Introducción al Diseño Estructural.

UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA
FACULTAD DE CIENCIA, TECNOLOGÍA Y AMBIENTE
DEPARTAMENTO DE DESARROLLO TECNOLÓGICO
Tarea N°1
Segunda Asignación de Estructuras:
 Determinación de Cargas Muertas, vivas y reducidas.
 Efectuar la distribución de las Fs. en cada marco.
 Aplicar el método estático equivalente para calcular la Fs en cada
nivel.
 Efectuar distribución de Fs en cada marco.
ASIGNATURA:
Introducción al Diseño Estructural.
DOCENTE:
Ing. Pablo Uriarte.
ELABORADO POR:
Hilario Espinoza
(2008590010)
Jonathan David Tercero Zeledón.
(2009930033)
Ariel Jehú Suárez Aguiar
(2009590051)
Juan Carlos Suarez Téllez
(2009590070)
CARRERA:
Ingeniería Civil
GRUPO:
0455
Managua, Sábado 25 de Agosto de 2012.
Ingeniería Civil -Managua
Página 1
Introducción al Diseño Estructural.
Contenido
ESTRUCTURAL PRINCIPAL RESISTENTES. ............................................................................................ 5
ARREGLO ARQUITECTÓNICO DE PAREDES INTERIORES DE LAS CELDAS. ....................................... 6
PRE DIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS, VIGAS. ........................................................................... 8
DETERMINACION DE CARGAS MUERTAS ............................................................................................ 9
PREDIMENCIONAMIENTO DE COLUMNAS. ....................................................................................... 11
DETERMINACIÓN DE LA CARGA SÍSMICA .......................................................................................... 11
PESO TOTAL DE CADA NIVEL: ........................................................................................................ 11
NORMAS MINIMAS PARA DETERMINAR LAS CARGAS DEBIDA A SISMO. ......................................... 14
CONDICIONES DE REGULARIDAD (ARTO.23)................................................................................. 15
COEFICIENTE SÍSMICO: .................................................................................................................. 18
MOMENTO DE INERCIA DE COLUMNAS Y VIGAS. ......................................................................... 19
MÉTODO DEL WILBUR: Rigideces en cada Piso............................................................................. 20
RESULTADOS DE RIGIDECES EN CADA ENTREPISO:....................................................................... 21
DISTRIBUCIÓN DE FUERZAS SÍSMICAS POR CADA MARCO. .......................................................... 22
MARCO TÍPICO DE CADA ENTREPISO ............................................................................................ 23
SEGUNDA PARTE DEL PROYECTO. ..................................................................................................... 24
CÁLCULO DEL CENTRO DE MASA (CM) DEL EDIFICIO.................................................................... 25
CÁLCULO DEL CENTRO DE TORSIÓN (CT) DEL EDIFICIO ................................................................ 27
Chequeo de excentricidades máximas y permisibles (Artículo 12 de las condiciones de
regularidad). .................................................................................................................................. 28
CONCLUSIÓN: .................................................................................................................................... 28
4. Cálculo de las Fuerzas Sísmicas reducidas (Es necesario calcular el período de vibrar de forma
aproximada con la fórmula de Rayleigh)....................................................................................... 29
5.
Chequeo de derivas: revisión de derivas calculadas VS derivas máximas ............................ 30
MÉTODO DE DINÁMICA ESTRUCTURAL PARA CALCULAR PERÍODOS DE VIBRAR, ............................ 32
En la figura se muestra los datos insertados en MathCad, el programa realiza la resta de la
matriz K-Wn2*M; donde M es la matriz de Masa del edificio ...................................................... 32
La solución de esta matriz. ............................................................................................................ 33
Resolución de las raíces usando MathCad .................................................................................... 33
MODOS ORTONORMALIZADOS..................................................................................................... 35
CÁLCULO DE LOS FACTORES DE PARTICIPACIÓN .......................................................................... 36
Ingeniería Civil -Managua
Página 2
Introducción al Diseño Estructural.
PARTICIPACIÓN DE LAS MASAS. .................................................................................................... 37
FUERZAS SÍSMICAS MEDIANTE MÉTODO DINÁMICO. ...................................................................... 38
FUERZAS SÍSMICAS REDUCIDAS CALCULADAS DINÁMICAMENTE ................................................ 39
DATOS DE ENTRADA INTRODUCIDOS EN EL PROGRAMA SAP .......................................................... 40
DEFINICION DE LA GEOMETRIA DE LA PLANTA Y ELEVACIÓN DEL EDIFICIO: ............................... 40
DEFICINIÓN DE LOS MATERIALES: ................................................................................................. 41
SECCIONES DE LOS ELEMENTOS A UTILIZAR EN SAP. ................................................................... 41
PATRÓN DE CARGAS...................................................................................................................... 43
DIRECCION DE LA FUERZA SISMICA .............................................................................................. 44
DEFINICIÓN DE LOS DIAFRAGMAS RÍGIDO EN LOSA DE ENTRE PISO............................................ 45

IDEALIZACIÓN DE LA ESTRUCTURA ....................................................................................... 46
ELEVACIÓN 1 ............................................................................................................................. 46
ELEVACION EJE 2 ....................................................................................................................... 47
ASIGNACIÓN DE CARGA A LA LOSA DE ENTRE PISO...................................................................... 48
ASIGNACIÓN DE CARGA A LAS LOSAS DE ENTRE PISO. ................................................................. 49
LOSA DE 1-4 PISO ...................................................................................................................... 49
LOSA DE TECHO (5to piso)......................................................................................................... 50
DEFINICIÓN DE LOS CASOS DE CARGAS ........................................................................................ 51
ASIGNACIÓN DE LOS MODOS DE VIBRAR. .................................................................................... 51
PARAMETROS DE ANALISIS DIMAMICO ........................................................................................ 52
RESULTADOS OBTENIDOS EN EL PROGRAMA SAP. ........................................................................... 53
SIMULACIÓN DEL ANALISIS MODAL .............................................................................................. 53
ARTO. 34 INCISO “C” REVISIÓN DE LOS DESPLAZAMIENTOS LATERALES. ENCONTRADOS EL
MODO DE VIBRAR 1. ..................................................................................................................... 55
CALCULO DE LAS DISTORSIONES ................................................................................................... 56
PERIODOS DE VIBRACIÓN, FRECUENCIA Y PORCENTAJE DE PARTICIPACIÓN DE MASAS, PARA LOS
DIFERENTES MODOS DE VIBRAR. .................................................................................................. 57
CONCLUSIONES ................................................................................................................................. 58
RECOMENDACIONES: ........................................................................................................................ 58
Bibliografía ........................................................................................................................................ 59
Ingeniería Civil -Managua
Página 3
Introducción al Diseño Estructural.
DATOS GENERALES DE PROBLEMA:
Alumna: JUAN CARLOS SUÁREZ TÉLLEZ
Datos del proyecto
Lugar de Nacimiento
Ubicación: MASAYA
MASAYA
ESTRUCTURAS
Paredes del piso 1
Paredes del piso 2-4
er
Tipo de paredes según 1 Apellido Cerramiento
Puertas
Ventanas de aluminio y vidrio
TECHO
Pendiente
Fibrocemento liso
Estructura
Losa de concreto
Impermeabilización
L1= N° letras del primer Apellido
L2= N° letras segundo Apellido
L3= N° letras primer Nombre
Dimensiones en planta
Planta
Suárez (6)
Téllez (6)
Juan (4)
4 m de altura
3 m de altura
Mampostería
0.90 x 2.10
25 x 50 cm
5%
Plycem 6 mm
Madera
Tipo B
L1= 6
L2= 6
L3= 4
OTRAS ESPECIFICACIONES
Tipo de suelo según el Apellido
Moderadamente blando
R – Z (Suárez)
Suelo tipo III
Edificio de 5 Niveles
Estructura de Concreto
Columnas y vigas de entrepiso de concreto reforzado y sistema secundario de estructura
metálica como soporte del entrepiso
Ingeniería Civil -Managua
Página 4
Introducción al Diseño Estructural.
Entrepiso de 2pul de concreto reforzado sobre lamina troquelada 36/15 calibre 24
apoyado sobre estructura metálica y perlines
Paredes de cerramiento de bosques de 6pulg
Uso: Penitenciario
ESTRUCTURAL PRINCIPAL RESISTENTES.
Ingeniería Civil -Managua
Página 5
Introducción al Diseño Estructural.
ARREGLO ARQUITECTÓNICO DE PAREDES INTERIORES DE LAS CELDAS.
En la imagen se muestra la apariencia aproximada del piso de la Modelo, las paredes son de
bloque de mortero, sus escaleras respectivas.
COLUMNAS A ANALIZAR, ( se designo 3 tipos de columnas: Esquina
(C-1), Lateral (C-3), Central (C-2).
Ingeniería Civil -Managua
Página 6
Introducción al Diseño Estructural.
Tipo de Columna
C-1
C-2
C-3
Área
9
30
18
Número de columnas
4
4
8
Ingeniería Civil -Managua
Página 7
Introducción al Diseño Estructural.
PRE DIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS, VIGAS.
Pre dimensionamiento de Vigas:
Claro: 6m: 600cm.
La viga Quedaría:
Ingeniería Civil -Managua
Página 8
Introducción al Diseño Estructural.
DETERMINACION DE CARGAS MUERTAS
De las dimensiones en planta propuesta se determina lo siguiente:
(
(
(
) ( )
(
) ( )
) (
(
(
) ( )
)
)
Ingeniería Civil -Managua
) ( )
)
(
(
) ( )
(
) (
;
)
Página 9
Introducción al Diseño Estructural.
(
(
) (
)
)
(
)
El peso de la mampostería se calcula considerando el peso total de los muros de cada
piso y distribuyéndolos uniformemente en cada piso, es decir Wt/área de la losa.
Ecuaciones para predimencionar columnas:
Ingeniería Civil -Managua
Página 10
Introducción al Diseño Estructural.
PREDIMENCIONAMIENTO DE COLUMNAS.
DETERMINACIÓN DE LA CARGA SÍSMICA:
PESO TOTAL DE CADA NIVEL:
En las tablas siguientes se calcula el peso de cada piso: incluye el peso muerto de los
materiales de cada piso, y la carga viva.
Ingeniería Civil -Managua
Página 11
Introducción al Diseño Estructural.
Ingeniería Civil -Managua
Página 12
Introducción al Diseño Estructural.
El peso del primer nivel es el más alto, pues sus columnas son un metro más altas que
los pisos superiores. El peso del último piso es el menor de todos, pues no recoge los
pesos de la mampostería y otros pesos importantes.
Ingeniería Civil -Managua
Página 13
Introducción al Diseño Estructural.
NORMAS MINIMAS PARA DETERMINAR LAS CARGAS DEBIDA A SISMO.
Grupo: A (Articulo 20).
a) Estructuras esenciales: (Grupo A) son aquellas estructuras que por su importancia
estratégica para atender a la población inmediatamente después de ocurrido un
desastre es necesario que permanezcan operativas luego de un sismo intenso,
como hospitales, estaciones de bomberos, estaciones de policía, edificios de
gobierno, escuelas, centrales telefónicas, terminales de transporte, etc. También
se ubican dentro de este grupo las estructuras cuya falla parcial o total represente
un riesgo para la población como depósitos de sustancias tóxicas o inflamables,
estadios, templos, salas de espectáculos, gasolineras, etc. Asimismo, se
considerará dentro de este grupo a aquellas estructuras cuya falla total o parcial
causaría pérdidas económicas o culturales excepcionales, como museos, archivos y
registros públicos de particular importancia, monumentos, puentes, etc.
Periodo de vibrar aproximado:
(
)
Factor por Reducción de ductilidad:
Se usará Q=4 cuando se cumplan los requisitos siguientes:
1) La resistencia en todos los entrepisos es suministrada exclusivamente por marcos
no arriostrados de acero o concreto reforzado o compuestos de los dos materiales,
o bien por marcos arriostrados o con muros de concreto reforzado o de placa de
acero o compuestos de los dos materiales, en los que en cada entrepiso los marcos
son capaces de resistir, sin contar muros ni contravientos si hubieran, cuando
menos 50 por ciento de la fuerza sísmica actuante.
La estructura analizada cumple los siguiente Requisitos expuestos en Arto.21.
Factor de reducción por sobrerresistencia Arto.22:
La reducción por sobrerresistencia está dada por el factor Ω=2.
Ingeniería Civil -Managua
Página 14
Introducción al Diseño Estructural.
CONDICIONES DE REGULARIDAD (ARTO.23)
Condiciones
Condiciones
que Cumplen
1.) La planta es sensiblemente OK
simétrica
Observación
Posee
una
distribución
geométricamente simétrica de sus
columnas.
2.)
Relación
altura/dimensión
menor de su base.
3.) Relación largo/ancho
4.) No existen entrantes ni salientes OK
5.) En cada nivel tiene sistema de OK
entrepiso rígido y resistente
6.) No tiene aberturas en sus
sistemas de techo o piso cuya Dirección X: OK
dimensión exceda de 20 por ciento
de la dimensión
( )(
)
en planta medida paralelamente a
la abertura
Dirección Y: OK
(
7.) El peso de cada nivel,
incluyendo la carga viva que debe
considerarse para diseño sísmico,
no es mayor que
110 por ciento del correspondiente
al piso inmediato inferior ni,
excepción hecha del último nivel de
la
construcción, es menor que 70 por
ciento de dicho peso
8.) El área de cada nivel debe estar
entre el 70 y el
110 por ciento del área del nivel
inferior.
9.) Columnas restringidas por
diafragmas
horizontales
10.) La rigidez al corte de ningún
entrepiso excede en más de 50 por
Ingeniería Civil -Managua
)(
)
OK
El peso de los pisos superiores no
es mayor que el 110% que el
correspondiente piso inmediato
inferior, y peso del último piso es
menor que 70% de los pisos
inferiores.
W2<W1(inferior)
OK
A1=A2=A3=A4=A5
OK
Las columnas están restringidas
por losas de entrepiso.
OK
Página 15
Introducción al Diseño Estructural.
ciento a la del entrepiso
inmediatamente inferior. El último
entrepiso
queda excluido de este requisito
11.) La resistencia al corte de
OK
ningún entrepiso excede en más de
50 por ciento a la del entrepiso
inmediatamente inferior. El último
entrepiso queda excluido de este
requisito.
12.) La excentricidad torsional
OK
calculada
estáticamente, es, NO excede del
10% de la
dimensión en planta de ese
entrepiso, medida
Paralelamente a la excentricidad
mencionada.
Ingeniería Civil -Managua
Página 16
Introducción al Diseño Estructural.
5. Determinación el factor de amplificación S. (Art. 25)
Nuestro tipo de suelo es Tipo III: Suelos moderadamente Blando, 180≤Vs≤360 m/s
De la tabla 2 se obtiene un valor de S=2.00
6. Determinar el valor de la pseudo aceleración, o aceleración espectral, a0 ANEXO C
Del mapa de ISO aceleraciones, se observa que nuestro proyecto se encuentra ubicado en la
línea de ISO aceleración de
Ingeniería Civil -Managua
Página 17
Introducción al Diseño Estructural.
7.
Calcular el valor de coeficiente sísmico, C a partir de los parámetros calculados en los pasos
anteriores. (Art. 24).
COEFICIENTE SÍSMICO:
En este caso Q´=Q=4
A partir de los parámetros antes calculados
(
)( ) (
Ingeniería Civil -Managua
)(
)(
)
Página 18
Introducción al Diseño Estructural.
Método de Wilbur.
 Las fórmulas de Wilbur son aplicables a marcos regulares formados por
piezas de momento de inercia constante en los que las deformaciones
axiales son despreciables y las columnas tienen puntos de inflexión. La
versión que aquí se presenta se basa en las siguientes hipótesis:
 Los giros en todos los nodos de un nivel y de los dos niveles adyacentes
son iguales, excepto en el nivel de desplante donde puede suponerse
empotramiento o articulación según el caso.
 Las fuerzas cortantes en los dos entrepisos adyacentes a los que interesa
son iguales a la de éste.
MOMENTO DE INERCIA DE COLUMNAS Y VIGAS.
Ingeniería Civil -Managua
Página 19
Introducción al Diseño Estructural.
MÉTODO DEL WILBUR: Rigideces en cada Piso
Ingeniería Civil -Managua
Página 20
Introducción al Diseño Estructural.
RESULTADOS DE RIGIDECES EN CADA ENTREPISO:
 La rigidez en cada eje de cada nivel, se calcula dividiendo la rigidez total
entre 4.
 La fuerza por cada eje se calcula dividiendo la fuerza sísmica total entre 4.
Ingeniería Civil -Managua
En el gráfico se muestra la dirección de las fuerzas sísmicas, éstas
actúan en el entrepiso, cada eje debe soportar una fracción de esta
fuerza, la fuerza sísmica actúa en ambas direcciones X e Y.
Página 21
Introducción al Diseño Estructural.
DISTRIBUCIÓN DE FUERZAS SÍSMICAS POR CADA MARCO.
Ingeniería Civil -Managua
Página 22
Introducción al Diseño Estructural.
MARCO TÍPICO DE CADA ENTREPISO:
El gráfico muestra los tipos de columnas de cada edificio, este es el marco típico
para cada entrepiso, las vigas tienen las mismas dimensiones. Las dimensiones
de cada columna son las únicas que varían, las dimensiones de cada viga son las
mismas para cada piso.
Ingeniería Civil -Managua
Página 23
Introducción al Diseño Estructural.
SEGUNDA PARTE DEL PROYECTO.
1. Cálculo del Centro de Masa (CM) del edificio
2. Cálculo del Centro de torsión (CT) del edificio
3. Chequeo de excentricidades máximas y permisibles (Artículo 12 de las condiciones de
regularidad que dejamos pendiente en la parte anterior)
4. Cálculo de las Fuerzas Sísmicas reducidas (Es necesario calcular el período de vibrar de
forma aproximada con la fórmula de Rayleigh, ver diapositivas en la página 16 del PPS3b)
5. Chequeo de derivas: revisión de derivas calculadas VS derivas máximas permisibles.
6. Montar el edificio en Sap 2000 (temas tratados en el laboratorio de informática) (Se
adjuntará el archivo *.SDB del modelo al documento final a entregar en digital)
7. Cálculo de los periodos de vibrar en Sap 2000.
8. Emplear método de dinámica estructural para calcular períodos de vibrar,

% de participación de las masas y

fuerzas sísmicas reducidas calculadas dinámicamente (ver diapositivas MDOF
en Blog Uso del RNC-07.
9. Conclusiones y Recomendaciones.
10. Bibliografía consultada
Ingeniería Civil -Managua
Página 24
Introducción al Diseño Estructural.
CÁLCULO DEL CENTRO DE MASA (CM) DEL EDIFICIO
En la tabla se muestra el procedimiento seguido para obtener la ubicación X (o abscisa) del centro
de masas del edificio en estudio.
Ingeniería Civil -Managua
Página 25
Introducción al Diseño Estructural.
Dado que la distribución geométrica de las columnas y vigas es simétrica, es de esperarse que el
centro de masa se ubique en el centro geométrico del edificio, el resultado es satisfactorio.
Ingeniería Civil -Managua
Página 26
Introducción al Diseño Estructural.
CÁLCULO DEL CENTRO DE TORSIÓN (CT) DEL EDIFICIO
En la tabla adjunta se muestra la ubicación de l
centro de torsión, el cual es idéntico al centro de
masas, esto es debido a que el entramado de ejes es
completamente simétrico. La distribución de vigas es
completamente regular.
Ingeniería Civil -Managua
Página 27
Introducción al Diseño Estructural.
Chequeo de excentricidades máximas y permisibles (Artículo 12 de las condiciones de
regularidad).
CONCLUSIÓN: el punto 12 de las condiciones de regularidad que se había asumido como que
cumplía, ahora , luego de efectuar los cálculos detallados de cm y Cr, comprobamos que
efectivamente se cumple esta condición, por lo tanto los valores de Q están correctos. La
revisión de los efectos de torsión es satisfactoria para el proyecto.
Ingeniería Civil -Managua
Página 28
Introducción al Diseño Estructural.
4. Cálculo de las Fuerzas Sísmicas reducidas (Es necesario calcular el período de vibrar
de forma aproximada con la fórmula de Rayleigh)
.
En la tabla se muestra el cálculo del periodo de vibrar de la estructura, en la cual se consideran
factores importantes como la rigidez que tiene cada piso, influye además el peso propio de
cada nivel, entre otros factores también podemos mencionar la altura de cada nivel
Ingeniería Civil -Managua
Página 29
Introducción al Diseño Estructural.
5. Chequeo de derivas: revisión de derivas calculadas VS derivas máximas
permisibles.
Ingeniería Civil -Managua
Página 30
Introducción al Diseño Estructural.
En conclusión, los resultados nos muestran que el estado de colapso puede ser peligroso para la
estructura. Aquí se presenta cierto riesgo de que la estructura sufra un daño.
Ingeniería Civil -Managua
Página 31
Introducción al Diseño Estructural.
MÉTODO DE DINÁMICA ESTRUCTURAL PARA CALCULAR PERÍODOS DE VIBRAR,


% de participación de las masas y
fuerzas sísmicas reducidas calculadas dinámicamente (ver diapositivas MDOF en
Blog Uso del RNC-07.
En la figura se muestra los datos insertados en MathCad, el programa realiza la resta de
la matriz K-Wn2*M; donde M es la matriz de Masa del edificio.
Ingeniería Civil -Managua
Página 32
Introducción al Diseño Estructural.
La solución de esta matriz.
Se resuelve obteniendo los coeficientes del polinomio, nos proporciona por tanto las cinco
raíces.
Considerando que
Resolución de las raíces usando MathCad.
Ingeniería Civil -Managua
Página 33
Introducción al Diseño Estructural.
Seguimos el mismo procedimiento mostrado arriba, y
determinamos cada uno de los Z, hacemos uso de
funciones para luego igualar a cero y despejar cada
uno de los Zij faltantes. Nos auxiliamos de MathCad.
Gráficamente esos resultados se muestran como sigue:
Ingeniería Civil -Managua
Página 34
Introducción al Diseño Estructural.
MODOS ORTONORMALIZADOS:
Ingeniería Civil -Managua
Página 35
Introducción al Diseño Estructural.
CÁLCULO DE LOS FACTORES DE PARTICIPACIÓN:
Ingeniería Civil -Managua
Página 36
Introducción al Diseño Estructural.
PARTICIPACIÓN DE LAS MASAS.
En este apartado se determina la participación de las masas, los resultados indican que el
modo de vibrar uno contribuye en un 1.4 %, el más alto porcentaje es de 79 %, según indica
el reglamento los valores deberían estar arriba del noventa porciento. Lo más recomendable
es auxiliarse del programa SAP para el análisis confiable del edificio.
Ingeniería Civil -Managua
Página 37
Introducción al Diseño Estructural.
FUERZAS SÍSMICAS MEDIANTE MÉTODO DINÁMICO.
CALCULO DE LAS FUERZAS Y CORTANTES SISMICOS (MODALES)
MEDIANTE EL METODO DE ANÁLISIS DINÁMICO CON UN GRADO DE
LIBERTAD POR PLANTA
APLICANDO EL REGLAMENTO NACIONAL DE CONSTRUCCION
El peso considerado es el debido a las cargas muertas propias de la estructura, éstos
datos se calcularon anteriormente. Los parámetros (ø) se calcularon con ayuda de
Math Cad.
Ingeniería Civil -Managua
Página 38
Introducción al Diseño Estructural.
FUERZAS SÍSMICAS REDUCIDAS CALCULADAS DINÁMICAMENTE
Los resultados indican que las fuerzas sísmicas son un tanto menores a los calculados
estáticamente, sin embargo no varían abruptamente, lo que refleja la efectividad del
procedimiento seguido. Las variaciones son menores.
Ingeniería Civil -Managua
Página 39
Introducción al Diseño Estructural.
DATOS DE ENTRADA INTRODUCIDOS EN EL PROGRAMA SAP
DEFINICION DE LA GEOMETRIA DE LA PLANTA Y ELEVACIÓN DEL EDIFICIO:
Ingeniería Civil -Managua
Página 40
Introducción al Diseño Estructural.
La figura anterior muestra la configuración geométrica que adoptara el edificio en el programa
SAP. Las distancias fueron obtenidas basadas en las dimensiones mostradas en la planta y
elevación del edificio en estudio.
DEFICINIÓN DE LOS MATERIALES:
Se utilizara concreto con una
resistencia a la compresión de
210Kg/m2 que es equivalente
a
3000psi, se utilizo como acero de
refuerzo
grado
40.
SECCIONES DE LOS ELEMENTOS A UTILIZAR EN SAP.
COLUMNA C-1
Ingeniería Civil -Managua
REFUERZO DE LA COLUMNA
Página 41
Introducción al Diseño Estructural.
COLUMNA C-2
COLUMNA C-3
Las columnas C-2 y C-3 presentaran las mismas características en cuanto al refuerzo se utilizaran,
lo único que cambiara en estas columnas será las dimensiones de las mismas.
Ingeniería Civil -Managua
Página 42
Introducción al Diseño Estructural.
VIGA DE CONCRETO V-1.
RECUBRIMIENTO DE LA VIGA DE CONCRETO
Se utilizo un recubrimiento de 0.04m las dimensiones de la viga fueron de 0.25x0.50cm.
Estas dimensiones igual que las dimensiones de las columnas fueron las obtenidas mediante
el método equivalente.
PATRÓN DE CARGAS
Ingeniería Civil -Managua
Página 43
Introducción al Diseño Estructural.
DIRECCION DE LA FUERZA SISMICA
Tal como se observa en las figuras anteriores se utilizo el coeficiente sísmico obtenido mediante
una previa revisión del RCN-07, cabe señalar que por fines académicos y recomendaciones del
maestro se considero del 5%.
Cargas
Peso propio
Carga viva
Carga súper
Muerta.
Descripción de los demás patrones de carga utilizados
Simbología Observación
PP
En este caso no se asigna ningún algún valor ya que sap calcula
automáticamente el peso de los diferentes elementos.
CV
Esta carga fue asignada de acuerdo al destino del edificio estipulado en
el RCN-07.
SCM
Es la carga que generan los elementos no estructurales que soportara el
edificio.
Tabla A.
Ingeniería Civil -Managua
Página 44
Introducción al Diseño Estructural.
DEFINICIÓN DE LOS DIAFRAGMAS RÍGIDO EN LOSA DE ENTRE PISO.
Tal como se observa en la figura al lado, se le
asignaron 5 diafragma rígido, es decir una
por cada piso.
Ingeniería Civil -Managua
Página 45
Introducción al Diseño Estructural.
IDEALIZACIÓN DE LA ESTRUCTURA.
ELEVACIÓN 1
ELEVACIÓN ESTRUCRAL DEL EJE 1
En la figura se observa la asignación de elementos estructurales, tales como vigas, columna y viga
de entre piso. La imagen anterior pertenece a la elevación del eje 1 y cabe destacar que dicha
elevación presenta los mismos elementos estructurales que el eje 4, A Y D; por lo que no se
mostrara dicha elevación.
Ingeniería Civil -Managua
Página 46
Introducción al Diseño Estructural.
ELEVACION EJE 2
ELEVACION EJE 3
En la figura se observa la asignación de elementos estructurales, tales como vigas, columna y viga
de entre piso. La imagen anterior pertenece a la elevación del eje 2 y cabe destacar que dicha
elevación presenta los mismos elementos estructurales que el eje B, C, 2 Y 3; por lo que no se
mostrara dicha elevación.
Ingeniería Civil -Managua
Página 47
Introducción al Diseño Estructural.
ASIGNACIÓN DE CARGA A LA LOSA DE ENTRE PISO.
En las figuras anteriores se asignaron los respectivos valores de carga viga y carga súper
muerta definida y encontrada en la tabla A. cabe señalar que las unidades se cambiaron a
ton/m2.
Ingeniería Civil -Managua
Página 48
Introducción al Diseño Estructural.
ASIGNACIÓN DE CARGA A LAS LOSAS DE ENTRE PISO.
LOSA DE 1-4 PISO
 Tal como se
observa en la figura de
la izquierda la losa está
sometida a una carga
viva de 0.2 ton/m2. Así
mismo se visualiza la
asignación de carga
muerta (SCM), la que el
programa
la
aproximado a un valor
entero de 0.7. Cabe
señalar que las losas
del
piso
1al
4
presentaran las mismas
asignación de carga
Ingeniería Civil -Managua
Página 49
Introducción al Diseño Estructural.
LOSA DE TECHO (5to piso).
Es posible apreciar
la asignación de
carga en el último
piso; se evidencia
que la carga muerta
corresponde al 50%
de la carga SCM y
la
carga
viva
estipulada
corresponde al C
VR convenida en el
RCN.
Ingeniería Civil -Managua
Página 50
Introducción al Diseño Estructural.
DEFINICIÓN DE LOS CASOS DE CARGAS
 En la figura de la
izquierda se observa todos los
casos de carga a la cual va a estar
expuesto el edificio, sin embargo
es importante señalar que el
único caso de carga que se
analizara será el Modal.
ASIGNACIÓN DE LOS MODOS DE VIBRAR.
Se observa que el programa tiene
un valor mínimo de modo de
vibrar a evaluar igual a 1 y el
máximo se obtiene con una
recomendación general de 3 modos
de vibrar por cada planta, cabe
señalar que el programa puede
evaluar mas modos de vibrar, pero
generalmente y debido a la
experiencia se sabe que donde se
presenta la mayor distorsión y
máximo desplazamiento es en el
primer modo de vibrar.
Ingeniería Civil -Managua
Página 51
Introducción al Diseño Estructural.
PARAMETROS DE ANALISIS DIMAMICO
Se realizara un análisis espacial, por
tanto se escogerá la primera opción
de la figura izquierda “Space Frame”.
Ingeniería Civil -Managua
Página 52
Introducción al Diseño Estructural.
RESULTADOS OBTENIDOS EN EL PROGRAMA SAP.
A continuación se procederá a
realizar la simulación de todas las
cargas de análisis, pero solo se
analizara los resultados obtenidos
debido al Modal.
SIMULACIÓN DEL ANALISIS MODAL
ANTES
Ingeniería Civil -Managua
DESPUÉS
Página 53
Introducción al Diseño Estructural.
Se puede observar que el edificio en estudio aparentemente presenta una pequeña torsión.
Ingeniería Civil -Managua
Página 54
Introducción al Diseño Estructural.
ARTO. 34 INCISO “C” REVISIÓN DE LOS DESPLAZAMIENTOS LATERALES. ENCONTRADOS EL MODO DE VIBRAR 1.
En la figura anterior se presenta, los desplazamientos en el primer de vibrar, es importante mencionar que se realizó en los demás modos y se
observo que el comportamiento de los desplazamientos seguía un patrón de reducción del mismo, es decir en el modo de vibrar uno se presenta
Ingeniería Civil -Managua
Página 55
Introducción al Diseño Estructural.
las condiciones máximas de desplazamiento y por ende las distorsiones. En la tabla siguiente se
realizará un resumen del análisis y verificación efectuada de las distorsiones mediante el
procesamiento de los resultados del programa SAP.
CALCULO DE LAS DISTORSIONES
DESPLAZAMIENTOS ENCONTRADOS EN SAP
PISOS Elv superior e inferior
(EJE 1, EJEA)
ELEVACIÓN(m)
U1(m)
DISTORCIÓN
PERMISIBLE
CONCLUSIÓN
5
5
4
3
0.1372
0.1285
0.003
0.03
SI CUMPLE
4
4
3
3
0.1285
0.1118
0.006
0.03
SI CUMPLE
3
3
2
2
1
1
0
3
0.1118
0.088
0.088
0.0579
0.0579
0
0.008
0.03
SI CUMPLE
0.010
0.03
SI CUMPLE
0.014
0.03
SI CUMPLE
2
1
3
4
Tal como se observa las distorsiones, fueron contrastadas con el RCN, donde estipulan la
distorsión máxima permisible.
Ingeniería Civil -Managua
Página 56
Introducción al Diseño Estructural.
PERIODOS DE VIBRACIÓN, FRECUENCIA Y PORCENTAJE DE PARTICIPACIÓN DE MASAS, PARA LOS DIFERENTES MODOS DE VIBRAR.
En la tabla anterior se muestran los periodos de vibrar para cada modo analizado por el SAP, es importante señalar que estos periodos
presentan una disminución en su magnitud a medida que van evaluándose más modos, como se muestra el periodo de vibrar es de
1.3866 seg. Cabe destacar que el periodo analizado en este estudio es el primero.
Ingeniería Civil -Managua
Página 57
Introducción al Diseño Estructural.
CONCLUSIONES
Después de todo el análisis de los resultados se concluye que, es necesario identificar
claramente la tipología y destino del edificio, para poder realizar las consideraciones
correctas de las cargas muertas del edificio que se analizará, así como su carga viva, y la
carga incidental para fines de sismo. Es necesario identificar las propiedades y densidades
de los materiales que se emplearán en la estructura, incluyendo el peso volumétrico del
concreto u otros materiales de construcción.
El procedimiento de predimensionamiento proporciona una idea previa para las
columnas y vigas de nuestro edificio. Posterior a estas actividades será necesario analizar
la estructura en SAP 2000, para encontrar deflexiones, rotaciones y esfuerzos a los que
estará sometida esta estructura.
El método dinámico hace uso de determinantes, la cual es una forma útil de determinar
los periodos de vibración, frecuencias y desplazamientos, a partir de ésta última
información se obtiene el comportamiento idealizado de la estructura ante distintos
modos, ésta puede ser aproximadamente lineal, sinoidal. Los métodos dinámicos son una
manera alternativa, que considera también aspectos más realistas del comportamiento
de un edificio, asociado a su uso o destino.
Sin embargo para potencializar la herramienta de SAP es necesario pulir nuestros
conocimientos sobre dinámica estructural, para tener una mayor comprensión y criterios
sobre los resultados que nos muestra el programa. Este proyecto no contempló el análisis
de muros, según una investigación éste tópico está fuera del alcance del curso, los
resultados fueron interpretados satisfactoriamente.
RECOMENDACIONES:
Se recomienda hacer uso de programas computarizados que faciliten la obtención de
variables importantes, en ecuaciones polinómicas complejas.
Se recomienda específicamente utilizar adecuadamente MathCad, SAP, Ethabs, y otro
complemento de cálculo.
Se recomienda considerar y estudiar a profundidad los materiales que se emplearán en la
construcción del edificio, a fin de introducir correctamente los datos de cargas muertas
cuando se haga uso del SAP.
Ingeniería Civil -Managua
Página 58
Introducción al Diseño Estructural.
Bibliografía
Basualdo, I. (s.f.). Facultad De ingeniería. Recuperado el 23 de Agosto de 2012, de
http://www.institutoconstruir.org/centrocivil/SISMORESISTENTE/Antisismica-DINAMICAESTRUCTURAL-ING_SALINAS.pdf
CivilGeeks. (2010). Análisis de Edificios SAP. Recuperado el 23 de Agosto de 2012, de
http://civilgeeks.com/2011/05/05/analisis-y-diseno-estructural-con-sap2000/
Melli, P. (2005). Diseño Estructural. México: Limusa.
Uriarte, P. (25 de agosto de 2012). Blog de Pablo uriarte. Recuperado el 23 de agosto de 2012, de
Nuevo blog para estudiantes de ingenieria-Uca:
http://clasesucapablocruz.wordpress.com/
Ingeniería Civil -Managua
Página 59