Tema I. Modelado Estructural

Transcripción

1 Diseño Práctico de Estructuras Prefabricadas 21 agosto Tema I Modelado Estructural Fernando Monroy Miranda* * Asesor en Estructuras fernando_monroy@tekkne.com.mx * Profesor de la Facultad de Ingeniería de la UNAM, fmonroy@prodigy.net.mx

2 1.1 Introducción 1.2 Estructuración con Elementos Prefabricados 1.3 Consideraciones Reglamentarias para Estructuras de Concreto Prefabricado 1.4 Modelado de Estructuras Prefabricadas 1.5 Etapas del Análisis 1.6 Etapas de Cargas 1.7 Combinaciones de Carga

3 1.1 Introducción Proporcionar a la estructura un sistema para soportar acciones gravitacionales y su combinación con las accidentales con un comportamiento adecuado en condiciones de servicio (Art. 146 y 147 RCDF-04) Sistema de piso Marcos En edificación el sistema mixto formado por columnas y trabes prefabricadas y/o coladas en sitio (marcos) que soporta a las losas prefabricadas ha tenido éxito en la mayoría de los casos.

4 1.2 Estructuración con Elementos Prefabricados Mayor utilización de los sistemas de piso prefabricados. Sistemas de piso de concreto prefabricado Vivienda Comerciales Industriales Oficinas La tendencia actual genera cambios asociados a procesos de innovación tecnológica

5 1.2 Estructuración con Elementos Prefabricados Columnas Prefabricadas Coladas en sitio Trabes prefabricadas Portantes De rigidez Sistema de piso prefabricado Losa extruida Losas T Losas Doble T Vigueta y bovedilla Elementos complementarios Desplante de columna (candelero) Uniones o conexiones Cortesía del Ing. Manuel Suárez Apoyos (ménsulas, provisionales) Colados en sitio (firmes, nudos, partes de tableros, etc.)

6 1.2 Estructuración con Elementos Prefabricados Tipos de sistemas de piso más comunes en México 1) Vigueta y bovedilla, y doble T de poco peralte (h < 30 cm) Edificaciones habitacionales, pocos niveles (5, es factible su uso en edificaciones de mayor altura)

7 1.2 Estructuración con Elementos Prefabricados Tipos de sistemas de piso más comunes en México 1) Vigueta y bovedilla Losa (capa) de compresión f'c=200kg/cm2 Malla Electrosoldada h P 75 Bovedilla de poliestireno Vigueta Pretensada

8 1.2 Estructuración con Elementos Prefabricados 1) Vigueta y bovedilla Losa (capa) de compresión f'c=200kg/cm2 Malla Electrosoldada h P 75 Módulo de fibra de vidrio (Premexcimbra) Vigueta Pretensada

9 1.2 Estructuración con Elementos Prefabricados Tipos de sistemas de piso más comunes en México 1) Vigueta y bovedilla

10 1.2 Estructuración con Elementos Prefabricados Tipos de sistemas de piso más comunes en México 2) Losa alveolar o extruida Se fabrican en un molde con un proceso de extrusión quedando una sección transversal hueca. Claros principalmente entre 8 y 12 m (se producen en el país a partir de 3 m.)

11 1.2 Estructuración con Elementos Prefabricados

12 1.2 Estructuración con Elementos Prefabricados Líneas de producción de losas prefabricadas con piso integral Sección transversal de losa sin pulir Cortesía del Ing. Manuel Suárez

13 1.2 Estructuración con Elementos Prefabricados Máquina para pulido de losas prefabricadas con piso integral Cortesía del Ing. Manuel Suárez

14 1.2 Estructuración con Elementos Prefabricados Sección transversal de losa después de pulir Cortesía del Ing. Manuel Suárez

15 Losa pulida Cortesía del Ing. Manuel Suárez

16 1.2 Estructuración con Elementos Prefabricados Plaza comercial Cibus, Toluca Edo. de México

17 1.2 Estructuración con Elementos Prefabricados TR TP Plaza comercial Cibus, Toluca Edo. de México

18 1.2 Estructuración con Elementos Prefabricados 3) Vigas T, doble T y ATT de peralte variable (h > 30 cm) Edificaciones de departamentos, centros comerciales, edificios de oficinas, cubiertas

19 1.2 Estructuración con Elementos Prefabricados 3) Vigas T, doble T y ATT de peralte variable

20 1.2 Estructuración con Elementos Prefabricados 3) Vigas T, doble T y ATT de peralte variable

21 1.2 Estructuración con Elementos Prefabricados Estacionamiento Cuicuilco, México DF

22 1.3 Consideraciones Reglamentarias para Estructuras de Concreto Prefabricado REGLAMENTO DE CONSTRUCCIONES PARA EL DISTRITO FEDERAL ARTÍCULO Clasificación de la estructura TÍTULO SEXTO DE LA SEGURIDAD ESTRUCTURAL DE LAS CONSTRUCCIONES CAPÍTULO I GENERALIDADES I. Grupo A: Edificaciones Falla estructural podría constituir un peligro significativo. Funcionamiento es esencial a raíz de una emergencia urbana. II. Grupo B: Edificaciones comunes (no incluidas en el Grupo A) a) Subgrupo B1: Edificaciones de más de 30 m. de altura o con más de 6,000 m 2 de área total construida, ubicadas en las zonas I y II (art. 170 del Reglamento), y construcciones de más de 15 m. de altura o más de 3,000 m 2 de área total construida, en zona III b) Edificios que tengan locales de reunión que puedan alojar más de 200 personas, templos, salas de espectáculos, así como anuncios autosoportados, anuncios de azotea y estaciones repetidoras de comunicación celular y/o inalámbrica, y c) Subgrupo B2: Las demás de este grupo.

23 1.3 Consideraciones Reglamentarias para Estructuras de Concreto Prefabricado REGLAMENTO DE CONSTRUCCIONES PARA EL DISTRITO FEDERAL CAPÍTULO II DE LAS CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS EDIFICACIONES ARTÍCULO Estructuración eficiente Resistir acciones que puedan afectar la estructura, Especial atención a los efectos sísmicos. Estructuración regular. ARTÍCULO Separación de sus linderos con predios vecinos, en juntas de construcción entre cuerpos distintos de una misma edificación. Espacios entre edificaciones libres de toda obstrucción. ARTÍCULO Perforación o alteración de un elemento estructural aprobada (DRO o CSE).

24 1.3 Consideraciones Reglamentarias para Estructuras de Concreto Prefabricado 9. CONCRETO PRESFORZADO 9.1 Introducción 9.2 Presfuerzo parcial y presfuerzo total 9.3 Estados límite de falla 9.4 Estados límite de servicio 9.5 Pérdidas de presfuerzo 9.6 Requisitos complementarios 9.7 Losas postensadas con tendones no adheridos 10. CONCRETO PREFABRICADO 10.1 Requisitos generales 10.2 Estructuras prefabricadas 10.3 Conexiones 10.4 Sistemas de piso

25 1.3 Consideraciones Reglamentarias para Estructuras de Concreto Prefabricado

26 1.4 Modelado de Estructuras Prefabricadas Observación (estructura a idealizar) Modelado Observación (respuesta) Modelo lógico matemático (representativo de la realidad ) Predecir su comportamiento futuro Modelado: Proceso mediante el cual se genera una idealización matemática que pretende representar la respuesta real de la estructuras a ser construida

27 1.4 Modelado de Estructuras Prefabricadas Aspectos generales a decidir en el modelado Geometría de la estructura Propiedades de los materiales Tipo, magnitud y ubicación de las cargas Tipos de elementos (1, 2 o 3 dimensiones) Conexiones internas entre elementos Apoyos externos Interacción de la estructura con el medio circundante

28 1.4 Modelado de Estructuras Prefabricadas Aspectos a considerar en la modelación Geometría Condiciones de apoyo Materiales Forma y dimensiones de los elementos Complementarios Efecto de zona rígida (unión columna-trabe) Diafragma (nudo maestro, masa rotacional) Fabricación (desmolde), transporte, montaje y conexiones (firme)

29 1.4 Modelado de Estructuras Prefabricadas, cuidados y recomendaciones Conectividad, la unión o conexión entre los diversos elementos o partes de la estructura es a nivel de nudos (externos, internos), la estructura continua se discretiza en una serie de elementos (elementos finitos). Barra (frame), dos nudos. Planos (shell, wall), tres, cuatro o más nudos. Nlink Condiciones de borde o de frontera (restricciones o apoyos) Simples (empotramiento, deslizante, etc.) Resortes Posición de los elementos en la estructura Ejes locales Ubicación Orientación (nudos extremos) Verificación: Dimensiones globales, unidades, forma y dimensiones de la sección transversal de las barras (columnas, trabes, diagonales). Forma de trabajo de los elementos Transmisión o liberación de algún tipo de elemento mecánico Parámetros de diseño (vigas, columnas)

30 1.4 Modelado de Estructuras Prefabricadas, cuidados y recomendaciones Tipo y magnitud de las fuerzas Sistemas de fuerzas separadas (pp, scm, cvmax, cvinst, etc.) Comprobación manual (gruesa) a través de la resultante Combinaciones de carga Masas en el modelo Masas provenientes de las condiciones de carga Masas adicionales Masas rotacionales (diafragma rígido) Resultados Detectar partes de la estructura que no estén conectadas Revisar forma de la elástica para cada condición de carga Revisar formas modales (solicitarlas aunque no se requieran) Modos espurios (falta de diafragma, masas, etc.) Detectar posibles errores en unidades o dimensiones de los elementos Analizar orden de magnitud de los desplazamientos máximos Detectar posibles errores en el sentido y magnitud de las fuerzas Revisar reacciones (magnitud, dirección, resultante) Revisar forma y orden de magnitud de los elementos mecánicos

31 1.4 Modelado de Estructuras Prefabricadas, cuidados y recomendaciones Análisis Sísmico Tipo de análisis, estático o dinámico (aplicabilidad) Verificar parámetros del espectro Análisis Dinámico Comprobación pesos modales (número de modos) Regla de combinación modal Comprobación del cortante basal (escalamiento del espectro) Modelo revisado Resultados confiables

32 1.5 Etapas del Análisis Fabricación del elemento Extracción del molde Transporte (almacenaje) Transporte Condiciones de apoyo Izaje Montaje Peso propio Sobre carga muerta (firme) Funcionamiento Peso propio Sobre carga muerta (firme) Cargas vivas Cargas accidentales Diferentes Cargas Propiedades Elásticas Mecánicas Geométricas Forma de trabajo Individual De conjunto

33 Diseño del sistema de piso 1.6 Etapas de Carga Secuencia constructiva (montaje) Cimentación (candeleros) Columnas Trabes portantes y de rigidez Sistema de piso Colado de nudos y firme Peso propio Firme sobre el sistema de piso 1ra. Etapa, sección simple Endureciendo el firme (en servicio) Sobrecarga muerta (plafones, acabados, instalaciones, etc.) Carga viva máxima 2da. Etapa, sección compuesta (elemento prefabricado con firme)

34 1.6 Etapas de Carga Diseño de trabes portantes (apoyo del sistema de piso) Peso propio (trabe y firme sobre trabe) Peso del sistema de piso Peso del firme sobre el sistema de piso 1ra. Etapa, sección simple (SIN continuidad en sus extremos) Endureciendo el firme (en servicio) Sobrecarga muerta (plafones, acabados, instalaciones, cargas sobre trabe, etc.) Carga viva máxima Carga viva instantánea 2da. Etapa, sección compuesta (elemento prefabricado con firme) (CON continuidad en sus extremos acero negativo, conexión) Firme TPT TPL

35 1.6 Etapas de Carga Diseño de trabes portantes (acero negativo en el firme) Modelo completo de la estructura con continuidad trabe portante - columna Firme TPT TPL

36 Diseño de trabes portantes (acero negativo en el firme) Modelo de la estructura con continuidad trabe portante - columna

37 Diseño de cimentación, columnas y trabes de rigidez Modelo de la estructura con continuidad trabe portante - columna

38 Diseño de cimentación, columnas y trabes de rigidez Modelo de la estructura con continuidad trabe portante - columna

39 1.7 Combinaciones de Carga

40 1.7 Combinaciones de Carga

41 Fernando Monroy Miranda Les dice: Gracias por su atención