Comisión para la Promoción de la Alianza Público – Privada COALIANZA Criterios Básicos de Diseño Construcción y Operación de Edificios Públicos Ingeniería – Estructuración- Edificaciones Públicas Municipio del Distrito Central Enero, 2015 Documento Conceptual del Proyecto de Alianza Publico Privada Centro Cívico Gubernamental Abogado Juan Orlando Hernández Presidente de la Republica de Honduras Nuestro Empeño es el bienestar de cada hondureño porque Honduras está cambiando Ing. Miguel Gámez Comisionado COALIANZA Arq. Erasmo Padilla Comisionado Presidente COALIANZA Inga. Sonia Morales Comisionado COALIANZA II Índice 1. GENERALIDADES .................................................................................................................................... 1 2. CODIGOS DE CONSTRUCCION ................................................................................................................ 2 3. SISTEMAS ESTRUCTURALES .................................................................................................................... 4 3.1. S i s t e m a d e C on c r e t o E s t r u c tu r al .................................................................................. 4 3.2. S i s t e m a s E s tr u c t ur a l e s B á s i c os ..................................................................................... 4 3 . 3 . S i s t e m a s d e A c e r o Es t r u c t u r a l .......................................................................................... 5 3 . 4 . S i s t e m a s d e C i m e n t a ci o n e s ................................................................................................ 7 3 . 5 . S i s t e m a s d e M u r os d e C o n t e n c i ó n .................................................................................. 8 4. MATERIALES.DESIGNACION/VALORES DE CÁLCULO ............................................................................... 8 5. ACCIONES.VALORES DE CÁLCULO .......................................................................................................... 9 5 . 1 . C l a s i f i c a c i ó n d e l a s A c c i o n e s ......................................................................................... 9 5 . 2 . V a l o r e s c a r a c t e r í s t i c o s d e l a s a c c i o n e s G r a v i t a t o r i a s ................................... 10 5 . 3 . C a r g a s S í s m i c a s ................................................................................................................... 15 5 . 4 . C a r g a s d e V i e n t o ................................................................................................................. 20 5 . 5 . C a r g a s Ú l t i m a s d e C á l c u l o ............................................................................................. 21 5 . 6 . C o m b i n a c i o n e s d e C a r g a s Ú l t i m a s ............................................................................ 22 6. ANALISIS ESTRUCTURAL ....................................................................................................................... 22 III 1. GENERALIDADES En este documento se presentan los criterios básicos para el Proyecto de Edificios Públicos Gubernamentales, específicamente lo que tiene que ver con la estructura de las Edificaciones. Dichos criterios tiene como finalidad la de establecer directrices para los profesionales encargados del diseño estructural, entendiéndose esto último como la labor de organización, interconexión y dimensionamiento de sus componentes estructurales en función de las combinaciones de carga aplicadas. Dentro de este concepto deben tomarse en cuenta las regulaciones existentes en cuanto a construcción de edificaciones emitidas por la autoridad gubernamental, la autoridad local y los colegios profesionales. En este sentido los consultores estructurales deberán someterse a los Códigos de Construcción vigentes y que son Ley de la Republica. Otro factor importante a tomar en cuenta en el proceso de diseño de un Sistema Estructural propuesto para las edificaciones, es la disponibilidad de los materiales constitutivos. Se prefiere que dicho sistema utilice aquellos materiales de uso frecuente en la industria local de construcción a fin de ayudar a la economía local y tratar de evitar lo más posible, importaciones de materiales. Otro aspecto en la propuesta de una Tipología Estructural es la limitación de terreno debido al alto costo de la tierra, se debe optimizar el uso de la tierra por lo que se deberán considerar edificios de gran altura. Finalmente los requerimientos que se espera que cumpla el sistema estructural propuesto para los edificios durante su vida útil de servicio son: CALIDAD, RESISTENCIA A LAS CARGAS, RESISTENCIA AL FUEGO, SEGURIDAD y DURABILIDAD. Los anteriores requisitos podrán ser satisfechos mediante un proyecto correcto que incluya una adecuada selección de la tipología estructural así como de los materiales de construcción a usar. Estos requerimientos deben asegurarse en el proceso de diseño y en los documentos correspondientes. Sin embargo hay que destacar que el presente documento no se limita únicamente a la labor de diseño solamente, se ha procurado que sea más amplio para incluir el proceso de construcción de las edificaciones. En esto último las directrices estarían orientadas a que las Empresas y profesionales de la construcción, construyan de conformidad a los Códigos de Construcción vigentes y de acuerdo a los documentos elaborados en la fase de diseño. Las directrices de este documento, incluyen también los aspectos de operación del edificio una vez que el mismo ha sido construido, se deben especificar normas para su mantenimiento normal a fin de asegurar su seguridad y durabilidad. La operación debe considerar las medidas correctivas en aquellos casos en que no se sobrepasen excesivamente los estados límites de servicio: agrietamientos, fisuras, deflexiones, asentamientos etc. y que no requieran trabajos de reforzamiento y rehabilitación mayores imputables a un diseño estructural deficiente o una mala calidad de construcción. Los encargados de la construcción de este tipo de proyectos deben proponer los sistemas estructurales más adecuados enmarcados dentro de los criterios expuestos en este documento. Pudiera 1 proponerse algún sistema estructural nuevo y desconocido en el medio siempre y cuando cumpla con las directrices de este documento o los supere. 2. CODIGOS DE CONSTRUCCION No es posible hablar de un proceso de diseño y construcción de sistemas estructurales sin conocer cuál es la Normativa que va a ser aplicada. Los diferentes materiales utilizados en la construcción de estructuras tienen sus propias características particulares por lo cual se han creado códigos específicos. Los materiales más utilizados en la industria local de la construcción son el concreto estructural, el acero y la madera. Para cada uno de ellos hay normativas para su uso como material de construcción. Sin embargo algunos códigos concentran un conjunto de Normativas dispersas para incluirlas en un solo Código que además de indicar las disposiciones para construir en concreto, acero y madera se incluyen disposiciones sobre las cargas de diseño a utilizar tanto las del campo gravitacional como las de tipo ambiental (Sísmicas y de Viento), además de construcciones en Mampostería, construcción de cimentaciones y muros de contención. Debido a que el proyecto de construcción de Edificios Públicos es específico para Honduras la Normativa primaria y obligatoria a utilizar es el CÓDIGO HONDUREÑO DE CONSTRUCCIÓN-NORMAS TÉCNICAS-2008. Esta la Norma aplicable en Honduras cuyo contenido abarca seis (6) capítulos, y contiene todas las disposiciones para el diseño y construcción de Estructuras de Acero, de Concreto Estructural, de madera y de Cimentaciones así como las Cargas y Fuerzas Estructurales que se aplican a las Edificaciones. El CHOC es ley de la Republica ya que fue aprobado por el Congreso Nacional y publicado en el Diario Oficial La Gaceta en la edición 32398 del 22 de Diciembre del 2010. Hay que destacar que el CHOC-2008 concentra las disposiciones de otros Códigos usados a nivel internacional y específicamente los de USA tales como el UBC, IBC, ACI, AISC etc. La razón de esto es que no se cuenta con un laboratorio especializado que permita elaborar las propias normas. Además del Código primario ya indicado, se podrán utilizar otros códigos de apoyo, cuando algún concepto no se haya incluido o no este especificado en el código primario. Estos Códigos de apoyo son los siguientes: CODIGO UNIFORME DE LA EDIFICACION 1997 (UBC-1997) Con base en su aplicación y funcionamiento el UBC-97 es un documento que se ha probado en la práctica y constituye el Código de mayor aceptación y utilización en USA, así como en una buena parte de la región latinoamericana. Dicho Código satisface las necesidades de las Agencias Gubernamentales responsables del control de las edificaciones para el cumplimiento de los reglamentos de construcción. Aunque dicho código es muy amplio contiene las disposiciones administrativas, de seguridad contra incendios, inspecciones de obra y de diseño para la Ingeniería Estructural. Contiene asimismo disposiciones relacionadas con materiales, ensayos e instalaciones. 2 REQUISITOS DE REGLAMENTO PARA CONCRETO ESTRUCTURAL(ACI-318S-08) Los requisitos del Reglamento aplicables al concreto estructural (reforzado, preesforzado, prefabricado etc.) cubre el diseño y construcción de edificaciones cuyo material constitutivo es el concreto estructural ya sea este reforzado o simple. Otro aspecto que cubre dicho código es la evaluación de resistencia de estructuras existentes de concreto estructural, cuando existen dudas en algunos elementos de la estructura. Dentro de los temas tratados en el reglamento se encuentran : planos, especificaciones, supervisión, materiales, requisitos de durabilidad, calidad del concreto, mezclado y colocación, encofrados y cimbras, tuberías embebidas, juntas de construcción, detalles del refuerzo, análisis y diseño, resistencia y funcionamiento, flexión y carga axial, cortante y torsión, desarrollo y empalmes del refuerzo, sistemas de losas, muros, zapatas, concreto prefabricado, elementos compuestos a flexión, concreto preesforzado, cascarones y placas plegadas, evaluación de estructuras existentes, requisitos especiales para diseño sísmico, concreto simple estructural, diseño de anclajes etc. La calidad y ensayo de materiales se incluyen haciendo referencia a las Normas ASTM. En lo que respecta a la soldadura del refuerzo se hace referencia a las Normas ANSI/AWS. El uso de este reglamento puede ser adoptado como referencia dentro del Código Primario de Construcción. Este reglamento va acompañado de comentarios para explicar la aplicación de los requisitos indicados. MANUAL OF STEEL CONSTRUCTION / METODO ASD (AISC 9na Edición) El “MANUAL OF STEEL CONSTRUCTION” contiene todas las disposiciones necesarias para el diseño, fabricación y montaje de Estructuras de Acero. Para el diseño en acero se utiliza el Método ASD comúnmente llamado también METODO DE ESFUERZOS PERMISIBLES. Se le denomina de esa manera ya que se trabaja dentro del rango elástico del acero, para ello se considera una fracción del límite de fluencia especificado para el mismo. Las cargas de diseño corresponden a las cargas de servicio o sea sin aplicarles un factor de mayoración. El manual contiene todas las disposiciones para diseño de columnas, vigas, nervaduras, placas, pernos, conexiones soldadas etc. Asimismo comprende una serie de ayudas de diseño como ser tablas y gráficos. Este manual es todavía muy usado en el medio y forma parte del reglamento primario de construcción. MANUAL OF STEEL CONSTRUCTION / METODO LRFD (AISC 2da Edición) Al igual que el Manual anterior “MANUAL OF STEEL CONSTRUCTION/METODO LRFD” contiene todas las disposiciones necesarias para el diseño, fabricación y montaje de Estructuras de Acero con la variante que se utiliza el Método LRFD comúnmente llamado también METODO DE FACTOR DE CARGA Y RESISTENCIA. Se le denomina de esa manera ya que se trabaja dentro del rango inelástico del acero, para ello se considera el límite de fluencia especificado para el mismo. Las cargas de diseño corresponden a las cargas de servicio a las cuales se les aplica un factor de mayoración, para obtener 3 las cargas últimas de cálculo. El manual contiene todas las disposiciones para diseño de columnas, vigas, nervaduras, placas, pernos, conexiones soldadas etc. Asimismo comprende una serie de ayudas de diseño como ser tablas y gráficos. Este manual es todavía muy usado en el medio y forma parte del reglamento primario de construcción. 3. SISTEMAS ESTRUCTURALES Para soportar con seguridad las cargas a que estará sometido el edificio durante su vida útil de servicio, los consultores estructurales deben proponer el sistema estructural más adecuado para cada concepto. Además de soportar las cargas, debe considerarse también el criterio de durabilidad de la estructura. Dependiendo del material elegido para la estructura se proponen los siguientes: 3.1. S i s te ma de C onc re t o Es t r uc t ura l i . S i s te ma s de L osa s de e nt re pi s o y tec ho Las losas de entrepiso son elementos estructurales diseñados para formar los espacios requeridos y transfieren las cargas de gravedad a sus elementos de apoyo. Cuando se construyen íntegramente con sus elementos de apoyo, las losas pueden actuar estructuralmente como diafragmas para proporcionar resistencia a fuerzas laterales. Para este concepto se podrán utilizar los siguientes sistemas estructurales de losas: Losas macizas de concreto reforzado con acción unidireccional o bidireccional. En el caso de las losas bidireccionales estas pueden ser planas con ábacos en sus puntos de apoyo (columnas) o un sistema con vigas. Losas aligeradas de concreto estructural formada por nervaduras uniformemente espaciadas con acción unidireccional o bidireccional. El elemento aligerante puede ser de casetones permanentes o casetones removibles. Las Nervaduras pueden ser de concreto reforzado o concreto pretensado fabricadas en el sitio o prefabricadas. Losas macizas de concreto postensado con acción unidireccional o bidireccional. Para el caso de acción bidireccional se puede usar o no ábacos en los puntos de apoyo. 3.2. S i s te ma s Es t ruct ura l es B á si c os Para la transferencia de las cargas de gravedad y laterales al suelo de fundación, se podrán emplear los sistemas estructurales básicos siguientes: Sistema de Pórticos Resistentes a Momentos: Es un sistema espacial formado por pórticos estructurales que corren en ambos sentidos y que proporciona el soporte suficiente a las cargas de gravedad y laterales. Para la resistencia a las fuerzas laterales producidas por las 4 sacudidas sísmicas y el viento, se hace por medio de la flexión de sus miembros. El sistema espacial se compone de vigas y columnas que debidamente conectados forman los marcos rígidos estructurales, no incluyen muros cortantes. El sistema de pórticos puede ser un sistema construido en el sitio o un sistema prefabricado (reforzado o preesforzado). Si las losas de entrepiso se construyen integralmente con el Sistema de Pórticos, producen lo que se denomina una “acción diafragma” que se idealiza como una viga horizontal de peralte infinito y que contribuye a darle una rigidez adicional al sistema de marcos estructurales a las fuerzas laterales. Al usar este Sistema de Pórticos se debe revisar que las derivas (desplazamientos laterales relativos) no sobrepasen las magnitudes indicadas en el Código de Construcción Primario, asimismo verificar el centro de torsión en el caso de estructuras regulares e irregulares tanto en el sentido horizontal como vertical. Sistema Doble resistente a fuerzas laterales: Es un sistema espacial formado por pórticos estructurales resistentes a momentos que corren en ambos sentidos y que proporciona el soporte suficiente a las cargas de gravedad y un sistema de Muros cortantes integrados a los marcos estructurales. El sistema Doble puede ser un sistema construido en el sitio o prefabricado. En el caso de edificios bajos (menores de 10 niveles) los Muros cortantes pueden ser pantallas alternadas interiores en ambos sentidos que se proyectan en toda la altura del edificio. Estas pantallas pueden ubicarse en los ejes de particiones para proporcionar el debido soporte a las fuerzas laterales. En el caso de estructuras muy altas y esbeltas la solución más adecuada es la de un tubo interior cuadrado o rectangular reforzado que puede ser concéntrico o excéntrico. El tubo se puede construir en los cubos de las escaleras y ascensores. Debe tomarse en cuenta la correcta conexión entre los pórticos estructurales y los muros cortantes para crear la debida interacción. 3.3. S i s te ma s de A ce r o Es tr uc tur a l 3 . 3 . 1 . S i s te ma s de L osa s de e n t re p i s o y tec ho Se proponen los siguientes sistemas de losas de entrepiso y techo que podrán ser diseñados con acero estructural: Losas unidireccionales con nervaduras de acero de alma llena uniformemente espaciadas, conectadas con sus elementos de apoyo. Para formar el forjado se podrá colocar encima de las nervaduras, una lámina estructural funcionando como un encofrado perdido. Sobre la lámina se funde una losa de concreto reforzado. Las conexiones de las nervaduras podrán ser de tipo soldado o apernado. Losas unidireccionales con nervaduras de acero de alma abierta (joist) uniformemente espaciadas y debidamente conectadas con sus elementos de apoyo. Para formar el forjado se 5 podrá colocar encima de las nervaduras, una lámina estructural funcionando como un encofrado perdido. Sobre la lámina se funde una losa de concreto reforzado. Para ambos sistemas de losas se debe procurar que se produzca la acción diafragma, para contribuir a la resistencia del edificio a las fuerzas laterales. 3 . 3 . 2 . S i s te ma s Es t ruct ura l es B á si c os Para la transferencia de las cargas de gravedad y laterales al suelo de fundación, se podrán emplear los sistemas estructurales básicos siguientes: Sistema de Pórticos Resistentes a Momentos: Es un sistema espacial formado por pórticos estructurales que corren en ambos sentidos y que proporciona el soporte suficiente a las cargas de gravedad y laterales. Para la resistencia a las fuerzas laterales producidas por las sacudidas sísmicas y el viento, se hace por medio de la flexión de sus miembros. El sistema espacial se compone de vigas y columnas que debidamente conectados forman los marcos rígidos estructurales, no incluyen muros cortantes. El sistema de pórticos puede ser un sistema conectado por soldadura o por pernos. Si las losas de entrepiso se construyen integralmente con el Sistema de Pórticos, producen lo que se denomina una “acción diafragma” que se idealiza como una viga horizontal de peralte infinito y que contribuye a darle una rigidez adicional al sistema de marcos estructurales a las fuerzas laterales. Al usar este Sistema de Pórticos se debe revisar que las derivas (desplazamientos laterales relativos) no sobrepasen las magnitudes indicadas en el Código de Construcción Primario, asimismo verificar el centro de torsión en el caso de estructuras regulares e irregulares tanto en el sentido horizontal como vertical. Sistema Doble resistente a fuerzas laterales: Es un sistema espacial formado por pórticos estructurales resistentes a momentos que corren en ambos sentidos y que proporciona el soporte suficiente a las cargas de gravedad y un sistema de Muros cortantes integrados a los marcos estructurales. En el caso de edificios bajos (menores de 10 niveles) los Muros cortantes pueden ser pantallas alternadas interiores en ambos sentidos que se proyectan en toda la altura del edificio. Estas pantallas pueden ubicarse en los ejes de particiones para proporcionar el debido soporte a las fuerzas laterales. En el caso de estructuras muy altas y esbeltas la solución más adecuada es la de un tubo cuadrado o rectangular reforzado interno que puede ser concéntrico o excéntrico. El tubo se puede construir en los cubos de las escaleras y ascensores. Debe tomarse en cuenta la correcta conexión entre los pórticos estructurales y los muros cortantes para crear la debida interacción. 6 3.4. S i s te ma s de C ime ntac ione s Dependiendo de las características del suelo y de sus propiedades mecánicas se debe proponer el tipo de cimentación más adecuado. El diseño debe ser el resultado de la interpretación correcta del estudio geotécnico realizado en el sitio del proyecto. La profundidad de los sondeos de exploración no deben ser menores a 20m. 3 . 4 . 1 . S i s te ma s de C ime ntac ione s S upe r f ic ia l es En esta sección se proponen cimentaciones superficiales de varios tipos. A estas cimentaciones se les denomina también como poco profundas ya que el estrato resistente está a una profundidad que no supera dos (2) veces la mayor dimensión del cimiento. Por lo cual se tiene: Sistema de zapatas aisladas cuadradas, rectangulares o circulares ya sean concéntricas o excéntricas. Este tipo de cimentación debe utilizarse cuando la profundidad del estrato resistente no supera en dos (2) veces la dimensión mayor del cimiento. Estas zapatas deben estar conectadas por medio de vigas tensoras para formar una retícula. Dentro de este sistema pueden haber zapatas combinadas cuando los soportes están muy cercanos. Asimismo pueden encontrarse zapatas excéntricas que requieran vigas centradoras. Se debe procurar que las presiones bajo las zapatas sean uniformes. Para ello la resultante de las reacciones sobre las zapatas debe coincidir con el centro de gravedad del área total de las zapatas. Sistema de losas de cimentación. Se utilizan cuando el estrato resistente está demasiado profundo que hace muy costoso la utilización de cimentaciones profundas. Se podrán utilizar losas planas de espesor constante o losas de cimentación de espesor variable (mayor espesor en las columnas). Sistemas de pozos de cimentación. Cuando la profundidad de desplante sea de 7m que implique un incremento excesivo del pedestal o se requiera una viga intermedia para disminuir los efectos de esbeltez, una solución es los pozos de cimentación. Esto implica excavar a la profundidad de desplante requerida y después rellenar con material selecto o piedra hasta el nivel adecuado para eliminar los efectos de esbeltez. Sobre el relleno se podrán construir un sistema de zapatas aisladas. 3 . 4 . 2 . S i s te ma s de C ime ntac ione s P r of unda s En esta sección se proponen cimentaciones profundas de varios tipos. Este tipo de cimentaciones se construye cuando el estrato resistente está a una profundidad superior a dos (2) veces la mayor dimensión del cimiento que no permite la utilización de cimentaciones superficiales. Los tipos de cimentaciones que se podrán utilizar son los siguientes: 7 Sistema de pilas de cimentación excavadas o pilote perforado. En este caso los pilotes son de concreto reforzado colados en el sitio con diámetros superiores a 0.60m. Dependiendo de la capacidad de carga del estrato resistente se podrán construir pilas rectas o pilas acampanadas. En ambos casos deberán empotrarse en el estrato resistente. Este tipo de pilotes trabajan por la punta. Sobre este tipo de pilotes se construyen encepados de concreto reforzado los cuales se conectan por medio de vigas tensoras para formar una retícula. Sistema de pilotes hincados. Normalmente se construyen este tipo de pilotes en suelos arenosos o arcillosos. Sus diámetros pueden ser menores a 0.60m y la resistencia del concreto a la compresión supera los 5000 psi. Este tipo de pilotes transfieren la carga a través del fuste y por la punta. Al igual que las pilas de cimentación, encima de ellos se construyen encepados que se conectan por medio de vigas tensoras. 3.5. S i s te ma s de Mur os de Conte nc i ón En los casos de nivelación de ciertas áreas para crear plataformas de edificación o cuando se requieran hacer cortes en el terreno para optimizar el uso del suelo, se requiere en estos casos construir estructuras de retención de suelos. Los diferentes tipos de estructuras de retención que se podrán construir son los siguientes: 4. Muros de contención de gravedad de concreto reforzado en cantiléver. Muros de contención tipo sótano. Muros de contención con anclajes activos y/o pasivos. Muros de contención de gravedad de mampostería de piedra. Muros de contención de suelo reforzado. Muros de contención de concreto reforzado con contrafuertes. MATERIALES.DESIGNACION/VALORES DE CÁLCULO Para la determinación de la respuesta del sistema estructural propuesto para el edificio así como para evaluar la respuesta de las acciones sobre el mismo, deben realizarse en función de los valores de cálculo de los materiales. En este caso se hace referencia a los materiales constitutivos de la estructura y para elementos no estructurales como las paredes de partición. Concreto de cemento Portland tipo I, con resistencia a la compresión en probeta cilíndrica a los 28 días de 280 kg/cm² para todos los elementos estructurales de concreto reforzado y concreto simple en su caso. Concreto de cemento Portland tipo I, con resistencia a la compresión en probeta cilíndrica a los 28 días de 210 kg/cm² para todos los elementos no estructurales de concreto reforzado y concreto simple en su caso, como los usados en castillos, soleras, firmes de piso etc. 8 5. Bloque de concreto con una resistencia a la compresión a los 28 días de 1000 psi. Acero de refuerzo bajo Norma ASTM A706, Grado 60; Fy = 4200 kg/cm². Acero de presfuerzo del tipo de baja relajación, Fpu = 270 ksi. Acero estructural bajo Norma ASTM A36, Fy = 2520 kg/cm² Anclas de acero bajo Norma ASTM F1554 Grado 36 Electrodo de base de hierro, con bajo hidrógeno, tipo E 7018. ACCIONES.VALORES DE CÁLCULO Las acciones son las cargas que se imponen sobre la estructura. Para fines de diseño estructural se pueden clasificar según el criterio siguiente: Clasificación de las acciones por su naturaleza Clasificación de las acciones por su variación en el tiempo Clasificación de las acciones por su variación en el espacio A continuación se procede a explicar cada una de ellas. 5.1. Clasificación de las Acciones 5 . 1 . 1 . C la s i f ica c i ón de la s acc i one s por s u na t ura lez a Dentro de este grupo están los siguientes tipos: Acciones Directas → Son el tipo de acciones que gravitan directamente sobre la estructura del edificio. Dentro de este grupo se incluyen: las cargas muertas, las cargas permanentes y las sobrecargas de uso. Acciones Indirectas → Se les denomina también como acciones de tipo ambiental. Este tipo de acciones genera deformaciones (derivas) por oscilación, aceleraciones, vibraciones etc. capaz de producir fuerzas de un modo indirecto. En este grupo de acciones están incluidas las producidas por cambios de temperatura, asentamientos de la cimentación, acciones reologicas, acciones por sacudidas sísmicas, acciones por presión dinámica del viento etc. 5.1.2. C la s i f ica c i ón de la s acc i one s por s u va r i ac i ón en e l t iem po Dentro de este grupo están los siguientes tipos: Acciones de tipo muerta → Son el tipo de acciones que gravitan en todo momento sobre la estructura del edificio durante su vida útil y son constantes en magnitud y posición. Dentro de este grupo se incluyen: el peso propio de los elementos estructurales, el peso de los elementos embebidos, accesorios etc. 9 Acciones Permanentes → Este tipo de acciones son de larga duración pero en algún momento pueden dejar de gravitar sobre la estructura debido a remodelaciones. Dentro de este tipo de acciones tenemos las producidas por el: peso propio de las particiones (paredes), peso propios de materiales de cobertura (impermeabilizantes), peso de pavimentos (pisos), peso de cielos falsos, acciones durante el proceso constructivo etc. Acciones Variables → Este tipo de acciones pueden actuar o no sobre la estructura. Dentro de este grupo se incluyen: las sobrecargas de uso (cargas vivas), sobrecargas accidentales etc. 5.1.3. C la s i f ica c i ón de la s acc i one s por s u va r i ac i ón en e l e spac i o Dentro de este grupo están los siguientes tipos: Acciones fijas → Son el tipo de acciones que gravitan en todo momento sobre la estructura del edificio durante su vida útil y que se aplican en la misma posición. Dentro de este grupo se incluyen: el peso propio de los elementos estructurales, el peso de los elementos embebidos, accesorios etc. Acciones Libres → Este tipo de acciones pueden variar de posición con respecto al tiempo estas corresponden específicamente a las sobrecargas de uso o sea las cargas vivas. 5.2. Valores característicos de las acciones Gravitatorias El valor característico de una acción corresponde a su principal valor representativo que se obtiene por un valor promedio, un valor nominal, un valor de laboratorio o un valor estadístico que corresponde a una determinada probabilidad de no ser superado en un tiempo específico. 5.2.1. Va l ore s ca r ac te r í st ic os pa r a C a rga s M ue r ta s Los valores característicos correspondientes a las cargas o acciones muertas se obtienen del peso volumétrico del material constitutivo de la estructura. Estos son los siguientes: Concreto Simple → 2200 kg/m³ Concreto Reforzado → 2400 kg/m³ Concreto Preesforzado → 2500 kg/m³ Acero estructural → 7850 kg/m³ Madera → 800 kg/m³ Lamina Estructural Cal.22 → 8 kg/m² Lamina Estructural Cal. 24 → 6 kg/m² 10 5.2.2. Va l ore s ca r ac te r í st ic os pa r a C a rga s Pe r ma ne nte s Los valores característicos correspondientes a las cargas o acciones permanentes se pueden obtener del peso de los materiales suministrado por el proveedor del producto. Estos son los siguientes: Peso Volumétrico Pared de Bloque de 0.15m sin acabado → 1175 kg/m³ Peso Volumétrico Pared de Bloque de 0.15m con acabado→ 1442 kg/m³ Peso Volumétrico Pared de Bloque de 0.20m sin acabado → 1163 kg/m³ Peso Volumétrico Pared de Bloque de 0.20m con acabado→ 1363 kg/m³ Peso Volumétrico Pared de Ladrillo sin acabado → 1800 kg/m³ Peso Volumétrico Pared de Ladrillo con acabado → 2300 kg/m³ Peso propio acabado de cemento → 20 kg/m² Peso propio de piso de granito → 100 kg/m² Peso propio de piso de mármol → 140 kg/m² Peso propio Cielo Falso de Tablayeso → 30 kg/m² Peso Lamina de Fibrocemento → 15 kg/m² Peso de Vidrio Laminado de 8 mm → 30 kg/m² 5 . 2 . 3 . Va l ore s ca r ac te r í st ic os pa r a C a rga s Vi va s Los valores característicos para las cargas vivas se obtienen del CHOC-08. La tabla siguiente muestra las cargas vivas a utilizar: Tabla 1. Carga uniformes y concentradas 1. 2. 3. 4. OCUPACION O USO Categorías Descripción Aceras y calle de entrada Acceso Publico Áreas de reuniones públicas y Áreas con asientos fijos 1 auditorios, incluye balcones Áreas con Asientos móviles y otras áreas Escenarios y plataformas Armerías Bibliotecas Cuartos de lectura Carga Uniforme KG/m2 1,250 250 500 Carga concentrada Kg Ver Nota b 0 0 625 700 300 0 0 500 2 Ver la sección de reuniones públicas, incluyen ocupaciones tales como salones de baile, cuartos de ejercicio, gimnasios áreas de juego, plazas terrazas y ocupaciones similares que generalmente son de acceso público. 1 11 5. Bodegas y Almacenes 6. 7. 8. 9. Cornisas y marquesinas Cuartos de baño o sanitarios Escuelas Estacionamiento o garajes 10. Fabricas Cuartos de libro Livianas Pesadas Aulas Vehículos en general y/o taller Automóviles privados (9 personas capacidad máxima) Livianas Pesadas 11. Graderías, palcos, bancas o sillas 12. Hospitales Cuartos y divisiones 13. Imprentas Cuartos de prensas Cuartos de ordenación y composición 14. Oficinas 15. Puentes peatonales y pasarelas 16. Residencial 4 Area básica de piso Balcones exteriores Terrazas 17. Salidas de lugares públicos 18. Sistemas de piso para acceso Uso de oficinas Uso de computadoras 19. Terrazas en techos Igual al área servida o para el tipo de ocupación acomodada 625 625 1,250 300 3 Ver nota f 200 500 7502 0 0 0 0 5002 Ver nota b 250 Ver nota b 375 625 500 200 750 500 1,0002 1,0002 250 500 200 300 200 500 250 500 1,000 0 0 0 0 0 1,0002 1,0002 5002 1,2502 1,000 Ver la sección 1.1.4.3. primer párrafo, para áreas de aplicación de caga Ver la sección 1.1.5.4. para techos con propósitos especiales 4 Las ocupaciones residenciales incluyen residencias privadas, apartamentos y cuartos de huéspedes de hoteles. 2 3 12 5.2.4. Va l ore s ca r ac te r í st ic os pa r a C a rga s Es pec i a le s Los valores característicos para las cargas especiales se obtienen del CHOC-08. La tabla siguiente muestra las cargas vivas a utilizar: Tabla 2. Cargas especializadas5 USO Categorías Descripción 1. Construcción, acceso público al sitio (carga viva) 2. Graderías, palcos, bancas o sillas Fila de asientos con pasillos (cargas vivas) 3. Accesorios de escenarios Pasarelas Cuartos de control, proyección y reflectores 4. Armazones de cielos (carga viva) Sobre escenarios Todos los otros casos 5. Divisiones y paredes interiores, ver 1.1.4.4. (carga viva) 6. Elevadores (cargas muerta y viva) 7. Esquipo mecánico y eléctrico (carga muerta) 8. Grúas (cargas muerta y viva) Carga total incluyendo el incrementó por impacto 9. Barandas y parapetos Salidas de lugares para más de 50 personas Todos los otros casos Carga vertical Carga Lateral Kg/m2 (o como se indique) 750 80 kg/m Ver nota 13 200 250 100 50 6 25 2 carga total Carga total 1.25 x carga total 7 0.1. x carga total 8 75 kg/m 9 30 kg/m Las cargas indicadas son cargas mínimas. Cuando otras requeridas por es te código o por el diseño producen mayores esfuerzos, estas deberán ser usadas. 6 No se aplican a cielos que tienen acceso suficiente por abajo y a los que no tienen acceso por arriba. Esta carga vivía no necesita ser considerada que actúa simultáneamente con otras cargas vivas impuestas por el armazón o su estructura soportante. 7 Los factores de impacto incluidos son para grúas con ruedas de acero sobre rieles de acero. Las cargas vivas en las vigas y conexiones que soportan la grúa deberán tomarse como la carga máxima de rueda de grúa. Para las vigas de soporte y conexión de grúas móviles colgantes, el factor de impacto deberá ser 1.1.10. 8 Esta fuerza se aplica paralela a los rieles. El factor para la fuerzas perpendiculares a los rieles es de 0.2 veces la carga en movimiento (carro, cabina, ganchos y carga levantada). Las fuerzas se aplican en la parte superior del riel, y pueden distribuirse entre los rieles de grúas con varios rieles y deberán distribuirse considerando la rigidez lateral de las estructuras que soportan rieles. 9 Deberá aplicarse horizontalmente en forma perpendicular y en la parte superior de la baranda o pretil. 5 13 125 kg/m 10 3,000 kg 11 Componentes 10. 11. 12. 13. Barreras para vehículos Pasamanos12 Estantes para almacenamiento Soportes para aspersores contra incendios 5.2.5. Altura mayor que 2.4 metros Ver nota 12 Carga total 13 125 kg más el peso de la tubería llena de agua 14 Ver tabla 1.3.7-1 Ver tabla 1.3.7.-1 Va l ore s ca r ac te r í st ic os pa r a C a rga s de T ec ho Los valores característicos para las cargas de techo se obtienen del CHOC-08. La tabla siguiente muestra las cargas vivas a utilizar: Tabla 3. cargas vivas mínimas de techo15 Método 1 Área tributaria para cualquier miembro estructural en m Pendientes de techo 1. Plano 17 o menor que 33% Arcos o 0 a 20 20 a 60 Que 60 Carga uniforme en Kg/m2 100 80 60 16 Cargas uniforme en kg/m2 100 Método 2 Razon de Reducción reducción máxima r R en % en % 0.008 40 Los barrotes intermedios, paneles de relleno, conexiones de barandas y pretiles, deberán ser capaces de soportar una carga de 125 kg/m2. Aplicada horizontalmente y en forma perpendicular sobre el área tributaria, incluyendo aberturas y espacios entre barrotes, las relaciones de estas cargas no necesitan ser combinadas con las de las notas. 11 Estas fuerzas se aplican horizontalmente y en forma perpendicular a la barrera para vehículos a una altura de 45 cm sobre la superficie de rodadura. Esta fuerza puede distribuirse en un área cuadrada de 30 cm por lado. 12 La montura de los pasamanos deberá ser tal que el pasamano completo y las estructuras soportantes sean capaces de resistir una carga de 100 kg aplicada a cualquier dirección y en cualquier punto sobre los pasamanos. Esta fuerza no deberá ser acumulativa con las fuerzas para la categoría 9. 13 Los miembros verticales de los estantes de almacenamiento deberá proteger contra fuerzas de impacto del equipo operante, a los estantes se deberán diseñar de manera que la falla de un miembro vertical no cause el colapso de las otras artes distintas al claro o claros directamente soportados por el miembro. 14 La carga de 125 kg deberá aplicarse a cualquier punto de apoyo de un aspersor contra incendio individual, pero no simultáneamente a todos los puntos de apoyo, 15 Ver sección 1.1.5.4. para techos con propósitos especiales 16 Ver sección 1.1.6. para la reducción de carga viva. La razón de reducción r en la ecuación (1.1.6-1). Sección 1.1.6. deberá ser indicada en la tabla. La reducción máxima R no deberá exceder la indicada en la tabla. 10 14 2. 3. 4. 5. domos con una altura menor que 1/8 del claro De 33% a menos de 100% arcos o domos con una altura de 1/8 a menos que 3/8 de claro Igual a mayor que 100% arcos o domos con una altura mayor o igual a 3/8 de claro Quiosco o tiendas, excepto las cubiertas con tela Invernaderos, entramados y edificios de agricultura18 5.3. 80 70 60 60 60 60 25 25 25 50 50 50 80 0.006 25 No se permite reducción Cargas Sísmicas El diseño estructural de las edificaciones debe incluir las fuerzas laterales producidas por las sacudidas sísmicas, ya que son las más críticas en relación con las cargas generadas por el viento. La determinación de la magnitud dependerá de la región en que se encuentra el edificio. Honduras es considerada una región de actividad sísmica aunque no en la escala tan grande como la de los países de Nicaragua, El Salvador y Guatemala. El mayor evento sísmico que se produjo en Honduras fue el 28 de Mayo del año 2009. De acuerdo a los registros del NATIONAL EARTHQUAKE INFORMATION CENTER (NEIC) el Sismo se produjo a las 8:24 a.m con una magnitud de 7.3 en la escala de Richter. El epicentro se localizó en el mar atlántico cercano a las Islas de la Bahía, a 125 km al NE de La Ceiba, coordenadas 16.733° N y 86.220 W. La profundidad del foco se ubicó a 10 km de profundidad. De acuerdo al NEIC el sismo dejo secuelas sobre la región norte del país incluyendo Islas de la Bahía. Se registraron 7 personas muertas, 40 heridos y más de 130 edificios dañados. El tramo central del puente La Democracia del Progreso fue destruido. Las ciudades de Honduras donde fue sentido fueron: La Lima, Omoa, Puerto Cortés y Utila, La Ceiba, Roatán, Sambo Creek, San Pedro Sula, Sandy Bay y Tela; Arizona, Guanaja, Santa Rosa de Copán, Siguatepeque, Tocoa y Villanueva. Al menos 5 edificios fueron destruidos y 25 dañados en Belice. El Sismo también fue sentido en Guatemala y México, en La Habana (Cuba), en las Bahamas, las Islas Caimán y las Islas Vírgenes y en partes de Colombia, Costa Rica, Jamaica, Nicaragua y Panamá. En la imagen siguiente se muestra la ubicación del Epicentro del Sismo: 17 Un techo plano es cualquier techo con una pendiente menor que el 2%. La carga viva para techos planos es además de la carga de inundación requerida por la sección 1.1.5.5. 18 Ver sección 1.1.5.4. para requisitos de carga concentradas en los miembros de techos de invernaderos 15 Mapa 1. Ubicación de Earthquaker en Honduras Otra imagen mostrando la respuesta del Sismo del 28 de Mayo del 2009 en la región centroamericana, México y Las Bahamas. De acuerdo a la imagen hubo 1460 respuestas en 171 ciudades. 16 Mapa 2. Localización de Costas de Honduras 17 En la región Noroccidental se registró un evento sísmico el 10 Febrero del año 2010 de Magnitud 4.9 en la Escala de Ritcher. El Sismo tuvo una duración de 20 seg. Y su epicentro se localizó en la comunidad de San Luis, Depto. de Santa Barbará. La imagen que se muestra a continuación muestra los epicentros de Sismos que se han registrado instrumentalmente en el periodo 19732004. Se observa que Santa Barbará está ubicada en amplias zonas de Subducción las que se concentran en la región del Océano Pacifico en lo que se denomina Cinturón de Fuego del Pacifico. Mapa 3. Ubicación sismográfica de Centro América 18 En la imagen siguiente se muestra el mapa Isosismico de Honduras. De acuerdo con dicho mapa la ciudad de Tegucigalpa está localizada en la zona 4, que corresponde a un factor de aceleración Sísmica de 0.25g. A medida que se llega a la zona de subducción el coeficiente de aceleración se va incrementando, lo cual nos indica que el riesgo sísmico aumenta. Mapa 4. Isosismico de Honduras ZONAS DE SUBDUCCION Un aspecto importante a considerar es la CATEGORIA DE DISEÑO SISMICO (CDS) para el edificio de acuerdo a lo indicado en el Art. 21.1.1.2 del Código ACI-2008. El CDS tiene que ver con el nivel de amenaza sísmica en la región en que se encuentra el edificio, así como también el tipo de suelo, ocupación y uso de la estructura. La CDS está regulada por el reglamento de construcción vigente que en este caso es el CHOC-08. El espectro de respuesta elástico se presenta en la imagen siguiente: 19 Figura 1. categorización de diseños sísmicos en Honduras. 5.4. Cargas de Viento De acuerdo al CHOC-08 la velocidad mínima básica del viento en cualquier lugar de Honduras, no deberá ser menor que el mostrado en la siguiente imagen. 20 Mapa 5. Cargas de viento en Honduras Para Tegucigalpa la Velocidad Mínima Básica del Viento es de 120 kph. 5.5. Cargas Últimas de Cálculo Las cargas últimas son los valores para los cuales se dimensionan los elementos estructurales. Las cargas de servicios o los valores característicos de las acciones se les aplican un factor de mayoración para obtener los valores últimos de cálculo. Esto aplica para concreto y acero estructural. Los Factores de mayoración son los siguientes: Cargas Muertas → 1.4 Cargas Permanentes → 1.4 Cargas Vivas → 1.7 Cargas Sísmicas → 1.87 Cargas de Viento → 1.7 21 Empuje del Suelo → 1.7 Presión de Líquidos → 1.4 Acciones Reolicas → 1.7 5.6. Combinaciones de Cargas Últimas Para determinar los efectos máximos producidos por las cargas exteriores se deberán realizar las combinaciones de carga siguientes: Combinación #1 : U= 1.4D + 1.7L Combinación #2 : U= 0.75(1.4D + 1.7L+1.7W) Combinación #3 : U= 0.9D + 1.3W Combinación #4 : U= 0.75(1.4D + 1.7L+1.87E) Combinación #5 : U= 0.9D + 1.43E Combinación #6 : U= 1.4D + 1.7L+1.7H Combinación #7 : U= 0.9D + 1.7H Combinación #8 : U= 1.4D + 1.7L+1.4F Combinación #9 : U= 0.9D + 1.4F Combinación #10 : U= 0.75(1.4D + 1.4T+1.7L) Combinación #11 : U= 0.9D + 1.4T Dónde: D= Cargas Muertas + Cargas Permanentes L= Cargas Vivas W= Carga de Viento E= Carga Sísmica H= Presión del Suelo F = Presión de Fluidos T= Esfuerzos por Asentamientos diferenciales, flujo plástico, temperatura etc. 6. ANALISIS ESTRUCTURAL El Análisis Estructural consiste en la determinación de los efectos originados por las acciones sobre la totalidad o parte de la estructura, con el objetivo de efectuar comprobaciones en los Estados Limites Últimos o Estados Límites de Servicio. El Análisis Estructural proporciona los esfuerzos internos que servirán para el dimensionamiento o comprobación de la Estructura. Estos efectos internos se traducen 22 en Momentos flexionantes, cortantes, flexocompresiones, torsión, tracciones, compresiones, reacciones y desplazamientos. Para la realización del Análisis, se idealizan tanto la geometría de la estructura como las acciones y las condiciones de apoyo, mediante un modelo matemático adecuado. El modelo elegido deberá ser capaz siempre de reproducir el comportamiento estructural dominante. Para ello se debe elegir el Modelo de análisis tridimensional. El análisis de la estructura será del tipo elástico y para cargas laterales se efectuará mediante el método dinámico modal. Para el análisis modal se utilizarán el espectro de diseño (reducido) establecido en el CHOC-08, Capítulo 3, sección 3.6, figura 3.6-1. En el análisis se incluirán la cantidad suficiente de modos de manera tal que se alcance al menos el 90% de participación de la masa reactiva del edificio, en cada dirección de análisis (CHOC-08, Capítulo 3, sección 3.6, numeral 3.6.5.1). La combinación de las acciones modales se realizará por el método de la combinación cuadrática completa (CHOC-08, Capítulo 3, sección 3.6, numeral 3.6.5.2). Los resultados del análisis modal serán corregidos de acuerdo a lo establecido en el numeral 3.6.5.3, sección 3.6 del Capítulo 3 del CHOC-08, para prevenir resultados distorsionados. 0.8 x Vs (Ta) < Vdm < 0.9 xVs Dónde: Vs (Ta) = Valor del cortante basal estático calculado con el período aproximado del Método A de la sección 3.5 del CHOC-08, V dm = Valor del cortante basal dinámico y Vs = Valor del cortante basal de calculado de acuerdo al método de fuerzas laterales estáticas equivalentes, utilizando la aceleración espectral correspondiente al período fundamental de la estructura en la dirección que se evalúa la fuerza de sismo. En el modelo estructural el 100% de las fuerzas laterales de origen sísmico serán resistidas por los muros de concreto, o los marcos resistentes a momento o sistemas dobles; sin embargo, los marcos serán diseñados para que su capacidad de carga no sea disminuida por los esfuerzos inducidos por la deriva entre pisos. (Criterio de compatibilidad de deformaciones) Se realizarán los dos tipos de análisis siguientes para el Edificio: Estado límite de servicio por deformaciones y Estado límite de Resistencia (para verificación de derivas últimas y el diseño por resistencia de los elementos estructurales). Dependiendo de la regularidad o irregularidad de las dimensiones del edificio se debe considerar o no un análisis de volteo debido a cargas permanentes. El análisis de fuerzas sísmicas tomará en cuenta el efecto ortogonal de las cargas, el cual será satisfecho considerando la acción simultánea del 100% de la acción sísmica en una dirección y el 30% en la dirección ortogonal. 23 El análisis considerará el efecto P-Delta (de segundo orden) asociado con las cargas gravitacionales. El efecto de la torsión accidental se considerará en el análisis utilizando una excentricidad igual al 5% de la dimensión del edificio perpendicular a la dirección del sismo (CHOC-08, Capítulo 3, Sección 3.5., numeral 3.5.5). La evaluación de derivas se efectuará en las esquinas y centro de masa de cada entrepiso del edificio, para su cálculo se seguirán los criterios del Capítulo 3, sección 3.5, numeral 3.5.8. Para el cálculo de las derivas no es necesario cumplir con la limitación del Vs (Ta). El peso total de la estructura utilizado para la evaluación del cortante sísmico, incluirá el 100% de las cargas muertas, más el valor incidental para las cagas vivas de piso según estipula el CHOC-08, Capítulo 3, sección 3.5. En el análisis estructural se debe evaluar también que no se produzcan vibraciones de la estructura. Para ello se diseñaran los miembros de piso con una combinación longitud/ rigidez mínima a fin de que las vibraciones no sean perceptibles para ello aplicar la Escala Modificada de Reiher-Meister. 24
