Analisis Sismico y Diseño de Un Portico Plano

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

ANALISIS ESTRUCTURAL II (IC-801) SEMESTRE ACADEMICO 2015-I

ANALISIS SISMICO Y DISEO DE UN PORTICO PLANO

PORTICO PRINCIPAL INTERMEDIO

UTILIZANDO EL PROGRAMA Sap2000

PROFESOR: Ing. SANTANA TAPIA, RONALD

ALUMNO: RAMOS CARHUAPOMA, JAIME JAVIER

Cd. Mat.:2011200904G

HUANCAYO, PERU 2015



DATOS A CONSIDERAR

= 210 /2

= 4200 /2

= 2.4 /3

DIMENSIONES GENERALES

a) Apelido paterno: RAMOS = 5 letras

= 5

4= 1 = 1 L1 = 5 +

1

2= 5.5 1 = 5.5

b) Apellido materno: CARHUAPOMA = 10 letras

= 10

4= 2 = 2 L1 = 5 +

2

2= 6 1 = 6



CONDICIONES DE USO

a) Nombres: JAVIER = 6 letras

= 6

3= 0 TIPO DE USO VIVIENDA

Donde: h1 = 3.0 h2 = 2.5m

PREDIMENSIONAMIENTO

LOSA ALIGERADA

Las luces de las losas aligeradas son de longitudes L1=5.5m y L2=6m de

acuerdo a los datos que se tienen, siguiendo el pre dimensionamiento se

utilizara una losa aligerada de concreto armado reforzado en una

direccion, con espesor e igual a 1/20 1/25 de la luz libre.

De acuerdo con la Norma E-060 para aligerados convencionales y sin

tabiques en la misma direccin del aligerado no ser necesaria la

verificacin de las deflexiones si cumple con los siguientes criterios:



-Se tiene sobrecarga de 200kg/m2

=

25=6

25= 0.24 = .

VIGA

Las vigas se dimensionan generalmente considerando un peralte h del

orden de 1/10 a 1/12 de la luz libre (LL), esta altura incluye el espesor de

losa de techo o piso.

El ancho de las vigas puede variar entre 0.3 a 0.5 de la altura. Sin

embargo la Norma Peruana E-060 de Concreto Armado indica que para

vigas que forman parte de prticos o elementos sismorresistentes estas

deben tener un ancho mnimo de 25 cm. Por lo tanto:

=

11=6

11= 0.5454 = .

= 0.3 = 0.15 v = 0.5 = 0.25 = .

COLUMNA

Para las columnas del primer nivel se utilizaran dimensiones tales que el

esfuerzo de compresion promedio, en condiciones de servicio,incluyendo

sobrecarga, no exceda de 0.45 .para las columnas del segundo nivel

se consideraran las mismas dimensiones que las del primer nivel

Para edificios con una densidad de placas adecuada, las columnas se

dimensionan estimando la carga axial que van a soportar, para columnas

rectangulares los efectos de esbeltez son ms crticos en la direccin

de menor espesor, por lo que se recomienda utilizar columnas con

espesores mnimos de 25 cm.

Para edificios que tengan muros de corte en las dos direcciones, tal que

la rigidez lateral y la resistencia van a ser principalmente controlados

por los muros, las columnas de pueden dimensionar suponiendo un

rea igual a :

= ()

0.45



Para el mismo tipo de edificios, el predimensionamiento de las

columnas con menos carga axial, como es el caso de las exteriores y

esquineras se podr hacer con un rea igual a :

= ()

0.35

Otra consideracin para el predimensionamiento de columnas es

teniendo en cuenta las zonas de alto riesgo ssmico.

- Segn ensayos experimentados en Japn:C

=

Donde: n= ndice de aplastamiento

Si;

n>1/3.Falla Frgil por aplastamiento debido a cargas axiales

n



Donde:

- AT: rea tributaria.

- C1: Columna Central

- C2: Columna Extrema de un prtico principal interior

- C3: Columna Extrema de un prtico secundario interior

- C4: Columna Extrema en esquina

Las columnas se predimensionan con:

=

Donde:

- D: Dimensin de la seccin en la direccin del anlisis ssmico de la

columna

- B: La otra dimensin de la seccin de la columna

- P: Carga total que soporta la columna (ver tabla)

Donde:

- PG: Debido a carga de gravedad

- P: Debido a cargas de sismo

Nota: Se considera primeros pisos a los restantes de los 4 ltimos pisos.

Teniendo en cuenta estos criterios en la estructura tenemos las columnas

interiores, las cuales considerando las reas tributarias y elementos que ellas

soportaran obtenemos columnas de 030 x 0.30 m.

Este pre dimensionamiento se obtuvo del siguiente anlisis de la

aplicacin de pre dimensionamiento de columnas de acuerdo a las zonas de

alto riesgo:



METRADO DE CARGAS

= 210 /2

Peso de la losa de e=0.25m es 350 /2

Tabiquera mvil uniformemente repartida 200 /2 en el primer nivel

El peso de los acabados de piso y techo ser 100 /2

s/c de 200 /2

ACCIONES SISMICAS

La accin del sismo se representara como fuerzas horizontales equivalentes que

actan en los niveles de techo, se supondr fuerzas estticas iguales a 10ton en

el primer piso y de 12ton en el segundo nivel.

COMBINACION DE CARGAS

Se realizara las 11 combinaciones de carga de acuerdo a la norma vigente

(NTE E-060. Captulo 9, parte 1; tem 9.2)

Carga Muerta: D

Carga Viva: L (ms 2 dameros complementarios L1 y L2)

Carga de Sismo: S

1.4 D + 1.7 L

1.4 D + 1.7 L1

1.4 D + 1.7 L2

1.25 (D + L) + S

1.25 (D + L1) + S

1.25 (D + L2) + S

1.25 (D + L) - S

1.25 (D + L1) - S

1.25 (D + L2) - S

0.9 D + S

0.9 D - S



VERIFICACION DE DESPLAZAMIENTOS LATERALES

Verificar los desplazamientos laterales a nivel global y a nivel da cada entrepiso

del prtico, con los valores lmites de la norma E-030 (Art 15, tem 15.1), para la

combinacin de cargas (0.9 D + S) o (0.9 D - S) y para la envolvente. En caso

de que los desplazamientos laterales excedan los valores lmite que establece la

norma, deber reestructurar planteando soluciones razonables hasta que el

desplazamiento lateral cumpla con lel mximo que exige la norma peruana E-

030.

VERIFICAMOS EL CONTROL DE DESPLAZAMIENTOS

SismoX

desplazamientos altura deriva max

PISO 2 1.138 250 0.00139 0.007 cumple

PISO1 0.791 300 0.00264 0.007 cumple

0.9D+S


PISO 2 1.145 250 0.00140 0.007 cumple

PISO1 0.794 300 0.00265 0.007 cumple

0.9D-S


PISO 2 1.142 250 0.00138 0.007 cumple

PISO1 0.796 300 0.00265 0.007 cumple

ENVOLVENTE


PISO 2 1.158 250 0.00137 0.007 cumple

PISO1 0.816 300 0.00272 0.007 cumple

Mas adelante se muestran el anlisis con el Sap2000 y la deformada de las

diferentes combinaciones de carga.



DESARROLLO DEL TRABAJO

1) Predimensionamiento y metrado de cargas

CO

LU

MN

AS

REA LONGITUD H 5.500 m

33.000 m2 LONGITUD V 6.000 m

PG

P. ALIGERADO 350. Kg/m2

600. Kg/m2

TABIQUERIA

ACABADOS 100. Kg/m2

P. VIGAS 100. Kg/m2

P. COLUMNAS 50. Kg/m2

S/C VIVIENDAS 200. Kg/m2 TABIQUERIA

MOVIL 200. Kg/m2 1000. Kg/m2

P

TIPO-COLUMNA C1 - N



METRADO DE CARGAS

CARGA MUERTA LOSA 0.35 2.75 2 1.93 ton/m

VIGA 2.4 0.5 0.25 0.3 ton/m

ACABADOS 0.1 2.75 2 0.55 ton/m

2.78 ton/m

CARGA VIVA S/C 0.2 5.5 1.1 ton/m

TABIQUERIA MOVIL 0.1 5.5 0.55 ton/m

1.65 ton/m

El metrado de cargas lo realizamos en el portico principas



2) Anlisis del prtico con el programa Sap2000 o Etabs, para cada

combinacion de carga



Definimos propiedades del material

Concreto

Acero de refuerzo



Definimos seccin

Viga



Modificamos las propiedades

Damos el valor de 10 para carga axial porque una viga no trabaja a carga axial,

tambin puede ser cualquier valor de 10 a 20 segn lo recomendando por el

ingeniero San Bartolom Ramos

El valor de 0.0001 para torsin porque despreciamos su efecto

El valor de masa 0 porque ya metramos las cargas por separado y no queremos

que el programa tome en cuenta



Columna

Generalmente par el acero de refuerzo de la columna se coloca en funcin del

rea de la columna y de la cuanta mnima 1%.por lo tanto seria 0.001*30*30 que

es igual a 9cm2 o 6 varillas de 5/8 pulg



Clik en reinforcement to be checked porque queremos que el programa verifique

la colocacin del acero, y por ultimo no modificamos las propiedades

Definimos patrones de carga

Realizamos el dibujo respectivo



Asignamos carga distribuida

Carga Muerta: DEAD

Carga viva: LIVE



Carga Viva: L1

Carga Viva: L2



Carga de Sismo piso 1: 10ton

Carga de Sismo piso 2: 12ton



Defino las 11 combinaciones de carga y la envolvente

Asignamos brazo rgido



Y hacemos correr el programa

DEFORMADA DE CADA COMBINACION



MOMENTOS FLECTORES PARA CADA COMBINACION



FUERZAS CORTANTES PARA CADA COMBINACION



3) Obtencion de la envolvente de momentos flectores del prtico



4) Obtencion de la envolvente de fuerzas cortantes del prtico



CONTROL DE DESPLAZAMIENTOS

SISMOX

Sismo

desplazamientos altura deriva Mx.

PISO 2 1.138 250 0.00139 0.007 cumple

PISO1 0.791 300 0.00264 0.007 cumple



0.9D + S

0.9D+S


PISO 2 1.145 250 0.00140 0.007 cumple

PISO1 0.794 300 0.00265 0.007 cumple



0.9D S

0.9D-S


PISO 2 1.142 250 0.00138 0.007 cumple

PISO1 0.796 300 0.00265 0.007 cumple



Envolvente

ENVOLVENTE


PISO 2 1.158 250 0.00137 0.007 cumple

PISO1 0.816 300 0.00272 0.007 cumple



5) Diseo de las vigas del primer nivel por flexion y corte del portico



6) Diseo de una de las columnas interiores del primer nivel del portico.

Para el diseo de las columnas usamos el diagrama de interaccion del

programa Sap2000 y los copiamos a nuestra hoja de calculo y

verificamos si el momento y la fuerzas estn dentro del diagrama de

inetarccion.



7) Diseo de la zapata de la columna elegida por el item f

ZAPATA Z-3

DISEAR UNA ZAPATA

CARGA MUERTA PD 40.00 Ton

CARGA VIVA PL 20.79 Ton

CAPACIDAD PORTANTE t 2.4 Kg/cm2

PESO ESPECIFICO SUELO m 2.1 Ton/m3

PROFUNDIDAD DE DESPLANTE Df 1.5 m

PROFUNDIAD AL NTN hf 1.80 m columna

RESISTENCIA DEL CONCRETO f'c 210 Kg/cm2 210

FLUENCIA DEL ACERO DE REFUERZO fy 4200 Kg/cm2

SOBRECARGA PRIMER PISO S/C 1 Piso 400 Kg/m2

1. DIMENSIONAMIENTO DE COLUMNA

0.49

TIPO INTERIOR < 4 PISOS n 0.30 0.30

Ps 1.10 P

Area de columna 0.1061 m2 0.30

0.0900

USAR 0.30 x 0.30 m

t1 t2

2. ESFUERZO NETO

n= 19.82 Tn/m3

3. AREA DE ZAPATA

Az= 3.07 m2 Comprobacion

T= 1.801 m

0.00

S= 1.731 m

0.00

USAR 2.00 x 2.00 m

T S

= . /

=



4. REACCION NETA Lv= 0.85 m

Pu= 91.34 Ton

Wnu= 22.84 Tn/m2

5. DIMENSIONAMIENTO DE ALTURA

A. POR PUNZONAMIENTO

..1

...1.1

262.9

Tomamos ...1.2

el menor 172

1.3

338.1

ok

Tanteo

d= 0.40 m

Cortante Resistente Vc= 146.24 dmin=0.50m

Cortante Actuante Vu= 80.15

USAR d 0.40 m

h= 0.50 m

B. VERIFICACION POR CORTE

Cortante Actuante Vdu= 20.55 Ton

Cortante Resistente Vc= 52.23 Ton OK

6. DISEO POR FLEXION

Mmax= 16.50 Ton m min= 0.0018

w= 1.6487 As min= 14.40 cm2

= 0.08243

As 659.47 cm2

As= 10.91

A. ACERO DIRECCION LONGITUDINAL

As 14.40 cm2

Con 5/8" 1.99

# varillas= 7.24 8

S= 26.14 cm 0.25 m

=

= ()()

= 0.27(2 +4

)

= 1.06

= 0.27(2 +

)

< .



USAR 8 5/8" @ 0.25 m

B. ACERO DIRECCION TRANSVERSAL

As 14.40 cm2

Con 5/8" 1.99

# varillas= 7.24 8

S= 26.14 cm 0.25

USAR 8 5/8" @ 0.25 m

GRAFICOS



8) Analisis del portico para carga permanente D, con el programa

Sap2000 o Etabs, con modificacion de las inercias de las vigas en

aproximadamente 25% comparacion de resultados con el analisis

anterior.

+25%



-25%



SIN MODIFICAR

COMPARACION DE RESULTADOS

Los valores de momentos y cortantes sin modificar comparados con los valores

con modificacin de inercias en un 25% son mnimos la diferencia se encuentra

en los desplazamientos horizontales siempre y cuando se modifiquen las inercias

en las columnas mas no en la vigas



9) Analisis del portico para cargas de sismo S, con el programa Sap o

Etabs, con modificacion de los apoyos (articulados fijos en ligar de

empotramiento). Comparacion de resultados con el analisis anterior

MODIFICADO

DEFORMADA

DIAGRAMA DE MOMENTO FLECTOR

DIAGRAMA DE FUERZA CORTANTE



VEREIFICACION DE DESPLAZAMIENTOS CON APOYO FIJO

SismoX


PISO 2 3.456 250 0.00180 0.007 cumple

PISO1 3.006 300 0.01002 0.007

NO

CUMPLE



SIN MODIFICAR

SISMOX

SismoX

desplazamientos altura deriva Mx.

PISO 2 1.138 250 0.00139 0.007 cumple

PISO1 0.791 300 0.00264 0.007 cumple

COMPARACION DE RESULTADOS

CUADRO COMPARTIVO DE DERIVAS

APOYO FIJO APOYO EMPOTRADO

0.00180 SI



10) Comentarios finales

Los desplazamientos laterales se verifican con los casos de sismo ms no con

las combinaciones

Comentario del tem 8):

Al modificar las inercias de las vigas en un 25% y compararlos con el anlisis

realizado en el tem 2), la diferencia en lo que respecta a los desplazamientos y

momentos es mnimo; pero si realizamos a modificacin de inercias de las

columnas la diferencia es notoria en cuanto a desplazamientos y momentos, en

el caso de desplazamientos si reducimos en un 25% el desplazamiento lateral

es mayor y si aumentamos la inercia en un 25% el desplazamiento lateral es

menor esto debido a que la inercia est relacionado con la rigidez, en un anlisis

ssmico para fuerzas laterales las columnas y placas son las que aportan mayor

rigidez a la estructura

Comentario del tem 9)

Al modificar el tipo de apoyo perfectamente empotrado a articulado fijo la

diferencia en lo que respecta los desplazamientos es notoria y por lo tanto la

deriva tambin se hace notoria el cual no cumple con las deriva 7/1000

establecida segn el RNE E-030



Es necesario puntualizar que para el uso de los programas de anlisis

estructural lo ms importante es tener los conocimientos terico y prctico

para poder utilizar con el debido criterio los comandos que se nos ofrece por

que basta con el mnimo error en introducir datos para tener grandes

errores.

Debido a las combinaciones de cargas aprendimos las diferentes

interacciones de las cargas, dimensiones y dems efectos que causa, las

variaciones mnimas en el anlisis estructural de un prtico.

Siguiendo adecuadamente los criterios de estructuracin, los requisitos de

la Norma de Diseo Sismoresistentes y de la Norma de Concreto Armado

vemos que se puede manipular ampliamente en dimensiones y sobre todo

en el uso de acero de refuerzo en nuestros elementos.

Las estructura que se analiz nos ofreci un mejor panorama sobre el

diseo estructuras aporticadas cuando ocurre la accin del sismo.

Al hacer este tipo de anlisis nos damos cuenta que es prioridad verificar

los anlisis en los puntos crticos luego puedes homogenizar ya sea

dimensiones u otros con el debido criterio, pero tambin tener en cuenta de

no sobre dimensionar la estructura.

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