Diseño en mampostería estructural edificio de 6 niveles
CONTENIDO
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Descripción de la edificación 1.1. Especificaciones (Materiales) 1.2. Descripción general 1.3. Sistema estructural Avalúo de cargas gravitacionales Avalúo de carga sísmica 3.1. Parámetros Iniciales 3.2. Espectro 3.3. Método de la fuerza horizontal equivalente 3.4. Chequeo de muros por fuerza sísmica con FHE (Manual) Análisis sísmico con Método de análisis dinámico 4.1. Chequeo por torsión en el piso. 4.2. Análisis diafragma 4.3. Modos de vibración 4.4. Ajuste de la cortante basal Calculo de derivas y los IFL (Derivas en gráficas) Diseño en etabs 6.1. Calculo de la resistencia efectiva de los elementos y su ISE Diseño zapatas corridas. Diseño losa maciza Planos estructura
1. DESCRIPCION DE LA EDIFICACION 1.1.
ESPECIFICACIONES
- Edificio: - Ubicación: - Norma de diseño: - Resistencia concreto: - Perfil de suelo: -Acero de Refuerzo: -fy Acero de refuerzo: -Ec Para concreto de densidad Normal MPA O -Es (Acero de refuerzo) -Em = 750 x f’m = 9950
6 niveles Cali NSR-10 f'c = 210 kg/cm2 D NTC 2289 (ASTM A706) 4200 kg/cm2 Para todos los diámetros.
=4799′ =15100′
=15100√ 210=218819.79
kg/cm2 Es = 200000 MPA NSR10 C.8.5.1
(C8.5.1)
- adm= 200 kpa - f’m= 13 Mpa 1.2.
DESCRIPCION GENERAL
El edificio de 6 niveles ubicado en la ciudad de Cali, será un edificio para apartamentos para un proyecto de vivienda denominado unidad residencial los Farallos. La estructura consta de muros en mampostería estructural, losas macizas y cimentación basada primordialmente en zapatas corridas, la estructura cuenta con las siguientes especificaciones:
Área de construcción: 297.4 m2 Área cubierta: 330.3 m2 Número de pisos: 6 Altura libre entrepisos: 2.57m
Altura de base a cubierta máxima: 15.42m
1.3.
SISTEMA ESTRUCTURAL
Según tabla A.3-1 NSR10: El sistema estructural del edificio en estudio es: Muros en mampostería reforzada de bloque de perforación vertical (DMO)
2. AVALUO DE CARGAS GRAVITACIONALES
Densidad del concreto: 2400 kg/m3 Carga viva vivienda: 180 kg/m 2
Áreas: Piso 2 (N+2.57m)=297.4m2 Piso 3 (N+5.14m)=297.4m2 Piso 4 (N+7.71m)=297.4m2 Piso 5 (N+10.28m)=297.4m2 Piso 6 (N+12.85m)=297.4m2 Cubierta (N+15.42m)=330.3 m2
PESO PROPIO PISO 2 A PISO 6 (N+2.57m a N+12.85)
297.4 m2 de Loseta de 0.1 m de espesor: TOTAL:
71376 kg =
240 kg/m2
71376 kg = 240 kg/m2
CARGAS MUERTAS ADICIONALES PISO 2 a piso 6 (N+2.57m a N+12.85)
Nota: Densidad mampostería en ladrillo con todas las celdas llenas 1940 kg/m3 Acabados:
110 kg/m2 =
32714 kg
Cielo raso:
25 kg/m2 =
7435 kg
Muros: TOTAL :
497.9 kg/m2 =
148078.3 kg (198 ml aprox. Ancho 15 cm, altura 2.57m)
632.9 kg/m2 = 188227.3 kg
PESO PROPIO CUBIERTA N + 15.42m
330.3 m2 de Loseta de 0.1 m de espesor:
79272 kg =
TOTAL:
240 kg/m2
79272 kg = 240 kg/m2
CARGAS MUERTAS ADICIONALES CUBIERTA N+15.42m
Nota: Cubierta con afinado de piso de 3cm de espesor NSR10 20kg/m2/cm. Afinado de piso:
60 kg/m2 =
19818 kg
Cielo raso:
25 kg/m2 =
TOTAL:
85 kg/m2 = 28075.5 kg
8257.5 kg
CARGA PERMANENTE = TOTAL CARGA MUERTA + 25 % CARGA VIVA
Descripción Piso 2 N+2.57 Piso 3 N+5.14 Piso 4 N+7.71 Piso 5 N+10.28 Piso 6 N+12.85 Cubierta N+15.42
100% Carga Muerta (Kg/m2) 872.9 872.9 872.9 872.9 872.9 325
25 % Carga Vi va (Kg/m2)
Carga Permanente (Kg/m2)
45 45 45 45 45 45
917.9 917.9 917.9 917.9 917.9 370
3. AVALUO DE CARGA SISMICA 3.1. PARAMETROS INICIALES
Ubicación De la edificación: Cali Zona de amenaza sísmica: Alta (Tabla A.2.3.2 NSR10) Aceleración pico efectiva Aa: 0.25 (Tabla A.2.3.2 NSR10) Velocidad piso efectiva Av: 0.25 (Tabla A.2.3.2 NSR10) Perfil del suelo tipo: D (Información entregada conjuntamente con los planos) Los factores de amplificación del espectro por efectos de sitio, Fa y Fv, los cuales afectan la zona del espectro de períodos cortos y períodos intermedios, respectivamente, serian los siguientes:
Fa: 1.30 (Según tabla A.2.4.1 NSR10 e interpolando) Fv: 1.90 (Según tabla A.2.4.2 NSR10 e interpolando)
El factor de reducción de resistencia por ausencia de redundancia en el sistema estructural de resistencia sísmica para este sistema de muros estructurales (DMO) se toma como:
φr = 1 (Capitulo A.3 NSR10)
Según lo especificado en el capitulo A.3 de la norma NSR10, se tomaran los siguientes coeficientes:
No se aprecia ninguna irregularidad en altura por lo tanto: φa = 1 (Capitulo A.3 NSR10)
CHEQUEO IRREGULARIDAD EN PLANTA: TIPO 3P: DISCONTINUIDADES EN EL DIAFRAGMA: Si tiene discontinuidades apreciables o variaciones en su rigidez, incluyendo las causadas por aberturas, entradas, retrocesos o huecos con áreas mayores al 50% del área bruta del diafragma o existen cambios en la rigidez efectiva del diafragma de más del 50%, entre niveles consecutivos entonces φp = 0.9
45.6 m2 < 0.5 x (319.6) =159.8 Por lo tanto: φp = 1 (Capitulo A.3 NSR10)
Según tabla A.3.3 de la NSR10, para muros estructurales con capacidad especial de disipación de energía (DMO) es:
Ro = 3.5
El coeficiente de disipación de energía según A.3.3.3 de la norma NSR10 ser ia:
R = φa φp φr Ro = 3.5
3.2.
La edificación es usada para vivienda, por lo tanto se clasifica como una estructura del grupo I, por lo tanto el coeficiente de importancia para el espectro de diseño, según tabla A.2.5.1. de la NSR-10 es: I=1.0.
ESPECTRO
Con los datos anteriormente especificados para la ciudad de Cali con perfil de suelo D y grupo de importancia I, utilizando el programa MATLAB la grafica del espectro de diseño es la siguiente. ESPECTRO DE DISEÑO PARA UN AMORTIGUAMIENTO DEL 5% Figura A.2.6-1 Espectro Elastico de Aceleraciones de Diseño
0.8
) g(
D 0.6 A D E V A R G
A 0.4 L E D %
0.2
0 0
0.5 To
1 Tc
1.5
2
2.5 3 3.5 PERIODO T(s)
4
4.5 TL
Periodos de vibración de la grafica anterior (Figura A.2.6.1 NSR10):
=0. 1 ∗ ∗ =0.146 ∗ =0.4 8∗ ∗ =0.702 ∗ =2.4∗=4.560
Altura h = 15.42 m Ct = 0.049 α = 0.75 ( Tabla A.4.2.1 NSR10) Ta = 0.049 x h0.75 = 0.381 seg Sa = 2.5 x Aa x Fa x I = 0.813
3.3. METODO DE LA FUERZA HORIZONTAL EQUIVALENTE Según el método del Análisis Modal Espectral y usando como excitación el espectro obtenido anteriormente, debemos confirmar que en el análisis modal de la estructura este excitando al menos el 90% de la masa total, además cuando la estructura clasifique como irregular debemos confirmar que la cortante en la base sea mayor o igual al 90% de la cortante que se obtendría utilizando el método de la fuerza horizontal equivalente y cuando clasifica como regular esta no debe ser menor al 80% de la cortante obtenida en la base por el método FHE, esto según el capítulo A.5.4.5. Ajuste de los resultados, del código NSR10.
Primero debemos hallar la cortante basal y las fuerzas horizontales en cada piso por el método de la fuerza horizontal equivalente de acuerdo a la norma NSR10 así: Fi = Cvx x Vs (A.4.3.2 NSR10) Cvx = Wx x hx k / ∑Wi x hi k (A.4.3.3 NSR10)
1 ={0.75+0.52
Como Ta = 0.381 entonces usar k = 1
≤0. 5 0.5<<2. 5 >2.5
CORTANTE BASAL: Vs = Sa*W Ecuación A.4.3-1 Sa = 0.813 W = 1487126 kg (Carga permanente por el área de cada piso) Vs = 0.813 x 1487126 kg = 1209033.4 kg = 1209.1 ton
NI VE L hi
Wi (ton)
h (m)
Wihi k (Ton-m)
Cvi
F i (Ton)
Vi piso(Ton)
Cubierta N+15.42 Piso 6 N+12.85 Piso 5 N+10.28 Piso 4 N+7.71 Piso 3 N+5.14 Piso 2 N+2.57
122.211 272.983 272.983 272.983 272.983 272.983 1487.126
15.42 12.85 10.28 7.71 5.14 2.57
1884.5 3507.8 2806.3 2104.7 1403.1 701.6 12408
0.15 0.28 0.23 0.17 0.11 0.06 1.0
181.4 338.5 278.1 205.6 133.0 72.5
181.4 519.9 798 1003.6 1136.6 1209.1
4. ANALISIS SISMICO CON METODO DEL ANALISIS DINAMICO
Se realiza el método de análisis dinámico que emplea un modelo matemático tridimensional de la estructura a través del programa ETABS V.9.6, utilizando elementos frame para viguetas y columnas y Shell para losetas, igualmente el sistema reticular celulado se complementa con los capiteles. El modelo tiene en cuenta efectos torsionales de la estructura incluyendo aquellos producidos por la torsión accidental ingresando una excentricidad del 5% en los espectros de respuesta para ambos sentidos. En el análisis dinámico se incluyeron 9 modos de vibración garantizando por lo menos el 90% de la masa participante de la estructura. MODELO MATEMATICO EN 3D
4.1.
CHEQUEO POR TORSION EN EL PISO
Considerando la incertidumbre en la localización de las masas dentro del piso, lo cual conduce a una torsión accidental, o debido a la excentricidad entre el centro de masas y el centro de rigidez cuando los diafragmas se consideran rígidos en su propio plano, o de la asimetría en la distribución de la masa y la rigidez de elementos verticales, cuando los diafragmas no pueden considerarse como rígidos en su propio plano. Este efecto de la torsión que se genera debe tenerse en cuenta en la distribución del cortante del piso a los elementos verticales del sistema de resistencia sísmica. Cuando existan irregularidades en planta del tipo 1aP ó 1bP (NSR10), se debe aumentar la torsión accidental en cada nivel.
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∆=0.01899 < 1.2(∆ +∆2 )=0.0227 ESTRUCTURA REGULAR
4.2.
ANALISIS DIAFRAGMA
Se analizo la máxima deflexión horizontal en el diafragma de 0.1372 m por el sismo en X y 0.1315 m por el sismo Y en el tercer piso, 0.1252 m por sismos en X y 0.1215 m por sismo en Y en segundo piso y 0.0621 m por sismo en X y 0.0621 por sismo en Y en primer piso y en ningún caso comparando las deflexiones horizontal en otros puntos del edificio supero el valor de 2, por lo tanto el edificio se supone diafragma rígido, sin embargo ya que se va a realizar un análisis dinámico a la estructura utilizaremos diafragma flexible para tener en cuenta desplazamientos y giros en cualquier sentido en las masas aferentes de cada nodo de la estructura. 4.3.
MODOS DE VIBRACION
TABLA MODOS DE VIBRACION Mode Period 1
UX
UY
UZ
SumUX
SumUY
SumUZ RX
RY
RZ
SumRX
SumRY
SumRZ
2 3 4 5 6 7 8 9
Modo1 Periodo: seg Traslacional Modo 2 Periodo seg Traslacional Modo 3 periodo seg Rotacional
4.4.
AJUSTE DE LA CORTANTE BASAL
El valor del cortante dinámico total en la base, V, obtenido después de realizar la combinación modal para cualquiera de las direcciones de análisis, no puede ser menor que el 80% para estructuras regulares, o que el 90% para estructuras irregulares, del cortante sísmico en la base, V s , calculado por el método de la fuerza horizontal equivalente del capítulo A.4. En caso de que no se cumpla lo anterior se debe ajustar el valor de amplificación del sismo en ambos sentidos hasta que se cumpla la condición. TABLA MODOS-CORTANTES DE PISO Spec
Mode
Dir
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1
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2
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3
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4
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5
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6
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7
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8
SISMOX
9
SISMOX
All
SISMOY
1
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2
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3
F1
F2
F3
M1
M2
M3
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4
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5
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6
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7
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8
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9
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All
El valor de la cortante según el modelo es mayor en aproximadamente un 14 % a la cortante obtenida por el método de la fuerza horizontal equivalente, por lo tanto no se requiere ajustar el valor.
5. CALCULO DE DERIVAS Y LOS IFL (Derivas en gráficas)
La deriva es el desplazamiento horizontal entre dos puntos colocados en la misma línea vertical, en dos pisos o niveles consecutivos de la edificación, la máxima deriva para cualquier piso determinada, no puede exceder los límites establecidos, en donde la deriva se expresa como un porcentaje de la altura de piso: TABLA A.6.4.1 (NSR10)
Los desplazamientos horizontales elásticos de la estructura se calcularon por medio de un análisis modal espectral. Se comparan con los valores máximos de la deriva, que según la tabla anterior del código deben estar por debajo del 1% de la altura del piso en consideración. TABLA DERIVAS ESPECTRO ELASTICO ANALISIS DINAMICO Story
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X
Y
Z
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IFL X
IFL Y
6 5 4
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3
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2 1 0.00%
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1.00%
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2.00%
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3.00%
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2 1 0.00%
0.50%
1.00%
1.50%
2.00%
El análisis indica que las derivas exceden los límites establecidos, debido a que algunos valores superan en más de 100% los valore admisibles, 1% para este caso, por lo tanto, es conveniente realizar un arriostramiento a la estructura en ambas direcciones.
6. CALCULO DE LA RESISTENCIA EFECTIVA DE LOS ELEMENTOS Y SU ISE
Las cargas a las solicitaciones sísmicas se determinan según los requisitos del Título B. Las combinaciones básicas de carga mayorada usando el método de resistencia, de acuerdo con B.2.4.2 NSR-10. En los efectos causados por el sismo de diseño se tiene en cuenta la capacidad de disipación de energía del sistema estructural, para lo cual se emplea los efectos sísmicos reducidos ( E) , obtenidos de dividir las fuerzas sísmicas ( F s ) , por el coeficiente de capacidad de disipación de energía ( R):
=
A.10.4.3.1 NSR-10
1.1.42+1.6 1.2+1.0± ± ..33 1.2+1.0±.3± 0.9± ± .3 0.9± ±
