla 28.
Pesos por piso .............................................................................. 143
Tabla 29.
Distribucin del cortante basal ..................................................... 145
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Tabla 37.
Chequeo de porcentajes de acero en vigas ................................. 184
Tabla 38.
Chequeo de porcentajes de acero en vigas ................................. 185
Tabla 39.
Chequeo de porcentajes de acero en columnas .......................... 191Tabla 40.
Lmites de la deriva de piso ........................................................... 192
Tabla 41.
Comparacin de derivas de piso sismo x ..................................... 195Tabla 42.
Comparacin de derivas de piso sismo y ..................................... 196
Tabla 43.
Comparacin de perodos de los modos de vibracin ................. 197
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Grfico 1.
Supraordinacin de variables ........................................................ 11
Grfico 2.
Subduccin de placas.................................................................... 13
Grfico 3.
Extrusin de placas ...................................................................... 13Grfico 4.
Falla por acreencia de placas ....................................................... 14
Grfico 5.
Partes de un sismo ........................................................................ 15Grfico 6.
Distribucin en planta de planos resistentes ................................ 24
Grfico 7.
Irregularidades en planta por esquinas entrantes ........................ 25
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Grfico 34.
reas cooperantes para prediseo de columnas ......................... 78
Grfico 35.
Irregularidad torsional .................................................................... 84
Grfico 36.
Torsin en planta ........................................................................... 85Grfico 37.
Torsin en planta ........................................................................... 86
Grfico 38.
Plantas adecuadas e inadecuadas para edificios......................... 86Grfico 39.
Falsa simetra en planta ................................................................ 87
Grfico 40.
Soluciones para evitar torsin en planta ....................................... 88
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Grfico 48.
Soluciones para retrocesos en esquinas ...................................... 107
Grfico 49.
Planta de edificio con entrantes en las esquinas .......................... 108
Grfico 50.
Entrantes en las esquinas plantas superiores ............................. 109Grfico 51.
Discontinuidad en el sistema de piso ............................................ 111
Grfico 52.
Sistemas no paralelos ................................................................... 114Grfico 53.
Piso blando ................................................................................... 117
Grfico 54.
Factores que producen piso blando .............................................. 120
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UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATO.
FACULTAD DE INGENIERA CIVIL E INGENIERAMECNICA.
TEMA: ESTUDIO DE LA CONFIGURACIN ESTRUCTURAL
EN PLANTA Y ELEVACIN Y SU INCIDENCIA EN LA
ESTABILIDAD DE UN EDIFICIO.
Autor: Egdo. Sebastin Mauricio Granizo M.Fecha: Abril 2013
RESUMEN EJECUTIVO
Durante los terremotos ocurridos en el Continente Americano como son
en el Salvador en 1986, el de Cariaco (Venezuela) 1997, Eje Cafetero
Colombia 1999, Loma Prieta (Estados Unidos) 1989, Hait 2010, Chile
2010, los investigadores encontraron las mismas fallas en los edificios las
que llevaron incluso al colapso de las edificaciones, por tal motivo estas
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INTRODUCCIN
El presente trabajo tiene como objetivo dar una gua tcnica de clculo
sismo resistente a todos los estudiantes y profesionales relacionados al
rea de estructuras, el cual trata a cerca de la importancia del estudio de
la configuracin estructural en planta y elevacin de los edificios.
Es importante que el proyectista estructural conozca las variables que
intervienen en la configuracin estructural como es forma en planta y
elevacin del edificio, localizacin de sus elementos estructurales,
distribucin de masas, etc. Los mismos que jugaran un papel importante
en el comportamiento de un edificio durante un sismo sea este moderado
o severo.
En el presente trabajo la configuracin estructural es considerada como el
aspecto ms importante dentro del clculo estructural, ya que un sistema
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CAPITULO I
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1 TEMA: ESTUDIO DE LA CONFIGURACIN ESTRUCTURAL EN
PLANTA Y ELEVACIN Y SU INCIDENCIA EN LA
ESTABILIDAD DE UN EDIFICIO
1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.2.1 CONTEXTUALIZACIN DEL PROBLEMA
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sismos denominados tectnicos, es decir que el movimiento de la falla
produce el terremoto y no viceversa1.
Durante los terremotos ocurridos en el Continente Americano como son
en el Salvador en 1986, el de Cariaco (Venezuela) 1997, Eje Cafetero
Colombia 1999, Loma Prieta (Estados Unidos) 1989, Hait 2010, Chile
2010 los investigadores encontraron las mismas fallas en los edificios lasmismas que llevaron incluso al colapso de las edificaciones por tal motivo
estas fallas ya tienen nombre y apellido son las siguientes irregularidad en
planta la misma que se present en edificios con geometras complejas y
aquellos edificios tuvieron un mal comportamiento ante las fuerzas
laterales provocadas por los sismos y fue lo que produjo torsin en planta
es decir el centro de masas y el centro de rigidez no coincidieron.
Otra de las fallas que se present durante los eventos ssmicos
mencionados anteriormente fue la irregularidad en elevacin lo que
provoc piso blando, columna corta entre las ms importantes, los
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mismas caractersticas que aquellas que fallaron en el los sismos de los
pases que se mencion anteriormente.
Ambato capital de la Provincia del Tungurahua histricamente ha sido
azotada por tres terremotos (1698-1797-1949) este ltimo con una
intensidad de de 6.8 en la escala de Richter el sismo fue trgico dejo
aproximadamente 6000 muertos, daos econmicos, si bien es cierto casitodas las construcciones eran de bareque las mismas que fueron
arrasadas en su gran mayora , despus comenz la reconstruccin
actualmente la mayor parte de las construcciones son de hormign
armado pero esto no quiere decir que sean sismo resistentes3.
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1.2.2 ANLISIS CRTICO
Ante todo hay que reconocer que llegado el momento de la verdad
cuando ocurre el gran sismo el nico que decide si una construccin es
sismo resistente es el mismo terremoto, lamentablemente en nuestro
medio se juega mucho con la palabra antissmica y se le asocia, en el
caso de viviendas por ejemplo a casas de hormign armado esto puedeestar muy lejos de la realidad, para que una construccin sea sismo
resistente debera haber sido diseada por personas con conocimientos y
experiencia en este tipo de diseos, que se hayan aplicado los cdigos
vigentes y que estos estn actualizados y revisados por una autoridad
competente en este caso el Municipio de Ambato, que la estructura sea
construida bajo la supervisin o direccin tcnica de una persona idnea
con conocimientos en el tema tambin debe haber un control riguroso
durante su construccin por parte de los inspectores municipales, que
exista control de los materiales por ejemplo del hormign
lamentablemente esto no se hace en nuestro medio y cuando llega el
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contrario se estara vendiendo y firmando un boleto hacia un desastre
eminente.
1.2.4 FORMULACIN DEL PROBLEMA
Cmo el estudio de la configuracin estructural en planta y elevacin
incide en la estabilidad de un edificio?
1.2.5 PREGUNTAS DIRECTRICES
Se toma en cuenta los parmetros de la configuracin en planta y
elevacin al momento de disear estructuras sismo resistentes en
la Ciudad de Ambato?
Tienen configuraciones estructurales adecuadas las estructuras
de la Ciudad de Ambato?
Se aplican las normas de configuracin estructural que establece
la Norma Ecuatoriana de construccin al momento del diseo y
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1.3 JUSTIFICACIN
Es importante que el proyectista conozca las variables que intervienen en
la configuracin estructural es decir la localizacin y distribucin que se le
va a dar a los elementos resistentes de una estructura tales como
columnas, muros, losas, ncleos de escaleras entre otros pero dentro de
este concepto es necesario tomar en cuenta a todos los elementos no
estructurales que intervienen en una edificacin como la mampostera la
cual juega un papel importante al momento de un sismo.
La configuracin estructural puede ser considerada como el aspecto ms
importante en todo el proyecto estructural. Ya que un sistema estructural
bien seleccionado tiende a ser realmente indulgente de los descuidos del
anlisis, un mediocre detallado o un pobre proceso constructivo. Estas
conclusiones se deducen de la experiencia obtenida en pasados eventos
ssmicos, donde se muestra que los edificios bien estructurados y
detallados han tenido un comportamiento satisfactorio, an sin haber sido
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que comprometan la seguridad de la estructura lo cual representa un
desafo ya que generalmente el proyectista arquitectnico tiende a
proponer formas originales y atrevidas que en ciertos casos llegan a ser
realmente peligrosas, en la ciudad de Ambato se debera recoger todas
estas experiencias y ponerlas en prctica para tener una ciudad menos
vulnerable al momento de un sismo severo como lo han dicho algunos
expertos es cuestin de tiempo nada ms.
1.4 OBJETIVOS
1.4.1 GENERAL
Estudiar la configuracin estructural en planta y elevacin y su
incidencia en la estabilidad de un edificio.
1.4.2 ESPECFICOS
Estudiar los parmetros fundamentales que intervienen en la
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CAPITULO II
MARCO TERICO
2.1 ANTECEDENTES INVESTIGATIVOS
Segn Bazn/Melli la configuracin estructural est regida en buena
parte, por el proyecto arquitectnico en consecuencia es esencial la
interaccin entre el proyectista arquitectnico y proyectista estructural atravs de la cual este ltimo debe concientizar al primero de las mnimas
necesidades de rigidez, resistencia y regularidad que requiere una
estructura en este caso un edificio para comportarse establemente ante
un sismo.
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estudio de la configuracin estructural la misma que es la ms importante
al momento de un diseo sismo resistente.
En consecuencia vale la pena recalcar que ante el conocimiento de
ciertas deficiencias y concepciones inadecuadas en los proyectos
arquitectnicos de edificaciones por construirse en zonas ssmicas debe
evitarse la configuracin geomtrica asimtrica tanto en planta como en
elevacin. La falta de elementos resistentes en ambas direcciones
(paredes de corte) ortogonales. El acortamiento de columnas por
elementos no estructurales (mampostera). La estrecha separacin entre
cuerpos de edificios, la configuracin de piso dbil, asegurndose que
sean aspectos que se debe rechazar determinantemente, dems es
conveniente intensificar los procesos de supervisin de obra y control de
calidad en la ejecucin de la misma con el objeto de lograr un
comportamiento sismo resistente adecuado.
2.2 FUNDAMENTACIN FILOSFICA
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2.4 CATEGORAS FUNDAMENTALES
2.4.1 SUPRAORDINACIN DE VARIABLES
CONSTRUCC
IONES
CIVILES
PROYECTO
ARQUI-
ESTRUCTURAL
GEOMETRIA
ESTUDIO DE LA
CONFIGURACI
ON
ESTRUCTURAL
EN PLANTA Y
ELEV.
ING CIVIL
HORMIGON
ESTRUCTURAS
ESTABILIDAD
DEL EDIFICIO
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2.4.2 CONCEPTOS BSICOS
2.4.2.1 CONFIGURACIN ESTRUCTURAL
La configuracin estructural en general se define como el tamao y la
forma del edificio esto implica la naturaleza, el tamao y la situacin de
sus elementos estructurales y no estructurales que puedan influir en el
comportamiento sismo resistente.
Al hablar de diseo sismo resistente se debe abarcar conceptos bsicos
que a continuacin se detallan.
2.4.2.2 INGENIERIA SSMICA
La ingeniera ssmica surge a fines de los aos 50 y principios de los 60
consolidndose en la dcada de los 80 y 90, la misma que estudia la
dinmica de Estructuras y de suelos, las propiedades lineales y no
lineales de los materiales.
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Los terremotos de origen tectnico son los ms importantes para la
ingeniera ssmica, estn asociados a las fallas y movimientos de las
placas tectnicas y son terremotos destructores.
Segn Lomitz, bsicamente existen 3 tipos de fallas:
SUBDUCCIN.- Subduccin de placas es un proceso de hundimiento de
una placa litosfrica bajo otra en un lmite convergente, segn la teora detectnica de placas. Generalmente, es la litsfera ocenica, de mayor
peso especfico, la que subduce bajo la litsfera continental, menos
densa.
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ACREENCIA.- Impacto de la placa ocenica con la continental.
Grfico No 4: falla por Acreencia tomado dewww.choquedeplacasfumcm.com
PARTES DE UN SISMO
http://www.choquedeplacasfumcm.com/http://www.choquedeplacasfumcm.com/7/27/2019 Tesis Definitiva Sebastian
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y 45 Km de la superficie, pero algunas veces su profundidad se ha
calculado en ms de 600 Km.
EPICENTRO.-Es el punto de la superficie de la Tierra directamente sobreel hipocentro. Es, desde luego, la localizacin de la superficie terrestre
donde la intensidad del terremoto es mayor. Las caractersticas de la falla,
sin embargo, pueden hacer que el punto de mayor intensidad est alejado
del epicentro.
El punto situado en el interior de la corteza donde se produce el choque y
de donde se propagan las ondas ssmicas se llama hipocentro o centro
ssmico; el punto situado sobre la superficie terrestre en direccin vertical
al centro se llama epicentro.
La zona que lo rodea y donde los efectos de la sacudida han sido
percibidos se llama zona epicentral. Las vibraciones longitudinales y
transversales que llegan a esta zona originan ondas superficiales que
irradiando del epicentro se propagan paralelamente a la superficie.
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aparecen en el terreno algo despus que las primeras. Estas ondas son
las que generan las oscilaciones durante el movimiento ssmico y las que
producen la mayor parte de los daos. Slo se trasladan a travs de
elementos slidos.
ONDAS LOVE.-Las ondas de Love son ondas superficiales que producen
un movimiento horizontal de corte en superficie. Se denominan as en
honor al matemtico neozelands A.E.H. Love quien desarroll un modelo
matemtico de estas ondas en 1911. La velocidad de las ondas Love es
un 90% de la velocidad de las ondas S y es ligeramente superior a la
velocidad de las ondas Rayleigh.
ONDAS RAYLEIGH.-Las ondas Rayleigh, tambin denominadas groundroll, son ondas superficiales que producen un movimiento elptico
retrgrado del suelo. La existencia de estas ondas fue predicha por J ohn
William Strutt, Lord Rayleigh, en 1885. Son ondas ms lentas que las
ondas de cuerpo y su velocidad de propagacin es casi un 70% de la
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=A.E.H._Love&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/1911http://es.wikipedia.org/wiki/John_William_Strutthttp://es.wikipedia.org/wiki/John_William_Strutthttp://es.wikipedia.org/wiki/1885http://es.wikipedia.org/wiki/1885http://es.wikipedia.org/wiki/John_William_Strutthttp://es.wikipedia.org/wiki/John_William_Strutthttp://es.wikipedia.org/wiki/John_William_Strutthttp://es.wikipedia.org/wiki/1911http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=A.E.H._Love&action=edit&redlink=17/27/2019 Tesis Definitiva Sebastian
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Valor
MMI
Descripcin
Sacudida
Descripcin
AfectacinDescripcin completa
I . No es sentido. Slo lo registran los sismgrafos.
II.Sentidos por personas en posicin de descanso, enpisos altos o situacin favorable.
III.Sentido en el interior. Objetos suspendidos oscilan.Vibraciones como si pasara un camin ligero. Duracinapreciable. Puede no ser reconocido como un terremoto.
IV.
Objetos suspendidos oscilan. Vibraciones como al pasode un camin pesado o sensacin de sacudida como deun baln pesado golpeando las paredes. Automvilesparados se balancean. Ventanas, platos, puertas vibran.Los cristales titinean.
V. Ligero
Sentido al aire libre; se aprecia la direccin. Los queestn durmiendo se despiertan. Los lquidos se agitan,algunos se derraman. Objetos pequeos inestables
desplazados o volcados. Las puertas se balancean, secierran, se abren. Contraventanas y cuadros se mueven.Los pndulos de los relojes se paran, comienzan aandar, cambian de perodo.
VI.Moderado
Sentido por todos. Muchos se asustan y salen al exterior.La gente anda inestablemente. Ventanas, platos yobjetos de vidrio se rompen. Adornos, libros, etc. se caende las estanteras. Los cuadros se caen. Los muebles semueven o vuelcan. Las campanas pequeas suenan
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X. MuyViolento
DaosExtremos
La mayora de las construcciones y estructuras de
armazn destruas con sus cimientos. Algunos edificiosbien construidos en maderas y puentes, destruidos.Daos serios en presas, diques y terraplenes. Grandescorrimientos de tierras. El agua rebasa las orillas decanales, ros, lagos, etc. Arena y barro desplazadoshorizontalmente en playas y tierras llanas. Carrilestorcidos.
XI.Carriles muy retorcidos. Tuberas subterrneascompletamente fuera de servicio.
XII.Dao prcticamente total. Grandes masas de rocasdesplazadas. Visuales y lneas de nivel deformadas.Objetos proyectados al aire.
Tabla N 1: Escala de intensidad de Mercalli tomado de wikipedia
ESCALA DE RICHTER.- Mide la energa liberada, en 1935 crea una
escala de magnitudes de sismos a partir de registros obtenidos de
sismgrafos Wood-Anderson en Caltech, y basndose en las ondas
superficiales, estableciendo.
=
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Existen algunos factores que afectan la forma y propiedades de los
acelerogramas como son, magnitud del terremoto, Distancia de sitio deregistro a la fuente ssmica, Caractersticas geolgicas de las rocas, las
cuales varan mientras las ondas se propagan desde la fuente hasta el
sitio de registro, Mecanismo focal del sismo (tipo de falla, caractersticas
de la fuente, de las fallas, de los planos de rotura), efectos de
interferencia de ondas relacionados con la direccin y la velocidad derotura de las fallas o de las fuentes sismo genticas.
ESPECTROS DE RESPUESTA INELSTICA.- Reflejan las condiciones
de demanda de ductibilidad en una estructura sujeta a un sismo severo,
cuyo comportamiento se encuentra fuera del rango elstico, as como los
valores mximos de respuesta espectral, contenido frecuencial y duracin
del terremoto considerada.
2.4.2.5 CONFIGURACIN EN PLANTA Y ELEVACIN
CONFIGURACIN EN PLANTA
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Una edificacin se considera regular en planta cuando cumple con las
siguientes caractersticas:
Ms del 75% del rea del edificio sobre el nivel del suelo est
construida por pisos cuyas plantas son regulares sin entrantes o
salientes de dimensiones significativas. Los stanos si estn
confinados por el terreno circundante no se toman en cuenta.
No hay ningn piso con excesiva excentricidad entre su centro de
masa y su centro de rigideces. Se exceptan los pisos superiores
que sumen menos del 15% de la masa del edificio sobre el nivel
del suelo.
CONFIGURACIN EN ELEVACIN
Para evitar que se produzcan grandes concentraciones de esfuerzos en
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Si su sistema estructural (columnas, muros) estn alineados
verticalmente.
No debe tener interrupcin de elementos estructurales verticales.
2.4.2.6 COEFICIENTES DE CONFIGURACIN ESTRUCTURAL
Segn la NEC 2011 en el captulo 2 literal 2.6.5.2 los define de la
siguiente manera.
El propsito de los coeficientes de configuracin estructural es penalizar
el diseo de estructuras irregulares, tanto en planta como elevacin,debido a que la presencia de dichas irregularidades usualmente causan
un comportamiento inadecuado ante la ocurrencia de un sismo. Por tanto
es recomendable evitar al mximo la presencia de las irregularidades en
una edificacin.
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PB= Se establece de manera anloga, para cuando se encuentran
presentes las irregularidades tipo 4 en la estructura.
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Grfico No 7: Irregularidad en planta por esquinas entrantes NEC 2011
DISCONTINUIDADES EN EL DIAFRAGMA.- Ocurre cuando el diafragma
tiene discontinuidades apreciables o variaciones en su rigidez esto ocurre
por aberturas para pozos de gradas, pozos de iluminacin, ascensores
etc. mayor al 50% del rea bruta del diafragma.
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Grfico No 9: Irregularidad en planta ejes no paralelos NEC 2011
2.4.2.8 COEFICIENTE DE CONFIGURACIN ESTRUCTURAL EN
ELEVACIN
El coeficiente se estimar a partir del anlisis de las caractersticas de
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El problema de piso blando es muy comn en estructuras en las cuales el
primer piso est destinado a parqueaderos o almacenes, donde latabiquera es mnima o no existe, mientras que en los pisos superiores
destinados a vivienda existe gran cantidad de paredes que rigidizan, en
este caso las columnas del primer piso fallan y por ende tambin la
estructura.
En este caso particular como el primer piso es muy flexible con respecto a
los pisos superiores, ante acciones ssmicas experimentar un
desplazamiento lateral muy elevado y como el resto de la estructura se
mueve como un cuerpo rgido, acta un peso correspondiente de los
niveles superiores entonces se genera en la estructura un momento de
volteo, que si no ha sido considerado en el diseo generar rtulas
plsticas en la cabeza de las columnas y provocar el colapso de la
misma.
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COLUMNA CORTA.- Se tiene una columna corta cuando se presenta una
disminucin de la altura (luz libre) de una columna debido a un elementoque restringe su desplazamiento en sentido lateral, durante un sismo una
columna normal y una columna corta de igual seccin transversal,
experimentan el mismo desplazamiento horizontal pero como la columna
corta es ms rgida que la normal, atrae una fuerza ssmica mayor a la de
diseo, por eso presenta daos significativos, conforme disminuye laaltura efectiva de la columna, la fuerza cortante que acta sobre ella
(columna) considerablemente como se puede apreciar en la siguiente
tabla.
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Grfico No 13: Irregularidad en altura desplazamiento dentro del plano de
accin NEC 2011
2.4.2.9 FILOSOFA DEL DISEO SISMORESISTENTE
La filosofa del diseo sismo resistente es primeramente salvar vidas y en
la parte tcnica la filosofa es Columna fuerte Viga dbil a que se debe
este principio. Al momento de una solicitacin ssmica las rotulas plsticas
se deben formar en las vigas y no en las columnas ya que si se producen
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CAPITULO III
METODOLOGA DE LA INVESTIGACIN
3.1 ENFOQUE
El presente trabajo estar regido por el aspecto cuantitativo ya que se
utilizarn datos numricos los mismos que estarn destinados a la
comprobacin de la hiptesis mediante el estudio de los parmetros de la
configuracin estructural y su aplicacin al diseo sismo resistente de
estructuras.
El presente trabajo estar enfocado de la siguiente manera:
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3.5.1 VARIABLE DEPENDIENTE
V.I ADECUADA ESTABILIDAD DEL EDIFICIO
Conceptualizacin Dimensiones Indicadores tems Tcnicas einstrumentos
La estabilidad es lapropiedad que tiene unaestructura de mantener larigidez inicial de suselementos sin cambios
bruscos antesolicitaciones externascomo son las fuerzasssmicas
Rigidez
Fuerzas Ssmicas
dao en elementosestructurales
Controlando el daoen los elementosestructurales setendr estabilidad enel edificio?
Ficha de campo yobservacin directa
desplazamientoshorizontales excesivos
Disminuyendo losdesplazamientoshorizontales excesivosde la estructura seobtiene estabilidad?
Hoja de clculos
espectro de diseoQu tipo de espectrode diseo ser eladecuado para lazona en estudio?
Hoja de clculos
Tabla N 7: Operacionalizacin de variables /Variable Dependiente
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3.7 PROCESAMIENTO Y ANLISIS
3.7.1 PLAN DE PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIN
Revisin de la informacin recolectada
Tabulacin de la informacin mediante grficos estadsticos
Graficar los resultados estadsticos
Estudio de los resultados estadsticos obtenidos
Analizar e interpretar los resultados
3.7.2 ANLISIS E INTERPRETACIN DE RESULTADOS
Anlisis de la informacin obtenida
Comprobacin de la hiptesis
Conclusiones
Recomendaciones
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CAPITULO IV
ANLISIS E INTERPRETACIN DE RESULTADOS
4.1 ANLISIS E INTERPRETACIN DE LOS RESULTADOS
Los resultados obtenidos acerca del presente trabajo de investigacin
titulado ESTUDIO DE LA CONFIGURACIN ESTRUCTURAL EN
PLANTA Y ELEVACIN Y SU INCIDENCIA EN LA ESTABILIDAD DE
UN EDIFICIO realizado a todos los Ingenieros Civiles, docentes del reade estructuras en la Facultad de Ingeniera Civil de la Carrera de
Ingeniera Civil de la Universidad Tcnica de Ambato se demuestra
mediante cuadros estadsticos su opinin y su experiencia.
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UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATO
FACULTAD DE INGENIERA CIVIL Y MECNICACARRERA DE INGENIERA CIVIL
FUENTE: Encuesta
RESPONDIERON: Ingenieros Estructurales Docentes de la FICM
PREGUNTA NO 1
RESPUESTA FRECUENCIA PORCENTAJE
SI 7 100%
NO 0 0%
PREGUNTA NO
1:Influye la geometra del edificio en la estabilidad del mismo,durante un sismo
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UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATO
FACULTAD DE INGENIERA CIVIL Y MECNICACARRERA DE INGENIERA CIVIL
FUENTE: Encuesta
RESPONDIERON: Ingenieros Estructurales Docentes de la FICM
71%
29%
PREGUNTA NO 2
SI
RESPUESTA FRECUENCIA PORCENTAJE
SI 5 71%
NO 2 29%
PREGUNTA NO
2:El control de la torsin en planta permitir tener estabilidad enla edificacin, durante un sismo
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UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATO
FACULTAD DE INGENIERA CIVIL Y MECNICACARRERA DE INGENIERA CIVIL
FUENTE: Encuesta
RESPONDIERON: Ingenieros Estructurales Docentes de la FICM
100%
PREGUNTA NO 3
SI
RESPUESTA FRECUENCIA PORCENTAJE
SI 7 100%
NO 0 0%
PREGUNTA NO
3: Influye la discontinuidad de geometra y de secciones en laestabilidad de un edificio.
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UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATO
FACULTAD DE INGENIERA CIVIL Y MECNICACARRERA DE INGENIERA CIVIL
FUENTE: Encuesta
RESPONDIERON: Ingenieros Estructurales Docentes de la FICM
RESPUESTA FRECUENCIA PORCENTAJE
Cambio brusco de rigidez
de un piso a otro
7 100%
Concentracin de
grandes masas en pisos
0 0%
otros 0 0%
PREGUNTA NO
6: Por qu se produce el efecto de piso blando
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momento de disear, evitando que los edificios presenten cambios
bruscos de rigideces de un piso al otro.
4.2 VERIFICACIN DE LA HIPTESIS
Una vez analizadas e interpretadas las preguntas de la encuesta
realizada a los Ingenieros especialistas en estructuras docentes de la
Facultad de Ingeniera Civil y Mecnica de la Carrera de Ingeniera Civilde la Universidad Tcnica de Ambato se puede verificar la hiptesis que
se plante El estudio de la configuracin estructural en planta y elevacin
permite tener una estabilidad adecuada en un edificio es verdadera.
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CAPITULO V
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1 CONCLUSIONES
Se ha analizado tericamente como la buena configuracin
estructural de un edificio puede ayudar a resistir fuerzas ssmicas y
de esta manera proporcionar una buena estabilidad.
La experiencia y la fundamentacin terica del presente trabajo
investigativo demuestra que los edificios de formas irregulares
tienen un pobre comportamiento estructural, razn por la cual los
cdigos del mundo entero y en especial la NEC 2011 penaliza con
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se debe chequear las diferentes irregularidades y en caso de existir
corregirlas de manera tcnica.
Se propone que para corregir irregularidades en planta y elevacin
tales como piso blando, torsin en planta se utilice muros de corte
bien distribuidos para lograr una buena estabilidad.
Se ha tratado problemas de configuracin en elevacin
aparentemente sin importancia pero que al momento de un sismo
influye enormemente en el comportamiento estructural del mismo
como es el problema de columna corta, la misma que est
presente en casi todos los edificios de la Ciudad de Ambato.
Esta investigacin trata de dar al calculista estructural y al
proyectista arquitectnico un criterio ms profundo acerca de las
consecuencias que puede traer una mala configuracin estructural.
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CAPITULO VI
6.1 DATOS INFORMATIVOS
TTULO DE LA PROPUESTA
Realizar el anlisis y diseo de un edificio de forma irregular penalizado
por la Norma Ecuatoriana de la Construccin NEC 2011.
BENEFICIARIOS
Estudiantes y profesionales de Ingeniera Civil ya que el presente trabajo
est preparado como fuente de consulta para el rea de estructuras.
UBICACIN
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6.2 ANTECEDENTES DE LA PROPUESTA
FUENTE: Libro XII Jornadas de Ingeniera Estructural pg. 235
AUTOR: Ingenieros Jos chacn, Rodrigo Naranjo, Gustavo Troncoso
TEMA: Efectos del Sismo de Esmeraldas en las Construcciones
Escolares
CONCLUSIN:
Sobre la organizacin estructural.- Juega un papel importante en el
comportamiento sismo-resistente de la estructura, la forma en que ella es
concebida y organizada. La idea bsica gira en torno de disponer los
diferentes elementos que constituyen la estructura tal que todos, en
conjunto, generen un comportamiento global orgnico y claramente
reconocido y evaluado. Una buena configuracin estructural ser aquella
que conduzca a la estructura a un funcionamiento regular y previsible en
el cual las acciones ssmicas de excitacin y el comportamiento de
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total del conjunto es importante, subdivdanse tambin el
planteamiento general en unidades estructurales independientes.
Propndase a la utilizacin de sistemas estructurales de
comportamiento conocido y probado por su alto coeficiente de
seguridad al colapso, prefiriendo sistemas que aseguren
comportamientos semejantes en las direcciones ortogonales.
FUENTE: Ensayo Estructural sobre el terremoto de Puebla Del 15 de
Junio de 1999
AUTOR: Bazn y Melli
TEMA: Resultado del Anlisis de los Daos Estructurales
CONCLUSIN:
La configuracin estructural est regida, en buena parte por el proyecto
arquitectnico. En consecuencia, es esencial la interaccin entre el
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Las exigencias y caprichos del dueo de los proyectos y la gran
imaginacin de los encargados del diseo arquitectnico, parecencarecer, la mayora de las veces, de nociones de forma y funcin de las
edificaciones diseadas y de los aspectos principales y criterios de diseo
sismo resistente, ya que no parecen estar consientes del peligro que
sus atrevidos diseos representan en zonas ssmicamente activas.
Es importante sealar que los daos ocurridos en las estructuras
analizadas, como consecuencia del sismo, son ya conocidos desde hace
aproximadamente 30 aos, no obstante, algunas de las construcciones
daadas datan de un lapso menor a ese y presentaron deficiencias en su
concepcin estructural que pudieron haberse previsto y por ende, quizs,
evitando fallas de consideracin en las mismas.
En consecuencia vale la pena subrayar que ante el conocimiento de
ciertas deficiencias y concepciones inadecuadas en los proyectos
arquitectnicos de edificaciones por construirse en zonas ssmicas, debe
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6.7 METODOLOGA
MODELO OPERATIVO
6.7.1 DATOS GENERALES PARA EL DISEO
Cdigos a utilizarse
ACI-318-2005 - 2008
NEC-2011
Esfuerzo a la compresin a los 28 das de edad Fc = 210 Kgcm 2
Esfuerzo a la fluencia del acero Fy = 4200Kg
cm 2
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PREDISEO DE LA VIGA CRITICA EJE CENTRAL B NIVEL + 3.20 mt
Grfico No 22: Mosaico de cargas para prediseo de viga central eje B
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d =
Mu
Fc b w(1 0.59 w)
Donde w = FyFc
w = 0.20
d = 5.88 1000000.9 210 25 0.2(1 0.59 0.2) = 26.56 cm
H = d + r = 26.56 + 3 = 29.56cm ~30 cm
Como ya se tiene secciones de viga volvemos a chequear ahora
aumentando el peso propio de la viga para esto realizamos lo siguiente.
Chequeo de Prediseo
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Carga Total sobre la viga = 3.1222Tn
ml
Volvemos a calcular el peralte
Mu =U L2
10
Mu =3.1222 4.52
10= 6.322 Tnm
d =
6.322
100000
0.9 210 25 0.2(1 0.59 0.2)= 27.54 cm
H = d + r = 27.54 + 3 = 30.54cm
Si comparamos con la seccin anterior es la misma entonces la seccin
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Grfico No 25: Viga crtica eje A
SECCIN DE PREDISEO DE LA VIGA
La seccin de la viga del eje A es 25x25 cm.
PREDISEO DE LA VIGA CRITICA EJE CENTRAL 2 NIVEL + 3.20 mt
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Grfico No 27: Viga crtica eje 2
SECCIN DE PREDISEO DE LA VIGA
La seccin de la viga de eje 2 es 30x30 cm.
PREDISEO DE LA VIGA CRTICA EJE LATERAL 1 NIVEL + 3.20 mt
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Area tributaria = 5.06m2
Longitud viga = 4.5 mt
peso de pared por metro lineal = 576kg
ml
longitud de pared = 4.2 mt
RESUMEN DE CARGAS
CARGA MUERTA = 1315.28
Kg
ml
CARGA VIVA = 224.88Kg
ml
FACTORIZACIN DE CARGAS
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SECCIN DE PREDISEO DE LA VIGA
La seccin de la viga del eje 1 es 25x25 cm.
PREDISEO DE LA VIGA CRITICA EJE CENTRAL B NIVEL + 11 mt
Este nivel es crtico ya que es un piso de altura en el cual se le ha
designado como saln social es decir va a tener una carga viva grande y
con respecto a los pisos inferiores existe una asimetra de cargas lo que
penaliza la NEC-2011 pero por efectos de desarrollo del trabajo de
investigacin se contina.
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menos de 1/2 de la menor dimensin lateral del elemento
compuesto (ACI-318-05-10.16.8.7)
La dimensin menor de la seccin transversal, medida en una lnea
recta que pasa a travs del centroide geomtrico, no debe ser
menor de 300 mm (ACI-318-05-21.4.1.1)
La relacin entre la dimensin menor de la seccin transversal y la
dimensin perpendicular no debe ser menor que 0.4 (ACI-318-05-
21.4.1.2)
La razn que el porcentaje del rea de refuerzo longitudinal al reabruta Ag no puede ser menor que 0.01 ni mayor que 0.03 (NEC-
2011-4.3.3)
A continuacin se presenta el rea cooperante de cada columna
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=
1.68Pu
[0.85
F
c
(1
0.01) + Fy
]
= 1.68Pu[0.85 Fc (1) + Fy ]
=
1.68Pu
[0.85 Fc + F y ]
Frmula que se utilizar para el prediseo de columnas
Para realizar el prediseo comenzaremos calculando Pu la cual se puede
calcular de dos maneras realizando el diagrama de corte y momento de la
viga o como aqu se realizar con las reas cooperantes.Donde Pu tiene la siguiente manera de ser calculada
Pu = rea cooperante carga por metro cuadrado de losa # de pisos
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Nota: La carga muerta esta cuantificada con la carga de pared distribuida
en el tablero ms crtico, excepto el nivel de +11.00 que es el saln socialy el ltimo nivel que se trata de la losa de cubierta la misma que es
inaccesible.
Aplicando la ecuacin tenemos:
= 1.68Pu[0.85 Fc + F y ]
= 1.68(100271.16 Kg)
0.85
210
kg
cm2 + 4200
kg
cm2
0.015
Ag = 697.53 cm2
Entonces A g = b h
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6.7.7 CLCULO DE LOS COEFICIENTES REALES DE
CONFIGURACIN ESTRUCTURAL EN PLANTA Y ELEVACIN DELEDIFICIO PROPUESTO
La Norma Ecuatoriana de la Construccin (NEC-2011) presenta dos
tablas con las irregularidades en planta y elevacin para edificios que
anteriormente se trat, para el presente trabajo se tomar como base los
factores que presentan las tablas a partir de los cuales se calcularn los
factores reales anteriormente mencionados.
CLCULO DEL COEFICIENTE DE CONFIGURACIN ESTRUCTURAL
EN PLANTA VERDADERO
El coeficiente de configuracin estructural en planta se estimar a partirdel anlisis de las irregularidades que se describen a continuacin y se
utilizar la siguiente expresin. (NEC-2011-2.6.6.1)
P=PA PB
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FALSA SIMETRA EN PLANTA
Las plantas no solo son irregulares por su geometra, tambin pueden
tener formas regulares pero la mala distribucin de sus elementos
estructurales (columnas, paredes de corte etc.) hace que el centro de
masas y centro de rigidez no coincidan generando excentricidades
estticas y por ende aparecen momentos torsores los mismos queproducen torsin en planta.
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A continuacin se presenta el clculo del centro de masas del edificio
propuesto. El clculo se lo realizar manualmente del primer piso lospisos continuos, se utilizar una tabla electrnica la misma que presentar
los resultados de forma directa.
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CLCULO DEL CENTRO DE RIGIDEZ O DE TORSIN
Todas las columnas son de 30x30 cm los datos de mdulo de elasticidad
del concreto ya se enunci anteriormente.
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verdadero valor del coeficiente. Adems el clculo de las excentricidades
no es ms que la resta entre las coordenadas de centro de masas y
centro de rigidez.
ex = Xcgx Xcrx Excentricidad en X medido desde el mismo origen delcentro de masas o centro de rigidez
ey = Xcgy Xcry Excentricidad en Y medido desde el mismo origen delcentro de masas o centro de rigidez
COMPARACIN ENTRE EL CENTRO DE MASAS Y CENTRO DE
RIGIDEZPiso Centro de
MasasCentro de Rigidez excentricidad
Xcg Ycg Xcr Ycr ex ey1 6.67 10.43 7.01 9.24 0.34 1.192 6.46 11.67 6.82 10.78 0.36 0.893 6.46 11.67 6.82 10.78 0.36 0.89
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Las estructuras con geometras complejas, irregulares o asimtricas
tienen un mal comportamiento ante las fuerzas ocasionadas por los
sismos, la falta de uniformidad facilita la concentracin de fuerzas por lo
general en los extremos y genera problemas de excentricidad en planta
los mismos que dejan a la estructura susceptibles a los efectos de torsin,
al tener geometras sencillas el centro de masas coincidir con el centro
de rigidez de la estructura, por lo tanto al no existir excentricidad esttica,
no habrn momentos torsores, por el contrario, si la geometra o la
distribucin de elementos resistentes es asimtrica o irregular, no
coincidir con el centro de masas y en consecuencia habr problemas de
torsin inicial (o de diseo) en la estructura.
De esta manera si se analiza la tabla # 19 se observa que existe una
excentricidad esttica en todos los pisos de manera especial en el eje Y
de esta manera se adopta el criterio que para el edificio propuesto existe
problemas de torsin ya que los centros de masas y de rigidez no
i id t d li l fi i t 0 9
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RETROCESOS EXCESIVOS EN LAS ESQUINAS
Es la segunda irregularidad que penaliza la (NEC-2011) es el retroceso
excesivo en las esquinas, la norma lo define de la siguiente manera:
La configuracin de una estructura se considera irregular cuando presenta
entrantes excesivos en sus esquinas. Un entrante en una esquina se
considera excesivo cuando las proyecciones de la estructura, a ambos
lados del entrante, son mayores que el 15% de la dimensin de la planta
de la estructura en la direccin del entrante.
La (NEC-2011) penaliza a este tipo de irregularidad con un coeficiente
Pi = 0.9 el mismo que servir para calcular el verdadero coeficiente de
configuracin estructural en planta.
La ecuacin que permite conocer esta irregularidad es la siguiente. (NEC-
2011-TABLA 2.12)
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CAUSAS DE LA IRREGULARIDAD POR RETROCESOS EXCESIVOS
EN LAS ESQUINAS
La Federal Emergency Management Agency (FEMA CAPITULO 5) define
a esta irregularidad as: Esquina reentrante es la caracterstica comn de
las formas de construccin que, en planta, asumen la forma de una L, T,
H, etc, o una combinacin de estas formas. Hay dos problemas creados
por estas formas, La primera es que tienden a producir movimientos
diferenciales entre las diferentes alas del edificio que, debido a los
elementos rgidos que tienden a estar ubicados en esta regin, dan lugar
a concentraciones de esfuerzos locales en la esquina reentrante. El
segundo problema de esta forma es la torsin, qu se produce porque el
centro de masa y el centro de la rigidez de esta forma no pueden coincidir
geomtricamente para todas las direcciones posibles del sismo, el
resultado es la rotacin, las fuerzas resultantes son muy difciles de
analizar y predecir.
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Grfico No 48: Posibles soluciones para retrocesos excesivos en lasesquinas tomados de FEMA capitulo 5
A continuacin se presenta las dimensiones de la planta del edificio
propuesto para el desarrollo del presente trabajo
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PISO FLEXIBLE O PISO BLANDO
Es la primera irregularidad que penaliza la (NEC-2011) y la Norma lodefine de la siguiente manera:
La estructura se considera flexible irregular cuando la rigidez lateral de un
piso es menor que el 70% de la rigidez lateral del piso superior o menor
que el 80% del promedio de la rigidez lateral de los tres pisos superiores.(NEC-2011-tabla 2.13)
La (NEC-2011) penaliza a este tipo de irregularidad con un coeficiente
Pi = 0.9 el mismo que servir para calcular el verdadero coeficiente deconfiguracin estructural en elevacin.Las ecuaciones que permite conocer esta irregularidad son las siguientes.
(NEC-2011-TABLA 2.13)
< 0.70
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IRREGULARIDAD GEOMTRICA
Es la tercera irregularidad que penaliza la (NEC-2011) y la Norma lo
define de la siguiente manera:
La estructura se considera irregular cuando la dimensin en planta del
sistema resistente en cualquier piso es mayor que 1.3 veces la misma
direccin en un piso adyacente, exceptuando el caso de los altillos de un
solo piso. (NEC-2011-tabla 2.13)
La (NEC-2011) penaliza a este tipo de irregularidad con un coeficiente
Pi = 0.9 el mismo que servir para calcular el verdadero coeficiente deconfiguracin estructural en elevacin.
Las ecuaciones que permite conocer esta irregularidad es la siguiente.
(NEC-2011-TABLA 2.13)
a > 1.3
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CLCULO DEL VERDADERO COEFICIENTE DE CONFIGURACIN
ESTRUCTURAL EN ELEVACIN
A continuacin se presenta un resumen de las irregularidades analizadas
en el edifico con su respectiva penalizacin.
Resumen de irregularidades en elevacin con su factor de penalizacin
Irregularidad en elevacin Existe irregularidad Ei (NEC-2011)Piso blando SI 0.9Concentracin de masas en altura No 1Irregularidad geomtrica vertical No 1
Tabla N 24: Resumen de irregularidades en elevacin con su factor de
penalizacin (NEC-2011)
A continuacin se presenta el clculo del verdadero coeficiente de
configuracin en elevacin con la ecuacin presentada por la NEC-2011
E EA EB
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presenta daos significativos, conforme disminuye la altura de la columna,
la fuerza cortante que acta sobre ella aumenta considerablemente,
cuando la losa se desplaza lateralmente y arrastra a la columna esta se
topa con la mampostera y no puede desplazarse lo que provoca una gran
distorsin angular en la columna y falla por corte.
CAUSAS DE LA IRREGULARIDAD COLUMNA CORTA
Existen tres razones por las cuales se presenta el problema de columna
corta.
Confinamiento de parte de la columna por muros no estructurales
(mampostera comn)
Acoplamientos de sistemas estructurales o no estructurales como
vigas de descanso de escaleras etc.
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V =1 1.1904
6
0.81
0.9
615.81V = 167.59 Tn
DISTRIBUCIN VERTICAL DEL CORTANTE BASAL
En ausencia de un procedimiento ms riguroso, basado en los principios
de la dinmica, las fuerzas laterales totales de clculo deben ser
distribuidas en la altura de la estructura utilizando las siguientes
expresiones (NEC-2011 2.7.2.4.1).
= =1 Donde:
V = cortante total en la base de la estructura
Fx = fuerza lateral aplicada en el piso x de la estructura
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Datos:
NORMA ECUATORIANA DE LA CONSTRUCCIN NEC-2011Z = 0.4 Fa = 1.2
PERFIL DE SUELO TIPO D Fd = 1.4
Ct = 0.047 Fs = 1.5
= 0.9 n = 2.48R = 6 Tc = 0.9625
T = 0.49 r = 1.5
LIMITE MAX TL= 4 sg
ESPECTRO ELSTICO NEC- 2011
T (Seg)
0 0.19
0.10 1.19
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1.10 0.97
1.15 0.91
1.20 0.86
1.25 0.80
1.30 0.76
1.35 0.72
1.40 0.68
1.45 0.64
1.50 0.61
1.55 0.58
1.60 0.56
1.65 0.53
1.70 0.51
1.75 0.49
1.80 0.47
1.85 0.45
1.90 0.43
1.95 0.41
2.00 0.40
2.05 0.38
2.10 0.37
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Grfico No 68: Proceso de modelacin en Etabs
Presionarno aparecer una ventana que corresponde al grid en la
cual se coloca las dimensiones entre ejes y altura y de esta manera
se puede modelar una estructura.
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A t l l dd t i l
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Aparece una ventana en la cual escogemos add new material
Se abre una nueva ventana en la cual colocamos las propiedades
mecnicas del material que a continuacin se hace un resumen
general de los valores a ser colocados.
CARACTERSTICAS MECNICAS DEL HORMIGON Fc= 210 kg/cm2
Masa por unidad de volumen (2400/9.81) 244.65
Peso por unidad de volumen del hormign Armado 2400
Mdulo de elasticidad 2.3853E9
Relacin de poison 0.20
Coeficiente de expansin trmica 1.08E-05
Resistencia del hormign a los 28 das de edad 2100000
Refuerzo a flexin a la traccin 42000000
Refuerzo al corte 42000000
Tabla N 31: Propiedades mecnicas del hormign
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Grfico No 91: Proceso de modelacin en Etabs
Realizado el dibujo se procede a dar click sobre las lneas una vez
ASIGNACIN DE CARGAS
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Para la asignacin de las diferentes cargas a la estructura se realiza lossiguientes pasos:
Seleccionar los tableros de la losa y agregar las cargas, viva de
pared y las cargas ssmicas, la carga muerta no se aplica ya que el
programa automticamente la calcula.
Select by wall/slab/deck sections
Assign shell area loads uniform
Sale una ventana en la cual se escoge el estado de carga y se
coloca el valor correspondiente.
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Grfico No 97: Proceso de modelacin en Etabs
COMBINACIN DE CARGAS
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U = 0.9D 1.4 SISMOY
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Para realizar las combinaciones en el programa se realizan los siguientespasos:
Clicken define - load combinations
Add new combo
Aparece una ventana en la cual se ingresa las combinaciones
anteriormente descritas.
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pmax = 0.75 pb para zonas sin ningun riesgo ssmico ACI-apndice B
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pmax
= 0.5
p
bpara zonas ssmicas ACI-apndice B
Cul es el objetivo de chequear los porcentajes de acero, a continuacin
se pondr las razones.
La razn de chequear los porcentajes es definir de manera anticipada qu
tipo de falla ocurrir en el elemento, se presenta el tipo de falla de
acuerdo a los porcentajes de acero.
Falla dctil o por tensin: se le conoce como falla preventiva en la cual la
deformacin del acero supera a la mxima del concreto y el concreto no
llega a su deformacin mxima esto se da cuando:
p < max Falla balanceada: es una falla peligrosa en la cual el acero alcanza su
deformacin mxima y simultneamente el concreto alcanza su
deformacin mxima
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Grfico No 103: Proceso de modelacin en Etabs
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FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
TABLA DE CHEQUEO DE AREAS DE ACERO
NIVEL + 3.20 mts
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2.5
0.011
VIGAS EJE ENTRE %As NEGAT. %As POSIT. %As NEGAT. As REAL (-) As REAL (+) AS REAL (-) CHEQUEO1 25 25 A-B 0.91 0.39 0.9 5.12 2.19 5.06 F.DUCTIL
25 25 B-C 0.83 0.34 0.82 4.67 1.91 4.61 F.DUCTIL
25 25 C-D 0.82 0.34 0.83 4.61 1.91 4.67 F.DUCTIL
2 30 30 A-B 0.87 0.44 0.86 7.18 3.63 7.10 F.DUCTIL
30 30 B-C 0.75 0.31 0.73 6.19 2.75 6.02 F.DUCTIL
30 30 C-D 0.68 0.31 0.69 5.61 2.75 5.69 F.DUCTIL
3 30 30 A-B 0.54 0.3 0.54 4.46 2.75 4.46 F.DUCTIL
30 30 B-C 0.59 0.29 0.58 4.87 2.75 4.79 F.DUCTIL
30 30 C-D 0.57 0.3 0.59 4.70 2.75 4.87 F.DUCTIL
4 30 30 B-C 0.5 0.26 0.5 4.13 2.75 4.13 F.DUCTIL30 30 C-D 0.5 0.26 0.51 4.13 2.75 4.21 F.DUCTIL
5 30 30 B-C 0.45 0.25 0.46 3.71 2.75 3.80 F.DUCTIL
30 30 C-D 0.45 0.25 0.45 3.71 2.75 3.71 F.DUCTIL
6 25 25 B-C 0.35 0.22 0.36 1.97 1.87 2.03 F.DUCTIL
25 25 C-D 0.36 0.22 0.35 2.03 1.87 1.97 F.DUCTIL
SECCION bxh cm
PORCENTAJE MINIMO : 0.00333 PORCENTAJE BALAN. 0.02142 PORCENTAJE MAXIMO:
RECUBRIMIENTO
Tabla N 33: Chequeo de porcentajes de acero arrojados por Etabs
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FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
TABL DE CHEQUEO DE AREAS DE ACERO
RECUBRIMIENTO
NIVEL + 11.00 mts
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204/298
185
2.5
0.011
VIGAS EJE ENTRE %As NEGAT. %As POSIT. %As NEGAT. As REAL (-) As REAL (+) AS REAL (-) CHEQUEO
A 30 25 1-2 0.76 0.48 0.74 6.27 3.24 5.00 F. DUCTIL
30 25 2-3 0.74 0.48 0.75 6.11 3.24 5.06 F. DUCTIL
B 30 30 1-2 0.91 0.63 0.87 7.51 5.20 7.18 F. DUCTIL
30 30 2-3 0.88 0.63 0.87 7.26 5.20 7.18 F. DUCTIL
30 30 3-4 0.58 0.3 0.6 4.79 2.75 4.95 F. DUCTIL
30 30 4-5 0.59 0.27 0.62 4.87 2.75 5.12 F. DUCTIL
C 30 30 1-2 0.86 0.61 0.39 7.10 5.03 3.22 F. DUCTIL
30 30 2-3 0.79 0.57 0.79 6.52 4.70 6.52 F. DUCTIL
30 30 3-4 0.7 0.32 0.68 5.78 2.75 5.61 F. DUCTIL
30 30 4-5 0.62 0.3 0.67 5.12 2.75 5.53 F. DUCTIL
D 30 25 1-2 0.67 0.45 0.65 5.53 3.04 4.39 F. DUCTIL
30 25 2-3 0.48 0.3 0.52 3.96 2.25 3.51 F. DUCTIL
30 25 3-4 0.56 0.3 0.55 4.62 2.25 3.71 F. DUCTIL
30 25 4-5 0.52 0.25 0.54 4.29 2.25 3.65 F. DUCTIL
SECCION bxh cm
PORCENTAJE MINIMO 0.00333 PORCENTAJE BALAN. 0.02142 PORCENTAJE MAXIMO:
RECUBRIMIENTO
Tabla N 38: Chequeo de porcentajes de acero arrojados por Etabs
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A continuacin se presenta la tabla con los porcentajes, secciones de
di d id
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diseo y rea de acero requeridas.
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TABLA DE CHEQUEO DE PORCENTAJES DE ACERO COLUMNAS
PLANTA BAJA NIVEL + 3.20
UBICACIN SECCIN cm PORCENTAJE
%
% PERMITIDO
1%-3%
AREA DE
ACERO
REFUERZO
A1 45X45 1.37 Cumple 27.8
B1 45X45 1.37 Cumple 27.8
C1 45X45 1.37 Cumple 27.5D1 45X45 1.36 Cumple 27.64
A2 45X45 1.37 Cumple 20.88
B2 45X45 1.03 Cumple 26.85
4 X4 C l
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La deriva que reporta el programa Etabs corresponde a E que es lad i i d l li i d i l f l
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deriva como consecuencia de la aplicacin de sismos, la frmula que
permite calcular es la siguiente la misma que fue tomada de ManualSismo Resistente de Edificios utilizando el Programa Etabs del Ing.
Marcelo Guerra.
E= desplazamento piso superior desplazamiento piso inferioraltura de entrepiso
La NEC-2011 captulo 2.7.8.3 establece los siguientes requisitos con
respecto a las derivas.
El valor de la deriva mxima inelstica M de cada piso debe calcularsemediante.
M= 0.75 R EDonde:
M= valor de la deriva de piso la misma que no puede superar a la
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PISO DESPLAZ.cm DERIVA ETABS 0.75*R DERI.CAL DERIVA MAX. OBSERV.
5 4.32 0.0025 4.5 0.01125 0.02 OK
4 3.68 0.0034 4.5 0.0153 0.02 OK
3 2.8 0.0041 4.5 0.01845 0.02 OK
2 1.72 0.004 4.5 0.018 0.02 OK1 0.67 0.0021 4.5 0.00945 0.02 OK
5 3.39 0.0019 4.5 0.00855 0.02 OK
4 2.89 0.0026 4.5 0.0117 0.02 OK
3 2.2 0.0032 4.5 0.0144 0.02 OK
2 1.35 0.0031 4.5 0.01395 0.02 OK
1 0.52 0.0016 4.5 0.0072 0.02 OK
5 2.6 0.0015 4.5 0.00675 0.02 OK
4 2.22 0.00209 4.5 0.009405 0.02 OK
3 1.68 0.0025 4.5 0.01125 0.02 OK
2 1.02 0.0024 4.5 0.0108 0.02 OK
1 0 394 0 0012 4 5 0 0054 0 02 OK
TABLA DE COMPARACION DE CHEQUEOS DE LAS DERIVAS
COMPARACION DE DERIVAS DE PISOS CON EL SISMO EN X
FACTOR DE RESPUESTA ESTRUCTURAL R 6
PORTICO EJE 1
PORTICO EJE 2
PORTICO EJE 3
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a criterio del calculista aceptar los valores que estn dentro del rango
permitido o tratar de reducir esos desplazamientos
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permitido o tratar de reducir esos desplazamientos.
MODOS DE VIBRACIN Y PERIODOS DE LOS MISMOS
El chequear los periodos de vibracin con respecto al fundamental es de
vital importancia ya que se debe verificar que ningn periodo de vibracin
de la estructura coincida con el periodo fundamental calculado de llegar a
coincidir se produce un fenmeno llamado resonancia en el presentetrabajo no se explicar que es ese efecto pero como referencia se dir
que el puente Tacona Narrows colapso por este efecto, a continuacin se
presenta la tabla con los doce modos de vibracin propuestos para el
edifico calculado.
0.492 seg 0.962 seg
MODO 1 0 936 seg
MODO DE VIBRACION # PERIODO Seg OBSERVACION
no existe resonancia en la estuctura
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TABLA DE COMPARACION DE PERIODOS DE ACUERDO AL MODO DE VIBRACION
T CALCULADO Tc CALCULADO
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Grfico No 111: Proceso de modelacin en Etabs
A continuacin se presenta el chequeo de torsin mediante la
excentricidad entre el centro de masas y el centro de rigidez.
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excentricidad entre el centro de masas y el centro de rigidez.
PISO Xcm Ycm Xcr Ycr exc.X exc.Y
1 6.57 10.12 6.84 9.37 0.27 0.8
2 6.37 11.36 6.82 9.74 0.45 1.62
3 6.37 11.36 6.79 10.09 0.42 1.27
4 6.41 11.3 6.78 10.26 0.37 1.04
5 6.47 11.43 6.78 10.37 0.31 1.06
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TABLA DE CENTROS DE MASAS Y CENTROS DE RIGIDEZ
Tabla N 46: Chequeo de torsin mediante excentricidades
Como se puede observar en las tablas de chequeo de irregularidad
torsional tanto por derivas y por excentricidades se llega a la misma
conclusin es decir que el problema torsin es ocasionado en el sentido
Y.
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1.40 0.68
1 45 0 64
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1.45 0.64
1.50 0.61
1.55 0.58
1.60 0.56
1.65 0.53
1.70 0.51
1.75 0.49
1.80 0.47
1.85 0.45
1.90 0.43
1.95 0.41
2.00 0.40
2.05 0.38
2.10 0.37
2.15 0.36
2 20 0 34
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Chequear los centros de masas y rigidez de seguir desplazados
aumentar de forma proporcional las paredes de corte en el sentido
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del mismo eje Colocar paredes de corte de menor longitud en el otro sentido es
decir en el otro eje de igual manera en forma diagonal
En edificios con formas irregulares difcilmente se unir por
completo los centros de masas y centro de rigidez por lo que es
recomendable en cada iteracin con las paredes de corte sechequee el problema de torsin con la frmula que proporciona la
NEC-2011, nicamente de esta manera se podr saber si se ha
eliminado el problema de torsin.
Luego de varios intentos seguidos realizando los pasos anteriores
se logr vencer el problema de torsin, a continuacin secomparar las derivas, desplazamientos, chequeos con la frmula
que proporciona la NEC-2011 para el cheque de torsin.
A continuacin se presenta el grafico con el cual se consigui
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Grfico No 114: Proceso de modelacin en Etabs
Colocar la estructura en vista en planta y con el icono draws wall
plan seleccionar uno de los dos casos de secciones creadas
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6.7.8.6 CHEQUEO DE DERIVAS DE PISO DE LA ESTRUCTURA CON
PAREDES DE CORTE
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PISO DESPLAZ.cm DERIVA ETABS 0.75*R DERI.CAL DERIVA MAX. OBSERV.
5 1.25 0.0011 4.5 0.00495 0.02 OK
4 0.97 0.00116 4.5 0.00522 0.02 OK
3 0.66 0.00113 4.5 0.005085 0.02 OK
2 0.37 0.0009 4.5 0.00405 0.02 OK
1 0.13 0.0004 4.5 0.0018 0.02 OK
5 1.21 0.001 4.5 0.0045 0.02 OK
4 0.93 0.0011 4.5 0.00495 0.02 OK3 0.64 0.0011 4.5 0.00495 0.02 OK
2 0.36 0.00089 4.5 0.004005 0.02 OK
1 0.12 0.00039 4.5 0.001755 0.02 OK
5 1.18 0.001 4.5 0.0045 0.02 OK
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FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
TABLA DE COMPARACION DE CHEQUEOS DE LAS DERIVAS
COMPARACION DE DERIVAS DE PISOS CON EL SISMO EN X CON MUROS DE CORTE
FACTOR DE RESPUESTA ESTRUCTURAL R 6
PORTICO EJE 1
PORTICO EJE 2
PORTICO EJE 3
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TABLA DE COMPARACION DE CHEQUEOS DE LAS DERIVAS
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PISO DESPLAZ.cm DERIVA ETABS 0.75*R DERI.CAL DERIVA MAX. OBSERV.
5 0.67 0.00061 4.5 0.002745 0.02 OK
4 0.51 0.00063 4.5 0.002835 0.02 OK
3 0.35 0.0006 4.5 0.0027 0.02 OK
2 0.2 0.00049 4.5 0.002205 0.02 OK1 0.072 0.00022 4.5 0.00099 0.02 OK
5 0.61 0.00055 4.5 0.002475 0.02 OK
4 0.47 0.00056 4.5 0.00252 0.02 OK
3 0.32 0.00054 4.5 0.00243 0.02 OK
2 0.18 0.00044 4.5 0.00198 0.02 OK
1 0.066 0.0002 4.5 0.0009 0.02 OK
5 0.56 0.0005 4.5 0.00225 0.02 OK
4 0.43 0.00052 4.5 0.00234 0.02 OK
3 0.3 0.0005 4.5 0.00225 0.02 OK
2 0.17 0.00041 4.5 0.001845 0.02 OK
1 0 061 0 00019 4 5 0 000855 0 02 OK
TABLA DE COMPARACION DE CHEQUEOS DE LAS DERIVAS
COMPARACION DE DERIVAS DE PISOS CON EL SISMO EN Y CON MUROS DE CORTEFACTOR DE RESPUESTA ESTRUCTURAL R 6
PORTICO EJE A
PORTICO EJE B
PORTICO EJE C
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Como ya se etiquet a cada muro con su respectivo Pier aqu
nicamente se propondr un armado es decir se asignar la
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armadura al muro, para lo cual se realiza lo siguiente. SeleccionarDesing define pier sections for checking
Add pier section es aqu donde el usuario colocar la armadura a
los muros.
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De la misma manera se realiz el diseo de los dems muros de
corte y a continuacin se presenta un resumen de las armaduras
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de los muros de corte tanto a flexin como a corte. Como se demostr las armaduras fallan en los dos primeros pisos
por lo cual se colocarn armaduras diferentes con sus respectivos
traslapes a partir del segundo piso.
PISO NOMBRE UBICACION ESP. LONG As FLEXION As CORTE
1 M2=M4 EJE1-EJE5 25 cm 1.50 m 1 20 @ 20 cm 1 12 @ 15 cm
2 M2=M4 EJE1-EJE5 25 cm 1.50 m 1 20 @ 20 cm 1 12 @ 15 cm
3 M2=M4 EJE1-EJE5 25 cm 1.50 m 1 16 @ 20 cm 1 12 @ 20 cm
4 M2=M4 EJE1-EJE5 25 cm 1.50 m 1 16 @ 20 cm 1 12 @ 20 cm
5 M2=M4 EJE1-EJE5 25 cm 1.50 m 1 16 @ 20 cm 1 12 @ 20 cm
1 M3 = M1 EJEA - EJE D 25 cm 2 m 1 20@ 20 cm 1 12 @ 20 cm
2 M3 = M1 EJEA EJE D 25 cm 2 m 1 20@ 20 cm 1 12 @ 20 cm
MURO3 = MURO 1 SENTIDO Y
MURO 2 = MURO 4 SENTIDO X
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ARMADURAS DE LOS MUROS DE CORTE
En el edificio deben estar aplicadas todos los casos de carga como
son, carga viva, carga muerta, carga de pared, sismos en sus dos
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direcciones etc. Antes de exportar al software especializado (Safe) la estructura en
Etabs debe estar analizada.
Cuando el edifico est totalmente analizado se procede a exportar
al software (Safe).
A continuacin se presenta el clculo del peso de la mamposteraque va actuar sobre la losa que va a ser diseada
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En la barra superior elegir el comando file en el cual se despliega
un sub men, escogerexport- save story as safe.
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Se despliega una ventana con tres opciones, se recomiendaescoger la segunda, de igual manera se debe seleccionar las
cargas estticas y los sismos respectivos, adems se escoge el
piso a exportar al Safe como se muestra en la siguiente figura.
Realizado esto se procede a colocar la losa en tres dimensiones
para verificar si su geometra y sus propiedades corresponden a
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las exportadas desde Etabs.
Grfico No 124: Proceso de modelacin en Safe (vista 3D de la losa)
Cabe recordar que una vez la losa este en el programa no est dems
revisar si todos los parmetros como son cargas y materiales, para revisar
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Grfico No 129: Proceso de modelacin en Safe (franjas de diseo)
Realizado el proceso de creacin de franjas se procede a analizar
la losa como ya se indic en procesos anteriores y posteriormente
para ver el rea de acero que necesita la losa se sigue el siguiente
procedimiento
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Grfico No 130: Proceso de modelacin en Safe (visualizacin de
resultados)
Al presionar ok se presenta el rea de acero necesario para cada
franja el diseador deber distribuir adecuadamente los aceros.
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elemento unidad Alturam
Espesorm
Longitudm
Pesoespec.kg/m3
Peso/m2Kg/m2
p.p.loseta 1 0.05 1 2400 120
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p pp.p.nervio 0.15 0.1 3.6 2400 129.6p.p. alivian. 8 8 kg/u 64p.p alisado S. 1 0.025 1 1900 47.5p.p alisado I. 1 0.025 1 1900 47.5p.p.acabados 1 0.025 1 1200 30Total 438.6
Tabla N 55: Cuantificacin de cargas para clculo de losa
Carga muerta = 438.6 kg/m2
Carga viva = 500 kg/ m2 (NEC-2011- capitulo 1 tabla 1.2)
Carga de pared = 0 kg/cm2
chequeo de cargas actuantes en la losa
Chequeo de la deformada
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Grfico No 134: Proceso de modelacin en Safe (deformada losa)
Visualizacin de esfuerzos en la losa
Franjas de diseo y visualizacin de resultados
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6.7.8.9 DISEO DE LAS CIMENTACIONES
Existen muchos mtodos para resolver las cimentaciones de una
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estructura en el presente trabajo se explicar paso a paso el clculo de
una cimentacin, para lo cual se debe seleccionar la columna que mas
carga trasmite a la cimentacin se debe escoger la mas cargada de las
centrales, de lindero y de las esquineras lo ideal es disear la cimentacin
una por una pero esto demanda mucho tiempo y posibles equivocaciones
en obra, en el presente se disear una cimentacin paso a paso y las
restantes nicamente se colocar sus dimensiones y armaduras
correspondientes, para obtener la columna que mas carga trasmite nos
apoyaremos del programa siguiendo los siguientes pasos.
Analizar la estructura
Colocar la estructura en planta y escoger la opcin base
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Grfico No 138: Proceso de modelacin en Etabs
Escoger el tipo de combinacin con la cual se va a trabajar en este
caso se escoger la envolvente, pero cabe recordar que se est
trabajando con cargas mayoradas razn por la cual se debe
trabajar dividiendo para un factor de reduccin f.
Realizado esto se despliega automticamente las reacciones y los
momentos para lo cual se debe dar click derecho sobre el plinto
escogido.
A ti i t t bl l d
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CARGAS Y MOMENTOS ACTUANTES EN LAS ZAPATAS
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CARGA Pu Tn M ult. X (Tn) M ult. Y (Tn)
125.27 2.41 -5
91.03 -3.11 -4.16
44.44 -2.63 4.27
30.93 2.65 4.31
105 -2.38 4.68
98.72 -2.6 4.23
84.13 -2.61 -4.15
43.61 2.48 5.17
87.68 3.99 6.3
43.34 -2.99 4.34
35.41 2.56 -4.7
5.6 -2.7 -4.68
5.74 -3.16 4.64
8.98 -3.22 -4.5
ZAPATA D1
ZAPATA D6
ZAPATA B6
ZAPATA CRITICA A1
ZAPATAS EJE 6
ZAPATA C6
ZAPATA CRITICA C6
ZAPATA C5
ZAPATA CRITICA B2
ZAPATAS ESQUINERAS 5 PISOS
ZAPATA A1
ZAPATA A3
ZAPATA C4
UBICACIONZAPATAS CENTRALES
ZAPATA B2
ZAPATA B3
ZAPATA B4
ZAPATA B 5
ZAPATA C2
ZAPATA C3
A continuacin se procede con el diseo paso a paso de la zapata central
correspondiente a la ubicacin B2 las dems zapatas se calcularn
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