Diseño estructural de nueva edificacion

7/21/2019 Diseo estructural de nueva edificacion

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DISEO ESTRUCTURAL PARA EL PROYECTO DE CONSTRUCCINEDIFICIO NUEVA SEDE FUNDACIN HOGAR PICCOLI SAGGI

FRANCISCO JAVIER CHAPARRO CAMARGOGABRIEL ANDRES DURN MORENO

UNIVERSIDAD PONTIFICIA BOLIVARIANA SECCIONAL BUCARAMANGAESCUELA DE INGENIERAS Y ADMINISTRACIN

FACULTAD DE INGENIERA CIVILBUCARAMANGA

2008


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FRANCISCO JAVIER CHAPARRO CAMARGOGABRIEL ANDRES DURN MORENO

Tesis de grado como requisito para optaral ttulo de Ingenieros Civiles

Director:CLAUDIA PATRICIA RETAMOSO LLAMAS

M.I.C. Ingeniera Civil

UNIVERSIDAD PONTIFICIA BOLIVARIANA SECCIONAL BUCARAMANGAESCUELA DE INGENIERAS Y ADMINISTRACIN

FACULTAD DE INGENIERA CIVILBUCARAMANGA

2008


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Nota de aceptacin

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

_________________________Presidente del Jurado

________________________Jurado

_________________________Jurado

Bucaramanga, Julio de 2008.


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A mis padres, Gonzalo Chaparro y

Luzmila Camargo, por el apoyoincondicional que me dieron a lo largo

de la carrera.A mis hermanos, Ivn y Fabin, por su

apoyo en las buenas y en las malas.


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A mi Pap quien me ve desde otraptica, le dedico este trabajo con todo

mi amor.A mi Mam por su paciencia, su

cario, su apoyo y su comprensin entodas las cosas de mi vida.

A mis hermanos quienes tambin mehan apoyado en el transcurso de mi

carrera.


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AGRADECIMIENTOS

Los autores expresan sus agradecimientos:

1 A Dios por brindarnos esta gran oportunidad de vida, porpermitirnos conocer a grandes compaeros y colegas en esteproceso de nuestra vida.

2 A la Ingeniera Claudia Patricia Retamoso, por toda la asesora,revisin y paciencia, al estar trabajando durante estos ltimosmeses en el desarrollo de este proyecto.

3 Y a todas las personas que de una u otra forma, colaboraron o

participaron en la realizacin de este proyecto, damos nuestrosms sinceros agradecimientos.


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CONTENIDO

INTRODUCCIN ..................................................................................... 16

1.

OBJETIVOS ............................................................................. 171.1. Objetivo General. ..................................................................... 17

1.2.

Objetivos Especficos. .............................................................. 17

2.

METODOLOGIA ...................................................................... 18

2.1. PLANOS ARQUITECTNICOS DEL PROYECTO. ................. 182.2.

OBTENCIN DE LAS PROPIEDADES GEOMTRICAS DELOS ELEMENTOS DE LA ESTRUCTURA. ............................. 18

2.3. CARGAS DE LA ESTRUCTURA. ............................................ 182.4. MODELO EN SAP 2000. ......................................................... 182.5.

ANLISIS DE FUERZA SSMICA. ........................................... 18

2.5.1. Fuerza Horizontal Equivalente. ................................................ 182.5.2. Anlisis Dinmico Elstico. ...................................................... 19

2.6.

PROPIEDADES DE LOS ELEMENTOS EN SAP 2000. .......... 19

2.7.

ASIGNACIN DE CARGAS DE LA ESTRUCTURA EN SAP2000. ........................................................................................ 19

2.8.

ANLISIS DE DERIVA DE LA ESTRUCTURA. ....................... 19

2.9.

DISEO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES. ............. 19

2.9.1. Diseo de Viguetas. ................................................................. 192.9.2.

Diseo de Vigas. ...................................................................... 19

2.9.3.

Diseo de Columnas. ............................................................... 19

2.9.4. Diseo de uniones viga columna. ......................................... 202.9.5. Diseo de Muros Estructurales. ............................................... 202.9.6.

GENERACIN DE PLANOS. .................................................. 20

3. JUSTIFICACIN ...................................................................... 214.

ALCANCE ................................................................................ 22

5. GLOSARIO .............................................................................. 236. MARCO TERICO. ................................................................. 306.1.

ARQUITECTURA Y USO DE LA EDIFICACIN. .................... 30

6.1.1. La composicin geomtrica del edificio y sus efectos sobre lasismo-resistencia. .................................................................... 30

6.2. CARACTERSTICAS DE LA ESTRUCTURACIN Y DELMATERIAL EMPLEADO. ......................................................... 31

6.3.

CARGAS DE LA ESTRUCTURA. ............................................ 31

6.3.1. Carga Muerta. .......................................................................... 316.3.2. Carga Viva. .............................................................................. 32

6.3.3.

Fuerzas Ssmicas - Anlisis Dinmico Elstico. ...................... 33

6.3.3.1

Movimientos Ssmicos de Diseo. ........................................... 34

6.3.3.2 Masas introducidas en el modelo de la estructura. .................. 386.3.3.3

Grados de libertad y modos de vibracin de la estructura. ...... 39

6.3.3.4

Mtodos de Combinacin de la Respuesta espectral. ............. 40

6.4. DETERMINACIN DE LAS DERIVAS DE ENTREPISO. ........ 406.5. DISEO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES. ..................... 416.5.1.

Configuracin Estructural. ........................................................ 41


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6.5.1.1 Capacidad de Disipacin de energa. ...................................... 426.5.1.2 Irregularidades del Sistema. .................................................... 436.5.1.3

Sistema de Resistencia Ssmica. ............................................. 45

6.5.2.

Conceptos Bsicos y Generales del Diseo. ........................... 456.5.2.1 Estado Lmite ........................................................................... 45

6.5.2.2

Mtodos de Diseo Empleados: .............................................. 47

6.5.2.3

Factores de carga. ................................................................... 47

6.5.3. Diseo de Elementos Estructurales. ........................................ 506.5.3.1

Viguetas y Riostras. ................................................................. 50

6.5.3.2

Vigas. ....................................................................................... 51

6.5.3.3 Columna. ................................................................................. 526.5.3.4 Muros. ...................................................................................... 526.5.3.5

Uniones viga columna. .......................................................... 52

7. ANLISIS DE LA ESTRUCTURA. ........................................... 547.1. CARGAS APLICADAS A LA ESTRUCTURA. ......................... 54

7.1.1.

Carga Muerta. .......................................................................... 54

7.1.1.1

El Espesor mnimo de la losa .................................................. 55

7.1.1.2 Viguetas, losas y casetones de la placa aligerada................... 567.1.1.3

Carga muerta placa. ................................................................ 59

7.1.2.

Carga Viva. .............................................................................. 61

7.1.3. Anlisis Ssmico. ...................................................................... 617.1.3.1

Centro de Rigidez de la estructura........................................... 61

7.1.3.2

Clculo de las Inercias de cada entrepiso. .............................. 62

7.1.3.3 Clculo de las masas de la estructura. .................................... 647.1.4. Cargas de los Prticos en la Estructura. .................................. 647.1.4.1

Reacciones de las Viguetas. .................................................... 64

7.1.4.2 Cargas Distribuidas de los prticos. ......................................... 657.2.

Derivas de las Columnas de la Estructura. .............................. 75

7.3. DISEO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES. ..................... 767.3.1. Diseo de Viguetas. ................................................................. 767.3.1.1

Datos para el diseo ................................................................ 76

7.3.1.2 Refuerzo longitudinal en las viguetas ...................................... 777.3.1.3

Refuerzo de Cortante. .............................................................. 80

7.3.1.4 Longitudes de desarrollo y traslapo del refuerzo ..................... 827.3.2. Diseo de Vigas. ...................................................................... 847.3.2.1

Aspectos generales bsicos .................................................... 85

7.3.2.2 Datos para el diseo ................................................................ 857.3.2.3 Refuerzo longitudinal en las vigas ........................................... 86

7.3.2.4

Refuerzo transversal en las vigas ............................................ 88

7.3.3.

Diseo de Columnas. ............................................................... 94

7.3.3.1 Datos inciales ......................................................................... 947.3.3.2

Refuerzo longitudinal en la columna ........................................ 94

7.3.3.3

Refuerzo transversal o estribos de confinamiento (DES) ........ 99

7.4. Diseo de Muros Estructurales. ............................................. 1037.4.1.1 Datos generales ..................................................................... 1037.4.1.2

Diseo del refuerzo horizontal ............................................... 104


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7.4.1.3 Diseo del refuerzo vertical ................................................... 1067.4.1.4 Elementos de borde ............................................................... 1068.

CONCLUSIONES .................................................................. 112

9.

RECOMENDACIONES .......................................................... 11310. BIBLIOGRAFA ...................................................................... 114

ANEXO A. PLANTAS ESTRUCTURALES DE LA EDIFICACIN ......... 115

ANEXO B. CLCULO DE CARGA ESCALERA Y RAMPA. .................. 128

ANEXO C. CLCULOS PARA CENTROS DE MASA E INERCIAS DE LAESTRUCTURA. ..................................................................... 130

ANEXO D. REACCIONES DE LAS VIGUETAS. ................................... 131

ANEXO E. CARGAS DISTRIBUIDAS DE LOS PRTICOS. ................. 137ANEXO F. DERIVAS COLUMNAS ESQUINERAS ESTRUCTURA. ..... 140ANEXO G. DISEO DE VIGUETAS. ..................................................... 142

ANEXO H. DISEO DE VIGAS ............................................................. 158ANEXO I. DISEO LONGITUDINAL DE COLUMNAS. ......................... 194

ANEXO J. DISEO DE MUROS ESTRUCTURALES ........................... 196


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LISTA DE TABLAS

Tabla 1.

Densidad de Materiales (Carga Muerta). ............................ 32

Tabla 2.

Cargas Vivas Mnimas NSR 98. ...................................... 33Tabla 3. Valores de Coeficientes de Sitio, S ..................................... 37

Tabla 4.

Valores de coeficiente de importancia, I. ............................ 38

Tabla 5.

Derivas mximas como porcentaje de hpi .......................... 41

Tabla 6. Coeficiente Ro para Sistema Estructural Combinado. ........ 43Tabla 7.

Coeficientes de reduccin de carga. ................................... 49

Tabla 8.

Carga total de la placa: ....................................................... 60

Tabla 9. Determinacin del Centro de Masa Primer Nivel ................ 61Tabla 10. Resumen Centros de Masa y Rigidez de la Estructura....... 62 Tabla 11.

Resumen de Inercias Totales por Nivel de la Edificacin ... 63

Tabla 12. Masas Placa, Columnas y Vigas. ....................................... 64Tabla 13. Masas Traslacionales y Rotacionales de la estructura. ...... 64

Tabla 14.

Cargas Transmitidas por la Vigueta 1. ............................... 66

Tabla 15.

Derivas Combo 1 Centro de Rigidez. ................................. 75

Tabla 16. Derivas Combo 2 Centro de Rigidez. ................................. 75Tabla 17.

Derivas Combo 1 Centro Rigidez Muros. ............................ 76

Tabla 18.

Derivas Combo 2 Centro de Rigidez Muros. ....................... 76

Tabla 19. Determinacin del tipo de anlisis en las viguetas del primerpiso. .................................................................................... 77

Tabla 20.

Determinacin del tipo de anlisis en las viguetas delsegundo, tercer piso y cubierta. .......................................... 78

Tabla 21. Empalmes por traslapo ....................................................... 84Tabla 22.

Cargas Mximas de la Columna Ejemplo. .......................... 96

Tabla 23. Valores de e/h para la columna tipo. .................................. 96Tabla 24.

Valores de cuanta determinados por parejas de datos. ..... 97

Tabla 25. Datos para Diseo de Columna Tipo. ................................. 98Tabla 26. Varillas suministradas a la columna. ................................... 98


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RESUMEN GENERAL DE TRABAJO DE GRADO

TTULO: DISEO ESTRUCTURAL PARA ELPROYECTO DE CONSTRUCCIN EDIFICIONUEVA SEDE FUNDACIN HOGAR PICCOLISAGGI

AUTOR(ES): FRANCISCO JAVIER CHAPARRO CAMARGOGABRIEL ANDRES DURN MORENO

FACULTAD: Ingeniera Civil

DIRECTOR(A): Claudia Patricia Retamoso Llamas

RESUMEN

El proyecto de la Fundacin Piccoli Saggi, pretende dar solucin alproblema de actual de planta fsica y ampliacin de las instalaciones, poresto la Universidad Pontificia Bolivariana, con colaboracin de susdocentes y alumnos realiza como proyecto de grado el Diseo Estructuralpara la Fundacin. Para el diseo estructural se requiere un proceso

individual donde se debe planificar junto con el arquitecto, el arreglo deespacios, vanos, accesos, alturas de pisos, tamao de los elementos,economa y resistencia adecuada. Es por esto que se plantea unprocedimiento en base a la Norma Colombiana de diseo y ConstruccinSismo Resistente NSR 98. Para el proyecto se planteo un Edificio decuatro niveles, que incluye un stano de parqueadero, rampas de accesoy escaleras, teniendo en cuenta las especificaciones, caractersticas de laedificacin y su uso. La estructura que se analiz se clasifica como unsistema combinado, ya que posee prticos resistentes a momento ymuros estructurales que soportan cargas verticales y horizontales en lamisma proporcin. Para determinar esto, se realiz un anlisis ssmico dela estructura lo ms real posible; se determinaron las dimensiones de

cada uno de los elementos estructurales; se evalan y localizan cada unade las fuerzas a la que es sometida la estructura, el modelamiento de laestructura se hizo en el programa SAP 2000, herramienta que brinda unanlisis de los elementos ante diferentes tipos y combinaciones de carga;y por ltimo se comprueba el sistema Estructural a utilizar para asignar elacero de refuerzo a cada uno de los elementos .

PALABRAS CLAVES:Diseo, Deriva, Anlisis Ssmico, Concreto, Acero.


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GENERAL RESUME FOR PROJECT GRADE

TTULO: Structural Design For The Project OfConstruction Building Of New Site Of PiccoliSaggi Foundation Home.

AUTHOR(S): Francisco Javier Chaparro CamargoGabriel Andres Durn Moreno

FACULTY: Civil Engineering

DIRECTOR: Claudia Patricia Retamoso Llamas

ABSTRACT

The Project of Picolli Saggi Foundation, pretend to solve the problem inthe lack of physical plant and expansion of his facilities, thats whyUniversidad Pontificia Bolivariana Seccional Bucaramanga, incollaboration with their professors and students performed as a gradeProject the structural design for the building of the Foundation. For thestructural design requires and individual process where they must plan

together with the architect the fix vain places, access, hight of floor, thesize of components, economy and adequate resistant or strength. Is forthat what raise a proceeding based at the Colombian Standard of Designand Construction Earthquake Resistant NSR-98. For the Project raised afour levels building, this includes a parking-basements, access ramps, andstairs, taking all the specifications, characteristics of the building and hisuse. The structure that was analysed is classified as a combined system,because it has frame resistant to moment and structural walls. Todeterminate this, was realized a seismic analysis of the structure as muchreal as possible; was determined the dimensions of each of the sectionsand structural components or elements, are evaluated and found each ofthe forces which is subjected the structure. For determinate these data

was checking through modelling in SAP2000 program. A tool that givesus an analysis of elements with different types and combinations of load;and finally the structural system to use is found and then to give sizingeach elements. Is delivered the details and specifications of the proceding,memories of calculation and made plans for the development of thestructure.

KEY WORDS:Design, Drift, Earthquake Analysis, Concrete, Steel.


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ENTREGA DE TRABAJOS DE GRADO, TRABAJOS DEINVESTIGACIN Y AUTORIZACIN DE USO A FAVOR DE LAUNIVERSIDAD PONTIFICIA BOLIVARIANA

Yo ,GABRIEL ANDRS DURN MORENO, mayor de edad, vecino deBucaramanga identificado con la cdula de ciudadana No 91.516.424,actuando en nombre propio, en mi calidad de autor del trabajo de grado:


hago entrega del ejemplar respectivo y de sus anexo de ser el caso, enformato digital o electrnico (CD o DVD) y autorizo a la UNIVERSIDADPONTIFICIA BOLIVARIANA, para que en los trminos establecidos en laLey 23 de 1982, Ley 44 de 1993m decisin Andina 351 de 1993, Decreto

460 de 1995 y dems normas generales sobre la materia, utilice y use entodas sus formas, los derechos patrimoniales de reproduccin,comunicacin pblica, transformacin y distribucin (alquiler, prstamospblico e importacin) que me corresponden como creador de la obraobjeto del presente documento. PARGRAFO: La presente Autorizacinse hace extensiva no slo a las facultades y derechos de uso sobre laobra en formato o soporte material, sino tambin para formato virtual,electrnico, digital, ptico, uso en red, Internet, extranet, intranet, etc., engeneral para cualquier formato conocido o por conocer.

EL AUTOR ESTUDIANTE, manifiesta que la obra objeto de la presenteautorizacin es original y la realiz sin violar o usurpar derechos de autora terceros, por lo tanto la obra es de exclusiva autora y detenta latitularidad sobre la misma. PARGRAFO: En caso de presentarsecualquier reclamacin o accin por parte de un tercero en cuanto a losderechos de autor sobre la obra en cuestin, EL AUTOR/ESTUDIANTE,asumir toda la responsabilidad, y saldr en defensa de los derechos aquautorizados; para todos los efectos la Universidad acta como un tercerode buena fe.

Para constancia se firma el presente documentoen dos (02) ejemplaresdel mismo valor y tenor, en Bucaramanga, a los das del mes dede 200 .

EL AUTOR/ ESTUDIANTE:

(Firma).Nombre. GABRIEL ANDRS DURN MORENO


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ENTREGA DE TRABAJOS DE GRADO, TRABAJOS DEINVESTIGACIN Y AUTORIZACIN DE USO A FAVOR DE LAUNIVERSIDAD PONTIFICIA BOLIVARIANA

Yo, FRANCISCO JAVIER CHAPARRO CAMARGO, mayor de edad,vecino de Bucaramanga identificado con la cdula de ciudadana No1.098.609.440 de Bucaramanga, actuando en nombre propio, en micalidad de autor del trabajo de grado:


hago entrega del ejemplar respectivo y de sus anexo de ser el caso, enformato digital o electrnico (CD o DVD) y autorizo a la UNIVERSIDADPONTIFICIA BOLIVARIANA, para que en los trminos establecidos en la

Ley 23 de 1982, Ley 44 de 1993m decisin Andina 351 de 1993, Decreto460 de 1995 y dems normas generales sobre la materia, utilice y use entodas sus formas, los derechos patrimoniales de reproduccin,comunicacin pblica, transformacin y distribucin (alquiler, prstamospblico e importacin) que me corresponden como creador de la obraobjeto del presente documento. PARGRAFO: La presente Autorizacinse hace extensiva no slo a las facultades y derechos de uso sobre laobra en formato o soporte material, sino tambin para formato virtual,electrnico, digital, ptico, uso en red, Internet, extranet, intranet, etc., engeneral para cualquier formato conocido o por conocer.

EL AUTOR ESTUDIANTE, manifiesta que la obra objeto de la presenteautorizacin es original y la realiz sin violar o usurpar derechos de autora terceros, por lo tanto la obra es de exclusiva autora y detenta latitularidad sobre la misma. PARGRAFO: En caso de presentarsecualquier reclamacin o accin por parte de un tercero en cuanto a losderechos de autor sobre la obra en cuestin, EL AUTOR/ESTUDIANTE,asumir toda la responsabilidad, y saldr en defensa de los derechos aquautorizados; para todos los efectos la Universidad acta como un tercerode buena fe.

Para constancia se firma el presente documentoen dos (02) ejemplaresdel mismo valor y tenor, en Bucaramanga, a los das del mes de

de 200 .

EL AUTOR/ ESTUDIANTE:

(Firma).Nombre. FRANCISCO JAVIER CHAPARRO CAMARGO


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INTRODUCCIN

El siguiente trabajo nace ante el deseo de resolver un problema actual de

la Fundacin Picolli Saggi, la cual es una institucin que presta susservicios a las comunidades de estrato 1 y 2, a nios entre los 1 y 5 aos.Gracias a su crecimiento, la organizacin requiere ampliar su planta fsica;por esto se desarroll como proyecto y propuesta la creacin de unEdificio de 4 niveles, capaz de prestar un servicio adecuado a lacomunidad.

La fundacin Picolli Saggi acude a la Universidad Pontificia Bolivarianaen busca de los diseos; entre estos el Diseo Estructural del proyecto.Para dar solucin y como una oportunidad de crear una herramientaeducativa, se desarrolla este trabajo como Proyecto de Grado, en el cualse aplican los conceptos de Ingeniera necesarios para cumplir la

expectativas del proyecto.

En estas memorias se muestra el proceso y desarrollo adecuado que sedebe seguir para la elaboracin de un Diseo Estructural SismoResistente, siguiendo una metodologa y procedimiento que se divide envarias partes: Una primera parte de predimensionamiento a partir delproyecto arquitectnico y las caractersticas del proyecto; una segundaparte de evaluacin de cargas a partir de la Norma Sismo Resistente NSR-98; una tercera parte donde se desarrolla el sistema estructural,empleando un modelo matemtico apropiado para el anlisis de laestructura; una cuarta parte donde se analizan los desplazamientoshorizontales y derivas de la estructura, donde se demostrar que laestructura no excede los lmites de la deriva; y una quinta parte en dondese disean los elementos estructurales de acuerdo con los requisitos delsistema de resistencia ssmica y los materiales estructuralescorrespondientes.

A partir de la metodologa planteada en este trabajo, se entregaranmemorias de clculo, especificaciones y planos en detalle de la EstructuraSismorresistente.


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1. OBJETIVOS

1.1. Objetivo General.

Realizar y proveer el diseo estructural de un edificio de tres plantas consu respectivo stano de uso institucional para la construccin de la futurasede de la Fundacin Piccoli Saggi.

1.2. Objetivos Especficos.

Seleccin del sistema ms adecuado para la elaboracin delproyecto y la determinacin de sus caractersticas, uso yespecificaciones, segn los criterios establecidos en la NormaColombiana de Construcciones Sismo Resistentes de 1.998 (NSR 98).

Evaluar cargas de la estructura y sus elementos, centro de mas yfuerzas horizontales para realizar el anlisis ssmico y anlisis dederivas en la edificacin; en base a la Norma Colombiana deConstrucciones Sismo Resistentes de 1.998 (NSR 98).

Asignar cargas a los elementos de la estructura y modelar elsistema en el programa SAP 2000 Versin 11.0

Diseo de elementos estructurales; desarrollo de planos yespecificaciones del proyecto.


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2. METODOLOGIA

2.1. PLANOS ARQUITECTNICOS DEL PROYECTO.

En este proceso la Fundacin Picolli Saggi facilit los planosarquitectnicos desarrollados por Alvaro Palomino.

2.2. OBTENCIN DE LAS PROPIEDADES GEOMTRICAS DE LOSELEMENTOS DE LA ESTRUCTURA.

Cuando se tienen los planos arquitectnicos los elementos estructurales,se dimensionan con estas propiedades iniciales y despus en el anlisisssmico que se desarrolle en el programa SAP 2000 V 11.0, sedimensionan realmente los elementos estructurales, vigas, columnas ymuros.

2.3. CARGAS DE LA ESTRUCTURA.

Con las especificaciones que establece la Norma Colombiana de Diseo yConstruccin Sismo Resistente de 1.998, NSR 98, se debe hacer ladistribucin de casetones y viguetas en el entrepiso, de esta manera seobtienen las cargas muertas de la estructura. Las cargas vivas, dependendel uso que se va a dar a la estructura, como es un colegio, se asigna unacarga de 2 kN/m2por piso.

2.4. MODELO EN SAP 2000.

Despus de tener las cargas muertas y vivas y los elementosestructurales inicialmente dimensionados, se procede a realizar el modeloen el SAP2000 , licencia de la Universidad Pontificia BolivarianaSeccional Bucaramanga.

2.5. ANLISIS DE FUERZA SSMICA.

En esta parte se determinan las propiedades necesarias para desarrollarel anlisis ssmico de la estructura, como es el centro de masa de lasplantas de la edificacin, las reas, las inercias y las masas de laestructura.

2.5.1. Fuerza Horizontal Equivalente.

Este mtodo es un mtodo esttico que no se utiliza en el procedimientode anlisis de este trabajo de grado, por cuanto las caractersticasestructurales no son aplicables para este proyecto en particular.


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2.5.2. Anlisis Dinmico Elstico.

Este mtodo utiliza procedimientos matemticos internamente en el

programa SAP2000, los cuales arrojan los desplazamientos horizontalesnecesarios para determinar si las derivas encontradas, cumplen con lasrequeridas por la Norma Colombiana de Diseo y Construccin SismoResistente de 1.998. NSR 98.

2.6. PROPIEDADES DE LOS ELEMENTOS EN SAP 2000.

Se asignan las dimensiones pertinentes de los elementos de la estructuradel edificio de la fundacin. Adems se asignan diafragmas rgidos a lasplacas de la estructura.

2.7. ASIGNACIN DE CARGAS DE LA ESTRUCTURA EN SAP 2000.

Se introducen a cada prtico las cargas que se determinaronanteriormente (carga muerta y viva). Se introducen las masastrasnacionales y rotacionales que se utilizan en el mtodo del AnlisisDinmico Elstico.

2.8. ANLISIS DE DERIVA DE LA ESTRUCTURA.

En este punto con el Anlisis Dinmico Elstico se determinan losdesplazamientos horizontales generados por las fuerzas externasaplicadas y se determinan los desplazamientos relativos entre pisosconsecutivos (derivas).

2.9. DISEO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES.

En este punto se debe realizar la introduccin de las combinaciones decarga cuando actan la carga muerta, viva y sismo.

2.9.1. Diseo de Viguetas.

Las viguetas se disean con carga muerta y viva (mayoradas ambascargas).

2.9.2. Diseo de Vigas.Las vigas se disean con los momentos y cortantes de la envolvente delas cargas aplicadas en la estructura.

2.9.3. Diseo de Columnas.

Las columnas se disean observando cada uno de los combos aplicados


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en la estructura, y despus se da el valor de acero de refuerzo que sedebe colocar al elemento.

2.9.4. Diseo de uniones viga columna.

Se cumple en este punto con los requerimientos de la Norma Colombianade Diseo y Construccin Sismo Resistente NSR 98 en el captulo C.21.que establece cuales deben ser las condiciones de esta parte de laestructura para una Capacidad de Disipacin Especial de Energa (DES).

2.9.5. Diseo de Muros Estructurales.

En esta parte, se realiza el diseo estructural de los muros que hacenparte del sistema combinado de la edificacin.

2.9.6. GENERACIN DE PLANOS.

Se generaran planos estructurales para las plantas de entrepiso, viguetas,vigas, columnas y muros, pero no se desarrollar el plano de cimentacin,por cuanto no se cuenta con el estudio de suelos de la edificacin.


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3. JUSTIFICACIN

Es de gran importancia la realizacin de este proyecto social, debido a

que se brindar apoyo ante la necesidad de construir una nueva sedepara el servicio comunitario; mediante el desarrollo de los diseos deconstruccin, en el caso particular planos estructurales, y dar solucin a lapropuesta realizada por la Fundacin Hogar Picolli Saggi, por medio de laimplementacin profesional, acadmica y recursos de la UniversidadPontificia Bolivariana Seccional Bucaramanga.

Se ofrecen los servicios del diseo estructural en base a los diseosarquitectnicos y estudio de suelos presentado por la fundacin.


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4. ALCANCE

Este proyecto de grado pretende realizar el diseo estructural de la

Fundacin Piccoli Saggi, entidad encargada de dar educacin a nios deestratos 1 y 2.

En el transcurso del trabajo de grado, se pretenda desarrollar inclusive eldiseo de la cimentacin de la estructura, ya que la Fundacin no entregel Estudio de Suelos, se asumi que el tipo de suelo es S3, por cuanto laNorma Colombiana de Construcciones Sismo Resistentes de 1.998,establece en el numeral A.2.4., que En los sitios en donde laspropiedades de los suelos no sean conocidas con suficiente detalle, debeusarse el tipo de perfil S3.

Por esta razn, en este trabajo de grado, de entregaran los diseos de la

estructura, ms no de la cimentacin por lo establecido en los prrafosanteriores.


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5. GLOSARIO

A continuacin se proporcionan algunas definiciones utilizadas en el

proyecto de grado.

Agregado. Conjunto de partculas inertes, naturales o artificiales, talescomo arena, grava, triturado, etc., que al mezclarse con el materialcementante y el agua produce el concreto.

Altura efectiva. (d) En una seccin, es la distancia entre el extremo mscomprimido y el centro de gravedad del refuerzo de traccin en seccionessometidas a flexin.

Amarres. Son elementos que sirven para transmitir las fuerzas inercialese impiden la separacin entre componentes de la edificacin tales como

zapatas y muros. Elemento utilizado para dar continuidad alrededor deaberturas y huecos en un diafragma (viga de borde). (Capitulo C.21 de laNorma).

Barra corrugada. Barra con ncleo de seccin circular en cuya superficieexisten resaltes que tienen por objeto aumentar la adherencia entre elconcreto 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 movimientosssmicos son transferidos al edificio. Este nivel no necesariamentecoincide con el nivel de terreno.

Capacidad de disipacin de energa. Es la capacidad que tiene unsistema estructural, un elemento estructural, o una seccin de unelemento estructural, de trabajar dentro del rango inelstico de respuestasin perder su resistencia. Se cuantifica por medio de la energa dedeformacin que el sistema, elemento o seccin es capaz de disipar enciclos histereticos consecutivos. Cuando se hace referencia al sistema deresistencia ssmica de la edificacin como un todo, se define por mediodel coeficiente de capacidad de disipacin de energa R. El grado decapacidad de disipacin de energa se clasifica como especial (DES),moderado (DMO) y mnimo (DMI).

Cimentacin. Conjunto de elementos estructurales destinados atransmitir las cargas de una estructura al suelo o roca de apoyo.

Coeficiente de reduccin de resistencia. Coeficiente que multiplica laresistencia nominal para convertirla en resistencia de diseo.

Columna. Elemento estructural cuya solicitacin principal es la carga axial


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transversal. Los elementos de borde no tienen que ser ms anchos que elelemento. Los bordes de las aberturas de los muros estructurales ydiafragmas deben tener elementos de borde si as lo requiere el captulo

C.21 de la Norma.

Encofrados y formaletas. Moldes con la forma y las dimensiones de loselementos estructurales, en los cuales se coloca el refuerzo y se vierte elconcreto fresco.

Esfuerzo. Intensidad de la fuerza por unidad de rea.

Estribo o fleje. Elementos que corresponden a una forma de refuerzotransversal, utilizados para resistir esfuerzos cortantes, de torsin y paraproveer confinamiento al elemento, consistentes en barras corrugadas,barras lisas, alambres o malla electro soldada, de una o varias ramas,

doblados en forma de L, U, C o rectangulares y colocadosperpendicularmente al refuerzo longitudinal o formando un Angulo con el.En elementos que llevan cargas de compresin, como en las columnas, elestribo debe abrazar el refuerzo longitudinal para evitar que este falle porpandeo y no puede ser fabricado con alambre o con malla electrosoldada. En este caso puede ser tambin una barra continua que seenrolla alrededor del refuerzo longitudinal formando crculos,rectngulos o cualquier otra forma poligonal sin tener esquinas haciaadentro de la seccin. Cuando cumple ciertos lmites de cuantavolumtrica se denomina refuerzo en espiral.

Estribo de confinamiento. Es un estribo rectangular cerrado, de barra dedimetro al menos No 3 (3/8") 6 10 M (10 mm), o un estribo continuoenrollado alrededor del refuerzo longitudinal. Los estribos deconfinamiento pueden componerse de varios elementos de refuerzo, perotodos ellos deben tener en sus extremos ganchos ssmicos de 135, oms, de una extensin de 6 dimetros de barra pero no menor de 75 mm,que abrazan el refuerzo longitudinal. Los estribos de confinamiento debencumplir los mismos requisitos dados para estribos de columna en elordinal (c) de C.7.10.3 y ver el capitulo C.21 de la Norma.

Estribo suplementario. Es un elemento de refuerzo transversal fabricadocon barra de dimetro No 3 (3/8") o 10 M (10 mm) o mayor, que tiene en

sus extremos un gancho ssmico de 135, o mas, con una extensin de 6dimetros de barra pero no menor de 75 mm, y se permite que uno de susextremos utilice un gancho de 90, o mas, con una extensin de 6dimetros de la barra. Los ganchos deben abrazar las barraslongitudinales de la periferia de la seccin. Los extremos doblados de 90de dos estribos suplementarios que abracen las mismas barraslongitudinales deben alternarse de extreme Los estribos suplementariosdeben ser fabricados del mismo dimetro y resistencia a la fluencia de los


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estribos de confinamiento principales.

Fuerzas ssmicas especificadas. Son las fuerzas ssmicas horizontales

correspondientes a la distribucin en la altura de la edificacin delcortante ssmico en la base.

Gancho estndar. Doblez en el extremo de una barra de refuerzo quecumple los requisitos del titulo C.7 de Ia Norma.

Gancho s smico. Es el gancho que debe formarse en los extremos de losestribos de confinamiento y estribos suplementarios, consistente en undoblez de 135, o mas , con una extensin de 6 dimetros de barra, perono menor a 75 mm, que abraza el refuerzo longitudinal del elemento y seproyecta hacia el interior de la seccin del elemento.

Longitud de desarrollo con gancho estndar. Es la distancia mas cortaentre la seccin critica donde la barra debe desarrollar su resistencia totaly una tangente a la cara exterior del gancho de 90 6 de 180.

Longitud de desarrollo. Es la longitud del refuerzo embebido en elconcreto requerida para desarrollar la resistencia de diseo en la seccincrtica.

Losa. Elemento estructural horizontal, o aproximadamente horizontal,macizo o con nervaduras, que trabaja en una o dos direcciones, deespesor pequeo en relacin con sus otras dos dimensiones.

Memoria de clculo. Justificacin tcnica de las dimensiones, refuerzos yespecificaciones de una estructura, tal como se presentan en los pianosde construccin.

Mdulo de elasticidad. Relacin entre el esfuerzo de traccin o decompresin y la deformacin unitaria producida por aquel, para esfuerzosinferiores al lmite proporcional del material,

Momento positivo. El que produce esfuerzos de traccin en la carainferior de vigas y losas.

Momento negativo. El que produce esfuerzos de traccin en la carasuperior de vigas y losas.

Muro. Elemento cuyo espesor es mucho menor en relacin con sus otrasdos dimensiones, usualmente vertical, utilizado para delimitar espacios.

Muro estructural. Son muros que se dimensionan y disean para queresistan la combinacin de fuerzas cortantes, momentos y fuerzas axiales


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inducidas por cargas verticales y horizontales, Un "muro de cortante" esun "muro estructural". Para la diferencia entre muro y columna paraefectos del refuerzo transversal debe consultarse C.14.3.6. De la Norma.

Nudo. Es la porcin de la columna limitada por las superficies superiorese inferiores de las vigas que llegan a ella.

Prtico. Conjunto estructural constituido por vigas y columnas unidasrgidamente.

Refuerzo. Acero en una de las tres siguientes formas, colocado paraabsorber los esfuerzos de traccin, de compresin de corte o de torsinen conjunto con el concreto: Grupos de barras de acero corrugado o lisode 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 hlicecontina de barra de acero liso o corrugado, que cumple ciertaslimitaciones de cuanta volumtrica.

Refuerzo extremo de traccin. Refuerzo (preesforzado o nopreesforzado) que se encuentra mas alejado de la fibra extrema detensin.

Refuerzo negativo. El refuerzo destinado a resistir los efectos delmomento negativo

Refuerzo positivo. El refuerzo destinado a resistir los efectos delmomento positive

Refuerzo transversal. El refuerzo destinado a resistir los efectos de losesfuerzos cortantes y de torsin. Incluye, igualmente, el destinado aimpedir el pandeo del refuerzo principal en las columnas o elementossometidos a fuerzas de compresin y el que produce confinamiento.

Refuerzo de retraccin y temperatura. En losas el destinado a resistirlos esfuerzos causados por variacin de temperatura o por retraccin de

fraguado.Regin confinada. Es aquella parte de los elementos de concretoreforzado confinada por refuerzo transversal de confinamiento que cumplelos requisitos especiales dados en C.21

Resistencia a la fluencia. (fy). Valor de la resistencia nominal a lafluencia del acero de refuerzo en MPa que se utiliza en el diseo para


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determinar la resistencia nominal de los elementos de concreto reforzado.La resistencia real a la fluencia debe determinarse por medio de ensayosde 'los materiales empleados en la obra, realizados de acuerdo con las

normas NTC o en su defecto las normas ASTM, apropiadas y su variacincon respecto a la resistencia nominal no debe ser mayor que la permitidapor la Norma.

Resistencia nominal del concreto a la compresin. (f'c). Resistencianominal especificada del concreto a la compresin, expresada en MPa,que se utiliza en el diseo para determinar la resistencia nominal de loselementos de concreto reforzado. La resistencia real a la compresindebe determinarse por medio de ensayos de los materiales empleados enobra, como el promedio de la resistencia de dos probetas cilndricas, de150 mm de dimetro y 300 mm de altura, ensayadas a los 28 das. Estosensayos se deben realizar de acuerdo con las normas NTC apropiadas y

la variacin de los resultados con respecto a la resistencia nominal nodebe ser mayor que la permitida en el numeral C.5.6. de la Norma SismoResistente NSR-98

Resistencia de diseosResistencia nominal de un elemento o seccinde el, multiplicada por el coeficiente de reduccin de resistencia

Resistencia Nominal resistencia de un elemento, o seccin de el,calculada analticamente de acuerdo con los requisitos y disposiciones delmtodo de resistencia y sin incluir ningn coeficiente de reduccin deresistencia

Resistencia Requerida resistencia que debe poseer un elemento, oseccin de el, para que sea capaz de soportar las cargas mayoradas osus efectos

Riostra Es un elemento de un diafragma estructural que se utiliza paraproveer continuidad alrededor de una abertura del diafragma.

Seccincontrolada por compresin. Es la seccin de un elemento enla cual la deformacin unitaria de traccin neta en el refuerzo extremo detraccin, para resistencia nominal es menor o igual al Iimite para ladeformacin unitaria de control por compresin.

Seccin controlada por traccin. Es la seccin de un elemento en lacual la deformacin unitaria de traccin neta en el refuerzo extremo detraccin, para resistencia nominal es mayor o igual a 0.005.

Sistema de resistencia ssmica. Es aquella parte de la estructuracompuesta por elementos diseados para resistir las fuerzas provenientesde los efectos ssmicos.


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Viga. Elemento estructural, horizontal o aproximadamente horizontal,cuya dimensin longitudinal es mayor que las otras dos y su solicitacin

principal es el momento flector, acompaado o no de cargas axiales,fuerzas cortantes y torsiones.

Vigueta o nervadura. Elemento estructural que forma parte de una losanervada, el cual trabaja principalmente a flexin.


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6. MARCO TERICO.

6.1. ARQUITECTURA Y USO DE LA EDIFICACIN.

Las edificaciones con uso institucional, con caractersticas arquitectnicasque fomentan irregularidades en planta y verticales tanto en masa comoen rigidez y adems, con capacidad para un gran nmero de personas,sin mencionar el grado de importancia que tienen en una comunidad,deben ser objeto de un estudio de desempeo frente a eventos ssmicos,en una ciudad como Bucaramanga (Santander, Colombia) ubicada en unazona de Alta amenaza ssmica (debido a la confluencia de varias fallastectnicas) deben realizarse esfuerzos grandes por evaluar elcumplimiento de requisitos de diseo mnimos que permitan salvaguardarla vida, incluso para EDIFICIOS usados solo para VIVIENDAS.

El diseo estructural es un proceso individual donde el ingeniero debeplanificar junto con el arquitecto el arreglo de espacios, vanos, accesos,altura de piso, tamao de los elementos, economa, resistencia adecuaday mantenimiento. En el proceso de diseo se deben contemplar tresimportantes fases, a saber:

Definicin de las prioridades. Una estructura es construida parallenar alguna necesidad. Los propietarios y el usuario deben estaral tanto de los atributos propuestos para la edificacin como losrequerimientos de funcionalidad, requerimientos estticos yeconoma.

Desarrollo del concepto del proyecto. De acuerdo a lasnecesidades del proyecto los primero bosquejos o anteproyecto. Elprimer prediseo de todas las reas de la ingeniera civil envueltasen el proyecto debe ser trabajado.

Diseo final de los sistemas. Una vez el concepto general ha sidodesarrollado, 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 construccin puedahacerse por mtodos constructivos adecuados.

6.1.1. La composicin geomtrica del edific io y sus efectos sobre lasismo-resistencia.

Al determinar durante la etapa de diseo, cul ha de ser la formageomtrica general de la edificacin, se debe procurar que esta esteconformada por volmenes de formas simples y dispuestos de manerasimtrica respecto de los ejes longitudinal y transversal de la planta.El lograr que la simplicidad de formas y la simetra de volmenes sea una


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caracterstica de la geometra general del edificio, garantiza que losefectos que sobre l causen los posibles movimientos ssmicos a que sepuede ver sometido a lo largo de su vida til, le causen el mnimo dao

dado el comportamiento homogneo que esa configuracin confiere atoda la edificacin. La edificacin como un todo y todos los bloques que laconforman son simtricos con respecto a sus ejes.

6.2. CARACTERSTICAS DE LA ESTRUCTURACIN Y DELMATERIAL EMPLEADO.

El sistema estructural de resistencia ssmica de la edificacin debeclasificarse dentro de uno de los sistemas estructurales prescritos en elCaptulo A.3: sistema de muros de carga, sistema combinado, sistema deprtico, o sistema dual. El Reglamento define limitaciones en el empleo delos sistemas estructurales de resistencia ssmica en funcin de la zona de

amenaza ssmica donde se encuentre localizada la edificacin, del tipo dematerial estructural empleado (concreto estructural, estructura metlica,mampostera estructural, o madera), de la forma misma como se dispongael material en los elementos estructurales segn est en posibilidad deresponder adecuadamente ante movimientos ssmicos como losesperados por medio de su capacidad de disipacin de energa, la cualpuede ser especial (DES), moderada (DMO) o mnima (DMI); de la alturade la edificacin, y de su grado de irregularidad.

6.3. CARGAS DE LA ESTRUCTURA.

El trmino carga se refiere a la accin directa de una fuerza concentradao distribuida actuando sobre el elemento estructural. A continuacin, seobservarn las principales cargas que estn descritas en la NormaColombiana de Diseo y Construccin Sismo Resistente NSR-98, solo sedefinen las que se utilizarn en este trabajo de grado como son: CargaMuerta, Carga Viva y Fuerza Ssmica.

6.3.1. Carga Muerta.

Incluye el peso de todos los elementos estructurales basados en lasdimensiones de diseo (peso propio) y el peso permanente de materialeso artculos, tales como: paredes y muros, cielos rasos, pisos, cubiertas,

escaleras, equipos fijos y todas las cargas que no son causadas por laocupacin del edificio. Son cargas que tendrn invariablemente el mismopeso y localizacin durante el tiempo de vida til de la estructura. Losvalores de las cargas para cada uno de los elementos esta dado en laNorma Colombiana de Diseo y Construccin Sismo Resistente NSR-98,Seccin B.3.3. A continuacin se muestra esta tabla.


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Tabla 1. Densidad de Materiales (Carga Muerta).

Fuente: Norma Colombiana de Construcciones Sismo Resistentes de 1.998 NSR 98. Numeral B.3.2.

La carga muerta producida por muros divisorios y particiones demateriales tradicionales, cuando stos no hacen parte del sistemaestructural, debe evaluarse para cada piso y se puede utilizar como cargadistribuida en las placas. Si se hace dicho anlisis, ste debe figurar en lamemoria de clculos y adems debe dejarse nota explicativa en losplanos. Cuando no se realice un anlisis detallado pueden utilizarse,como mnimo 3.0 kN/m2 de rea de placa cuando se trate de ladrillobloque hueco de arcilla o concreto y 3.5 kN/m2cuando se trate de muros

de ladrillo macizo, tolete, de arcilla, concreto o silical, para alturas deentrepiso de 2.20 m.

6.3.2. Carga Viva.

Las cargas vivas son cargas no permanentes producidas por materiales, einclusive gente en permanente movimiento. Cabinas, particiones ypersonas que entran y salen de una edificacin pueden ser consideradascomo carga vivas. Para simplificar los clculos las cargas vivas sonexpresadas como cargas uniformes aplicadas sobre el rea de laedificacin. Las cargas vivas que se utilicen en el diseo de la estructuradeben ser las mximas cargas que se espera ocurran en la edificacin

debido al uso que sta va a tener y estn determinadas con base a unaparte variable y a una porcin sostenida por el uso diario.

Las cargas vivas dadas en los cdigos tienen la intencin de representarla suma mxima de todas las cargas que pueden ocurrir en un reapequea durante la vida til del edificio. En ningn caso las cargas vivasdeben ser menores que las cargas vivas mnimas dadas a continuacin:


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Tabla 2. Cargas Vivas Mnimas NSR 98.

Fuente: Norma Colombiana de Construcciones Sismo Resistentes de 1.998 NSR 98. Numeral B.4.2

En particular, el trabajo de grado es para una Escuela, por lo cual seutiliza como carga viva mnima 2.0 kN/m2.

6.3.3. Fuerzas Ssmicas - Anlis is Dinmico Elstico.

Son cargas dinmicas que tambin pueden ser aproximadas a cargasestticas equivalentes (Fuerza Horizontal Equivalente). Los edificiospueden utilizar este procedimiento cuasi-esttico, pero tambin se puedeutilizar un anlisis modal o dinmico (Anlisis Dinmico Elstico).

En el proyecto particular se desarrollara la metodologa del anlisisdinmico elstico del cual se realizar una breve descripcin, por cuantoes la aplicacin especfica.

La otra metodologa utilizada para realizar el anlisis ssmico cuando setienen estructuras regulares es el mtodo de la Fuerza HorizontalEquivalente, mtodo en el cual no se detendr.

El anlisis de una estructura ante una excitacin ssmica debe tener encuenta todos los grados de libertad necesarios para representarcompletamente los posibles modos de deformacin y las fuerzas de


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inercia significativas que puedan generarse en tres dimensiones. Bajo lahiptesis de comportamiento elstico, existe una variedad de programasbasados en el mtodo del elemento finito, que facilitan el anlisis

dinmico de modelos tridimensionales con cualquier distribucin demasas y rigideces.

El modelo matemtico de la estructura debe describir la distribucinespacial de la masa y la rigidez, de tal manera que sea adecuado paracalcular las caractersticas relevantes de la respuesta dinmica de lamisma.

El modelo utilizado en este trabajo de grado es el modelo tridimensionalde diafragma rgido, en este tipo de modelo los entrepisos se considerandiafragmas infinitamente rgidos en su propio plano. La masa de cadadiafragma se considera concentrada en su centro de masa. Los efectos

torsionales accidentales pueden ser incluidos haciendo ajustesapropiados en la localizacin de los centros de masa de los diafragmas.Los efectos direccionales pueden ser tomados en cuenta a travs de lascomponentes apropiadas de los desplazamientos de los grados delibertad horizontales ortogonales del diafragma. Este procedimiento seutiliza cuando se presentan irregularidades tipo 1P, 4P o 5P.

A continuacin se observan los parmetros utilizados en la obtencin delEspectro de diseo que se debe tener en cuenta como parmetrofundamental a realizar en Anlisis Dinmico Elstico de la Estructura.

6.3.3.1 Movimientos Ssmicos de Diseo.

Deben definirse unos movimientos ssmicos de diseo en el lugar de laedificacin, de acuerdo con los requisitos del Captulo A.2 delReglamento, tomando en cuenta: (a) la amenaza ssmica para el lugar endonde esta ubicada la estructura, expresada a travs del parmetro Aa, elcual representa la aceleracin horizontal pico efectiva del sismo de diseoy depende de la ubicacin geogrfica del edificio o estructura, (b) lascaractersticas de la estratificacin del suelo subyacente en el lugar atravs de un coeficiente de sitio S, y (c) la importancia de la edificacinpara la recuperacin de la comunidad con posterioridad a la ocurrencia deun sismo a travs de un coeficiente de importancia I.

Las caractersticas de los movimientos ssmicos de diseo se expresanpor medio de un espectro elstico de diseo. El Reglamento contempladescripciones alternativas del sismo de diseo, ya sea a travs de familiasde acelerogramas, o bien por medio de expresiones derivadas deestudios de microzonificacin ssmica; las cuales deben determinarsesiguiendo los requisitos dados en el Captulo A.2.


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En los cdigos ssmicos el diseo de estructuras se plantea como unproblema para asignar resistencia a los elementos, con el fin de que seancapaces de resistir a un sistema de fuerzas laterales, obtenidas segn

unos espectros del diseo que involucran el comportamiento inelstico dela estructura. Controlar el nivel de dao debe ser un objetivo de lasnuevas metodologas propuestas para el diseo de estructuras sismo--resistentes. Recientemente se han propuesto ndices de dao para talefecto, los cuales a su vez, son funcin de los desplazamientos mximosy de la fatiga que presente el material. Recientes trabajos han mostradoque los desplazamientos inelsticos de la estructura pueden sercalculados a partir de los desplazamientos que experimentada laestructura si oscila siempre en el rango elstico, si el perodo de laestructura: T, es igual o mayor que el periodo caracterstico delmovimiento del suelo: Tg. Esta similitud es independiente de la resistenciade la estructura.

La forma del espectro elstico de aceleraciones para un coeficiente deamortiguamiento crtico de cinco por ciento (5%), que se debe utilizar enel diseo, se muestra en siguiente figura.

Fuente: Norma Colombiana de Construcciones Sismo Resistentes de 1.998 NSR 98. Numeral A.2.6.4Figura 1. Espectro Elstico de Diseo.

Donde:

T (s)Periodo de la Estructura (segundos)Sa (g) Valor del Espectro de Diseo como porcentaje de la gravedad(9.81 m/s2)

A continuacin se observan las ecuaciones necesarias y los lmites para


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desarrollar la grfica del espectro de diseo.

El periodo de la estructura est entre cero (0) y TC= 0.48 S

IAaSa = 5.2

El periodo de la estructura est entre TC= 0.48 S y TL= 2.4 S

T

ISAaSa

=

2.1

El periodo de la estructura es mayor a TL= 2.4 S

2

IAaSa

=

A continuacin se definen los parmetros utilizados para el espectro dediseo y en que consisten.

Obtencin del nivel de amenaza ssmica y el valor de Aa

Este paso consiste en localizar el lugar donde se construir la edificacindentro de los mapas de zonificacin ssmica dados en el Captulo A.2 delReglamento y en determinar el nivel de amenaza ssmica del lugar, deacuerdo con el valor del parmetro Aa obtenido en los mapas dezonificacin ssmica del Captulo A.2. El nivel de amenaza ssmica se

clasificar como alta, intermedia o baja. En el Apndice A-3 se presentauna numeracin de los municipios colombianos, con su definicin de lazona de amenaza ssmica, y el valor del parmetro Aa, entre otros.

Como la estructura en estudio est ubicada en la ciudad de Bucaramangael valor de Aa = 0.25 g.

Obtencin del efecto local (Suelo) de la estructura y valor de S

En este punto se determina el tipo de perfil de suelo que se requiere parael diseo de la estructura. Como no se cuenta con un Estudio de Suelosdetallado, se utilizar un tipo de perfil de suelo S2, a continuacin se

muestra como es el comportamiento de este tipo de material:

Es un perfil en donde entre la roca y la superficie hay ms de 20 m desuelo que contiene depsitos estables de arcillas cuya dureza vara entremediana y blanda, con una velocidad de la onda de cortante entre 150 y270 m/s, y que dentro de ellos, en conjunto, hay menos de 12 m dearcillas blandas.


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Fuente: Norma Colombiana de Construcciones Sismo Resistentes de 1.998 NSR 98. Numeral A.2.4.1.3.Figura 2. Perfil de Suelo S3.

A continuacin se muestra la tabla de los valores del coeficiente de sitiodependiendo del perfil de suelo utilizado en donde se construir laedificacin.

Tabla 3. Valores de Coeficientes de Sitio, S

Fuente: Norma Colombiana de Construcciones Sismo Resistentes de 1.998 NSR 98. Numeral A.2.4.2.Obtencin del coeficiente de importancia (Uso) de la estructura yvalor de I

En esta parte, se deben definir cual es el uso que tiene la estructura, paraesto se define el Grupo II Estructuras de ocupacin especial quecontempla o cubre las siguientes estructuras:

Edificaciones en donde se puedan reunir ms de 200 personasen un mismo saln.

Guarderas, escuelas, universidades, colegios.

Graderas al aire libre donde pueda haber ms de 2000personas a la vez.

Almacenes y centros comerciales con ms de 500 m2por piso. Edificaciones donde trabajen o residan ms de 3000 personas Edificios gubernamentales.

El valor del coeficiente de importancia se obtiene de la tabla que semuestra a continuacin:


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Tabla 4. Valores de coeficiente de importancia, I.

En el caso particular es 1.1, este coeficiente debe tenerse en cuentacuando se est desarrollando el diseo estructural, cuando se estrealizando el anlisis ssmico de la estructura, se trabaja con uncoeficiente de importancia de 1.0, como se establece en el numeralA.6.2.1.3.

6.3.3.2 Masas introducidas en el modelo de la estructura.

Se debe recordar que las fuerzas ssmicas son inerciales por lo tanto ellasresultan de aplicar una aceleracin a una masa determinada.Considerando los tres posibles movimientos del centro de masa de unpiso estaran asociados a ellos tres fuerzas y tres aceleraciones:

axmFx = aymFy =

azIoM =

Las dos primeras ecuaciones corresponden a la segunda ley de Newton,la tercera ecuacin es la misma ley de Newton pero expresada para unmovimiento rotacional.

Masas Traslacionales

Dentro de un estricto rigor las masas concentradas slo pueden serutilizadas en el anlisis dinmico de cuerpos rgidos, no obstante cuandola rigidez de algunos elementos es grande en comparacin con la deotros, se realiza la aproximacin de considerarlos infinitamente rgidos.Esta aproximacin muchas veces puede simplificar enormemente. En uncuerpo rgido no existe posibilidad de deformacin interna alguna, lo cualimplica que las propiedades inerciales se pueden expresar en el centro demasa del cuerpo.

Estas masas se calculan como la masa de todo el diafragma rgido apartir de la carga muerta aplicada en la estructura. Es decir, se tiene encuenta la carga transmitida por la placa y el peso propio de las vigas quehacen parte del sistema estructural.


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Estas masas en cada uno de los sistemas no es acumulable, es decir secoloca la masa puntual de cada entrepiso.

Masas Rotacionales

La masa rotacional en un elemento rgido es la masa producida por larotacin en el centro de masa, la cual produce desplazamientos en elplano x, y de la estructura, por este motivo se debe tener en cuenta parael anlisis de las derivas de la edificacin.

Para esto se tiene que en un cuerpo rgido, la sumatoria de torques es

= JoT ,

Donde:

JoMomento polar de inercia.aceleracin angular del sistema

= 2rmJo

Donde r es la distancia de cada masa (m) al centro de masa. Para unalosa con densidad constante el momento polar de inercia se puedeexpresar en funcin de las reas, se obtiene que:

( ) ( )IyyIxxreamasadAyxreamasaJo +=+= 22

Definiendo MR como la masa rotacional de la estructura en un piso dadose tiene:

== dArdmrMR 22

Esto implica que cuando se definen las masas de piso tambin se incluyela masa rotacional, completamente diferente a la masa traslacionalasociada a los movimientos de desplazamientos que simplemente se

calcula como peso/gravedad.

6.3.3.3 Grados de libertad y modos de vibracin de la estructura.

Los modos de vibracin de la estructura y los grados de libertad, selimitan en el modelo tridimensional a los grados de libertad que senecesitan analizar en planta para determinar las derivas de la estructura.


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Por esto, se presentan desplazamientos en el sentido x (traslacin),sentido y (traslacin) y sentido z (rotacin, que deriva en desplazamientosx y desplazamientos y), por los dos tipos de masa (traslacional y

rotacional) respectivamente, los cuales sern los utilizados paradeterminar las derivas de los diferentes entrepisos de la edificacin.

Por esto, se tiene en cuenta que los grados de libertad en cada piso de laestructura, son iguales a los modos de vibracin de un piso de laestructura.

Por lo tanto, la estructura en estudio tiene cuatro (4) placas, tres gradosde libertad por cada placa y el nmero de modos es igual a 4 placas x 3grados de libertad, se obtiene un mnimo de doce (12) modos de vibracinde la estructura.

6.3.3.4 Mtodos de Combinacin de la Respuesta espectral.

En general es importante anotar que cada modo de vibracin tiene unarespuesta mxima de desplazamiento, las cuales no se presentan en elmismo nivel en todos los modos de vibracin y se debe encontrarrealmente cual es esa mxima respuesta en cada nivel, observando queno se puede realizar una suma de todos estos datos, se debe obtener unaenvolvente de estos valores.

Por esto, el mtodo que se utiliza en el procedimiento realizado enSAP2000 es el mtodo de la raz cuadrada de la suma de los cuadrados

(RCSC), este mtodo fue desarrollado por E. Rosenblueth en su tesisdoctoral y postula que para cualquier parmetro modal respuesta r, elvalor mximo factible del parmetro r , al tomar en cuenta los diferentescomponentes modales mximas ri, se obtiene a travs de:

= 2irr

El mtodo se puede aplicar igual para determinar los desplazamientoshorizontales mximos de la estructura y para determinar las derivasmximas de la estructura.

6.4. DETERMINACIN DE LAS DERIVAS DE ENTREPISO.

La deriva mxima en cualquier punto del piso i de la estructura, se obtienecomo la diferencia entre los desplazamientos horizontales totalesmximos del punto en el piso i y los desplazamientos horizontales totalesmximos de un punto localizado en el mismo eje vertical en el piso i-1, pormedio de la siguiente ecuacin.


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( )=

=2

1

21

,,

j

i

jtot

i

jtot

El cumplimiento del clculo de la deriva para cualquier punto del piso sepuede realizar verificndola solamente en todos los ejes verticales decolumna y en los puntos localizados en los bordes de los murosestructurales.

Las derivas mximas evaluadas en cualquier punto de la estructura,determinada de acuerdo con lo establecido anteriormente, no debenexceder los lmites establecidos en la tabla que se muestra acontinuacin:

Tabla 5. Derivas mximas como porcentaje de hpi

Fuente: Norma Colombiana de Diseo y Construccin Sismo Resistente de 1.998. Tabla A.6-1.

6.5. DISEO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES.

Cuando ya se realiza el anlisis de derivas de la estructura, se debe

observar cuales son las cargas de mayoracin que se deben introducir almodelo, de tal manera que se tenga en cuenta los efectos de las cargasvivas, muertas y de sismo, de tal manera que las fuerzas ssmicas sedeben reducir por el coeficiente de disipacin de energa, y en el espectrode diseo se debe introducir el coeficiente de importancia que se trabajaefectivamente, que para el caso particular es I = 1.1.

6.5.1. Configuracin Estructural.

Cuando se disea ssmicamente una edificacin, se debe clasificar comoregular o irregular segn el artculo A.3.3. de la Norma Colombiana deDiseo y Construccin Sismo Resistente de 1.998 NSR 98.

Se entiende como configuracin estructural de la edificacin, nosolamente la forma exterior de ella y su tamao, sino la naturaleza, lasdimensiones, y la localizacin de los elementos estructurales y noestructurales, que afecten el comportamiento de la edificacin ante lassolicitaciones ssmicas.


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6.5.1.1 Capacidad de Disipacin de energa.

Se tienen dos sistemas dinmicos compuestos por elementos

estructurales que tienen la misma rigidez; uno de ellos es totalmenteelstico y el otro tiene la posibilidad de responder inelsticamente. En lafigura se muestra este comportamiento:

uy ue um Desplazamiento

Fy

Fe

Fuerza

Figura 3. Defin icin Capacidad de Disipacin de Energa

El valor de ue corresponde al nivel mximo de desplazamiento a que llegael sistema elstico.

A este nivel de desplazamiento corresponde la fuerza Fe. Puede decirseque este nivel de fuerza es el nivel de resistencia mnimo que se requieredel sistema para que ste responda en el rango elstico, ante lasolicitacin dada.

Fy es la fuerza de la fluencia, en donde empieza a tener una fuerzaconstante en el rango inelstico la estructura.

Para obtener el coeficiente de reduccin de resistencia Ro, por medio de:

uy

ue

Fy

FeRo ==

De la ecuacin anterior se tiene que:

Ro

Fe

Fy= y RokFe

Ro

ue

uy ==

Con base en lo anterior, puede decirse que la capacidad de disipacin deenerga de un sistema inelstico consiste en la capacidad que tiene elsistema para reducir la fuerza solicitada de una valor que tendra elsistema si permaneciera elstico Fe, a un valor de fluencia Fy. Elsubndice o, indica que este coeficiente Ro, est siendo determinado para


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un sistema de un grado de libertad y esta asociado directamente estecoeficiente con el coeficiente R que se obtiene en la Norma Colombianade Diseo y Construccin Sismo Resistente de 1.998 que se emplean

para sistemas de varios grados de libertad.

6.5.1.2 Irregularidades del Sistema.

Cuando una estructura se clasifica como irregular, el valor del coeficientede capacidad de disipacin de energa R que se utiliza en el diseossmico de la edificacin, se reduce multiplicandolo por p (irregularidadesen planta) y a (irregularidades en altura), de la siguiente manera:

apRoR =

Cuando una edificacin tiene varios tipos de irregularidad en plantasimultneamente, se aplicar el menor valor de p, al igual que serealizara cuando la edificacin posee varias irregularidades en planta.

El sistema estructural empleado en el trabajo de grado es un sistemacombinado, en donde los prticos y los muros resisten cargas verticales yhorizontales. A continuacin en la tabla anexa se muestran los valores deRo, para este tipo de sistemas en donde los muros estructurales son DESy los prticos igual DES,

Tabla 6. Coeficiente Ro para Sistema Estructural Combinado.

Fuente: Norma Colombiana de Diseo y Construccin Sismo Resistente de 1.998. Tabla A.3-2.

Por lo anterior, se determina que el valor de Ro para la edificacin enestudio es Ro = 7.0

Irregularidad en Planta.

La edificacin se considera irregular cuando ocurran algunos casos unode los cinco casos que se enumeran a continuacin:

Irregularidad Torsional. Retrocesos Excesivos en las esquinas.


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Discontinuidades del diafragma. Desplazamientos el plano de accin de elementos verticales. Sistemas no parelelos.

En el trabajo de grado, se presentan retrocesos excesivos en lasesquinas, por lo cual se describe ms detalladamente este tipo deirregularidad.

Retrocesos excesivos en las esquinas.Un retroceso en una esquina seconsidera excesivo cuando las proyecciones de la estructura, a amboslados del retroceso, son mayores que el 15 por ciento de la dimensin dela planta de la estructura en la direccin del retroceso. p = 0.9

Fuente: Norma Colombiana de Diseo y Construccin Sismo Resistente de 1.998. Figura A.3-1.Figura 4. Retrocesos Excesivos en las esquinas

Irregularidades en altura.

La edificacin se considera irregular en altura cuando se presenten lossiguientes casos:

Piso flexible (irregularidad en rigidez). Irregularidad en la distribucin de las masas. Irregularidad geomtrica. Desplazamientos dentro del plano de accin. Piso dbil Discontinuidad en la resistencia.

En el proyecto de grado se presenta la irregularidad en altura del piso

flexible, a continuacin se describe este tipo de irregularidad con msdetalle.

Piso Flexible. Cuando la rigidez ante fuerzas horizontales de un piso esmenor del 70% de la rigidez del piso superior o menor del 80 por cientodel promedio de la rigidez de los tres pisos superiores, la estructura seconsidera irregular. a = 0.9


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Fuente: Norma Colombiana de Diseo y Construccin Sismo Resistente de 1.998. Figura A.3-2.Figura 5. Piso Dbil.

Por lo anterior, el valor de R, coeficiente de capacidad de disipacin deenerga para el proyecto en particular es:

67.5

9.09.00.7

===

R

apRoR

6.5.1.3 Sistema de Resistencia Ssmica.

Los elementos del sistema y sus conexiones se deben disear utilizandolas solicitaciones requeridas en el ttulo B de la Norma Colombiana deDiseo y Construccin Sismo Resistente de 1.998 NSR 98. Las fuerzasssmicas obtenidas del anlisis Fs, se reducen, dividindolas por elcoeficiente de capacidad de disipacin de energa R, correspondiente alsistema estructural de resistencia ssmica, para obtener las fuerzasreducidas de diseo de la siguiente manera:

FsE

R

FsE

=

=

176.0

Con este valor es que se trabaja las combinaciones de carga para disearlos elementos estructurales del sistema Vigas, Columnas y Muros.

6.5.2. Conceptos Bsicos y Generales del Diseo.

6.5.2.1 Estado Lmite

Cuando una estructura o elemento estructural se convierte eninadecuada para su uso, se dice que ha alcanzado su estado lmite. Losestados lmites de diseo comnmente usados son:


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Estado lmite de servicio. Cuando se interrumpe el servicio de laestructura. Presenta poca probabilidad de ocurrencia. Son criterios quegobiernan el uso normal y la durabilidad. Una estructura puede llegar al

estado lmite de servicio cuando:

Deflexiones excesivas para el uso normal de la estructura, queconlleven a fisuras prematuras y excesivas. Puede servisualmente inaceptable y puede causar daos en elementos noestructurales.

Desplazamientos excesivos aunque no impliquen prdida deequilibrio.

Daos locales como corrosin y ataque qumico al concretoproducido por ambientes agresivos.

Vibraciones excesivas producidas por elementos mviles ocargas cclicas.

Dao local evitable con la construccin de juntas de expansiny control o con la disposicin adecuada del refuerzo.

Estado lmite de resistencia o estado lmite ltimo. Incluye el colapso de laestructura. Presenta muy poca probabilidad de que ocurra. Correspondena la mxima capacidad portante. Se puede llegar a este estado cuando:

Las fuerzas mayoradas sean mayores que la resistencia dediseo de la estructura.

Perdida de equilibrio en algn sector o toda la estructura debidoa la degradacin en la resistencia y rotura de algunos o la gran

mayora de los elementos, lo que puede conducir al colapso dela estructura. En algunos casos un problema local menor puedeafectar elementos adyacentes y estos a su vez afectar sectoresde la estructura que determinen el colapso parcial o total.

Transformacin de la estructura en un mecanismo y laconsiguiente inestabilidad que conlleve a cambios geomtricosincompatibles con las hiptesis iniciales de diseo.

Falta de integridad debido a la ausencia de amarres adecuadosentre los diferentes elementos que conforman la estructura.

Fatiga en la estructura y fractura en elementos debido a ciclosrepetitivos de esfuerzos por cargas de servicio.

Estados especiales de carga: donde el dao y colapso de la estructura seincluyen simultneamente.

Este estado se presenta principalmente cuando hay daos o falla debidoa condiciones anormales de carga, tales como: dao o colapso en sismosextremos, daos estructurales debido al fuego, explosiones o colisionesvehiculares. efectos estructurales de la corrosin y deterioro.


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6.5.2.2 Mtodos de Diseo Empleados:

Cuando se est a cargo del diseo de un elemento estructural, se debe

restringir el esfuerzo del material a un nivel que sea seguro. Paragarantizar la seguridad es necesario escoger un esfuerzo permisible quelimite la carga aplicada a un valor que sea menor al que el elementopueda soportar totalmente.

Existen varios mtodos, en unos se limita la resistencia y en otros selimita la respuesta del material.

Mtodo de los Esfuerzos de Trabajo.

Usa esfuerzos admisibles, por lo general con un factor de seguridad entre1.8 y 2.2. En este mtodo las cargas de diseo no se mayoran y presenta

la inhabilidad para considerar variaciones por tipo e intensidad de carga,as como variaciones en la resistencia de los materiales.

Mtodo de la Resistencia.

Es un mtodo de diseo para estados lmites que considera lassolicitaciones ltimas de un elemento estructural o de una estructura. Usafactores independientes para cadacarga y factores para la resistencianominal del elemento. Se debe disear de acuerdo al Estado Lmiteltimo, pero chequear con el Estado Lmite de Servicio. Dentro de susbeneficios se cuenta que considera la variabilidad en las cargas y en laresistencia de los materiales. Este es el mtodo empleado por la NormaColombiana de Construcciones Sismo Resistentes de 1.998 NSR 98, detal manera que se estudiara con ms detenimiento.

6.5.2.3 Factores de carga.

Los factores de carga y reduccin son utilizados porque proveen un nivelespecifico de seguridad frente a fenmenos tales como:

Variabilidad en la resistencia de los materiales (Rn).

Hay diferencias entre la resistencia actual y la calculada para el concreto.

Similar comportamiento se presenta para la resistencia de las barras deacero. Se presenta diferencia entre las dimensiones diseadas y lasreales en el momento de la construccin, para los diferentes elementosestructurales. Se asumen simplificaciones en el momento de anlisis ydiseo.

Incertidumbre en el clculo de las cargas y en el anlisis estructuralde las mismas.


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Las cargas en general presentan incertidumbre en cuanto a la evaluaciny correcto anlisis de las mismas. Las cargas vivas, de viento y de sismo

presentan niveles muy variables de precisin. Por ejemplo, el factor deseguridad de la carga viva es mayor que el factor de seguridad para lacarga muerta, debido a la menor certidumbre en la consecucin del valorreal de la carga viva. La incertidumbre en el anlisis estructural mismoconduce a diferencias entre las fuerzas y momentos actuales con loscomputados por el diseador.

Las consecuencias negativas que deja la falla.

El costo de limpieza de escombros y reemplazo de la estructura y sucontenido es bastante alto. Las potenciales perdidas de vidas humanas.Costos a la sociedad por perdida de tiempo, propiedad y vida. De acuerdo

al tipo de falla (colapso sin aviso o con excesiva deflexin antes de lafalla), determina el nivel de seguridad y calidad de diseo que se haasumido para la estructura.

Se presentan dos tipos de falla a saber:

Falla dctil. La falla se presenta con excesiva deformacin debido ala deformacin por fluencia del acero.

Falla Frgil. No se presenta aviso previo antes de la falla. Sepresenta colapso por falla instantnea a compresin en el concreto.

Los factores de carga empleados en la Norma Colombiana de diseo yConstruccin Sismo Resistente de 1.998 NSR 98, estn basados en laprobabilidad de ocurrencia: El factor es seleccionado con unaprobabilidad que 1/100 de la resistencia se encuentre por debajo de suvalor, mientras que el factor i es seleccionado con una probabilidad de1/1000 de que la carga sea excedida. En general, la probabilidad de quela resistencia y la carga sean excedidos simultneamente corresponde a1*10-6.

Las Combinaciones de carga son utilizadas para calcular la resistenciarequerida segn lo especifican las Normas de Diseo. Todas las

combinaciones de carga aplicables deben ser evaluadas.

Los rangos de los factores de seguridad son:

D,max = 1.4 D,min = 0.9L,max = 1.7 L,min = 0.0W,max = 1.7 W,min = 1.3H,max = 1.7 H,min = 0.0


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E,max = 1.87 E,min = 0.0

Las principales combinaciones de carga a utilizar en el diseo de

estructuras aporticadas y con murosson:

U = 1.4*D + 1.7*LU = 1.4*D + 1.7*L + 1.7*HU = 0.75*(1.4*D + 1.7*L) + 1.0*EU = 0.75*(1.4*D + 1.7*L + 1.7*W)U = 0.9*D + 1.0*EU = 0.9*D + 1.3*W

Los coeficientes se definen con Dpara carga muerta, Lpara carga viva, Hpara cargas debidas al empuje del suelo o presin hidrosttica, E paracargas de sismo y W para viento. Las combinaciones implican el estudio

en las dos direcciones ortogonales principales tanto de izquierda aderecha como viceversa, por lo cual, las cargas de sismo y viento seestudian tambin para combinaciones negativas de carga aumentando loscasos de carga.

Los factores de reduccin de carga son principalmente los que estnpresentados en la siguiente tabla.

Tabla 7. Coeficientes de reducc in de carga.Tipo de carga

Flexin 0.9

Tensin axial 0.9Cortante y Torsin 0.85Compresin con o sin flexin - Uso de

espirales0.75

Compresin - Uso de estribos cerrados 0.7Presin de contacto o aplastamiento 0.7

Flexin, compresin y cortante en concretosimple

0.65

Las longitudes de desarrollo no requieren coeficientes de reduccin deresistencia. Con excepcin de la resistencia en los nudos para ladeterminacin de la resistencia a esfuerzos cortantes, en zonas de

capacidad especial de disipacin de energa (DES), debe utilizarse uncoeficiente de reduccin =0.6 en muros estructurales, losas empleadascomo diafragmas y elementos de prticos, si la resistencia nominal alcortante es menor que la resistencia probable mxima a flexin delelemento. La resistencia probable mxima se calcula usando unaresistencia a traccin en el acero de refuerzo igual a 1.25*fy y con uncoeficiente de reduccin =1.0, considerando la fuerza axial mas


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desventajosa. En los nudos el coeficiente de reduccin de resistencia ausar es =0.85.

6.5.3. Diseo de Elementos Estructurales.

Se lleva a cabo de acuerdo con los requisitos propios del sistema deresistencia ssmica y del material estructural utilizado. Los elementosestructurales deben disearse y detallarse de acuerdo con los requisitospropios del grado de capacidad de disipacin de energa prescrito en elCaptulo A.3 de la NSR - 98, lo cual le permitir a la estructura responder,ante la ocurrencia de un sismo, en el rango inelstico de respuesta ycumplir con los objetivos de las Normas Sismo Resistentes. Con base enlas definiciones anteriores se tiene que las columnas son elementosestructurales destinados a soportar principalmente cargas axiales encompresin o en tensin, fuerzas cortantes y momentos flectores. Las

vigas se encargan de absorber tanto fuerzas cortantes como momentosflectores y torsores. Los muros tienen las mismas cualidades de lascolumnas con la posibilidad adicional de resistir momentos torsores.Finalmente, las losas tienen la funcin de transmitir las fuerzasgravitacionales hacia los elementos resistentes tales como columnas,vigas y muros y distribuir las fuerzas

Los elementos estructurales sometidos a flexin, deben disearse demodo que tengan rigidez suficiente para limitar sus deflexiones u otrasdeformaciones que pueden perjudicar la resistencia o el uso normal ofuncional de la estructura.

As mismo, los elementos estructurales sometidos a fuerzas ssmicas(laterales), deben tener requisitos de resistencia para soportar deflexionesque no excedan los lmites de deriva establecidos por la NSR 98. Enpuntos anteriores de este trabajo de grado, se especifica cuales son losrequerimientos para este tem.

6.5.3.1 Viguetas y Riostras.

La vigueta es un elemento estructural que forma parte de una losanervada que trabaja principalmente a flexin.

El sistema de Viguetas consiste en una serie de viguetas paralelasapoyadas sobre vigas maestras. Las vigas maestras se localizan en laslneas o ejes de columnas, salvando la distancia entre ellas. Las viguetasgeneralmente tienen la misma algura de las vigas, pero pueden tenermenor altura.

La riostra se utiliza en los sistemas de viguetas en una direccin, con elfin de mejorar las caractersticas de distribucin de las cargas y evitar que


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cargas concentradas sean soportadas por una sola vigueta.

Fuente: Requisitos Esenciales para Edificios de Concreto Reforzado. Pag.69

Figura 6. Sistema de Viguetas.

Fuente: Requisitos Esenciales para Edificios de Concreto Reforzado. Pag.69

Figura 7. Riostras.

6.5.3.2 Vigas.

Elemento estructural, horizontal o aproximadamente horizontal cuyadimensin longitudinal es mayor que las otras dos y su solicitacinprincipal es el momento flector, acompaado o no de cargas axiales,fuerzas cortantes y torsiones.

Las vigas son elementos estructurales no homogneos, porque estncompuestas de dos materiales diferentes (concreto y acero). Trabajanfundamentalmente a flexin, aunque se presenta en cualquier seccintransversal fuerzas internas normales a la seccin que corresponden a losesfuerzos de flexin que resisten el momento flector que acta en laseccin; y fuerzas internas tangenciales o esfuerzos cortantes queresisten las fuerzas transversales o cortantes.


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6.5.3.3 Columna.

Las columnas son elementos verticales sometidos primordialmente porcargas a compresin, pero en realidad, tambin resisten una flexinsimultnea, es decir, momentos flectores con respecto a los dos ejesprincipales de la seccin transversal. Esta flexin biaxial, se debe alhecho de que las columnas forman parte de prticos monolticos, endonde las columnas ya sean esquineras o interiores soportan losmomentos transmitidos por los apoyos de las vigas principales ysecundarias. El lmite para el refuerzo longitudinal de elementossometidos a compresin, no debe ser menor de 0.01 ni mayor de 0.06veces el rea bruta de la seccin, adems este refuerzo est compuestocomo mnimo por cuatro (4) barras. Elemento estructural cuya solicitacin

principal es la carga axial de compresin, acompaada o no de momentosflectores, torsin o esfuerzos cortantes y con un relacin de longitud a sumenor dimensin de la seccin de 3 o ms.

6.5.3.4 Muros.

Los muros de concreto son elementos muy eficientes para absorberefectos ssmicos en los edificios, por su gran rigidez y capacidad a cargaslaterales. El comportamiento de los muros difiere en forma importantedependiendo de su relacin altura total a longitud (H/L).

En muros bajos donde la relacin mencionada es menor o igual a dos (2)rigen principalmente los efectos de cortante; la resistencia y rigidez acargas laterales son muy elevadas, pero el comportamiento tiende a serfrgil por la preponderancia de los efectos de cortante.

Los muros esbeltos donde la relacin es mayor a dos (2.0) actanesencialmente como vigas en voladizo; la carga axial sobre ellos esgeneralmente pequea y dominan los efectos de flexin. Para evitar elpandeo y el aplastamiento del concreto en el extremo comprimido delmuro, es necesario confinar el refuerzo longitudinal formando columnasextremas con abundancia de estribos.

6.5.3.5 Uniones viga columna.

El diseo de la conexin viga columna debe tener como objetivo que suresistencia sea mayor que la de los elementos que se unen y que surigidez debe ser suficiente para no alterar la rigidez de los elementosconectados.

Los aspectos crticos en el comportamiento ssmico de las uniones entre


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vigas y columnas de concreto reforzado son la adherencia, el cortante y elconfinamiento. Las condiciones de adherencia para el acero longitudinalde las vigas son desfavorables debido a que es necesario transferir

esfuerzos elevados al concreto en longitudes relativamente pequeas.

La situacin es crtica no solo en conexiones extremas, donde esnecesario anclar el refuerzo longitudinal, sino tambin en unionesinteriores donde el signo de los esfuerzos debe cambiar de tensin acompresin de una a otra cara de la columna.

Cuando no se cuenta con la suficiente longitud de desarrollo del refuerzoque cruza la conexin o cuando la resistencia en cortante es insuficientepara evitar agrietamiento diagonal en la conexin o cuando la resistenciaen cortante es insuficiente par evitar agrietamiento diagonal.


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7. ANLISIS DE LA ESTRUCTURA.

En esta parte, se detallarn los pasos que se siguen para el anlisis de la

estructura e introducirla al programa de anlisis de estructuras SAP2000V.11.0, programa con licencia de la Universidad Pontificia BolivarianaSeccional Bucaramanga.

7.1. CARGAS APLICADAS A LA ESTRUCTURA.

7.1.1. Carga Muerta.

En este punto se desarrollar el anlisis de carga muerta (placa, vigas,columnas, etc).

El sistema como se explic en el captulo anterior es una losa aligerada

armada en una direccin, est compuesta principalmente por casetones(con el fin de reducir la masa por placa),

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Diseño estructural de nueva edificacion