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APOYO A DISEÑO ESTRUCTURAL PARA EL PROYECTO DE CONSTRUCCIÓN EDIFICIO OPNICER
ANDERSON VEGA GALINDO
HELBERT ORLANDO NAVARRETE AUNTA
UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL BUCARAMANGABOGOTA DC
2015
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APOYO A DISEÑO ESTRUCTURAL PARA EL PROYECTO DE CONSTRUCCIÓN EDIFICIO OPNICER
TRABAJO DE GRADO PRESENTADO COMO REQUISITO PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIEROS CIVILES Tutor: ING. MARTHA LISSETTE SANCHEZ CRUZ –
UMNG
ANDERSON VEGA GALINDO
HELBERT ORLANDO NAVARRETE AUNTA
UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL BUCARAMANGABOGOTA DC
2015
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Señores
COMITÉ DE OPCIÓN DE GRADO PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL FACULTAD DE INGENIERÍA
UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA Ciudad.
Ref.: Presentación Trabajo de Grado
En cumplimiento del reglamento de la Facultad para el desarrollo de la Opción de Grado, nos permitimos presentar para los fines pertinentes el trabajo de grado titulado: “APOYO A DISEÑO ESTRUCTURAL PARA EL PROYECTO DE CONSTRUCCIÓN EDIFICIO OPNICER”
El Tutor es la Ingeniera Martha Lissette Sanchez Cruz
Atentamente,
____________________________
Anderson Vega Galindo Código: 1101402
Estudiante de Ingeniería Civil
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Señores
COMITÉ DE OPCIÓN DE GRADO PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL FACULTAD DE INGENIERÍA
UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA Ciudad.
Ref.: Presentación Trabajo de Grado
En cumplimiento del reglamento de la Facultad para el desarrollo de la Opción de Grado, nos permitimos presentar para los fines pertinentes el trabajo de grado titulado: “APOYO A DISEÑO ESTRUCTURAL PARA EL PROYECTO DE CONSTRUCCIÓN EDIFICIO OPNICER”
El Tutor es la Ingeniera Martha Lissette Sanchez Cruz
Atentamente,
____________________________
Helbert Orlando Navarrete Aunta Código: 1101421
Estudiante de Ingeniería Civil
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Primeramente Dios por darme las fortalezas de seguir día a día aun después de cualquier eventualidad presentada en mi vida.
A mi mamá Gloria Esperanza Galindo Saldaña sin ella nada de esto hubiera sido posible, por darme el apoyo incondicional, la valentía, la ayuda para iniciar este sueño.
A mis hermanos que estuvieron acompañándome, aconsejándome en momentos de agotamiento.
A mi amigo y gran persona que estuvo apoyando con sus consejos y regaños Ing. Bernardo Arturo Socha Manrique.
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Quiero agradecer primeramente a dios por darme grandes fortalezas de
seguir adelante y permitirme llegar a esta estancia de mi vida, en segundo
lugar a mis padres por darme su apoyo a lo largo de mi vida y de este
procesos académico dándome también fuerzas y alientos, en último lugar a cada uno de los profesores que
me ayudaron durante el proceso académico.
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TABLA DE CONTENIDO
RESUMEN ... 11
INTRODUCCION ... 12
1 OBJETIVOS ... 14
1.1 OBJETIVO GENERAL ... 14
1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS: ... 14
2 JUSTIFICACION ... 15
3 ANTECEDENTES ... 16
4 ALCANCE O DELIMITACIÓN DE L A OPCIÓN DE GRADO ... 17
4.1 Geográfica: ... 17
4.2 Cronológica: ... 17
4.3 Conceptual: ... 17
5 METODOLOGÍA ... 18
6 MARCO DE REFERENCIAS ... 20
7 MARCO TEORICO ... 31
7.1 INGENIERÍA ESTRUCTURAL ... 31
7.2 ARQUITECTURA Y USO DE LA EDIFICACIÓN. ... 32
7.3 CARACTERÍSTICAS DE LA ESTRUCTURACIÓN Y DEL MATERIAL EMPLEADO. ... 33
7.4 CARGAS DE LA ESTRUCTURA. ... 34
7.4.1 Cargas vivas ... 34
7.4.2 Carga muertas ... 35
7.4.3 Cargas de sismo ... 37
7.5 MOVIMIENTOS SÍSMICOS DE DISEÑO. ... 38
7.6 DETERMINACIÓN DE LAS DERIVAS DE ENTREPISO. ... 40
7.7 DISEÑO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES ... 41
7.7.1 Viguetas y Riostras. ... 42
7.7.2 Vigas ... 43
7.7.3 Columnas... 43
7.7.4 Muros Estructurales ... 44
7.7.5 Uniones Viga Columna ... 44
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8 ANALISIS DE LA ESTRUCTURA ... 45
8.1 Análisis de cargas ... 45
8.1.1 Carga Muerta ... 45
8.1.2 Carga Viva... 49
8.2 Parámetros Sísmicos ... 50
8.3 Trazado inicial de la estructura ... 61
8.4 Combinaciones de Carga ... 61
8.5 Definición de Load Patterns ... 63
8.6 Loas Cases ... 66
8.7 Modelación en el programa Etabs ... 66
8.8 Materiales de los elementos ... 67
8.9 Secciones de los elementos ... 68
8.10 Diafragma ... 69
8.11 Modelación en el programa Etabs. ... 69
8.12 Insertar cargas ... 71
9 MODELACION Y RESULTADOS DE LA ESTRUCTURA ... 73
9.1 Análisis de la deriva ... 73
9.2 Torsión accidental ... 77
9.3 Diseño de la estructura ... 79
9.4 Reacciones en la base ... 84
10 CONCLUSIONES ... 86
11 RECOMENDACIONES ... 88
12 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 89
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TABLA DE CONTENIDO DE TABLAS
Tabla 1 cargas vivas mínimas uniformemente distribuida. Fuente. NSR 10 Titulo B.4.2.1-1 __ 35 Tabla 2 Masa de los materiales. Fuente. NSR 10 Titulo B.3.2-1 _________________________ 37 Tabla 3 Derivas Máximas como porcentaje de Phi. Fuente. NSR 10 Titulo A.6.4-1 ___________ 41 Tabla 4 Alturas o espesores mínimos recomendados para vigas no pre esforzadas o losas en una dirección que soporten muros divisorios que soporten muros divisorios y particiones frágiles susceptibles a dañarse debido a deflexiones grandes a menos que se calculen las deflexiones 46 Tabla 5 Cargas Muertas Mínimas de elementos no Estructurales horizontales - Pisos. Fuente. . NSR 10 Titulo B.3.4.1-3. _______________________________________________________ 48 Tabla 6 Masas de los materiales. Fuente NSR 10 Titulo B.3.2-1. ________________________ 48 Tabla 7 Cargas Vivas mínimas Uniformemente Distribuidas. Fuente NSR 10 Titulo B.4.2.1-1. _ 49 Tabla 8. Coeficientes de diseño (Microzonificación Bogotá). Fuente. Decreto 523 de 2010. __ 51 Tabla 9 Tabla 9.Valores de los parámetros Ct y α para el cálculo del periodo aproximado Ta.
Fuente. NSR-10 Titulo A.4.2-1., __________________________________________________ 52 Tabla 10. Valores de coeficientes de importancia, I. Fuente NSR-10 Titulo A.2.5-1.. ________ 53 Tabla 11Tabla 10.Sistema estructural de pórticos resistente a momentos. Fuente. NSR-10 Titulo A.3-3. ______________________________________________________________________ 56 Tabla 12.Analisis de derivas de la estructura. Fuente. FML Consultoría & Cía. Ltda. ________ 77 Tabla 13. Reacciones en cimentación (T).Fuente. Etabs 2015. _________________________ 85
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TABLA DE CONTENIDO DE ILUSTRACIONES
Ilustración 1 Espectro Elástico de aceleraciones de diseño como fracción de g. Fuentes. NSR 10 Titulo A.2.6-1 ________________________________________________________________ 40 Ilustración 2 Tabla en Excel para avalúo de cargas de una estructura. Fuente. FML Consultoría Y Cía. Ltda. ___________________________________________________________________ 50 Ilustración 3.Mapa zonas de amenaza sísmica de Colombia. Fuente. NSR-10 Titulo A.2.3. ___ 57 Ilustración 4Figura 4. Irregularidades en planta. Fuente. NSR-10 Capitulo A.3. ____________ 59 Ilustración 5. Calculo de Parámetros sísmicos. Fuente. FML Consultoría & Cía. Ltda.________ 60 Ilustración 6. Combinaciones de carga NSR-10. Fuente. Etabs 2015. ____________________ 63 Ilustración 7. Load Patterns .Fuente. Etabs 2015. ___________________________________ 65 Ilustración 8. Load Patterns, coeficientes de usuario. Fuente. Fuente. Etabs 2015. _________ 65 Ilustración 9. Importación de ejes estructurales y bordes de placa. Fuente Etabs 2015. _____ 66 Ilustración 10. Material propiety data. Fuente. Etabs 2015. ___________________________ 67 Ilustración 11. Frame Propieties. Fuente. Etabs 2015. ________________________________ 68 Ilustración 12. Define Diaphragm. Fuente. Etabs 2015. _______________________________ 69 Ilustración 13. Importación de ejes estructurales y bordes de placa. Fuente Etabs 2015. ____ 70 Ilustración 14. Pestañas de dibujar elementos. Fuente. Etabs 2015._____________________ 71 Ilustración 15. Tabla asignación de cargas en placas uniformemente distribuidas. Fuente. Etabs 2015. ______________________________________________________________________ 72 Ilustración 16. Análisis de la torsión accidental. Fuente. FML Consultoría & Cía. Ltda. _______ 78 Ilustración 17. Momentos eje 3 (T-m). Fuente. Etabs 2015. ___________________________ 79 Ilustración 18.Cortantes eje 3 (T). Fuente. Etabs 2015. _______________________________ 80 Ilustración 19. Áreas re refuerzo (As) eje 3 (mm) Fuente. Etabs 2015. ___________________ 80 Ilustración 20. Momentos eje 4 (T-m) .Fuente. Etabs 2015. ___________________________ 81 Ilustración 21. Cortantes eje 4 (T).Fuente. Etabs 2015. _______________________________ 81 Ilustración 22. Áreas re refuerzo (As) eje 4 (mm).Fuente. Etabs 2015. ___________________ 81 Ilustración 23. Momentos eje 12 (T-m).Fuente. Etabs 2015. ___________________________ 82 Ilustración 24. Cortantes eje 12 (T).Fuente. Etabs 2015. ______________________________ 82 Ilustración 25. Áreas re refuerzo (As) eje 12 (mm).Fuente. Etabs 2015. __________________ 83 Ilustración 26. Áreas re refuerzo (As) Nivel+2.85 (mm).Fuente. Etabs 2015. ______________ 83 Ilustración 27. Áreas re refuerzo (As) Nivel de cubierta (mm).Fuente. Etabs 2015. _________ 84 Ilustración 28. Numeración de nodos. Fuente. Etabs 2015. ____________________________ 85
11 RESUMEN
Este trabajo de grado presenta los resultados obtenidos durante la el proceso que se le dedico al apoyo para el diseño estructural del Edifico OPNICER el cual va a ser utilizado como fundación para niños que tienen la enfermedad del Cáncer, realizada en la empresa FML CONSULTORIA & CIA LTDA, durante este proceso de diseño se aplicaron los conocimientos adquiridos en las siguientes áreas: Análisis Estructural, Diseño de elementos en Concreto Reforzado y Fundaciones.
El enfoque principal del proceso del trabajo de grado realizado fue el de apoyar técnica y administrativamente el proceso de diseño estructural, cálculos y análisis sísmico y dibujo de planos estructurales como aporte social ya que este proyecto fue donado sirviendo como incentivo y apoyo a sociedades menos favorecidas de este país, para ello se requería de documentación precisa sobre el proyecto que se había ejecutado tal como: Planos arquitectónicos definitivos por parte del arquitecto proyectista, informe de estudio de suelos hecho en la zona.
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INTRODUCCION
El siguiente trabajo nace ante el deseo de contribuir con el compromiso y desarrollo social ante una sociedad de niños pertenecientes a la enfermedad del cáncer que necesitan un lugar para su cuidado y tratamiento.
El proyecto OPNICER llega a la empresa FML Consultoría & Cía. Ltda. en busca del diseño estructural de este edificio, el cual está ubicado en la DIAGONAL 1A Nº 8- 40, en el barrio La Cruces Localidad de Santafé, en la ciudad de Bogotá D.C.
La propuesta plantea desarrollar un lote de área 340 m², el proyecto contempla la construcción de un edificio que se desarrolla placa de primer, segundo piso y cubierta en placa, de uso servicios comunales.
El sistema estructural planteado es en pórticos en concreto, en el cual las cargas verticales y horizontales, son resistidas por vigas y columnas en concreto armado, con grado moderado de disipación de energía (DMO).
En estas memoria se muestra el proceso y desarrollo adecuado seguido por la compañía para la elaboración de un Diseño Estructural Sismo Resistente, siguiendo una metodología y procedimiento a partir del proyecto arquitectónico y las características del proyecto; una segunda parte de evaluación de cargas a partir de la Norma Sismo resistente NSR-10; Una tercera parte donde se desarrolla el sistema estructural, empleando un modelo matemático que se nos proporcionó el cual se llama Etabs 2015; una cuarta parte donde se analizan los desplazamientos horizontales y derivas de la estructura permitidas; una quinta parte en donde se diseñaran los elementos estructurales de acuerdo con los
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requisitos de resistencia sísmica y los materiales estructurales correspondientes; y una sexta parte donde se diseña con el programa SAP 2000 y se hace una comparación personal de acuerdo a tiempos y eficiencia en el ámbito laboral y entrega de resultados.
A partir de la metodología planteada en este trabajo, se entregaran memoria de cálculo, especificaciones y planos en detalle de la Estructura Sismo resistente.
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1 OBJETIVOS
1.1 OBJETIVO GENERAL
Realizar el diseño estructural del proyecto (EDIFICIO OPNICER) con el cual se hará un aporte social a personas con Cáncer.
1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS:
Utilizar conocimientos adquiridos a lo largo de la carrera para el cálculo y diseño de estructuras sismo resistentes.
Utilizar Etabs y SAP como programas base en la parte de cálculos de áreas de refuerzo, derivas, verificación de secciones etc.
Adquirir experiencia sobre el análisis y diseño de estructuras de concreto reforzado sismo resistentes en la vida laboral.
Hacer un servicio social en pro de una comunidad vulnerable como lo son los niños que tienen la enfermedad del Cáncer.
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2 JUSTIFICACION
Este trabajo será desarrollado con el fin de poner en práctica todos los conocimientos que se han venido adquiriendo durante la carrera de pregrado de Ingeniería Civil, en énfasis como diseño de estructuras, cimentaciones, programas de computación para estar a nivel de competencia laboral hoy en día.
Una parte muy importante en el desarrollo del proyecto es la parte social, ya que la estructura será utilizada para ayudar a niños con Problemas de Cáncer, siendo una fundación que tendrá un alto grado de utilidad para la ciudad.
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3 ANTECEDENTES
Para la ingeniería civil es muy importante trabajar para en pro de la sociedad, por lo cual se ha concebido hacer el diseño estructural del (EDIFICIO OPNICER) el cual tendrá un uso para tratar niños con cáncer en Colombia.
De dicho proyecto se tiene la siguiente información:
La dirección del lote es DIAGONAL 1A Nº 8-40, barrio La Cruces Localidad de Santafé, en la ciudad de Bogotá D.C.
La propuesta plantea desarrollar un lote de área 340 m², el proyecto contempla la construcción de un edificio que se desarrolla placa de primer, segundo piso y cubierta en placa, de uso servicios comunales, el proyecto lleva como nombre OPNICER.
El sistema estructural planteado es en pórticos en concreto, en el cual las cargas verticales y horizontales, son resistidas por vigas y columnas en concreto armado, con grado moderado de disipación de energía (DMO).
El diseño estructural de los elementos se realiza de acuerdo con la NORMA COLOMBIANA SISMO RESISTENTE NSR-10, LEY 1229 DE 2008, DECRETO 926 de 2010, DECRETO 092 de 2011, DECRETO 523 de 2010 y las recomendaciones prescritas para el diseño de estructuras en concreto (TITULO C), para evaluación de cargas (TITULO B) y análisis de la fuerza de sismo (TITULO A).
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4 ALCANCE O DELIMITACIÓN DE L A OPCIÓN DE GRADO
4.1 Geográfica:
El cálculo y diseño estructural se llevara a cabo en las instalaciones de la universidad Militar Nueva Granada en horas libres de clase y en las respectivas casas de cada uno.
4.2 Cronológica:
El cálculo estructural se ha venido desarrollando desde el 1 de Junio del año 2015 con una intensidad de 15 horas semanales.
4.3 Conceptual:
El trabajo y responsabilidad como calculista se limitara a el “Cálculos y diseño por medio de un programa de modelación matemática ETABS 2015 Y SAP 2000” Manejo de office para cálculos de cargas muertas, presentación de informes técnicos, pre dimensionamiento de la estructura y redacción y entrega del informe final para entrega ante curaduría.
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5 METODOLOGÍA
En primera instancia es necesario hacer un estudio detallado de los planos arquitectónicos entregados por el Proyectista, con el fin de buscar bordes de placa, sistema estructural a emplear, dilataciones y hacer un rayado previo de la estructura.
Como siguiente paso se debe tener el estudio de suelos si es contratado por aparte o si lo hace la misma compañía, todo con el fin de tener los valores de resistencia ultima del suelo, tipo de perfil de suelo, esto para efectos de diseño de cimentación a futuro y valores para el espectro de aceleración sísmica.
Se debe hacer un avalúo de cargas para hallar carga muerta por piso de la estructura, dependiendo de qué tipo de placa se va a utilizar los cálculos de carga muerta difieren uno del otro.
Se halla el espectro de aceleración sísmica para encontrar los valores de sismo de diseño y para deriva de la estructura, aquí se debe tener en cuenta valores hallados en la norma NSR-10 que dependen de la zona de amenaza sísmica, del perfil de suelo encontrado y valores tomados de la edificación.
Se procede a hacer la geometría del proyecto en el programa ETABS 2015. Y SAP 2000.
Se alimenta la estructura creada con los valores de sismo encontrados antes, las cargas muertas y la carga viva que se saca de la NSR-10, se procede a verificar los combos de diseño y los casos de carga y finalmente se corre el modelo creado.
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Por último se verifican derivas, torsiones se hace el cálculo de áreas de refuerzo de los elementos vigas y columnas en concreto reforzado y se verifican cortantes y si es necesario hacer cambios en secciones de elementos.
Al chequear que todo el modelo este correcto se organiza una memoria de cálculo y se comienza a hacer rayado de aceros para planos estructurales.
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6 MARCO DE REFERENCIAS
A continuación se proporcionan algunas definiciones utilizadas en el proyecto de grado.
Agregado. Conjunto de partículas inertes, naturales o artificiales, tales como arena, grava, triturado, etc., que al mezclarse con el material cementante y el agua produce el concreto.
Altura efectiva. (d) En una sección, es la distancia entre el extremo más comprimido y el centro de gravedad del refuerzo detracción en secciones sometidas a flexión.
Amarres. Son elementos que sirven para transmitir las fuerzas inerciales e impiden la separación entre componentes de la edificación tales como zapatas y muros. Elemento utilizado para dar continuidad alrededor de aberturas y huecos en un diafragma (viga de borde).
Barra Corrugada. Barra con núcleo de sección circular en cuya superficie existen resaltes que tiene por objeto aumentar la adherencia entre concreto y el acero, que cumple con las normas NTC 2289 (ASTM A706) y NTC 248 (ASTM A615).
Base de la estructura. Nivel al cual se supone que los movimientos sísmicos son transferidos al edifico. Este nivel no necesariamente coincide con el nivel del terreno.
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Capacidad de disipación de energía. Es la capacidad que tiene un sistema estructural, un elemento estructural, o una sección de elemento estructural, de trabajar dentro del rango inelástico de respuesta sin perder su resistencia.
Se cuantifica por medio de la energía de deformación que el sistema, el elemento o sección es capaz de disipar en ciclos histereticos consecutivos.
Cuando se hace referencia al sistema de resistencia sísmica de la edificación como un todo, se define por medio del coeficiente de capacidad de disipación de energía R. El grado de capacidad de disipación de energía se clasifica como especial (DES), moderado (DMO) y mínimo (DMI).
Cimentación. Conjunto de elementos estructurales destinados a transmitir las cargas de una estructura al suelo o roca de apoyo.
Coeficiente de reducción de resistencia. Coeficiente que multiplica la resistencia nominal para convertirla en resistencia de diseño.
Columna. Elemento estructural cuya solicitación principal es la carga axial de compresión acompañada o no de momentos flectores, torsión o esfuerzos cortantes y con una relación de longitud a su menor dimensión de la sección de 3 o más.
Concreto. Mezcla homogénea de material cementante, agregados inertes y agua, con o sin aditivos.
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Concreto de recubrimiento. Es el concreto localizado por fuera del refuerzo transversal de confinamiento.
Concreto estructural. El concreto estructural cubre el concertó simple y el concreto reforzado utilizado para propósitos estructurales.
Concreto reforzado. Material constituido por concreto que tiene un refuerzo consistente en barras de acero corrugado, estribos transversales o mallas electro soldadas, colocadas principalmente en las zonas de tracción, en cuantías superiores a las mínimas.
Curado. Proceso por medio del cual el concreto se endurece y adquiere resistencia, una vez colocado en su posición final.
Deflexión. La ordenada de la Línea elástica, o deformación transversal del elemento estructural.
Deriva. Diferencia entre desplazamientos o deflexiones horizontales de dos pisos consecutivos.
Diafragmas estructurales. Son conjuntos de elementos estructurales, tales como losas de entrepiso o de cubierta, que transmiten fuerzas inerciales a los elementos del sistema de resistencia sísmica.
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Efectos sísmicos. Las solicitaciones de flexión, torsión, fuerza cortante, fuerzas axiales y deformaciones ocasionadas por la acción de un temblor en cualquiera de los elementos estructurales de una estructura.
Elementos a flexión de concreto compuesto. Elementos de concreto, prefabricados o vaciados en sitio, o ambos, construidos en etapas diferentes pero interconectadas de tal manera que todas sus partes respondan a las cargas como una unidad.
Elementos de borde. Parte del borde de la sección de los muros estructurales y diafragmas que se refuerza con armadura longitudinal y transversal. Los elementos de borde no tienen que ser más anchos que el elemento. Los bordes de las aberturas de los muros estructurales y diafragmas deben tener elementos de borde si así lo requiere el capítulo la Norma.
Encofrados y formaletas. Moldes con la forma y las dimensiones de los elementos estructurales, en los cuales se coloca el refuerzo y se vierte el concreto fresco.
Esfuerzo. Intensidad de la fuerza por unidad de área.
Estribo o fleje. Elementos que corresponden a una forma de refuerzo transversal, utilizados para resistir esfuerzos cortantes, de torsión y para proveer confinamiento al elemento, consistentes en barras corrugadas, barras lisas, alambres o malla electro soldada, de una o varias ramas, doblados en
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forma de L, U, C o rectangulares y colocados perpendicularmente al refuerzo longitudinal o formando un Angulo con él. En elementos que llevan cargas de compresión, como en las columnas, el estribo debe abrazar el refuerzo longitudinal para evitar que este falle por pandeo y no puede ser fabricado con alambre o con malla electro soldada. En este caso puede ser también una barra continua que se enrolla alrededor del refuerzo longitudinal formando círculos, rectángulos o cualquier otra forma poligonal sin tener esquinas hacia adentro de la sección. Cuando cumple ciertos límites de cuantía volumétrica se denomina refuerzo en espiral.
Estribo de confinamiento. Es un estribo rectangular cerrado, de barra de diámetro al menos No 3 (3/8") 6 10 M (10 mm), o un estribo continuo enrollado alrededor del refuerzo longitudinal.
Estribo suplementario. Es un elemento de refuerzo transversal fabricado con barra de diámetro No 3 (3/8") o 10 M (10 mm) o mayor, que tiene en sus extremos un gancho sísmico de 135°, o más, con una extensión de 6 diámetros de barra pero no menor de 75 mm, y se permite que uno de sus extremos utilice un gancho de 90°, o más, con una extensión de 6 diámetros de la barra.
Los extremos doblados de 90° de dos estribos suplementarios que abracen las mismas barras longitudinales deben alternarse de extreme Los estribos suplementarios deben ser fabricados del mismo diámetro y resistencia a la fluencia de los estribos de confinamiento principales.
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Fuerzas sísmicas especificadas. Son las fuerzas sísmicas horizontales correspondientes a la distribución en la altura de la edificación del cortante sísmico en la base.
Gancho estándar. Doblez en el extremo de una barra de refuerzo que cumple los requisitos de Ia Norma.
Gancho sísmico. Es el gancho que debe formarse en los extremos de los estribos de confinamiento y estribos suplementarios, consistente en un doblez de 135°, o más , con una extensión de 6 diámetros de barra, pero no menor a 75 mm, que abraza el refuerzo longitudinal del elemento y se proyecta hacia el interior de la sección del elemento.
Longitud de desarrollo con gancho estándar. Es la distancia más corta entre la sección critica donde la barra debe desarrollar su resistencia total y una tangente a la cara exterior del gancho de 90° 6 de 180°.
Longitud de desarrollo. Es la longitud del refuerzo embebido en el concreto requerida para desarrollar la resistencia de diseño en la sección crítica.
Losa. Elemento estructural horizontal, o aproximadamente horizontal, macizo o con nervaduras, que trabaja en una o dos direcciones, de espesor pequeño en relación con sus otras dos dimensiones.
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Memoria de cálculo. Justificación técnica de las dimensiones, refuerzos y especificaciones de una estructura, tal como se presentan en los pianos de construcción.
Módulo de elasticidad. Relación entre el esfuerzo de tracción o de compresión y la deformación unitaria producida por aquel, para esfuerzos inferiores al límite proporcional del material,
Momento positivo. El que produce esfuerzos de tracción en la cara inferior de vigas y losas.
Momento negativo. El que produce esfuerzos de tracción en la cara superior de vigas y losas.
Muro. Elemento cuyo espesor es mucho menor en relación con sus otras dos dimensiones, usualmente vertical, utilizado para delimitar espacios.
Muro estructural. Son muros que se dimensionan y diseñan para que resistan la combinación de fuerzas cortantes, momentos y fuerzas axiales inducidas por cargas verticales y horizontales, Un "muro de cortante" es un "muro estructural".
Nudo. Es la porción de la columna limitada por las superficies superiores e inferiores de las vigas que llegan a ella.
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Pórtico. Conjunto estructural constituido por vigas y columnas unidas rígidamente.
Refuerzo. Acero en una de las tres siguientes formas, colocado para absorber los esfuerzos de tracción, de compresión de corte o de torsión en conjunto con el concreto: Grupos de barras de acero corrugado o liso de forma recta, dobladas, con o sin ganchos o en forma de estribos.
Mallas electro soldadas. Alambres o cables de alta resistencia destinados principalmente para concreto preesforzado.
Refuerzo en espiral. Refuerzo transversal consistente en una hélice continúa de barra de acero liso o corrugado, que cumple ciertas limitaciones de cuantía volumétrica.
Refuerzo extremo de tracción. Refuerzo (preesforzado o no preesforzado) que se encuentra más alejado de la fibra extrema de tensión.
Refuerzo negativo. El refuerzo destinado a resistir los efectos del momento negativo
Refuerzo positivo. El refuerzo destinado a resistir los efectos del momento positive
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Refuerzo transversal. El refuerzo destinado a resistir los efectos de los esfuerzos cortantes y de torsión. Incluye, igualmente, el destinado a impedir el pandeo del refuerzo principal en las columnas o elementos sometidos a fuerzas de compresión y el que produce confinamiento.
Refuerzo de retracción y temperatura. En losas el destinado a resistir los esfuerzos causados por variación de temperatura o por retracción de fraguado.
Región confinada. Es aquella parte de los elementos de concreto reforzado confinada por refuerzo transversal de confinamiento que cumple los requisitos especiales de la norma NSR-10.
Resistencia a la fluencia. (fy). Valor de la resistencia nominal a la fluencia del acero de refuerzo en MPa que se utiliza en el diseño para determinar la resistencia nominal de los elementos de concreto reforzado. La resistencia real a la fluencia debe determinarse por medio de ensayos de 'los materiales empleados en la obra, realizados de acuerdo con las normas NTC o en su defecto las normas ASTM, apropiadas y su variación con respecto a la resistencia nominal no debe ser mayor que la permitida por la Norma.
Resistencia nominal del concreto a la compresión. (F’c). Resistencia nominal especificada del concreto a la compresión, expresada en MPa, que se utiliza en el diseño para determinar la resistencia nominal de los elementos de concreto reforzado
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Resistencia de diseños. Resistencia nominal de un elemento o sección de él, multiplicada por el coeficiente de reducción de resistencia Φ.
Resistencia Nominal. Resistencia de un elemento, o sección de él, calculada analíticamente de acuerdo con los requisitos y disposiciones del método de resistencia y sin incluir ningún coeficiente de reducción de resistencia
Resistencia Requerida. Resistencia que debe poseer un elemento, o sección de el, para que sea capaz de soportar las cargas mayoradas o sus efectos
Riostra. Es un elemento de un diafragma estructural que se utiliza para proveer continuidad alrededor de una abertura del diafragma.
Sección controlada por compresión. Es la sección de un elemento en la cual la deformación unitaria de tracción neta en el refuerzo extremo de tracción, para resistencia nominal es menor o igual al Imite para la deformación unitaria de control por compresión.
Sección controlada por tracción. Es la sección de un elemento en la cual la deformación unitaria de tracción neta en el refuerzo extremo de tracción, para resistencia nominal es mayor o igual a 0.005.
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Sistema de resistencia sísmica. Es aquella parte de la estructura compuesta por elementos diseñados para resistir las fuerzas provenientes de los efectos sísmicos.
Viga. Elemento estructural, horizontal o aproximadamente horizontal, cuya dimensión longitudinal es mayor que las otras dos y su solicitación principal es el momento flector, acompañado o no de cargas axiales, fuerzas cortantes y torsiones.
Vigueta o nervadura. Elemento estructural que forma parte de una losa nervada, el cual trabaja principalmente a flexión.
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7 MARCO TEORICO
7.1 INGENIERÍA ESTRUCTURAL
La ingeniería estructural es una rama clásica de la ingeniería civil que se ocupa del diseño y cálculo de la parte estructural en elementos y sistemas estructurales tales como edificios, puentes, muros (incluyendo muros de contención), presas, túneles y otras obras civiles. Su finalidad es la de conseguir estructuras seguras, resistentes y funcionales. En un sentido práctico, la ingeniería estructural es la aplicación de la mecánica de medios continuos para el diseño de estructuras que soporten su propio peso (cargas muertas), más las cargas ejercidas por el uso (cargas vivas), más las cargas producidas por eventos de la naturaleza, como vientos, sismos, nieve o agua.
Los ingenieros estructurales se aseguran que sus diseños satisfagan un estándar para alcanzar objetivos establecidos de seguridad (por ejemplo, que la estructura no se derrumbe sin dar ningún aviso previo) o de nivel de servicio (por ejemplo, que la vibración en un edificio no moleste a sus ocupantes).
Adicionalmente, son responsables por hacer uso eficiente del dinero y materiales necesarios para obtener estos objetivos. Algunos ejemplos simples de ingeniería estructural lo constituyen las vigas rectas simples, las columnas o pisos de edificios nuevos, incluyendo el cálculo de cargas (o fuerzas) en cada miembro y la capacidad de varios materiales de construcción tales como acero, madera u hormigón. Ejemplos más elaborados de ingeniería estructural lo constituyen estructuras más complejas, tales como puentes o edificios de varios pisos incluyendo rascacielos.
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7.2 ARQUITECTURA Y USO DE LA EDIFICACIÓN.
Las edificaciones con uso institucional, con características arquitectónicas que fomentan irregularidades en planta y verticales tanto en masa como en rigidez y además, con capacidad para un gran número de personas, sin mencionar el grado de importancia que tienen en una comunidad, deben ser objeto de un estudio de desempeño frente a eventos sísmicos, en una ciudad como Bucaramanga (Santander, Colombia) ubicada en una zona de Alta amenaza sísmica (debido a la confluencia de varias fallas tectónicas) deben realizarse esfuerzos grandes por evaluar el cumplimiento de requisitos de diseño mínimos que permitan salvaguardar la vida, incluso para EDIFICIOS usados solo para VIVIENDAS. El diseño estructural es un proceso individual donde el ingeniero debe planificar junto con el arquitecto el arreglo de espacios, vano, accesos, altura de piso, tamaño de los elementos, economía, resistencia adecuada y mantenimiento. En el proceso de diseño se deben contemplar tres importantes fases, a saber:
Definición de las prioridades. Una estructura es construida para llenar alguna necesidad. Los propietarios y el usuario deben estar al tanto de los atributos propuestos para la edificación como los requerimientos de funcionalidad, requerimientos estéticos y economía.
Desarrollo del concepto del proyecto. De acuerdo a las necesidades del proyecto los primero bosquejos o anteproyecto. El primer pre diseño de
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todas las áreas de la ingeniería civil envueltas en el proyecto debe ser trabajado.
Diseño final de los sistemas. Una vez el concepto general ha sido desarrollado, el sistema estructural definitivo puede ser calculado, con todos los elementos proporcionados para resistir las cargas, los dibujos definitivos y la posibilidad de que la construcción pueda hacerse por métodos constructivos adecuados.
7.3 CARACTERÍSTICAS DE LA ESTRUCTURACIÓN Y DEL MATERIAL EMPLEADO.
El sistema estructural de resistencia sísmica de la edificación debe clasificarse dentro de uno de los sistemas estructurales prescritos en el Capítulo A:
sistema de muros de carga, sistema combinado, sistema de pórtico, o sistema dual. El Reglamento define limitaciones en el empleo de los sistemas estructurales de resistencia sísmica en función de la zona de amenaza sísmica donde se encuentre localizada la edificación, del tipo de material estructural empleado (concreto estructural, estructura metálica, mampostería estructural, o madera), de la forma misma como se disponga el material en los elementos estructurales según esté en posibilidad de responder adecuadamente ante movimientos sísmicos como los esperados por medio de su capacidad de disipación de energía, la cual puede ser especial (DES), moderada (DMO) o mínima (DMI); de la altura de la edificación, y de su grado de irregularidad.
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7.4 CARGAS DE LA ESTRUCTURA.
El término carga se refiere a la acción directa de una fuerza concentrada o distribuida actuando sobre el elemento estructural. A continuación, se observarán las principales cargas que están descritas en la Norma Colombiana de Diseño y Construcción Sismo Resistente NSR-10, solo se definen las que se utilizarán en este trabajo de grado como son: Carga Muerta, Carga Viva y Fuerza Sísmica.
7.4.1 Cargas vivas
Son aquellas debidas al uso u ocupación de la construcción y que la identifican. Incluyen personas, objetos móviles o divisiones que puedan cambiar de sitio. Generalmente actúan durante períodos cortos de la vida de la estructura. También incluyen el impacto. Su símbolo corresponde a la inicial de Live (vivo). También se denominan cargas de “ocupación”. Debido a la dificultad de evaluarlas, se especifican por los Códigos de Construcción, en kN/m2 en el SI o en kgf/m2 en el MKS. Usualmente se considera que ocupan toda el área del piso como cargas uniformes, aunque en algunos casos puedan estar concentradas en un área específica. Los valores de las cargas para cada uno de los elementos esta dado en la Norma Colombiana de Diseño y Construcción Sismo Resistente NSR-10, Sección B.4. A continuación se muestra esta tabla.
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Tabla 1 cargas vivas mínimas uniformemente distribuida. Fuente. NSR 10 Titulo B.4.2.1-1
7.4.2 Carga muertas
Son aquellas cargas que actúan durante toda la vida de la estructura.
Incluyen todos aquellos elementos de la estructura como vigas, pisos, techos, columnas, cubiertas y los elementos arquitectónicos como ventanas, acabados, divisiones permanentes. También se denominan cargas permanentes. Su símbolo “D”, corresponde a la inicial en inglés de Dead (muerto). La principal carga muerta es el peso propio de la estructura.
Sus valores se obtienen considerando el peso específico del material de la estructura y el volumen de la estructura.
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Aunque es el tipo de carga más fácil de evaluar, su monto depende de las dimensiones de los miembros de la estructura las cuales no se conocen al inicio del proceso. Es necesario recurrir entonces a estimaciones del valor inicial.
Esta acción será más o menos aproximada, dependiendo de la experiencia del diseñador. En los casos comunes esta estimación inicial será suficiente;
pero en casos no rutinarios, será necesario evaluar de nuevo el peso de la estructura y revisar el diseño.
Para elementos longitudinales (vigas), la carga se evalúa por unidad de longitud. Ha sido costumbre evaluarla en sistema MKS: “kg/m, t/m”.
El control de las cargas muertas es muy importante en estructuras de concreto reforzado construidas «in situ», pues el volumen de los concretos colocados puede ser muy variable, conduciendo a sobre espesores que producen masas adicionales a las contempladas en el diseño, afectando la evaluación de las cargas de sismo. En el acero estructural se controlan más fácilmente, pues los perfiles vienen de fábrica con tolerancias de peso pequeñas.
Los valores de las cargas en masas para cada uno de los elementos esta dado en la Norma Colombiana de Diseño y Construcción Sismo Resistente NSR-10, Sección B.3. A continuación se muestra esta tabla.
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Tabla 2 Masa de los materiales. Fuente. NSR 10 Titulo B.3.2-1
7.4.3 Cargas de sismo
El efecto producido por los movimientos sísmicos en las estructuras depende de la situación de la edificación con respecto a las zonas de actividad sísmica en el mundo. Los movimientos del terreno le transmiten a las construcciones aceleraciones, que producen en las estructuras reacciones de “inercia”, según la masa y su distribución en la estructura. La
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fuerza total de inercia se considera igual al denominado “cortante de base”, el cual es un porcentaje del peso total de la construcción.
La respuesta de una edificación a los sismos depende de varios factores, como: la rigidez de la estructura (que se relaciona con la mayor o menor deformabilidad; un edificio de pocos pisos es un edificio más rígido que un edificio alto); la distribución de la masa, tanto en planta como en altura; el tipo de suelo sobre el que está apoyada, siendo mayor para suelos blandos que para roca; las características del terremoto (duración, magnitud, distancia del epicentro); la historia sísmica de la construcción. Los códigos sismo resistentes le dan al diseñador estructural las recomendaciones para que sus diseños tengan un margen de seguridad adecuado para proteger la vida y bienes de los propietarios de las edificaciones situadas en zonas de gran actividad sísmica.
7.5 MOVIMIENTOS SÍSMICOS DE DISEÑO.
Deben definirse unos movimientos sísmicos de diseño en el lugar de la edificación, de acuerdo con los requisitos del Capítulo A.2 del Reglamento, tomando en cuenta: (a) la amenaza sísmica para el lugar en donde está ubicada la estructura, expresada a través del parámetro Aa, el cual representa la aceleración horizontal pico efectiva del sismo de diseño y depende de la ubicación geográfica del edificio o estructura, (b) las características de la estratificación del suelo subyacente en el lugar a través de un coeficiente de sitio S, y (c) la importancia de la edificación para la
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recuperación de la comunidad con posterioridad a la ocurrencia de un sismo a través de un coeficiente de importancia I.
Las características de los movimientos sísmicos de diseño se expresan por medio de un espectro elástico de diseño. El Reglamento contempla descripciones alternativas del sismo de diseño, ya sea a través de familias de acelerogramas, o bien por medio de expresiones derivadas de estudios de microzonificación sísmica; las cuales deben determinarse siguiendo los requisitos dados en el Capítulo A.2.
En los códigos sísmicos el diseño de estructuras se plantea como un problema para asignar resistencia a los elementos, con el fin de que sean capaces de resistir a un sistema de fuerzas laterales, obtenidas según unos espectros del diseño que involucran el comportamiento inelástico de la estructura. Controlar el nivel de daño debe ser un objetivo de las nuevas metodologías propuestas para el diseño de estructuras sismo-- resistentes.
Recientemente se han propuesto índices de daño para tal efecto, los cuales a su vez, son función de los desplazamientos máximos y de la fatiga que presente el material. Recientes trabajos han mostrado que los desplazamientos inelásticos de la estructura pueden ser calculados a partir de los desplazamientos que experimentada la estructura si oscila siempre en el rango elástico, si el período de la estructura: T, es igual o mayor que el periodo característico del movimiento del suelo: Tg. Esta similitud es independiente de la resistencia de la estructura.
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La forma del espectro elástico de aceleraciones para un coeficiente de amortiguamiento crítico de cinco por ciento (5%), que se debe utilizar en el diseño, se muestra en siguiente figura.
Ilustración 1 Espectro Elástico de aceleraciones de diseño como fracción de g. Fuentes. NSR 10 Titulo A.2.6-1
7.6 DETERMINACIÓN DE LAS DERIVAS DE ENTREPISO.
La deriva máxima en cualquier punto del piso i de la estructura, se obtiene como la diferencia entre los desplazamientos horizontales totales máximos del punto en el piso i y los desplazamientos horizontales totales máximos de un punto localizado en el mismo eje vertical en el piso i-1, por medio de la siguiente ecuación.
∆𝑚𝑎𝑥𝑖 = √∑(
2
𝑗=1
𝛿𝑡𝑜𝑡,𝑗𝑖 − 𝛿𝑡𝑜𝑡,𝑗𝑖−1 )2
Ecuación 1. Ecuación para la determinación de las derivas de entrepiso
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El cumplimiento del cálculo de la deriva para cualquier punto del piso se puede realizar verificándola solamente en todos los ejes verticales de columna y en los puntos localizados en los bordes de los muros estructurales.
Las derivas máximas evaluadas en cualquier punto de la estructura, determinada de acuerdo con lo establecido anteriormente, no deben exceder los límites establecidos en la tabla que se muestra a continuación.
Tabla 3 Derivas Máximas como porcentaje de Phi. Fuente. NSR 10 Titulo A.6.4-1
7.7 DISEÑO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES
Se lleva a cabo de acuerdo con los requisitos propios del sistema de resistencia sísmica y del material estructural utilizado. Los elementos estructurales deben diseñarse y detallarse de acuerdo con los requisitos propios del grado de capacidad de disipación de energía prescrita en el Capítulo A.3 de la NSR - 10, lo cual le permitirá a la estructura responder, ante la ocurrencia de un sismo, en el rango inelástico de respuesta y cumplir con los objetivos de las Normas Sismo Resistentes. Con base en las definiciones anteriores se tiene que las columnas son elementos estructurales destinados a soportar principalmente cargas axiales en compresión o en tensión, fuerzas cortantes y momentos flectores. Las vigas se encargan de absorber tanto fuerzas cortantes como
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momentos flectores y torsores. Los muros tienen las mismas cualidades de las columnas con la posibilidad adicional de resistir momentos torsores.
Finalmente, las losas tienen la función de transmitir las fuerzas gravitacionales hacia los elementos resistentes tales como columnas, vigas, muros y distribuir las fuerzas.
Los elementos estructurales sometidos a flexión, deben diseñarse de modo que tengan rigidez suficiente para limitar sus deflexiones u otras deformaciones que pueden perjudicar la resistencia o el uso normal o funcional de la estructura.
Así mismo, los elementos estructurales sometidos a fuerzas sísmicas (laterales), deben tener requisitos de resistencia para soportar deflexiones que no excedan los límites de deriva establecidos por la NSR – 10.
7.7.1 Viguetas y Riostras.
La vigueta es un elemento estructural que forma parte de una losa nervada que trabaja principalmente a flexión. El sistema de Viguetas consiste en una serie de viguetas paralelas apoyadas sobre vigas maestras. Las vigas maestras se localizan en las líneas o ejes de columnas, salvando la distancia entre ellas. Las viguetas generalmente tienen la misma algura de las vigas, pero pueden tener menor altura. La riostra se utiliza en los sistemas de viguetas en una dirección, con el fin de mejorar las características de distribución de las cargas y evitar que cargas concentradas sean soportadas por una sola vigueta.
43 7.7.2 Vigas
Elemento estructural, horizontal o aproximadamente horizontal cuya dimensión longitudinal es mayor que las otras dos y su solicitación principal es el momento flector, acompañado o no de cargas axiales, fuerzas cortantes y torsiones.
Las vigas son elementos estructurales no homogéneos, porque están compuestas de dos materiales diferentes (concreto y acero). Trabajan fundamentalmente a flexión, aunque se presenta en cualquier sección transversal fuerzas internas normales a la sección que corresponden a los esfuerzos de flexión que resisten el momento flector que actúa en la sección; y fuerzas internas tangenciales o esfuerzos cortantes que resisten las fuerzas transversales o cortantes.
7.7.3 Columnas
Las columnas son elementos verticales sometidos primordialmente por cargas a compresión, pero en realidad, también resisten una flexión simultánea, es decir, momentos flectores con respecto a los dos ejes principales de la sección transversal. Esta flexión biaxial, se debe al hecho de que las columnas forman parte de pórticos monolíticos, en donde las columnas ya sean esquineras o interiores soportan los momentos transmitidos por los apoyos de las vigas principales y secundarias.
44 7.7.4 Muros Estructurales
Los muros de concreto son elementos muy eficientes para absorber efectos sísmicos en los edificios, por su gran rigidez y capacidad a cargas laterales.
El comportamiento de los muros difiere en forma importante dependiendo de su relación altura total a longitud (H/L).
En muros bajos donde la relación mencionada es menor o igual a dos (2) rigen principalmente los efectos de cortante; la resistencia y rigidez a cargas laterales son muy elevadas, pero el comportamiento tiende a ser frágil por la preponderancia de los efectos de cortante.
Los muros esbeltos donde la relación es mayor a dos (2.0) actúan esencialmente como vigas en voladizo; la carga axial sobre ellos es generalmente pequeña y dominan los efectos de flexión. Para evitar el pandeo y el aplastamiento del concreto en el extremo comprimido del muro, es necesario confinar el refuerzo longitudinal formando columnas extremas con abundancia de estribos.
7.7.5 Uniones Viga Columna
El diseño de la conexión viga – columna debe tener como objetivo que su resistencia sea mayor que la de los elementos que se unen y que su rigidez debe ser suficiente para no alterar la rigidez de los elementos conectados.
Los aspectos críticos en el comportamiento sísmico de las uniones entre vigas y columnas de concreto reforzado son la adherencia, el cortante y el
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confinamiento. Las condiciones de adherencia para el acero longitudinal de las vigas son desfavorables debido a que es necesario transferir esfuerzos elevados al concreto en longitudes relativamente pequeñas.
La situación es crítica no solo en conexiones extremas, donde es necesario anclar el refuerzo longitudinal, sino también en uniones interiores donde el signo de los esfuerzos debe cambiar de tensión a compresión de una a otra cara de la columna.
Cuando no se cuenta con la suficiente longitud de desarrollo del refuerzo que cruza la conexión o cuando la resistencia en cortante es insuficiente para evitar agrietamiento diagonal en la conexión o cuando la resistencia en cortante es insuficiente para evitar agrietamiento diagonal.
8 ANALISIS DE LA ESTRUCTURA
El paso a seguir es hacer el análisis de variables y datos que se usaron en el cálculo estructural del proyecto OPNICER, calculado en el programa de modelación numérica Etabs 9.7.4 con licencia proporcionada por la empresa FML Consultoría Y Cía. Ltda.
8.1 Análisis de cargas
8.1.1 Carga Muerta
Se tomó un espesor de losa de 0.40 m de altura según se requería en arquitectura y obedeciendo la norma NSR-10 en el capítulo C 9.5 se hizo cálculo de deflexiones para las vigas con mayor luz, ya que la altura de
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placa no cumplía con el espesor mínimo requerido en la tabla C.R.9.5 De la NSR-10, dicho cálculo se verá reflejado más adelante en este trabajo.
Tabla 4 Alturas o espesores mínimos recomendados para vigas no pre esforzadas o losas en una dirección que soporten muros divisorios que soporten muros divisorios y particiones frágiles susceptibles a dañarse debido a deflexiones grandes a menos que se calculen las deflexiones
Fuente. NSR 10 Titulo C.9.5.2
Lo siguiente que se hizo fue hacer el cálculo de la separación máxima entre viguetas, el cual según la NSR-10 Capitulo C.8.13.3 dice que para losas nervadas en una sola dirección la separación máxima entre nervios, medida centro a centro, no puede ser mayor que 2.5 veces el espesor total de la losa, sin exceder 1.20 m.
𝑆𝑒𝑝𝑎𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑉𝑖𝑔𝑢𝑒𝑡𝑎𝑠 = 0.40 𝑚 ∗ 2.5 𝑆𝑒𝑝𝑎𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑉𝑖𝑔𝑢𝑒𝑡𝑎𝑠 = 1.00 𝑚
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Se utilizaron medidas estándar de la consultora para altura de placa superior, tipo de casetón de aligeramiento a utilizar, ancho de viguetas y placa sin torta inferior.
𝑃𝑙𝑎𝑐𝑎 𝑆𝑢𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 = 0.05𝑚 ∗ 2.4 𝑇 𝑚3 𝑃𝑙𝑎𝑐𝑎 𝑆𝑢𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 = 0.12 𝑇
𝑚2
Para el cálculo cargas por viguetas se tuvo en cuenta el espesor de la vigueta, la altura menos el espesor de la placa superior ya que se tuvo en cuenta en el cálculo anterior, el área aferente entre viguetas, y la densidad del concreto.
𝑉𝑖𝑔𝑢𝑒𝑡𝑎𝑠 =0.35𝑚 ∗ 0.12𝑚 ∗ 2.4 𝑇 𝑚3 1.12𝑚
𝑉𝑖𝑔𝑢𝑒𝑡𝑎𝑠 = 0.090 𝑇 𝑚2
El aligeramiento se va a hacer de tipo casetón de guadua con un valor estimado por la empresa de 0.035 T/m2.
Los acabados serán de tipo Baldosa Cerámica sobre mortero Según Norma NSR-10 se debe sumar 0.11 T/m2, pero la empresa por acabados
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adicionales o peso muerto no especificado decide colocar una carga de 0.15 T/m2.
Tabla 5 Cargas Muertas Mínimas de elementos no Estructurales horizontales - Pisos. Fuente. . NSR 10 Titulo B.3.4.1-3.
Para hacer el cálculo por densidad de muros lo primero que se hizo fue sacar la longitud total de los muros en mampostería, lo siguiente fue sacar el ancho de dichos muros y su altura, y se buscó una densidad de mampostería en ladrillo macizo de 1.85 T/m3, valor dado según la norma NSR-10.
Este resultado se dividió sobre el área neta del piso, y como resultado tenemos un peso por metro cuadrado de muros por nivel.
Tabla 6 Masas de los materiales. Fuente NSR 10 Titulo B.3.2-1.
49 8.1.2 Carga Viva
La carga viva que se tomó para el análisis estructural fue de tipo Educativo, Salones de clase, ya que el uso de la edificación se centrara no solo en terapias y asesoramiento, sino que también se piensa emplear para darles a los niños un modelo de vida muy común para cualquier persona de su edad en todos sus aspectos.
Carga Viva: 0.2 T/m2
Tabla 7 Cargas Vivas mínimas Uniformemente Distribuidas. Fuente NSR 10 Titulo B.4.2.1-1.
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Ilustración 2 Tabla en Excel para avalúo de cargas de una estructura. Fuente. FML Consultoría Y Cía. Ltda.
8.2 Parámetros Sísmicos
Lo primero y más importante que se debe decir es que la zona donde se va a construir el edificio estas ubicada en la DIAGONAL 1A Nº 8-40, en el barrio La Cruces Localidad de Santafé, en la ciudad de Bogotá D.C.
Ya con esta información debemos buscar los parámetros sísmicos en el decreto 523 de 2010 el cual separa a Bogotá en diferentes zonas las cuales se han denominado según sus características geológicas y geotécnicas.
0.05
0
0.12 0.12
0.12 Ton/m2 0 Ton/m2 0.090 Ton/m2 0.035 Ton/m2 0.15 Ton/m2 47.000 m
2.85 m
0.1 m
322.65 m2 0.06 Ton/m2
0.45 Ton/m2 0.2 Ton/m2 AVALUO DE CARGAS PLACA ALIGERADA
0.35 0.4
1
Acabados:
Carga Muerta Placa Superior:
Placa inferior:
Carga Viva Vivienda Altura Piso:
Espesor de Muro:
Longitud Muro:
Viguetas:
Aligeramiento:
Area de Piso:
Muros Divisorios:
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En el caso de este proyecto según estudio de suelos realizado el tipo de zona que le corresponde al proyecto esta denominada como PIEDEMONTE B.
Tabla 8. Coeficientes de diseño (Microzonificación Bogotá). Fuente. Decreto 523 de 2010.
El sistema estructural utilizado en el proyecto son pórticos resistentes a momentos, y la norma NSR-10 nos proporciona valores de Ct y α para hallar el periodo aproximado de la estructura.
El valor hallado en el espectro de T no puede exceder CuTa, donde Cu (Coeficiente utilizado para hallar el periodo máximo permitido de la estructura) y a su vez este
Zona del proyecto Fa Fv Tc TI Ao Aa Av
Piedemonte B 1.95 1.70 0.56 3.00 0.26 0.15 0.20
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mismo no puede ser mayor a 1.2, de lo contrario se debe utilizar el T hallado en la curva de espectro de aceleraciones.
𝐶𝑢 = 1.75 − 1.2𝐴𝑉𝐹𝑉
El valor de T alternativamente puede ser igual al valor de Ta que se halla con la siguiente ecuación:
𝑇𝑎 = 𝐶𝑡ℎ∝
El valor de h corresponde a la altura total de la estructura, la cual para este caso es de:
h= 5.7 m
Tabla 9 Tabla 9.Valores de los parámetros Ct y α para el cálculo del periodo aproximado Ta.
Fuente. NSR-10 Titulo A.4.2-1.,
El grupo de uso de la estructura es III debido a que cumple con los siguientes ítems expuestos en la norma NSR-10 Titulo A.2.5.1.2.
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Grupo III — Edificaciones de atención a la comunidad — Este grupo comprende aquellas edificaciones, y sus accesos, que son indispensables después de un temblor para atender la emergencia y preservar la salud y la seguridad de las personas, exceptuando las incluidas en el grupo IV. Este grupo debe incluir:
(a) Estaciones de bomberos, defensa civil, policía, cuarteles de las fuerzas armadas, y sedes de las oficinas de prevención y atención de desastres,
(b) Garajes de vehículos de emergencia,
(c) Estructuras y equipos de centros de atención de emergencias,
(d) Guarderías, escuelas, colegios, universidades y otros centros de enseñanza, (e) Aquellas del grupo II para las que el propietario desee contar con seguridad adicional, y
(f) Aquellas otras que la administración municipal, distrital, departamental o nacional designe como tales.
Ya teniendo el grupo de uso a utilizar podemos buscar el valor de (I) Coeficiente de importancia, el cual modifica el espectro y con ello las fuerzas de diseño, este valor lo encontramos en la siguiente tabla:
Tabla 10. Valores de coeficientes de importancia, I. Fuente NSR-10 Titulo A.2.5-1..
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El siguiente paso ya teniendo claro los valores de la estructura con base en la norma NSR-10 y sus características propias es hacer el espectro de aceleración con los datos anteriores y poder hallar el valor de Sa ( Valor de aceleración horizontal pico de la estructura) y valor de T (Periodo fundamental de la estructura).
La forma del espectro elástico de aceleraciones, Sa expresada como fracción de la gravedad, para un coeficiente de cinco por ciento (5%) del amortiguamiento crítico, que se debe utilizar en el diseño se hace mediante las siguientes ecuaciones:
𝑆𝑎 =1.2𝐴𝑉𝐹𝑉 𝑇
Para períodos de vibración menores de TC (Periodo corto de la estructura), calculado de acuerdo con la siguiente ecuación
𝑇𝐶 = 0.48𝐴𝑉𝐹𝑉 𝐴𝑎𝐹𝑎
El valor de Sa puede limitarse al obtenido de la ecuación 𝑆𝑎 = 2.5𝐴𝑎𝐹𝑎𝐼
Para períodos de vibración menores de TL (Periodo largo de la estructura), calculado de acuerdo con la siguiente ecuación
𝑇𝐿 = 2.4𝐹𝑉
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El valor de Sa puede limitarse al obtenido de la ecuación
𝑆𝑎 =1.2𝐴𝑉𝐹𝑉𝑇𝐿𝐼 𝑇2
Al hacer los cálculos tenemos que el valor de Sa obtenido estaba dentro del rango del periodo inicial de la estructura, ya que el Ta es menor que el Tc, como se explicaba antes se asume el valor de Ta para el cálculo de Sa.
Este valor de Sa obtenido es el que utilizamos para calcular la deriva de la estructura.
Para halla el valor de aceleración que sísmica con el cual se va a calcular el edificio para hallar sus valores en áreas de refuerzo de sus elementos, debemos saber cuál es el valor de Ro (Coeficiente de disipación de energía de la estructura) para esto debemos saber la zona de amenaza sísmica de la región ya que este dato nos va a dar el modo de disipación de energía de la estructura, y con el tipo de sistema estructural a utilizar podemos obtener el valor de Ro según la NSR-10 Titulo A.3-3.
Como la región es Bogotá según el mapa de zonas de amenaza sísmica, la capital del país tiene como riesgo Intermedio, lo cual nos deja la opción de decidir si utilizamos DES (Disipación de energía especial) o DMO (Disipación de energía Moderada). Por criterios de la empresa y relación costo beneficio se decidió por diseñar el edificio con modo de disipación de energía Moderado DMO.
T Sa
0.225 0.91
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Tabla 11Tabla 10.Sistema estructural de pórticos resistente a momentos. Fuente. NSR-10 Titulo A.3-3.
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Ilustración 3.Mapa zonas de amenaza sísmica de Colombia. Fuente. NSR-10 Titulo A.2.3.
