Chapter 3 Comparison of Residual Calculation Schemes
3.1 Aerodynamic Analysis Method Used to Study the Residual Calculation
Aceleración máxima 58%
Esfuerzos en placas 41%
Deformaciones de entrepiso 50%
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Pag. 41 CAPITULO 3: ESTRUCTURACION
3.1.- Criterios de estructuración
Un objetivo del diseño, es poder estructurar la edificación, de tal manera que esta tenga un buen comportamiento sísmico. Por ello se han tenido en cuenta los principales criterios a tomar en cuenta para lograr una estructura sismo-resistente. Los cuales son:
Simplicidad y simetría.
Resistencia y ductilidad.
Hiperestaticidad y monolitismo.
Uniformidad y continuidad en la estructura.
Rigidez lateral.
Existencia de las losas que permitan considerar a la estructura como una unidad (Diafragma Rígido).
Influencia de los elementos no estructurales.
3.1.1.- Simplicidad y Simetría
Existen dos razones por las que es muy importante contar con una estructura simple: 1. Mayor capacidad o probabilidad del ingeniero de predecir el comportamiento
sísmico de la estructura.
2. Mayor confiabilidad en el modelo idealizado de la estructura
En planta tenemos una estructura simple y asimétrica debido a que el centro de rigidez no coincide con el centro de masas. En elevación se tiene simplicidad y simetría.
3.1.2.- Resistencia y ductilidad
Debido al sistema estructural empleado del edificio de muros y pórticos en sus dos direcciones principales, este cuenta con una adecuada resistencia sísmica.
3.1.3.- Hisperestaticidad y monolitismo
Básicamente el sistema estructural es de muros estructurales.
3.1.4.- Rigidez lateral
Unos de los objetivos principales del análisis y diseño de una estructura, es de restringir los desplazamiento laterales según los valores estipulados en la norma NTE-0.30, para ello es
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necesario que la estructura esté provista de una adecuada rigidez lateral, para así evitar deformaciones importantes producidas por los sismos.
Existencia de losas que permiten considerar a la estructura como una unidad (diafragma rígido)
Se ha tomado como hipótesis, considerar las losas de la edificación como elementos rígidos en su plano. Esto nos garantiza que las fuerzas sísmicas se distribuyan de acuerdo a la rigidez de los elementos en planta y que los elementos estructurales de un mismo nivel.
3.1.5.- Influencia de los elementos no estructurales
Se puede decir que el haber prescindiendo de la tabiquería en el modelo estructural, no debería afectar de manera importante los resultados del análisis sísmico.
3.2.- Estructuración de techo
Se ha escogido el sistema de losa aligerada unidireccional, ya que es un sistema común en nuestro país por su menor peso y porque los ladrillos entre viguetas proporcionan acústica, aislamiento, además facilita las instalaciones eléctricas y sanitarias. Los ladrillos encofran a las viguetas de concreto armado, estas se dispondrán en el sentido de menor longitud del ambiente.
La losa aligerada está compuesta por ladrillos de 30x30x20, que se colocan entre viguetas de 10 cms. De ancho, espaciadas cada 40 cms, y una losa superior de 5 cms.
3.3.- Estructuración de vigas
Las vigas se dispondrán de tal manera que una las placas y columnas entre si y formen pórticos y pórticos mixtos con placas de concreto armado.
Tendrán el mismo peralte en las dos direcciones para mantener el diseño arquitectónico del edificio. En la dirección principal soportaran las cargas de gravedad y en la otra dirección recibirán momentos importantes por carga sísmica.
Se usaran vigas chatas para soportar los tabiques de ladrillo cuando estos sean paralelos en la dirección del aligerado y para confinar los ductos de ventilación.
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Pag. 43 3.4.- Estructuración de columnas
Las columnas se dispondrán en la parte interior del área del edificio. Las columnas estarán ubicadas y distanciadas de tal manera de formar pórticos y respetando el requerimiento arquitectónico del edificio.
Las columnas serán peraltadas en las dos direcciones debido a cargas de gravedad y sismo.
3.5.- Estructuración de placas
Las placas tienen como finalidad tomar el mayor porcentaje de fuerza sísmica a la vez que proveen a la estructura de rigidez lateral evitando desplazamientos excesivos, que pueden dañar a los elementos estructurales y no estructurales.
Debido a la presencia de uno estacionamiento se ha tratado de aprovechar todos los muros continuos como placas en ambas direcciones.
3.6.- Estructuración de escaleras
La escalera es un elemento que sirve de escape en caso ocurra un siniestro (sismo, incendio, etc.), por lo que debe prestársele especial atención a su diseño.
La escalera es un elemento muy rígido por lo que es conveniente aislarlo de la estructura. En nuestro proyecto aislaremos la escalera.
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Pag. 44 CAPITULO 4: PREDIMENSIONAMIENTO
El predimensionamiento de los elementos estructurales se ha realizado utilizando las exigencias del RNE.
4.1.- Predimensionamiento de techo
Se usara el techo aligerado armado en la dirección más corta y se uniformizara el sentido de las viguetas. Los peraltes mínimos para no verificar deflexiones, recomendado por la norma peruana de concreto armado (h ≥ l/25) en losas aligeradas continuas conformadas por viguetas de 10 cms de ancho, ladrillo de 30 cms y losa superior de 5 cms, con sobrecargas menores de 300 kg/cm2 y luces menores a 5.65 m.
El aligerado se armara en la dirección x-x predimensionando: Peralte de losa:
𝒉 = 𝑳 𝟐𝟓 ℎ = 5.65
25 = 0.226 𝑚
Para uniformizar la losa usaremos un peralte de 25 cms. para todos los tramos de acuerdo a la arquitectura.
h = 0.25 m
4.2.- Predimensionamiento de vigas
Para el predimensionamiento de vigas tomaremos las siguientes recomendaciones: 𝒉 ≥ 𝑳
𝟏𝟐
El ancho se recomienda que este comprendido entre 0.5 y 0.7 h. Direccion X-X:
ℎ =5.65
12 = 0.47 𝑚. Direccion Y-Y:
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ℎ =7.10
12 = 0.59 𝑚. Usaremos h = 0.60 m y b = 0.40 m
Asimismo tendremos vigas chatas en zonas donde existan tabiques en dirección al armado del aligerado (según se requiera en el diseño).
4.3.- Predimensionamiento de columnas
Las columnas son elementos sometidos a flexocompresion y cortante. Predimensionaremos en función de la carga vertical.
Predimensionaremos para la columna más cargada y uniformizaremos estas medidas para las demás columnas.
Usaremos la siguiente formula:
Columnas centradas 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 =𝑃(𝑠𝑒𝑟𝑣𝑖𝑐𝑖𝑜)
0.45 ∗ 𝑓′𝑐 Columnas excéntricas o esquinadas 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 =𝑃(𝑠𝑒𝑟𝑣𝑖𝑐𝑖𝑜)
0.35 ∗ 𝑓′𝑐 Siendo: P(servicio) = P.A.N. Edificios categoría A P = 1500 kg/m2 Edificios categoría B P = 1250 kg/m2 Edificios categoría C P = 1000 kg/m2 A: Área tributaria. N: Número de pisos.
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Pag. 46 Escogemos la columna más cargada:
Área tributaria: 32 m2
Número de pisos: 11
Peso por piso: 1000 kg/m2
f’c: 280 kg/cm2
Área de columnas: (32 𝑚2) ∗ (11) ∗ (1000 𝑘𝑔 𝑚2) 0.45 ∗ (280 𝑘𝑔/𝑐𝑚2)
Área de columnas: 2794 cm2
Adoptaremos el área de la columna según arquitectura:
C 40x80 Área= 3200 cm2
4.4.- Predimensionamiento de placas Generalidades
Las placas al igual que las columnas están sometidas a esfuerzos de flexocompresion y cortante. Se colocan en las edificaciones para dar rigidez lateral. Se trata de ubicarlas de manera simétrica de tal forma que no originen problemas de torsión en el edificio.
Para dimensionarlo se usan dos criterios: 1. Carga vertical
2. Esfuerzo cortante actuante
Por el primer criterio podemos predimensionar con un ancho de 20 o 30 cms ya que el edificio en estudio tiene una altura considerable (31.56 mt).
En base al segundo criterio, debemos estimar el cortante total originado por el sismo y tratar de determinar cuál es el cortante actuante en cada placa. Luego verificamos que el cortante nominal o resistente de cada placa sea mayor al cortante último.
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Pag. 47 Predimensionamiento de placas en X-X
En esta dirección se verificará corte, puesto que es la condición más crítica, pues hay menor área de corte en esta dirección.
Según la Norma Peruana de Diseño Sismoresistente E – 030, podemos calcular el cortante basal que recibe un edificio con la siguiente formula:
𝑉 =𝑍 ∗ 𝑈 ∗ 𝐶 ∗ 𝑆 𝑅 ∗ 𝑃 Donde: Z: 0.35 Factor de zona U: 1 Uso S: 1.15 Tipo de suelo R: 6 Coeficiente de reducción
Factor de amplificación dinámica “C”: 𝐶 = 2.5 ∗𝑇𝑝 𝑇 ; 𝐶 ≤ 2.5 𝑇 = ℎ 𝐶𝑡 h: 32.66 Altura de la edificación (m) Ct: 60 Muros de corte
T: 0.804 Periodo de la edificación (seg) Tp: 0.6 Periodo del suelo (seg)
C: 1.866 Coef. De amplificación
Asumiremos un peso de 1 ton/m2 para el peso: Área = 501.74 m2
𝑉 =0.35 ∗ 1.0 ∗ 1.866 ∗ 1.15
6 ∗ 1 ∗ 501.74 ∗ 11
V = 690.87 ton
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Pag. 48 - Vn = Resistencia nominal al corte del elemento
- Vc = Contribución del concreto a la resistencia al corte
- Vs = Contribución del acero a la resistencia al corte Donde:
𝑉𝑐 = 0.53 ∗ √𝑓′𝑐 ∗ 𝑡 ∗ 𝑑; (𝑛𝑜 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑖𝑑𝑒𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑖𝑏𝑢𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛)
d= 0.8*L Longitud efectiva de las placas (m) L= 2.75+4.15,
2.65 Longitud de Muros de corte (m)
t= 0.40 y
0.65 Espesor de muro de corte (m) f’c= 280 Kg/cm2
Vc= 319.43 ton
𝑉𝑠 = 𝐴𝑣 ∗ 𝑓𝑦 ∗𝑑 𝑠
d= 7.64 Longitud efectiva de las placas (m) Av= 4.00 Consideramos 2 Ø 5/8” (cm2) s= 0.20 Espaciamiento de estribos (m) fy= 4200 Kg/cm2
Vs= 641.76 Ton
Luego: Vn = 319.43+641.76 = 961.19 ton, Ø = 0.85 (factor de reducción para cortante), ØVn = 0.85x961.19 = 817.01 ton.
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Pag. 49 CAPITULO 5: METRADO DE CARGAS
5.1.- Generalidades
Las estructuras deberán resistir las cargas que se les imponga como consecuencia de su uso previsto. Estas cargas actuarán en las combinaciones prescritas y no causarán esfuerzos que excedan los esfuerzos admisibles de los materiales (diseño por resistencia).
El metrado de cargas verticales es un complemento del metrado para el diseño sismoresistente.
El metrados de cargas es un proceso mediante el cual se estiman las cargas actuantes sobre los distintos elementos estructurales. El metrado de cargas es un proceso simplificado ya que por lo general se desprecian los efectos hiperestáticos producidos por los momentos flectores, salvo que sean muy importantes.
Los tipos de cargas que se usarán en el metrados son los siguientes:
Carga muerta: Es el peso de los materiales, dispositivos de servicio, equipos, tabiques y
otros elementos soportados por la edificación, incluyendo su peso propio, que sean permanentes o con una variación en su magnitud, pequeña en el tiempo.
Carga viva: Es el peso de todos los ocupantes, materiales, equipos, muebles y otros
elementos movibles soportados por la edificación. Las cargas unitarias que usaremos son las siguientes:
Densidad del concreto: 2400 kg/m3
Aligerado (h=25 cms): 350 kg/m2
Acabados: 100 kg/m2
Tabiquería fija (pandereta): 1400 kg/m3
Sobrecargas:
Sobrecarga semisótano al 9no piso: 200 kg/m2
Azotea: 100 kg/m2
Tabiquería móvil: 50 Kg/m2
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Pag. 50 5.2.- Metrado de losas AREA (m2) Peso Propio (ton) Acabados (ton) Sobrecarga (ton) CARGA MUERTA (ton) CARGA VIVA (ton) PISO SEMISOTANO 726.39 254.2365 72.639 145.278 326.88 145.28 PRIMER NIVEL 383.6 134.26 38.36 76.72 172.62 76.72 SEGUNDO NIVEL 383.6 134.26 38.36 76.72 172.62 76.72 TERCER NIVEL 383.6 134.26 38.36 76.72 172.62 76.72 CUARTO NIVEL 383.6 134.26 38.36 76.72 172.62 76.72 QUINTO NIVEL 383.6 134.26 38.36 76.72 172.62 76.72 SEXTO NIVEL 383.6 134.26 38.36 76.72 172.62 76.72 SEPTIMO NIVEL 383.6 134.26 38.36 76.72 172.62 76.72 OCTAVO NIVEL 383.6 134.26 38.36 76.72 172.62 76.72 NOVENO NIVEL 383.6 134.26 38.36 76.72 172.62 76.72 DECIMO NIVEL 383.6 134.26 38.36 38.36 172.62 38.36 2053.08 874.12
15Tabla 5.2: Tabla metrado de losas. 5.3.- Metrado de tabiques
Tabiqueria
fija (ton) Alfeizer CARGA MUERTA (ton) Longitud (m) h=2.52m Longitud (m) h=1.10m PISO 2.52 1.1 SEMISOTANO 40.96 27.87 0 0.00 27.87 PRIMER NIVEL 169.95 115.63 56.6 16.81 132.44 SEGUNDO NIVEL 169.95 115.63 56.6 16.81 132.44 TERCER NIVEL 169.95 115.63 56.6 16.81 132.44 CUARTO NIVEL 169.95 115.63 56.6 16.81 132.44 QUINTO NIVEL 169.95 115.63 56.6 16.81 132.44 SEXTO NIVEL 169.95 115.63 56.6 16.81 132.44 SEPTIMO NIVEL 169.95 115.63 56.6 16.81 132.44 OCTAVO NIVEL 169.95 115.63 56.6 16.81 132.44 NOVENO NIVEL 169.95 115.63 56.6 16.81 132.44 DECIMO NIVEL 169.95 115.63 56.6 16.81 132.44 1352.31
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Pag. 51 5.4.- Metrado de vigas
VIGAS 40X60 VIGAS 40X25 VIGAS 25x25
PESO