INFORME DE ESTRUCTURAC ESTRUCTURACION ION Y PREDIMENSIONA PREDIMENSIONAMIENTO MIENTO
1.
OBJETIVOS
Realizar la estructuración de un edificio de 12 pisos y un sótano Realizar el predimensionamiento de los elementos estructurales que conformaran dicha estructuración. 2.
INTRODUCCION
El edificio esta ubicado en San Isidro – Lima, – Lima, su uso corresponderá a un complejo de oficinas en lo cual su área es de 613.12. Se ha considerado en las resistencias de materiales para el diseño f’c = 280kg/cm 2 para columnas y placas de primero y segundo piso. f’c = 210kg/cm 2 para columnas y placas de tercer piso para adelante. Para realizar una correcta estructuración, debemos de tomar decisiones en conjunto con otros profesionales para tener una buena ubicación y distribución de los elementos estructurales para que tenga un buen comportamiento ante los sismos, para ello debemos de tener en cuenta el predimensionamiento que se realiza según el Reglamento Nacional de Edificación 3.
NORMATIVA
Reglamento Nacional de Edificaciones
4.
Norma Peruana de Carga E.020 Norma Peruana de Diseño Sismorresistente Sismorresi stente E.030 Norma Peruana Peruana de Concreto y Albañilería E.060
MARCO TEORICO
Estructuración
La estructuración es la que provee resistencia y, en determinadas situaciones, rigidez y ductilidad, siempre por los medios más económicos. En obras de ingeniería civil la estructura se diseña mediante un proceso que comprende dos etapas:
La concepción estructural
Mediante la concepción estructural se decide las principales características de la estructura: su forma, la ubicación y distribución de sus elementos resistentes y su dimensionamiento básico.
El cálculo estructural
El cálculo es esencialmente mecánico, ya que se puede obtener mediante programas. ING. PINTO BARRANTES RAUL ANTONIO
Predimensionamiento
El proceso de diseño es un mecanismo repetitivo al cual consiste en ir perfeccionando una propuesta de elementos inicial, hasta llegar a una propuesta óptima. Por esta razón se suponen secciones iniciales para los elementos en la estructura, como vigas principales y columnas, y con ellos se realiza un análisis estructural preliminar. La propuesta inicial de estas secciones no son definitivas, ya que a través del proceso de diseño se van optimizando las secciones de los elementos estructurales, sin embargo a partir de una buena selección inicial, se puede reducir el número de iteraciones necesarias. Predimensionamiento De Losas
Losas aligeradas:
El peralte de las losas aligeradas podrán ser dimensionadas considerando los siguientes criterios: h = 17cms h = 20cms h = 25cms h = 30cms Claros menores de 4 m Claros comprendidas entre 4 y 5 m Claros comprendidas entre 5 y 6 m Claros comprendidas entre 6 y 7 m h = altura o espesor total de la losa aligerada y por tanto incluye los 5cm de capa de compresión y el espesor de la bovedilla que podrá ser de 12, 15, 20 y 25cm respectivamente
Losas nervadas:
Se usan generalmente para grandes claros, mayores de 6m, puesto que resultan ser más livianas que una losa aligerada y por que se construyen con espesores y espaciamientos entre viguetas que no dependen de condiciones rígidas del mercado (caso del ancho de las bovedillas).
Losas macizas:
Las losas macizas pueden ser dimensionadas en forma aproximada, considerando espesores menores en 5cms a los indicados para losas aligeradas; así podrá tener:
h = 10 o 12 cm h = 14 cm h = 15 cm h = 20 cm Para claros menores o iguales a 4 m Para claros entre 4 y 5 m Para claros entre 5 y 6 m
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Para claros entre 6 y 7 m
Predimensionam iento De Trabes o
o
Las trabes se dimensionan generalmente considerando un peralte del orden de 1/10 a 1/12 del claro libre. Debe aclararse que esta altura incluye el espesor de la losa del techo o piso. El ancho es variable de 0.3 a 0.5 veces su altura, teniendo en cuenta un ancho mínimo de 25 cm, con la finalidad de evitar el congestionamiento del acero. Dimensiones usuales en vigas: L ≤ 5,5m 25x30, 30x50 cm L ≤ 6,5m 25x60, 30x60, 40x60 cm L ≤ 7,5m 25x70, 30x70, 40x70, 50x70 cm L ≤ 8,5m 30x75, 40x75, 30x80, 40x80 cm L ≤ 9,5m 30x85, 30x90, 40x85, 40x90 cm
Predimensionam iento De Colum nas
Las columnas al ser sometidas a cargas axiales y momento flector, tiene que ser dimensionadas considerando los dos efectos simultáneamente, tratando de evaluar cuál de los dos es el que gobierna en forma más influyente en dimensionamiento En base a todo lo indicado se puede recomendar los siguientes criterios de dimensionamiento: 1. Para edificios que tengan muros de corte en las dos direcciones, tal que la rigidez lateral y la resistencia van a estar principalmente controladas por los muros, las columnas se pueden dimensionar suponiendo un área igual a : Área de columna = P (servicio) / 0.45f‘c. 2. Para el mismo tipo de edificio, el dimensionamiento de las columnas con menos carga axial, como es el caso de las exteriores o esquinadas, se podrá hacer con un área igual a : Área de columna = P (servicio) / 0.35f’c. 3. Para edificios a base de marcos, para los cuales se recomienda no exceder de 5 pisos, las columnas deberán dimensionarse mediante alguna estimación del momento de sismo, demostrando la experiencia que se requerirán columnas con un área fluctuante entre 1,000 y 2,000 cm2, salvo que se tengan vigas con claros mayores a 7 m. Así para este tipo de edificios, se dispondrán columnas de 35x25, 40x40, 25x50, 30x60 30x40, 30x50 cm o circulares de 40 o 50 cm de diámetro, escogiéndose estas diferentes alternativas según las dimensiones cuadradas o rectangulares de los paños, no olvidando la importancia de ubicar columnas con suficiente peralte en las dos direcciones, pues se trata de proporcionar la rigidez lateral en las dos ING. PINTO BARRANTES RAUL ANTONIO
direcciones.
4. Para edificios con claros significativos (mayores a 7 u 8 m), debe tenerse especial cuidado en las columnas exteriores, pudiendo dimensionarse el peralte de la columna en un 70 u 80% del peralte de la viga principal.
Predimensionam iento Practico En Columnas
TIPO 1 : lado = H/8 TIPO 2 : lado = H/10 TIPO 3 : lado = H/9 Donde: H = altura del piso
Predimensionam iento De Muros De Concreto
Es difícil poder fijar un dimensionamiento para los muros puesto que, como su principal función es absorber las fuerzas de sismo, mientras más importantes sean, tomarán un mayor porcentaje del cortante sísmico total, aliviando más a los pórticos. Esto significa que podría prescindirse de los muros si se desea que los marcos tomen el 100% del cortante sísmico. Los muros pueden hacerse mínimo de 10cm de espesor (muros de ductilidad limitada), pero generalmente se consideran de 15cm de espesor en el caso se edificios de pocos pisos y de 20, 25 o 30cm conforme aumentemos el número de pisos o disminuyamos su densidad. PREDIMENSIONAMIENTO DE MUROS DE MAMPOSTERIA Donde: t = espesor del muro h = altura del muro 5.
DESARROLLO
Estructuración
Techos: Se ha escogido el sistema de losa aligerada unidireccional, ya que es liviano (menor peso), es acústico, aislamiento y facilita las instalaciones eléctricas y sanitarias. La losa aligerada está compuesta por bloques de 0.30x0.30x0.20 que se colocan en vigueta de 10 cm de ancho y espaciados cada 40cm. Además en comparación de la losa maciza, tiene más peso y no es económico ya que tiene más materiales como acero y concreto. La losa nervada no es económico aunque tiene mejor acabado. Vigas: En las dos direcciones x-x, y-y tendrán los mismos peraltes para mantener el diseño arquitectónico del edificio. Se usaran vigas chatas para poder soportar los tabiques de ladrillos en la zona de los baños.
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Columnas: Las columnas estarán en la parte interior del edificio. Las columnas serán peraltadas en la dirección y-y por las cargas de gravedad que reciben las vigas (se reducirá el área de las columnas en el 5to nivel para adelante). Placas: las placas tiene como finalidad tomar el mayor porcentaje de fuerzas sísmica. En la dirección y-y, estarán ubicados en el perímetro de la propiedad. Escalera: La escalera es lo principal ya que es la salida más segura en caso de un sismo, incendio, etc. La escalera es un elemento muy rígido en lo cual es conveniente aislarlo de la estructura. La escalera está ubicado en el paño central donde está frente a los ascensores y será igual en todos los niveles. Se apoya sobre una viga y los descansos estarán apoyados en una de las placas de la dirección y-y. Casetas de Maquina y tanque elevado: la caseta de maquina se ubicara sobre la caja del ascensor.
Predimensionamiento
Techos: Usaremos el techo aligerado armado en la dirección más corta y uniformizaremos el sentido de las viguetas. Los peraltes mínimos para no verificar deflexiones, h ≥ l/25 en losas aligeradas continuas conformadas por viguetas de 10 cm de ancho, bloques de ladrillos de 30 cm de ancho y losa superior de 5 cm, con sobrecargas menores a 300 kgcm 2 y luces menores a 7.3m. El aligerado se armara en la dirección x-x Peralte de losa: 4.75/25 = 0.190m Peralte de losa: 6.175/25 = 0.247m Para uniformizar la losa usaremos un peralte de 25cm para todos los tramos.
Vigas: Predimensionamiento de vigas h>luz/12 y h
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Tendremos vigas chatas en zonas donde existen tabiques en dirección al armado del aligerado.
Columnas: Las columnas son elementos sometidos a flexocompresión cortante, pero en nuestro caso el diseño por corte en la columna es menos importante porque las placas vana absorber casi en su totalidad la fuerza horizontal a que será sometida el edificio. Formula Área de columna = P(servicio)/(0.45f’c) Área contribuyente que recibe la columna más cargada = (6.3+5)/2*(6+5)/2 = 31.10m 2. 2 Peso aproximada de los pisos = 1ton/m Nro. de pisos = 13 2 2 Carga que revive la columna = 31.10m *1ton/m *13 = 404ton Área aproximada de la columna = Peso/(0.45f’c) = 404300 kg/(0.45*280kg/cm 2) = 3209cm2, podemos adoptar una columna de 40x80cm. Se predimensionará de la siguiente manera 2 40x80cm, f’c = 280kg/cm para el sótano, 1er. Y 2do. Piso. 2 40x80cm, f’c = 210kg/cm para el 3er. Y 4to. Piso. 2 40x70cm, f’c = 210kg/cm para el 5to, 6to, 7mo y 8vo Piso. 40x60cm, f’c = 210kg/cm 2 para el 9no, 10mo, 11avo y 12avo Piso. Placas: las placas están sometidas a esfuerzos de flexocompresion y cortante. Se coloca en las edificaciones para dar rigidez lateral. Se ubicara de manera simétrica de tal forma que no originen problemas de torsión en el edificio. Predimensionamiento de placas en x-x En esta dirección se verificara corte, puesto que es la condición más crítica, pues hay menor área de corteen esta dirección. Asumiremos un espesor de 20cm. Calculamos la cortante basal que recibe el edificio. V = (ZxUxCxS/R) x P
Dónde: Z (factor de zona) = 0.4 (para la zona 3, costa). U (coeficiente de uso) = 1 (uso para oficinas). C (factor de amplificación sísmica) = 1.67 (se explicara más adelante su resultado). S (factor de suelo) = 1 (suelo rígido). R (coeficiente de reducción) = 6.0 (la resistencia sísmica del edificio está dada por muros de concreto armado). C = 2.5 x (Tp/T). Tp (periodo de suelo) = 0.4 (suelo rígido). T (periodo del edificio) = h/Ct (se puede calcular con esta fórmula, ya que el edificio es regular y no tiene más de 45mt de altura).
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Escalera: Según el reglamento Nacional de Construcción , se debe cumplir 2cp + 1p = 60@64cm Cp = contrapaso p = paso Tomaremos 16 pasos de 25cm de ancho y el contrapaso será (300/16) = 18.75cm. 2 x 18.75 + 25 = 62.5cm
Tanque Elevado y cisterna: Según el Reglamento Nacional de Construcción. 2 Área útil: 33x16 = 528m 2 2 Volumen consumo diario: 6lt/m x 528m = 3168lt/piso x 13 pisos = 41184 Its. Volumen de agua para incendios = 2x3x1800 = 10800 Its. Volumen tanque = 1/3 Vol. Consumo diario + Vol. Contraincendios. Volumen cisterna = ¾ Vol. Consumo diario. Vol. Tanque: 1/3x41184 + 10800 = 24528 Its. Vol. Cisterna: 3/4x41184 Its = 30888 Its. Las dimensiones del tanque será: Losa del fondo y paredes laterales serán 20cm y losa superior 15cm. 2 Área interna = 2.10x4.75 = 9.98m . Altura agua = 24.528/9.98 = 2.50mt. Altura libre mínima = 0.45mt. Altura del muro del tanque = 2.5 + 0.45 = 2.95mt. Las dimensiones de la cisterna será: Losa del fondo será de 15cm y pareces laterales serán 20cm y el techo de la cisterna será de 15cm. 2 Área interna = 4.85x5.80 =28.13m . Altura agua = 30.90/28.13 = 1.10mt. Altura libre mínima = 0.40mt. Altura del muro de la cisterna = 1.10 +0.40 = 1.50mt.
6.
CONCLUSIONES
Para poder hacer una estructuración se necesita conocimiento y el concepto básico para poder distribuir elementos estructurales que puedan soportar cargas. Para hacer una buena edificación se necesita el Reglamento Nacional de Edificaciones.
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7.
RECOMENDACIONES
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