INDICE 1. OBJETIVOS 1 2. DATOS GENERALES DE LA EDIFICACION 1 3. DISTRIBUCION EN PLANTA DE LA EDIFICACION - MUROS 2 4. METRADO DE CARGAS 3

Transcripción

1 RESUMEN En el presente trabajo se va a realizar el análisis estructural utilizando distintos tipos de modelamiento estructural lo cual es posible por la existencia de programas de cómputo como el SAP2000 y el ETABS que permiten modelar y realizar el análisis estructural de edificios mediante técnicas de modelaje simples y sofisticadas, llevó a desarrollar un estudio sobre la sensibilidad de la respuesta sísmica (variación de desplazamientos y fuerzas internas) proporcionada por TRES técnicas de modelaje aplicadas sobre un edificio de albañilería confinada la cual posteriormente se realizara el diseño de la edificación con los resultados obtenidos. Este diseño se realizará según lo normado en el Reglamento Nacional de Edificaciones, en las normas E-020, E-030, E-060 y E-070. En primer lugar se realizara el cálculo manual, luego realizaremos un análisis por elementos finitos, el cual será el patrón de comparación con los demás modelos a realizarse, finalmente se analizara el edificio por el método de pórticos planos, con los resultados obtenidos de estos tres modelamientos de discutirán los resultados obtenidos. i

2 INDICE 1. OBJETIVOS 1 2. DATOS GENERALES DE LA EDIFICACION 1 3. DISTRIBUCION EN PLANTA DE LA EDIFICACION - MUROS 2 4. METRADO DE CARGAS METRADO DE CARGAS DEL 1 NIVEL METRADO DE CARGAS 2, 3, 4 NIVEL METRADO DE CARGAS 5 NIVEL 4 5. CALCULO DEL PESO TOTAL DEL EDIFICIO 5 6. CALCULO DE LA FUERZA CORTANTE EN LA BASE DEL EDIFICIO 6 7. DISTRIBUCION DE LA FUERZA CORTANTE EN LA ALTURA 7 8. CALCULO DEL CENTRO DE MASA 8 9. TECNICAS DE MODELAJE METODO DIRECTO ELEMENTOS FINITOS PORTICOS PLANOS COMPARACION Y ANALISIS DE LOS DATOS CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFIA 19 ii

3 1. OBJETIVOS Determinar de los parámetros para el diseño de la edificación según los procedimientos del RNE. Realizar el metrado de las cargas verticales y determinar el peso total de la edificación. Hallar el valor de la fuerza horizontal o cortante basal y su distribución en cada nivel de la edificación. Encontrar las fuerzas cortantes de cada muro portante de la edificación, para realizar el diseño de este elemento estructural. Comparar y analizar los resultados de los tres modelamientos 2. DATOS GENERALES DE LA EDIFICACION Ubicación : Ayacucho. Localización : Jr. Ríos N 666. Zonificación Propietario Número de pisos Tipo de uso Tipo de construcción Diseño arquitectónico Peso de la albañilería Fm de la albañilería Proporción del mortero F c concreto : Zona residencial. : Sr. Max CARDENAS ALARCON. : 05 pisos. : Vivienda Multifamiliar. : Albañilería confinada. : 1 nivel Comercio 2, 3, 4 y 5 nivel departamentos. : 1800 Kg/m3. : 60 Kg/cm2. : 1:1 cemento arena. : 210 Kg/cm2. Fy Acero de refuerzo : 4200 Kg/cm2 (Grado 60). Tipo de entrepiso Cap. Portante terreno : Losa aligerada armada en una dirección (En la más corta). : 1.7 Kg/cm2 (suelo intermedio)

4 3. DISTRIBUCION EN PLANTA DE LA EDIFICACION - MUROS - 2 -

5 4. METRADO DE CARGAS Y ESFUERZOS EN LOS MUROS PORTANTES Para realizar el metrado de cargas tenemos los siguientes datos de los materiales a usarse en la construcción: - Número de pisos : 05 pisos - Altura de entrepiso : 2.40 m - Resistencia albañilería : 60 Kg/cm2 - Peso albañilería : 1800 Kg/m3 - Peso aligerado : 280 Kg/m2 - Peso de acabados : 100 Kg/m2 - Peso de concreto : 2400 Kg/m3 - S.c. 1-4 nivel : 200 Kg/m2 - S.c. 5 nivel : 150 Kg/m METRADO DE CARGAS Y RESISTENCIA DEL 1 NIVEL MURO METRADO DE CARGAS Y RESISTENCIA EN LA DIRECCION XX Longitud Espesor Peso muro Area triburatia Peso de losa + acabado Parapeto muerta viva X X X X X X X X X X X MURO METRADO DE CARGAS Y RESISTENCIA EN LA DIRECCION YY Longitud Espesor Peso muro Area triburatia Peso de losa + acabado Parapeto muerta viva Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y

6 4.2. METRADO DE CARGAS Y RESISTENCIA DEL 2, 3, 4 NIVEL MURO METRADO DE CARGAS Y RESISTENCIA EN LA DIRECCION XX Longitud Espesor Peso muro Area triburatia Peso de losa + acabado Parapeto muerta viva X X X X X X X X X X X MURO METRADO DE CARGAS Y RESISTENCIA EN LA DIRECCION YY Longitud Espesor Peso muro Área tributaria Peso de losa + acabado Parapeto muerta viva Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y METRADO DE CARGAS Y RESISTENCIA DEL 5 NIVEL MURO METRADO DE CARGAS Y RESISTENCIA EN LA DIRECCION XX Peso de Peso Área Longitud Espesor losa + Parapeto muro tributaria muerta acabado viva X X X X X X X X X

7 X X MURO METRADO DE CARGAS Y RESISTENCIA EN LA DIRECCION YY Peso de Peso Área Longitud Espesor losa + Parapeto muro tributaria muerta acabado viva Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y CALCULO DEL PESO TOTAL DEL EDIFICIO Para realizar este cálculo se tendrá en cuenta los siguientes detalles y características de los materiales. - Peso de la albañilería : 1800 Kg/m3 - Altura de muros : h=2.40 m - Longitud de muros no portantes : m - Longitud de alfeizares : 90.8 m - Número de pisos : 05 pisos - Peso del aligerado (una dirección) : 280 Kg/m2 - Peso de los acabados : 100 Kg/m2 - Área techada : m2 - Sobrecarga 1, 2, 3 y 4 nivel : 200 Kg/m2 - Sobrecarga 5 nivel : 150 Kg/m2 - Longitud de parapeto (lp) : m - Altura de parapeto (hp) : 1.5 m - 5 -

8 El peso total de la edificación será: Piso Peso de muro portante Peso de muro no portante Peso de los alfeizares Peso de losa aligerada Peso de acabados Peso de parapetos total : Piso Total carga muerta Total caga viva Total viva+muerta total : CALCULO DE LA FUERZA CORTANTE EN LA BASE DEL EDIFICIO Para este proceso tenemos las formulas e indicaciones que nos brinda el RNE en la norma E 030, las cuales son: ( ) ( ) Parámetros Valores Descripción Z 0.30 Zona 2 (Ayacucho) U 1.00 Edificación para vivienda "C" S 1.20 Suelo intermedio R 6.00 Estructura de albañilería confinada Tp 0.40 Factor que depende "S" Ht Altura total de edificación en metros Ct factor del Periodo fundamental T 0.22 Periodo fundamental de la Estructura C (calculado) 5.38 Coeficiente de amplificación sísmica C (asumido) 2.50 Coeficiente de amplificación sísmica K 0.15 coeficiente de proporcionalidad P (kg) Peso total de la edificación V (kg) Fuerza cortante en la base de la estructura - 6 -

9 7. DISTRIBUCION DE LA FUERZA CORTANTE EN LA ALTURA Calculares la distribución de fuerzas inerciales y cortantes en cada nivel de la edificación: PISO P H PiHi PiHi/Ʃ PiHi Fi Vi Tenemos las siguientes distribuciones: Altura de Pisos Fuerzas Inerciales - Cortantes Las fuerzas distribuidas en cada nivel seran: PISO Fi Vi

10 8. CALCULO DEL CENTRO DE MASA PRIMER PISO MURO h t' e x y PESO PESO X PESO Y 1X X X X X X X X X X X Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y El centro de masa es. X : m Y : m SEGUNDO, TERCER, CUARTO Y QUINTO PISO MURO h t' e x y PESO PESO X PESO Y 1X X X X X X X X X X X Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y El centro de masa es. X : m Y : m - 8 -

11 9. TECNICAS DE MODELAJE 9.1. METODO DIRECTO Se utilizara el método del análisis por rigideces, el cual considera a los muros como placas rectangulares homogéneas. Se toma en cuenta la rigidez lateral de los muros en el sentido en que se efectúa el análisis. Consideraciones: - En cada entrepiso el muro se comporta como un elemento en voladizo. - La fuerza sísmica actúa en el nivel de cada piso. - Todos los elementos resistentes en cualquier piso, tienen el mismo desplazamiento horizontal relativo. - La fuerza sísmica se distribuye en forma proporcional a la rigidez relativa de cada muro. Realizando el análisis por este método se obtienen los siguientes valores de las cortantes en cada dirección y en cada muro de la edificación. MURO NIVELES X X X X X X X X X X X Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y

12 9.2. ELEMENTOS FINITOS Esta técnica se tomó como patrón de comparación. Los muros y a las losas se modelan en forma espacial mediante una malla de elementos finitos (tipo shell ), mientras que las vigas y columnas se modelan mediante barras. En esta técnica se tomaron en cuenta los siguientes puntos: - En la intersección entre el muro (elemento tipo shell ) y la viga (elemento tipo frame ), se debe aplicar a los nudos adyacentes pertenecientes al muro y alineados en la dirección ortogonal a la viga, una restricción tipo Beam, tal que la longitud entre los nudos extremos sea mayor al peralte de la viga en aproximadamente 50%. - Los nudos solo pueden tener un solo tipo de restricción (diafragma, beam, rod, etc.). - A los nudos contenidos en la losa de un cierto nivel, se les aplicó una restricción tipo diafragma, con excepción de los nudos a los que ya se les había asignado la restricción tipo beam. - Se debe seleccionar los nudos y los elementos shell del muro en cada nivel de entrepiso y asignarlos a un grupo (opción Asign Group Name ) para obtener los valores de las fuerzas internas del muro en el entrepiso seleccionado

13 Este análisis de realizo con el programa ETABS. Los resultados obtenidos por este modelamiento fueron los siguientes:

14 Exportamos los resultados para poder observar en una tabla, en la cual nos muestra los esfuerzos en los muros. Realizando el análisis por este método se obtienen los siguientes valores de las cortantes en cada dirección y en cada muro de la edificación. MURO NIVELES X X X X X X X X X X X Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y

15 9.3. PORTICOS PLANOS Esta técnica es la que tradicionalmente se usa en el modelaje estructural. Los muros son modelados como barras que en conjunto con las vigas forman una serie de pórticos planos interconectados por diafragmas rígidos (losas de techo).las vigas dinteles se modelan como barras, cuya sección considera una porción de la losa con un ancho efectivo igual a 4 veces el espesor de la losa, lo que proporciona vigas de secciones L (vigas perimétricas) y T (vigas centrales), además se tomó en cuenta la porción de viga a considerar como brazo rígido como la distancia que existe entre el eje del muro hasta los extremos del mismo. En esta técnica se tomaron en cuenta los siguientes puntos: - A los nudos contenidos en la losa de un cierto nivel, se les aplicó la restricción tipo diafragma. La longitud del brazo rígido se obtiene seleccionando a la viga y mediante la opción end offset se especifica la longitud correspondiente y se establece un factor de zona rígida igual a 1 (de colocarse 0, la viga se comporta como si no existiese brazo rígido). La totalidad de los pórticos en las direcciones X, Y están contenidos en un solo modelo estructural. - Para obtener los resultados del análisis en una dirección, se debe seleccionar a los elementos que conforman pórticos planos en la otra dirección y modificar en la tabla correspondiente a los factores de las propiedades del elemento los valores que por defecto indican 1, por valores cercanos a cero.se puede trabajar también con dos modelos, uno para cada dirección en análisis, es decir, sólo los pórticos contenidos en la dirección X-X y sólo los pórticos contenidos en la dirección Y-Y, obteniéndose así un análisis sólo por traslación. - El criterio el cual indica que ante la existencia de un muro transversal a un muro en la dirección del análisis, se debe tomar un ancho efectivo iguala a ¼ de la longitud libre del muro transversal, sólo fue considerado en los muros ortogonales cuya relación de longitudes era del orden de 1.En el caso del análisis en la dirección Y- Y, para los muros extremos, se consideró un ancho efectivo igual a ¾ de la longitud libre del muro transversal, debido a que la relación entre las longitudes de los muros ortogonales era de 1:

16 El análisis de este modelo se realizó con el programa SAP2000. Para lo cual se ingresó las secciones de cada muro las cuales fueron transformadas

17 El modelo fue:

18 Realizando el análisis por este método se obtienen los siguientes valores de las cortantes en cada dirección y en cada muro de la edificación. MURO NIVELES X X X X X X X X X X X Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y

19 FUERZA CORTANTE (Kg) FUERZA CORTANTE (Kg) FUERZA CORTANTE (Kg) UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTOBAL DE HUAMANGA 10. COMPARACION Y ANALISIS DE LOS METODOS ANALISIS DE COMPARACION - PRIMER PISO 1X 2X 3X 4X 5X 6X 7X 8X 9X 10X 11X 1Y 2Y 3Y 4Y 5Y 6Y 7Y 8Y 9Y 10 11Y 12Y MET. DIRECTO MET. FEM MET. PORTICO ANALISIS DE COMPARACION - SEGUNDO PISO 1X 2X 3X 4X 5X 6X 7X 8X 9X 10X 11X 1Y 2Y 3Y 4Y 5Y 6Y 7Y 8Y 9Y 10 11Y 12Y MET. DIRECTO MET. FEM MET. PORTICO ANALISIS DE COMPARACION - TERCER PISO X 2X 3X 4X 5X 6X 7X 8X 9X 10X 11X 1Y 2Y 3Y 4Y 5Y 6Y 7Y 8Y 9Y 10 11Y 12Y MET. DIRECTO MET. FEM MET. PORTICO

20 FUERZA CORTANTE (Kg) FUERZA CORTANTE (Kg) UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTOBAL DE HUAMANGA 7000 ANALISIS DE COMPARACION - CUARTO PISO X 2X 3X 4X 5X 6X 7X 8X 9X 10X 11X 1Y 2Y 3Y 4Y 5Y 6Y 7Y 8Y 9Y 10 11Y 12Y MET. DIRECTO MET. FEM MET. PORTICO ANALISIS DE COMPARACION - QUINTO PISO 1X 2X 3X 4X 5X 6X 7X 8X 9X 10X 11X 1Y 2Y 3Y 4Y 5Y 6Y 7Y 8Y 9Y 10 11Y 12Y MET. DIRECTO MET. FEM MET. PORTICO CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES - Se puede ver que los procesos numéricos que se realizan para la obtención de los resultados, es muy fácil de implementar en una hoja de cálculo, por ello la facilidad de este tipo de análisis. - No debemos de confiarnos con los resultados de este tipo de análisis, por el contrario se debe de comparar con otros modelos para poder discutir cual es el mejor y apropiado para el análisis de edificaciones de albañilería confinada. - La norma E020 nos limita para la construcción de este tipo de estructuras a una altura de 15 metros o 5 pisos, por ello este ejemplo se realizó para 5 pisos. - Se puede ver también que la estructura analizada es anti simétrica por ello los centro de masa de cada piso no coinciden con los centros de rigidez, es por este motivo que se tiene que incrementar las fuerzas de corte y momentos por efectos de torsión que estas excentricidades producen en la estructura

21 12. BIBLIOGRAFIA [1] ANGEL SAN BARTOLOME. Construcciones de Albañilería Comportamiento sísmico y Diseño Estructural. Pontificia Universidad Católica de Perú [1] FLAVIO AVANTO CASTILLO. Análisis y Diseño De Edificaciones De Albañilería. Editorial San Marcos. Perú [2] OTROS