CONSIDERACIONES ESTRUCTURALES PARA LA ELECCION DE UN SISTEMA ESTRUCTURAL ADECUADO
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- Natividad Fidalgo Rey
- hace 6 años
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2 CONSIDERACIONES ESTRUCTURALES PARA LA ELECCION DE UN SISTEMA ESTRUCTURAL ADECUADO MsEng. Freddy H. Olejua Castillo
3 CONTENIDO 1. DEFINICIONES 2. SISTEMAS ESTRUCTURALES 3. CAPACIDAD DE DISIPACION DE ENERGIA 4. ZONA DE AMENZA SISMICA 5. ESPECTRO DE DISEÑO 6. IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES 7. PARAMETROS QUE AFECTAN LA EFICIENCIA
4 1. DEFINICIONES Sistema estructural: Ensamblaje de elementos que ocupan un espacio y tienen una geometría, características y comportamientos propios. Este ensamblaje se realiza generalmente en una zona llamada Nudo.
5 Sistema estructural: 1. DEFINICIONES
6 Sistema estructural: 1. DEFINICIONES
7 1. DEFINICIONES Sistema estructural: Es el armazón o esqueleto de la edificación encargado de resistir la acción de las fuerzas verticales y horizontales a las que se puede ver sometida la estructura durante su vida útil
8 1. DEFINICIONES Capacidad de Disipación de Energía: Es la capacidad que tiene un sistema estructural, elemento estructural o una sección del elemento estructural, de trabajar en e rango inelástico o de respuesta sin perder su resistencia
9 1. DEFINICIONES Sistema Constructivo: conjunto de materiales y componentes de diversa complejidad, combinados racionalmente y enmarcados bajo ciertas técnicas, que permiten realizar las obras necesarias para construir una edificación, originando por lo tanto un objeto arquitectónico (Orozco, 2008)
10 Sistema Constructivo: 1. DEFINICIONES
11 2. SISTEMAS ESTRUCTURALES NSR-10 Sistema de Muros de Carga: Carga vertical: resistida por muros de carga Carga Horizontal: resistida por muros estructurales o pórticos con diagonales
12 2. SISTEMAS ESTRUCTURALES NSR-10 Sistema de Muros de Carga: Entre los sistemas de muros de carga se pueden mencionar: - Muros de concreto - Muros de mampostería reforzada - Muros de Mampostería Parcialmente Reforzada - Muros Confinados - Muros de Mampostería de Cavidad reforzada - Muros de Mampostería No Reforzada - Muros de Mampostería reforzada Externamente
13 2. SISTEMAS ESTRUCTURALES NSR-10 Sistema de Muros de Carga:
14 2. SISTEMAS ESTRUCTURALES NSR-10 Sistema de Muros de Carga:
15 2. SISTEMAS ESTRUCTURALES NSR-10 Sistema de Muros de Carga:
16 2. SISTEMAS ESTRUCTURALES NSR-10 Sistema Combinado: - Las cargas verticales son resistidas por un pórtico no resistente a momento y las fuerzas horizontales son resistidas por muros estructurales o pórticos con diagonales. - Las cargas verticales y horizontales son resistidas por un pórtico resistente a momentos, combinado con muros estructurales o pórticos con diagonales y que no cumplan los requisitos de un sistema dual.
17 2. SISTEMAS ESTRUCTURALES NSR-10 Sistema Combinado:
18 2. SISTEMAS ESTRUCTURALES NSR-10 Sistema Combinado:
19 2. SISTEMAS ESTRUCTURALES NSR-10 Sistema de Pórticos resistente a momentos: Es un sistema compuesto por pórticos espaciales resistentes a momento, sin diagonales, que resiste tanto las cargas verticales como horizontales
20 2. SISTEMAS ESTRUCTURALES NSR-10 Sistema de Pórticos resistente a momentos:
21 2. SISTEMAS ESTRUCTURALES NSR-10 Sistema Dual: Sistema que tiene un pórtico espacial resistente a momento y sin diagonales combinado con muros estructurales o pórticos con diagonales. Se deben cumplir las siguientes condiciones: - El pórtico sin diagonales debe ser capaz de soportar las cargas verticales. - Las fuerzas horizontales son resistidas por la combinación de muros estructurales o pórticos con diagonales, con el pórtico resistente a momentos.
22 2. SISTEMAS ESTRUCTURALES NSR-10 Sistema Dual: - El pórtico resistente a momento actuando independientemente, debe diseñarse para que sea capaz de resistir como mínimo el 25% del cortante sísmico en la base
23 2. SISTEMAS ESTRUCTURALES NSR-10 Limitación de los sistemas estructurales: - Basados en investigaciones realizadas al comportamiento de los sistemas estructurales se ha limitado su uso en altura, lo cual es una determinante importante en la elección del sistema
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25 2. SISTEMAS ESTRUCTURALES NSR-10 Limitación de los sistemas estructurales:
26 3. CAPACIDAD DE DISIPACION DE ENERGIA Es la capacidad que tiene un sistema estructural, elemento estructural o una sección del elemento estructural, de trabajar en el rango inelástico o de respuesta sin perder su resistencia. Se cuantifica por medio de la energía de deformación que el sistema, elemento o sección es capaz de disipar en ciclos histéricos consecutivos, este se define mediante el coeficiente de disipación de energía.
27 3. CAPACIDAD DE DISIPACION DE ENERGIA Capacidad especial de disipación de energía DES. Capacidad moderada de disipación de energía DMO Capacidad mínima de disipación de energía DMI Coeficiente de disipación de energía R: coeficiente que se define para cada sistema estructural de resistencia sísmica cuyo valor depende del sistema estructural y de las características de disipación de energía propias del material estructural que se utiliza
28 3. CAPACIDAD DE DISIPACION DE ENERGIA
29 4. ZONA DE AMENAZA SISMICA La amenaza sísmica :se define como el valor esperado de futuras acciones sísmicas en el sitio de interés y se cuantifica en términos de una aceleración horizontal del terreno esperada, que tiene una probabilidad de excedencia dada en un lapso de tiempo predeterminado. - Zona de amenaza sísmica alta - Zona de amenaza sísmica intermedia - Zona de amenaza sísmica baja
30 4. ZONA DE AMENAZA SISMICA
31 4. ZONA DE AMENAZA SISMICA
32 4. ZONA DE AMENAZA SISMICA Relación entre la capacidad de disipación de energia y la zona de amenaza sísmica :
33 5. ESPECTRO DE DISEÑO
34 6. IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES En Planta Torsional: fp=0.90, torsional extrema: fp=0.80
35 6. IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES En Planta Torsional: fp=0.90, torsional extrema: fp=0.80
36 6. IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES En Planta Retrocesos en las esquinas: fp=0.90
37 6. IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES En Planta Retrocesos en las esquinas: fp=0.90
38 6. IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES En Planta Irregularidades en el diafragma: fp=0.90
39 6. IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES En Planta Irregularidades en el diafragma: fp=0.90
40 6. IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES En Planta Desplazamientos en el plano de acción: : fp=0.80
41 6. IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES En Planta Sistemas No paralelos: fp=0.90
42 6. IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES En Planta Sistemas No paralelos: fp=0.90
43 6. IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES En Altura Distribución de masa: fa=0.90
44 6. IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES En Altura Distribución de masa: fa=0.90
45 6. IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES En Altura Piso flexible: fa=0.90 : flexible extremo fa=0.80
46 6. IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES En Altura Geométrica: fa=0.90
47 6. IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES En Altura Geométrica: fa=0.90
48 6. IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES En Altura Desplazamiento dentro del plano de acción: fa=0.80
49 6. IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES En Altura Desplazamiento dentro del plano de acción: fa=0.80
50 6. IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES En Altura Piso débil: fa=0.90, piso débil extremo fa=0.8
51 6. IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES En Altura Piso débil: fa=0.90, piso débil extremo fa=0.8
52 6. IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES En Altura Piso débil: fa=0.90, piso débil extremo fa=0.8
53 6. IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES Falta de Redundancia fr=0.75
54 6. IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES Redundante fr=1
55 7. FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DEL SISTEMA ESTRUCTURAL Altura de la edificación Dependiendo de la altura algunas sistemas estructurales resultan ser mas eficientes que otros
56 7. FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DEL SISTEMA ESTRUCTURAL
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58 7. FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DEL SISTEMA ESTRUCTURAL Altura de la edificación En la practica colombiana algunos sistemas como el de pórticos resistentes a momentos se ha limitado a bajas alturas debido a que cumplir con los requisitos de deriva (1% de la altura) solo con pórticos redunda para edificios de gran altura en estructuras bastante costosas y pesadas. La siguiente grafica desarrollada por Luis Enrique García complementa lo anterior
59 7. FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DEL SISTEMA ESTRUCTURAL Altura de la edificación
60 7. FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DEL SISTEMA ESTRUCTURAL Irregularidades estructurales Edificios con irregularidades son menos eficientes y mas costosos R=Ro φp φa φr
61 7. FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DEL SISTEMA ESTRUCTURAL Irregularidades estructurales Se puede observar que un edificio con la máxima irregularidad en planta y en altura puede llevar a tener que diseñar el edificio con el 56% mas de fuerza sísmica
62 7. FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DEL SISTEMA ESTRUCTURAL Irregularidades estructurales En el caso mas critico podemos estar diseñando con el doble de la fuerza sísmica que se emplearía en un edificio sin irregularidades. SI QUEREMOS EFICIENCIA NO DISEÑEMOS EDIFICIOS IRREGULARES!!!
63 7. FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DEL SISTEMA ESTRUCTURAL Comportamiento estructural Las edificaciones construidas con concreto reforzado, son edificaciones que se esperan tenga un mejor comportamiento estructural ante un evento sísmico debido a la ductilidad que este proporciona a la estructura. Las edificaciones construidas con sistemas industrializados en muros de concreto presentan un mejor comportamiento debido a la rigidez propia del sistema
64 7. FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DEL SISTEMA ESTRUCTURAL Comportamiento Estructural En el sistema de muros de concreto existe mayor cantidad de elementos aportando a la resistencia, al ser más rígido se esperan desplazamientos menores, por lo tanto menos daño en elementos no estructurales que se traduce en menos costos de reparación después de un evento sísmico. Se logra una eficiencia en costos. Los sistemas a base de pórticos son mas flexibles luego suele haber mayor daño en elementos no estructurales durante un sismo
65 7. FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DEL SISTEMA ESTRUCTURAL Comportamiento Estructural
66 7. FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DEL SISTEMA ESTRUCTURAL Comportamiento Estructural
67 7. FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DEL SISTEMA ESTRUCTURAL Comportamiento Estructural
68 7. FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DEL SISTEMA ESTRUCTURAL Uso de la edificación Desde el punto de vista de diseño estructural aunque un sistema resulte más eficiente que otro, el uso al cual estará destinada la edificación puede ser un parámetro importante en la selección del sistema. Generalmente edificaciones de tipo institucional, educativas, comerciales, parqueaderos, fábricas, Bodegas entre otras requieren espacios con luces grandes, en los cuales usar sistemas a base de muros de carga no sería funcional
69 7. FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DEL SISTEMA ESTRUCTURAL Uso de la edificación
70 7. FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DEL SISTEMA ESTRUCTURAL Parámetros de diseño La diferencia en el comportamiento estructural de los diferentes sistemas, hace que cada uno tenga diferentes parámetros de diseño, lo cual ocasiona que para las mismas condiciones de funcionalidad, diseño arquitectónico, localización un sistema estructural sea mas eficiente que otro. Analicemos un edificio de muros de concreto ubicado en diferentes zonas de amenaza sísmica.
71 7. FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DEL SISTEMA ESTRUCTURAL Parámetros de diseño -Amenaza sísmica alta Aa:0.35, Av:0.30, Fa: 0.80, Ro: 5 Capacidad Especial de Disipación DES Se supone no es irregular Considerando que está en la meseta del espectro Sa: 2.5 x 0.35 x 0.80 x 1.0: 0.70 V= 0.70 W Vd= 0.70 W / 5.0 = 0.14 W
72 7. FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DEL SISTEMA ESTRUCTURAL Parámetros de diseño Amenaza sísmica intermedia Aa:0.15, Av:0.20, Fa: 0.80, Ro: 4 Capacidad Moderada de Disipación DMO Se supone no es irregular Considerando que esta en la meseta del espectro Sa: 2.5 x 0.15 x 0.80 x 1.0: 0.30 V= 0.30 W Vd= 0.30 W / 4.0 = W
73 7. FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DEL SISTEMA ESTRUCTURAL Parámetros de diseño Aa:0.10, Av:0.10, Fa: 0.80, Ro: 4.0 Capacidad Moderada de Disipación DMO Se supone no es irregular Considerando que está en la meseta del espectro Sa: 2.5 x 0.10 x 0.80 x 1.0: 0.20 V= 0.20 W Vd= 0.20 W / 4.0 = W
74 7. FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DEL SISTEMA ESTRUCTURAL Parámetros de diseño Por lo tanto el mismo edificio localizado en diferentes zonas del país nos puede llevar a diseñar con más fuerza sísmica Zona Amenaza Sísmica Alta: 0.14 W Zona Amenaza Sísmica Intermedia: W Zona Amenaza Sísmica Baja: 0.05 W
75 7. FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DEL SISTEMA ESTRUCTURAL Parámetros de diseño Alta / Intermedia: 1.87 Alta / Baja: 2.80 Intermedia / Baja: 1.50
76 7. FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DEL SISTEMA ESTRUCTURAL Parámetros de diseño Si se realiza el mismo procedimiento para diferentes sistemas estructurales obtenemos:
77 7. FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DEL SISTEMA ESTRUCTURAL Parámetros de diseño Lo anterior nos llevaría a pensar que los sistemas resaltados podrían ser los más eficientes pues pueden llegar a ser diseñados con menores fuerzas sísmicas, sin embargo es importante tener en cuenta los otros factores para determinar globalmente si resultan ser los mas eficientes
78 7. FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DEL SISTEMA ESTRUCTURAL El diseño arquitectónico El diseño arquitectónico cumple un gran papel en la toma de decisión de la elección de un sistema estructural. Proyectos en los cuales los espacios grandes no son un factor determinante del diseño arquitectónico resulta muy eficiente emplear sistemas basados en muros de carga, son proyectos generalmente con luces pequeñas en los cuales el sistema industrializado se acomoda bien pues permite ejecutar la construcción en poco tiempo y a costos de la estructura menor que otro sistema.
79 7. FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DEL SISTEMA ESTRUCTURAL El diseño arquitectónico
80 7. FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DEL SISTEMA ESTRUCTURAL El diseño arquitectónico
81 7. FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DEL SISTEMA ESTRUCTURAL El diseño arquitectónico Por el contrario proyectos en donde los grandes espacios son un factor importante como en el caso de oficinas, comercio, bodegas enfocan el diseño estructural al uso de sistemas con pórticos o sistemas combinados
82 7. FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DEL SISTEMA ESTRUCTURAL El diseño arquitectónico
83 7. FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DEL SISTEMA ESTRUCTURAL El diseño arquitectónico
84 7. FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DEL SISTEMA ESTRUCTURAL El diseño arquitectónico La flexibilidad del producto arquitectónico, es otro factor que afecta la decisión en la elección del sistema estructural, si la arquitectura ofrece diferentes posibilidades arquitectónicas para un mismo espacio pensar en usar muros de carga no sería viable dada la premisa de diseño arquitectónico.
85 7. FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DEL SISTEMA ESTRUCTURAL El diseño arquitectónico La geometría en si del diseño arquitectónico también enmarca el uso del sistema, figuras geométricas diferentes de las convencionales resultan ser mas eficientes con el uso de sistemas de pórticos o combinados
86 7. FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DEL SISTEMA ESTRUCTURAL El diseño arquitectónico
87 7. FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DEL SISTEMA ESTRUCTURAL El diseño arquitectónico
88 7. FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DEL SISTEMA ESTRUCTURAL La Magnitud del Proyecto La magnitud del proyecto es uno de los factores que también influyen en la toma de decisión del sistema estructural a emplear, proyectos de gran magnitud, con edificaciones que se repiten varias veces, con luces relativamente bajas ( m) son proyectos que se prestan para el empleo de sistemas industrializados con muros de concreto dado la posibilidad de rotación de la formaleta y la rapidez en la ejecución de la obra.
89 7. FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DEL SISTEMA ESTRUCTURAL La Magnitud del Proyecto
90 7. FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DEL SISTEMA ESTRUCTURAL La Magnitud del Proyecto
91 7. FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DEL SISTEMA ESTRUCTURAL Cuantías de Refuerzo Aunque no es uno de los factores determinantes en la toma de decisión de un sistema estructural puede ser un indicativo de cual sistema elegir si analizado con los demás factores el sistema elegido resulta ser eficiente
92 7. FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DEL SISTEMA ESTRUCTURAL Cuantías de Refuerzo
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