ANLISIS SSMICO ESTTICO DE UN EDIFICIO APORTICADO

Curso:Ingeniera Sismo Resistente

Alumnos:Muoz Ramirez, Maykool Jonathan u920403Espino Almeyda, Ronald Andresu201013269

Profesor:Ph.D. Genner Villarreal Castro

Lima, 2014-2ContenidoIntroduccin31)Datos preliminares42)Predimensionamiento de los elementos estructurales.6a)Predimensionamiento de vigas.6b)Predimensionamiento de losa aligerada.6c)Predimensionamiento de columnas7d)Predimensionamiento de zapatas9Chequeo por Punzonamiento:103) Metrado de cargas124)ANALISIS SISMICO ESTATICO (NORMA E030 RNE 2006)13a)Periodo fundamental13b)Fuerza Cortante en la base13c)Distribucin de la fuerza ssmica por la altura14d)Cuadro de resumen15MODELAMIENTO DE LA ESTRUCTURA EN EL SAP200016e)IRREGULARIDADES EN ALTURA19Irregularidad de Rigidez-Piso blando19Irregularidad de Masa19Irregularidad geomtrica vertical19Discontinuidad en los Sistemas Resistentes20f)IRREGULARIDADES EN PLANTA20Irregularidad Torsional20Esquinas Entrantes21Discontinuidad del Diafragma215)ANALISIS SISMICO ESTATICO (NORMA E030 RNE 2014)21a)Periodo fundamental:21b)Fuerza Cortante en la base:22c)Distribucin de Fuerza Ssmica por Altura23d)Control de desplazamiento lateral23e)IRREGULARIDADES EN ALTURA25Irregularidad de Rigidez-Piso blando25Irregularidad de Rigidez-Piso dbil25Irregularidad extrema de rigidez26Irregularidad extrema de resistencia26Irregularidad de Masa27Irregularidad geomtrica vertical27Discontinuidad en los Sistemas Resistentes27Discontinuidad en los Sistemas Resistentes27f)IRREGULARIDADES EN PLANTA28Irregularidad Torsional28Irregularidad Torsional Extrema28Esquinas Entrantes29Discontinuidad del Diafragma29Discontinuidad por sistemas no paralelos296)Comparacin entre normas307)Conclusin33

Introduccin

La ingeniera antissmica es una de las ms importantes en el contexto de nuestro pas pues es altamente ssmico, toda la franja en la que se encuentra la costa de nuestro pas es sometida diariamente a pequeos sismos imperceptibles que a la larga hacer mella en las estructuras, mucho ms cuando el sismo es de una magnitud alta. En base a esto, los principales objetivos de la ingeniera antissmica son; Entender la interaccin entre los edificios y lainfraestructurapblica con el subsuelo. Prever las potenciales consecuencias de fuertesterremotosenreas urbanasy sus efectos en la infraestructura. Disear, construir y mantener estructuras que resistan a la exposicin de un terremoto, ms all de las expectaciones y en total cumplimiento de los reglamentos de construccin.Una estructura apropiadamente diseada no necesita ser extraordinariamente fuerte o cara. Las ms poderosas y costosas herramientas para la ingeniera ssmica son las tecnologas de control de la vibracin y en particular, elaislamiento de la baseo cimentacin.El objetivo de este trabajo es entender como poder realizar correctamente un diseo antissmico que cumpla con las normas tanto la del 2006 como con la que se encuentra en proyecto, del 2014. Analizaremos un edificio de 4 pisos bajo estos conceptos para que sea antissmico.

1) Datos preliminares

Se tiene como datos iniciales una edificacin de concreto armado de cuatro pisos, tipo aporticado con zapatas aisladas.

Ubicacin: Junn, Huancayo.

Dimensiones en planta:

Se decidi de forma grupal que el jefe de grupo sea el alumno Maykool Muoz Ramirez, consecuentemente tomaremos su nombre para con ellas tener una referencia de las dimensiones.

L1: Muoz L2: Ramirez L3: Maykool

Diafragma horizontal: Losa Aligerada

Uso: Hotel, planta tpica B

Tipo de suelo: Intermedio.

Sobrecarga:

Tipo de estructura: C

Tipo de suelo: Intermedio

Capacidad portante: Asentamiento tolerable: Consecuencia del proceso constructivoSt 0.5 cm; se asume St =0.4 cm Coeficiente de balastro: Por el comportamiento elstico del suelo Intermedio se asume

Ct= 4

VISTA EN PLANTA DE LA EDIFICACIN

VISTA FRONTAL DE LA EDIFICACIN

2) Predimensionamiento de los elementos estructurales.

a) Predimensionamiento de vigas.

Donde:h: peralte de la vigaL: Longitud de la vigaB: Base de la viga (Base mnima estndar de 0.25 m.)

b) Predimensionamiento de losa aligerada.

Nuestra losa tiene 9 paos con las mismas dimensiones (6x5 metros), segn estas dimensiones se proceder a predimensionar la losa:Tomando la longitud de menor luz se tiene:Donde:h: Espesor de losa.l: Luz.

Por los valores obtenidos adoptaremos un espesor de 20 cm, que es usado con ms frecuencia en las edificaciones. Segn el reglamento nacional de edificaciones en la norma E020 en el anexo uno.

c) Predimensionamiento de columnas

Para el Predimensionamiento de las columnas se utilizaran las siguientes formulas:Para columnas centradas Donde:P: Peso por unidad de rea.A: rea tributariaN: # de pisosfc: resistencia a la compresin del concreto usado.

Para columnas excntricas y esquinadas

El valor de P adoptar ser de P= 1000 kg/m2 ya que es un valor referencial que se halla sumando las cargas repartidas en la estructura

Segn el rea tributaria y usando columnas de seccin cuadrada se obtendr 4 tipos de columnas diferentes:

Columna esquinera=0.20mColumna excntrica =0.29mColumna centrada=0.36m

Se procede a comprobar el predimensionamiento con las siguientes expresiones:

d) Predimensionamiento de zapatas

Chequeo por Punzonamiento:

Como las Zapatas son cuadradas, se har el anlisis en una sola direccin.

3) Metrado de cargas.

4) ANALISIS SISMICO ESTATICO (NORMA E030 RNE 2006)

a) Periodo fundamental:

T: Periodo fundamental (seg.)hn: altura del edificio hasta el nivel 0.00 (m)Ct: coeficiente dependiente del sistema estructural Debido a que nuestra estructura es aporticada, se usar un Ct=35.Hn = 4*3.3 = 13.2 m

Entonces:

b) Fuerza Cortante en la base:

, segn la norma E0301, segn la norma E030

R= 8, debido a que es una estructura a porticada y regular. Como es mayor a 2,5 se asume C = 2,5Por lo tanto:

Comprobacin:

c) Distribucin de la fuerza ssmica por la altura:Como el T obtenido es menor a 0,7 segundos, se aplicar la siguiente frmula:

As tendremos:

d) Cuadro de resumen:PISOPs (Ton)hi (m)V (Ton)Fuerza ssmica (Ton)

1233.2043.394.51911.238

2233.2046.694.51922.475

3233.2049.994.51933.713

4140.56213.294.51927.094

Tabla N1: Resumen de Fuerzas ssmicas

MODELAMIENTO DE LA ESTRUCTURA EN EL SAP2000

Para el modelamiento se usaron 2 tipos de vigas, las transversales (30x50 cm) y las longitudinales (30x50), Adems se us un tipo de columnas (45x45) y 3 tipos de zapatas, la esquinera (130x130 cm), la excntrica (180x180 cm) y la cntrica (250x250 cm). As mismo, se tuvo en cuenta el comportamiento del diafragma rgido por cada piso de la estructura donde adems, se incluy el centro de masa (C.M.). Tambin se coloc brazo rgido a todas las columnas del primer piso, as como a todas las vigas de las estructura, ya sea transversal o longitudinal. Para terminar, se aplicaron las fuerzas ssmicas en las dos direcciones (X+ e Y+), fue as como se obtuvo lo siguiente:

Imagen N1: Modelo en 3D

Una vez corrido el programa procedemos a analizar los desplazamientos laterales (derivas) respecto a la norma E030 2006.

REAL=0.75R (

Procedemos a verificar las Derivas y a comprarlas con las Derivas mximas propuestos por la norma que en este caso es 0.007 que sale de la siguiente tabla:

Deriva

Concreto Armado0.007

Acero0.010

Albailera0.005

Muros Ductilidad Limitada0.005

As mismo se calculan las fuerzas ssmicas internas de la estructura:

En el siguiente cuadro resumen se pueden apreciar los desplazamientos y fuerzas internas mximas

e) IRREGULARIDADES EN ALTURA

Se procede a analizar las irregularidades de la estructura segn la norma E030 2006.

Irregularidad de Rigidez-Piso blando

En cada direccin la suma de las reas de las secciones transversales de los elementos verticales resistentes al corte en un entrepiso, columnas y muros, es menor que 85 % de la correspondiente suma para el entrepiso superior, o es menor que 90 % del promedio para los 3 pisos superiores. No es aplicable en stanos. Para pisos de altura diferente multiplicar los valores anteriores por (hi/hd) donde hd es altura diferente de piso y hi es la altura tpica de piso.

Irregularidad de Masa

Se considera que existe irregularidad de masa, cuando la masa de un piso es mayor que el 150% de la masa de un piso adyacente. No es aplicable en azoteas

Irregularidad geomtrica vertical

La dimensin en planta de la estructura resistente a cargas laterales es mayor que 130% de la correspondiente dimensin en un piso adyacente. No es aplicable en azoteas ni en stanos.

Nuestra estructura no presenta ese tipo de irregularidad, ya que las dimensiones en planta permaneces iguales.

Discontinuidad en los Sistemas Resistentes

Desalineamiento de elementos verticales, tanto por un cambio de orientacin, como por un desplazamiento de magnitud mayor que la dimensin del elemento.

Nuestra estructura no presenta dicha irregularidad, ya que todos los elementos resistentes son continuos.

f) IRREGULARIDADES EN PLANTA

Irregularidad Torsional

Se considerar slo en edificios con diafragmas rgidos en los que el desplazamiento promedio de algn entrepiso exceda del 50% del mximo permisible indicado en la Tabla N8 del Artculo 15 (15.1). En cualquiera de las direcciones de anlisis, el desplazamiento relativo mximo entre dos pisos consecutivos, en un extremo del edificio, es mayor que 1,3 veces el promedio de este desplazamiento relativo mximo con el desplazamiento relativo que simultneamente se obtiene en el extremo opuesto.

Esquinas Entrantes

La configuracin en planta y el sistema resistente de la estructura, tienen esquinas entrantes, cuyas dimensiones en ambas direcciones, son mayores que el 20 % de la correspondiente dimensin total en planta.

Nuestra estructura no presenta esquinas entrantes, por tal razn es regular.

Discontinuidad del Diafragma

Diafragma con discontinuidades abruptas o variaciones en rigidez, incluyendo reas abiertas mayores a 50% del rea bruta del diafragma.

Nuestra estructura no presenta cambias abruptos, por tal razn es regular.

5) ANALISIS SISMICO ESTATICO (NORMA E030 RNE 2014)

a) Periodo fundamental:

T: Periodo fundamental (seg.)hn: altura del edificio hasta el nivel 0.00 (m)Ct: coeficiente dependiente del sistema estructural Debido a que nuestra estructura es aporticada, se usar un Ct=35.Hn = 4*3.3 = 13.2 m

Entonces:

b) Fuerza Cortante en la base:

Segn la norma E0301, segn la norma E030

R= 8xIaxIpIa=Ip=1, debido a que la estructura es regular.Por lo tanto:

Comprobacin:

c) Distribucin de Fuerza Ssmica por Altura

REAL= 0.75R (

Se comprueba la suma de los alfas, la cual debe resultar 1. Asimismo la sumatoria de las fuerzas debe resultar la cortante.

d) Control de desplazamiento lateral

Usando el software SAP 2000 se hallaron las derivas de cada piso. Las cuales se comprobaran segn la Norma E030 2014.

e) IRREGULARIDADES EN ALTURA

Se procede a analizar las irregularidades de la estructura segn la norma E030 2006.

Irregularidad de Rigidez-Piso blando

Existe irregularidad de rigidez cuando, en cualquiera de las direcciones de anlisis, la distorsin (deriva) de entrepiso es mayor que 1,4 veces el correspondiente valor en el entrepiso inmediato superior, o es mayor que 1,25 veces el promedio de las distorsiones de entrepiso en los tres niveles superiores adyacentes. La distorsin de entrepiso se calcular como el promedio de las distorsiones en los extremos del entrepiso. Irregularidad de Rigidez-Piso dbil

Existe irregularidad de resistencia cuando, en cualquiera de las direcciones de anlisis, la resistencia de un entrepiso frente a fuerzas cortantes es inferior a 80 % de la resistencia del entrepiso inmediato superior.

Irregularidad extrema de rigidez

Se considera que existe irregularidad extrema en la rigidez cuando, en cualquiera de las direcciones de anlisis, la distorsin (deriva) de entrepiso es mayor que 1,6 veces el correspondiente valor del entrepiso inmediato superior, o es mayor que 1,4 veces el promedio de las distorsiones de entrepiso en los tres niveles superiores adyacentes. La distorsin de entrepiso se calcular como el promedio de las distorsiones en los extremos del entrepiso.

Irregularidad extrema de resistencia

Existe irregularidad extrema de resistencia cuando, en cualquiera de las direcciones de anlisis, la resistencia de un entrepiso frente a fuerzas cortantes es inferior a 65 % de la resistencia del entrepiso inmediato superior.

Irregularidad de Masa

Se tiene irregularidad de masa (o peso) cuando el peso de un piso, determinado segn el numeral 4.3, es mayor que 1,5 veces el peso de un piso adyacente. Se exceptan los techos cuyo peso sea inferior al del piso inmediato inferior.

Irregularidad geomtrica vertical

La configuracin es irregular cuando, en cualquiera de las direcciones de anlisis, la dimensin en planta de la estructura resistente a cargas laterales es mayor que 1,3 veces la correspondiente dimensin en un piso adyacente. Este criterio no se aplica en azoteas ni en stanos. Nuestra estructura no presenta ese tipo de irregularidad, ya que las dimensiones en planta permaneces iguales.Discontinuidad en los Sistemas Resistentes

Se califica a la estructura como irregular cuando en cualquier elemento que resista ms de 10 % de la fuerza cortante se tiene un desalineamiento vertical, tanto por un cambio de orientacin, como por un desplazamiento del eje de magnitud mayor que 25 % de la correspondiente dimensin del elemento. Discontinuidad en los Sistemas Resistentes

Existe discontinuidad extrema cuando la fuerza cortante que resisten los elementos discontinuos segn se describen en el tem anterior, supere el 50 % de la fuerza cortante total.

f) IRREGULARIDADES EN PLANTA

Irregularidad Torsional

Existe irregularidad torsional cuando, en cualquiera de las direcciones de anlisis, el mximo desplazamiento relativo de entrepiso en un extremo del edificio, calculado incluyendo excentricidad accidental, es mayor que 1,5 veces el desplazamiento relativo del extremo opuesto del mismo entrepiso para la misma condicin de carga. Este criterio slo se aplica en edificios con diafragmas rgidos y slo si el mximo desplazamiento relativo de entrepiso excede de 50 % del mximo permisible indicado en la Tabla N 11. Nuestro trabajo no presenta esta irregularidad.

Irregularidad Torsional Extrema

Existe irregularidad torsional extrema cuando, en cualquiera de las direcciones de anlisis, el mximo desplazamiento relativo de entrepiso en un extremo del edificio, calculado incluyendo excentricidad accidental, es mayor que 3 veces el desplazamiento relativo del extremo opuesto del mismo entrepiso para la misma condicin de carga. Este criterio slo se aplica en edificios con diafragmas rgidos y slo si el desplazamiento relativo de entrepiso excede de 50 % del mximo permisible indicado en la Tabla N 11. Nuestro trabajo no presenta este tipo de irregularidad, por lo que es regular.

Esquinas Entrantes

La estructura se califica como irregular cuando tiene esquinas entrantes cuyas dimensiones en ambas direcciones son mayores que 20 % de la correspondiente dimensin total en planta. Nuestra estructura no presenta esquinas entrantes, por tal razn es regular.Discontinuidad del Diafragma

La estructura se califica como irregular cuando los diafragmas tienen discontinuidades abruptas o variaciones importantes en rigidez, incluyendo aberturas mayores que 50 % del rea bruta del diafragma. Tambin existe irregularidad cuando, en cualquiera de los pisos y para cualquiera de las direcciones de anlisis, se tiene alguna seccin transversal del diafragma con un rea neta resistente menor que 25 % del rea de la seccin transversal total de la misma direccin calculada con las dimensiones totales de la planta. Nuestra estructura no presenta cambias abruptos, por tal razn es regular.

Discontinuidad por sistemas no paralelos

Se considera que existe irregularidad cuando en cualquiera de las direcciones de anlisis los elementos resistentes a fuerzas laterales no son paralelos. No se aplica si los ejes de los prticos o muros forman ngulos menores que 30 ni cuando los elementos no paralelos resisten menos que 10 % de la fuerza cortante del piso. Nuestra estructura no presenta esto.

6) Comparacin entre normas

A continuacin se presentarn los clculos, tanto para el reglamento del 2006 como el que est en proyecto, el 2014, comparados mediante unas tablas para su posterior anlisis.

7) ConclusinPodemos observar de las comparaciones de las normas que muchos de los resultados del proyecto de norma del 2014 resultan menores hasta en un 20% comparados con el reglamento del 2006, ya que los coeficientes que usa esta ltima son menores porque al tener mayor exactitud, adems de una mejor zonificacin respecto a la del 2006, una mejor aproximacin tanto a la deriva real como a las fuerzas ssmicas y cortantes y una mayor cantidad de posibilidades con las irregularidades hace de que el resultado sea menos conservador comparado con el del 2006, en los que probablemente el clculo este sobredimensionado por el factor de riesgo que conlleva no ser exactos.29