AUTOR: CABRERA ORDÓÑEZ JOHNNY XAVIER.repositorio.ug.edu.ec/bitstream/redug/45289/1/BMAT-E131... · 2019-11-12 · Acero y Análisis Sísmico Modal Espectral de un Edificio de 8

FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS

CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

DISEÑO ESTRUCTURAL SISMO RESISTENTE EN ACERO Y ANÁLISIS

SÍSMICO MODAL ESPECTRAL DE UN EDIFICIO DE 8 NIVELES UBICADO EN

LA CIUDAD DE GUAYAQUIL.

AUTOR: CABRERA ORDÓÑEZ JOHNNY XAVIER.

TUTOR: ING. RAÚL ROBALINO DÍAZ, MSc.

GUAYAQUIL, ABRIL, 2019.

ii

AGRADECIMIENTO

Primero tengo que agradecer a Dios, que me ha permitido seguir adelante y

poder cumplir el propósito de aprender sobre esta carrera que siempre me

interesó y de la cual yo quería convertirme en un profesional, la Ingeniería Civil.

Agradezco a la Universidad de Guayaquil y la Facultad de Ciencias Matemáticas

y Físicas, por ser un centro de enseñanza y formación de profesionales de

excelencia, brindando la facilidades y ayuda que los estudiantes necesiten.

A mis padres, a los que debo su paciencia, sacrificio, formación y motivación

para continuar y no rendirme. A mis hermanas por estar siempre a mi lado

alentándome y ayudándome a entender que no es fácil llegar a la excelencia y

es necesario trabajar duro y esforzarse al máximo.

A los profesores, por guiarme en este camino de aprendizaje y brindarme sus

conocimientos sobre ingeniería civil, tanto en la teoría como en la práctica. A mi

tutor de titulación, el Ing. Raúl Robalino Díaz, por su apoyo, consejos y

orientación que me han ayudado a poder realizar este trabajo de titulación.

Gracias también a mis amigos, por compartir esta experiencia conmigo, tanto en

las clases como en los proyectos grupales, que me han permitido aprender el

valor de la colaboración y el trabajo en equipo.

iii

DEDICATORIA

Este trabajo de titulación se lo dedico primero a Dios, pues es gracias a Él quien

me ha dado la vida, las fuerzas y la sabiduría para así poder alcanzar las metas

que me he trazado y permitirme adquirir nuevas experiencias y conocimientos.

A mis queridos padres Julio Raúl Cabrera Molina y Teresa de Jesús Ordóñez

Robles, gracias por su amor y apoyo incondicional; que me han ayudado a seguir

adelante, y me han brindado la confianza para prepararme, terminar mis estudios

universitarios y ser un excelente profesional.

A mis hermanas Liliana Cabrera Ordóñez y Mónica Cabrera Ordóñez, por esas

palabras de motivación en los momentos más difíciles, que me han ayudado a

no rendirme, ser perseverante y demostrar de lo que puedo ser capaz.

A mis maestros por la educación brindada a través de estos años de carrera

universitaria, gracias por la paciencia que han demostrado para enseñar y por

los conocimientos obtenidos de ingeniería civil.

También a mis amigos, por esos momentos de apoyo y camaradería, por

aquellas amanecidas haciendo proyectos o estudiando para exámenes, y por

esas reuniones y convivencia entre amigos que ayudaron a hacer más alegre y

ameno el paso por la universidad.

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Tribunal de graduación.

____________________________ ____________________________

Ing. Gustavo Ramírez Aguirre, MSc. Ing. Marcelo Moncayo Theurer, MSc.

Decano. Tutor.

___________________________ _________________________

Vocal Vocal

viii

RESUMEN

Este trabajo de titulación trata acerca de: “Diseño Estructural Sismo Resistente en

Acero y Análisis Sísmico Modal Espectral de un Edificio de 8 Niveles Ubicado en la

Ciudad de Guayaquil”. El objetivo es garantizar que este edificio, destinado a ser

un hotel, sea sismorresistente y ofrezca un comportamiento adecuado según como

lo indica la norma vigente NEC 2015.

Mediante el uso de las normas NEC-SE-DS 2015, el reglamento AISC 360 y AISC

341 se diseñan los elementos estructurales a fin de obtener perfiles estructurales

metálicos óptimos para soportar las cargas gravitacionales y de acción sísmica.

Con el uso del software ETABS 2016, se modela la estructura para determinar cuál

será la respuesta dinámica de dicha edificación ante un sismo, determinando entre

varios aspectos el período fundamental dinámico, los modos de vibración de la

estructura y los desplazamientos laterales máximos.

Además se diseñan los elementos a flexión para el caso de las vigas y a flexo-

compresión en el caso de las columnas; además de verificar ambos miembros por

pandeo local. La relación “Demanda/Capacidad” de los elementos estructurales y

la relación Columna Fuerte - Viga Débil también son verificadas.

Este trabajo de titulación no está orientado a centrarse o explorar a fondo el estudio

dinámico de una estructura o en la ingeniería sísmica, sino más bien está enfocado

en cumplir los criterios estructurales, la filosofía de diseño sismorresistente en

acero y las normativas actuales.

Palabras clave: DISEÑO – ACERO – SISMO RESISTENTE – ANÁLISIS -

DINÁMICO.

ix

ABSTRACT

This degree work deals with: "Structural Design Resistive Steel Seismic and

Spectral Modal Seismic Analysis of an 8-Level Building Located in the City of

Guayaquil". The objective is to guarantee that this building, destined to be a hotel,

is earthquake resistant and offers an adequate behavior according to the current

norm NEC 2015.

Through the use of the NEC-SE-DS 2015, the AISC 360 and AISC 341 regulations,

the structural elements are designed in order to obtain the optimal metallic structural

profiles to support the gravitational and seismic action loads.

With the use of the ETABS 2016 software, the structure is modeled to determine

the dynamic response of this building to an earthquake, determining among several

aspects the dynamic fundamental period, the structure's vibration modes and the

maximum lateral displacements.

In addition, the elements are designed by flexion for the case of beams and flexo-

compression in the case of the columns; besides checking both members by local

buckling. The relation "Demand / Capacity" of the structural elements and the

relation Strong Column - Weak Beam are also verified.

This degree work is not aimed to focus or explore in depth the dynamic study of a

structure or seismic engineering, but rather is focused on meeting the structural

criteria, the seismic design philosophy in steel and current regulations.

Keyword: DESIGN - STEEL – EARTHQUAKE RESISTANT - ANALYSIS – DYNAMIC.

x

INDICE GENERAL

Capítulo I

GENERALIDADES

1 Introducción ..................................................................................................... 1

1.1 Planteamiento del problema ...................................................................... 2

1.2 Objetivos ................................................................................................... 3

1.2.1 Objetivo general. ................................................................................. 3

1.2.2 Objetivos específicos. ......................................................................... 3

1.3 Justificación e importancia ........................................................................ 4

1.4 Metodología a emplearse .......................................................................... 5

1.5 Delimitación del tema ................................................................................ 6

Capítulo II

MARCO TEÓRICO

2.1 Introducción ............................................................................................. 11

2.2 ¿Qué es el acero? ................................................................................... 12

2.2.1 Proceso de fabricación del acero. ..................................................... 12

2.3 Ventajas y desventajas del acero ............................................................ 14

2.3.1 Ventajas. ........................................................................................... 14

2.3.2 Desventajas. ..................................................................................... 14

2.4 Propiedades mecánicas del acero .......................................................... 15

2.5 Grados de acero estructural .................................................................... 16

2.6 Resistencia probable del material ........................................................... 17

2.6.1 Factores de sobrerresistencia........................................................... 17

2.7 Perfiles de acero estructural .................................................................... 20

2.7.1 Perfil tipo H o I. ................................................................................. 20

2.7.2 Perfil tipo U o canal. .......................................................................... 21

2.7.3 Perfil tipo L o ángulo. ........................................................................ 21

xi

2.7.4 Perfil T. ............................................................................................. 22

2.7.5 Tubo de acero de sección hueca. ..................................................... 22

2.8 Métodos de diseño en acero ................................................................... 23

2.8.1 Método de las tensiones admisibles, ASD. ....................................... 23

2.8.2 Método de factores de carga y resistencia, LRFD. ........................... 23

2.8.2.1 Estados límites de servicio, ELS. .................................................. 23

2.8.2.2 Estados límites de resistencia o últimos, ELU. .............................. 24

2.9 Sistemas estructurales para construcciones de acero ............................ 25

2.9.1 Pórticos resistentes a momento........................................................ 26

2.9.2 Pórticos arriostrados concéntricamente. ........................................... 27

2.9.3 Pórticos arriostrados excéntricamente. ............................................. 29

2.10 Métodos de diseño sismorresistente ....................................................... 31

2.10.1 Diseño por capacidad. ...................................................................... 31

2.10.2 Diseño basado en desempeño. ........................................................ 32

2.11 Filosofía de diseño sismorresistente según NEC-15 ............................... 34

2.12 Determinación de cargas sísmicas.......................................................... 35

2.12.1 Método de diseño basado en fuerzas (DBF). ................................... 36

2.13 Estructuras de acero ante eventos sísmicos ........................................... 37

2.14 Factores de desempeño .......................................................................... 38

2.15 Relación de ancho/espesor ..................................................................... 39

Capítulo III

ASPECTOS METODOLÓGICOS

3.1 Filosofía para el diseño de estructuras de acero ..................................... 41

3.1.1 Procedimiento general de diseño. .................................................... 42

3.2 Predimensionamiento de elementos estructurales .................................. 43

3.2.1 Predimensionado de vigas. .............................................................. 43

3.2.2 Predimensionado de columnas......................................................... 44

3.2.3 Predimensionado de correas o vigas de transferencia. .................... 44

3.2.4 Predimensionado de losa. ................................................................ 45

3.3 Cargas y combinaciones de cargas ........................................................ 46

3.3.1 Cargas gravitacionales. .................................................................... 46

xii

3.3.1.1 Cargas permanentes. .................................................................... 46

3.3.1.2 Cargas variables. .......................................................................... 46

3.3.2 Cargas sísmicas. .............................................................................. 47

3.3.3 Combinaciones de cargas. ............................................................... 47

3.4 Espectro elástico de diseño .................................................................... 48

3.4.1 Zonificación sísmica del Ecuador y factor Z. .................................... 50

3.4.2 Tipos de perfiles de suelos. .............................................................. 51

3.4.3 Coeficientes de perfil de suelo Fa, Fd y Fs. ........................................ 52

3.5 Categoría de edificio y coeficiente de importancia I ................................ 53

3.6 Coeficientes de configuración estructural ................................................ 54

3.6.1 Regularidad en planta y elevación. ................................................... 54

3.6.2 Irregularidades. ................................................................................. 55

3.7 Ductilidad y factor de reducción R ........................................................... 57

3.8 Cortante basal de diseño ........................................................................ 58

3.9 Control de la deriva de piso (ΔM) ............................................................. 58

Capítulo IV

DESARROLLO DEL PROYECTO PROPUESTO

4.1 Ubicación del proyecto ............................................................................ 59

4.2 Características arquitectónicas de la estructura ...................................... 61

4.3 Distancias efectivas y área de construcción ............................................ 65

4.4 Computo de cargas ................................................................................. 67

4.4.1 Carga muerta. ................................................................................... 67

4.4.2 Carga sobreimpuesta. ...................................................................... 67

4.4.3 Carga viva. ....................................................................................... 69

4.4.4 Carga de losa de cubierta. ................................................................ 69

4.4.5 Carga de escalera. ........................................................................... 70

4.5 Predimensionamiento .............................................................................. 73

4.5.1 Predimensionado de vigas perimetrales e interiores. ....................... 73

4.5.2 Predimensionamiento de columnas. ................................................. 73

4.5.2.1 Predimensionado de columnas interiores. ..................................... 74

4.5.2.2 Predimensionado de columnas perimetrales. ................................ 76

xiii

4.5.3 Predimensionado de correas. ........................................................... 78

4.6 Modelo matemático en ETABS 2016 ...................................................... 80

4.6.1 Definición de propiedades de los materiales. ................................... 81

4.6.2 Definición de perfiles predimensionados. ......................................... 82

4.6.3 Definición de patrones de carga. ...................................................... 84

4.6.4 Fuente de masa. ............................................................................... 85

4.6.5 Definición del espectro de respuesta. ............................................... 85

4.6.6 Definición de casos de cargas. ......................................................... 86

4.6.7 Definición de combinaciones de carga. ............................................ 88

4.6.8 Efecto P-Delta................................................................................... 89

4.6.9 Modal Cases. .................................................................................... 89

4.6.10 Asignación de secciones. ................................................................. 90

4.6.11 Asignación de cargas. ...................................................................... 91

4.6.12 Diafragmas rígidos. ........................................................................... 92

4.6.13 Brazos rígidos. .................................................................................. 92

4.6.14 Preferencias para el diseño de acero. .............................................. 93

4.7 Análisis estructural .................................................................................. 95

4.7.1 Período fundamental y modos de vibración. ..................................... 95

4.7.2 Ajuste del cortante basal dinámico. .................................................. 97

4.7.3 Revisión de derivas de piso. ........................................................... 102

4.7.4 Desplazamiento máximo de piso. ................................................... 103

4.7.5 Comprobación de flecha máxima en vigas y correas. .................... 103

4.7.6 Verificación de ratios demanda/capacidad. .................................... 105

Capítulo V

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1 Conclusiones ......................................................................................... 106

5.2 Recomendaciones................................................................................. 107

BIBLIOGRAFÍA

Anexos

xiv

INDICE DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1: Tabla de Perforación suelo Tipo “D” en Guayaquil .......................................... 7

Ilustración 2: Sistema estructural de un edificio en acero .................................................... 11

Ilustración 3: Proceso de Fabricación de Acero ..................................................................... 13

Ilustración 4: Laminación de Acero .......................................................................................... 13

Ilustración 5: Diagrama Esfuerzo-Deformación del Acero .................................................... 15

Ilustración 6: Curvas esfuerzo-deformación de algunos grados de acero ......................... 17

Ilustración 7: Curvas tensión-deformación con la respuesta mínima esperada y

especificada.................................................................................................................................... 18

Ilustración 8: Valores de los factores Ry y Rt ......................................................................... 19

Ilustración 9: Perfiles de acero estructural tipo H e I ............................................................. 20

Ilustración 10: Perfil de acero estructural tipo U ..................................................................... 21

Ilustración 11: Perfil de acero estructural tipo L ..................................................................... 21

Ilustración 12: Perfil de acero estructural tipo T ..................................................................... 22

Ilustración 13: Tubo de acero de sección hueca cuadrado y circular ................................. 22

Ilustración 14: Clasificación de los sistemas estructurales sismorresistentes para

construcciones de acero, según AISC 341-16 ......................................................................... 25

Ilustración 15: Pórticos resistentes a momento y su comportamiento ante cargas

sísmicas .......................................................................................................................................... 26

Ilustración 16: Estructura de pórticos arriostrados concéntricamente ................................ 27

Ilustración 17: Tipos más comunes de pórticos con arriostramientos concéntricos ......... 28

Ilustración 18: Comportamiento de un pórtico con arriostramiento concéntrico ante un

sismo ............................................................................................................................................... 28

Ilustración 19: Estructura de pórticos con arriostramientos excéntricos ............................ 29

Ilustración 20: Detalle del enlace en un pórtico con arriostramientos excéntricos ........... 29

Ilustración 21: Tipos más comunes de pórticos con arriostramientos excéntricos ........... 30

Ilustración 22: Comportamiento de un pórtico con arriostramiento excéntrico ante un

sismo ............................................................................................................................................... 30

Ilustración 23: Miembros fusibles en sistemas estructurales SMF, SCBF Y EBF ............ 31

Ilustración 24: Niveles de Amenaza Sísmica .......................................................................... 32

Ilustración 25: Relación amenaza sísmica - objetivos de desempeño, VISION 2000. .... 33

Ilustración 26: Síntesis de la filosofía de diseño sismorresistente ...................................... 34

Ilustración 27: Valores de ∆M máximos ................................................................................... 34

Ilustración 28: Representación esquemática de una estructura ante un sismo ................ 35

Ilustración 29: Representación del diseño basado en fuerzas (DBF) ................................. 36

Ilustración 30: Comportamiento de un sistema elástico e inelástico ante un sismo ......... 37

Ilustración 31: Ilustración de los factores de desempeño ..................................................... 38

Ilustración 32: Relaciones máximas de ancho/espesor ........................................................ 39

Ilustración 33: Planta de edificio de acero estructural compuesto por Pórticos

Resistentes a Momento y Gravitacionales ................................................................................ 41

Ilustración 34: Procedimiento general de diseño para estructuras de acero ..................... 42

Ilustración 35: Tabla de altura de viga mínima recomendada para Fy= 2530 Kg/cm² ..... 43

Ilustración 36: Tabla de flechas máximas recomendadas .................................................... 43

Ilustración 37: Tabla de relación entre módulo plástico de columna y vigas ..................... 44

Ilustración 38: Tabla de relación L/h para losas en sistemas de piso................................. 45

Ilustración 39: Espectro elástico de aceleraciones que representa el sismo de diseño. . 48

Ilustración 40: Ecuaciones para obtener la aceleración (Sa) del espectro de diseño. ..... 49

xv

Ilustración 41: Mapa de zonificación sísmica del Ecuador ................................................... 50

Ilustración 42: Valores del factor Z en función de la zona sísmica adoptada .................... 50

Ilustración 43: Clasificación de los perfiles de suelo ............................................................. 51

Ilustración 44: Fa, Coeficiente de amplificación de suelo en zona de período corto ........ 52

Ilustración 45: Fd, Coeficiente de amplificación de las ordenadas del espectro elástico 52

Ilustración 46: Fs, Coeficiente del comportamiento no lineal de los suelos ....................... 53

Ilustración 47: Categorización y coeficiente de importancia de la estructura .................... 53

Ilustración 48: Tabla de configuraciones estructurales regulares en planta y elevación . 54

Ilustración 49: Tabla de configuraciones y coeficientes de irregularidad en planta ......... 55

Ilustración 50: Tabla de configuraciones y coeficientes de irregularidad en elevación ... 56

Ilustración 51: Valores del coeficiente de reducción R para sistemas estructurales

dúctiles ............................................................................................................................................ 57

Ilustración 52: Mapa Satelital de la ubicación del proyecto en la ciudad de Guayaquil ... 59

Ilustración 53: Plano de Localización del proyecto ................................................................ 60

Ilustración 54: Fachadas Frontal, Posterior y Lateral Izquierda y Derecha del Edificio ... 61

Ilustración 55: Cortes A-A y B-B del Edificio ........................................................................... 62

Ilustración 56: Planta Baja del Edificio ..................................................................................... 62

Ilustración 57: Primera Planta del Edificio ............................................................................... 63

Ilustración 58: Segunda Planta del Edificio ............................................................................. 63

Ilustración 59: Plantas Tipo 3 y 4, Tipo 5 y 6 y Planta 7 del Edificio ................................... 64

Ilustración 60: Distancias Efectivas de la Planta Baja ........................................................... 65

Ilustración 61: Distancias Efectivas de la Planta Tipo del primer y segundo piso ............ 66

Ilustración 62: Distancias Efectivas de la Planta Tipo del tercer al séptimo piso ............. 66

Ilustración 63: Geometría de losa Steel Deck Novalosa 55 ................................................. 68

Ilustración 64: Pesos del sofito metálico Novalosa 55 y Volumen de Hormigón .............. 68

Ilustración 65: Detalle de Escalera ........................................................................................... 70

Ilustración 66: Detalle de escalón ............................................................................................. 71

Ilustración 67: Detalle de descanso ......................................................................................... 71

Ilustración 68: Detalle de apoyos de la escalera .................................................................... 72

Ilustración 69: Datos para el cálculo del centroide, viga IPE450 ......................................... 74

Ilustración 70: Datos para el cálculo del centroide, columna TUBO 320x320x35 ............ 75


Ilustración 72: Datos para el cálculo del centroide, columna TUBO 360x360x35 ............ 77


Ilustración 74: Vista Renderizada de la Estructura, ETABS 2016 ....................................... 80

Ilustración 75: Definición de propiedades de acero ASTM A36, ETABS 2016 ................. 81

Ilustración 76: Definición de viga IPE500, ETABS 2016 ....................................................... 82



Ilustración 79: Definición de columna TUBO360x360x35, ETABS 2016 ........................... 83

Ilustración 80: Definición de columna TUBO320x320x35, ETABS 2016 ........................... 84

Ilustración 81: Load Patterns, ETABS 2016 ........................................................................... 84

Ilustración 82: Mass Source, ETABS 2016 ............................................................................. 85

Ilustración 83: Espectro de respuesta, ETABS 2016 ............................................................ 85

Ilustración 84: Load Case Sismo X, ETABS 2016 ................................................................. 86

Ilustración 85: Load Case Sismo Y, ETABS 2016 ................................................................. 87

Ilustración 86: Load Case Sismo Horizontal, ETABS 2016 .................................................. 87

Ilustración 87: Combinaciones de Carga, ETABS 2016 ....................................................... 88

xvi

Ilustración 88: Efecto P-Delta, ETABS 2016 ........................................................................... 89

Ilustración 89: Modal Cases, ETABS 2016 ............................................................................. 89

Ilustración 90: Vista en planta y elevación de secciones asignadas, ETABS 2016 ......... 90

Ilustración 91: Asignación de cargas sobre losa y viga de la escalera, ETABS 2016 ..... 91

Ilustración 92: Diafragmas rígidos en las losas, ETABS 2016 ............................................. 92

Ilustración 93: Asignación de brazos rígidos en juntas viga-columna, ETABS 2016 ....... 93

Ilustración 94: Preferencias de diseño en acero, ETABS 2016 ........................................... 94

Ilustración 95: Períodos y Modos de Vibración, ETABS 2016 ............................................. 95

Ilustración 96: Masas participativas, ETABS 2016 ................................................................ 96

Ilustración 97: Cortante basal dinámico sentido X, ETABS 2016 ........................................ 98

Ilustración 98: Cortante basal dinámico sentido Y, ETABS 2016 ........................................ 99

Ilustración 99: Cortante dinámico en Y afectado por factor de amplificación, ETABS

2016 ............................................................................................................................................... 100

Ilustración 100: Cortante basal dinámico Sismo H, ETABS 2016 ..................................... 101

Ilustración 101: Valores del drift en sentido X y sentido Y, ETABS 2016 ........................ 102

Ilustración 102: Valores de displacement en sentido X y sentido Y, ETABS 2016 ........ 103

Ilustración 103: Deflexión máxima de viga perimetral IPE500, ETABS 2016 ................. 104

Ilustración 104: Deflexión máxima de viga interior IPE450, ETABS 2016 ....................... 104

Ilustración 105: Deflexión máxima de viga de correa IPE240, ETABS 2016 .................. 104

Ilustración 106: Chequeo de Ratios Demanda/Capacidad, ETABS 2016 ....................... 105

xvii

INDICE DE TABLAS

Tabla 1: Propiedades de Tensión Especificadas por las norma ASTM ............... 16

Tabla 2: Valores del factor de resistencia ø para miembros de acero ................. 24

Tabla 3: Relación entre niveles de desempeño y distorsión de piso (Biddah y

Heidebrecht, 1998). .............................................................................................. 33

Tabla 4: Factores de desempeño para diferentes sistemas estructurales ........... 38

Tabla 5: Valores de sobrecarga viva mínima para uso residencial. ..................... 46

Tabla 6: Área Total de la estructura. .................................................................... 66

Tabla 7: Sobrecarga de Paredes ......................................................................... 67

Tabla 8: Sobrecarga de Acabados ...................................................................... 68

Tabla 9: Sobrecarga de Losa Steel Deck ............................................................ 69

Tabla 10: Sobrecarga de Escalera ...................................................................... 72

Tabla 11: Centroide de Viga Interior IPE450 ....................................................... 74

Tabla 12: Centroide de Columna TUBO 320x320x35 .......................................... 75

Tabla 13: Centroide de Viga Perimetral IPE500 .................................................. 76

Tabla 14: Centroide de Columna TUBO 360x360x35 .......................................... 77

Tabla 15: Centroide de Viga de Correa IPE240 ................................................... 79

Tabla 16: Resultados de los primeros 5 modos de vibración de la estructura ..... 96

Tabla 17: Cálculo del Peso Sísmico W ................................................................ 97

Tabla 18: Cálculo de deriva máxima de piso ΔM ............................................... 102

Tabla 19: Cálculo de desplazamiento máximo de piso ...................................... 103

1

CAPÍTULO I

GENERALIDADES

1 Introducción

Actualmente en el Ecuador se han incrementado los proyectos de edificios

construidos en acero estructural, y debido al hecho de que en nuestro país existe

un gran riesgo sísmico, es indispensable que estas estructuras sean

sismorresistentes; por lo tanto, es de suma importancia realizar un correcto análisis

y asegurarse que estas edificaciones cumplan las normas y diseños antisísmicos y

así poder garantizar un comportamiento estable de la estructura.

En la norma ecuatoriana NEC 2015, en su capítulo de Peligro Sísmico NEC-SE-

DS 2015, se nos muestra los parámetros que se deben tomar en cuenta para crear

un espectro de respuesta, el cual será aplicado a la estructura para así saber cómo

se comportaría ante un movimiento telúrico y asegurar así que el diseño sea

sismorresistente. Entre dichos parámetros se encuentra una zonificación del estado

ecuatoriano en seis zonas según su peligro sísmico dando a cada una un factor “z”;

además cuenta con la clasificación de los perfiles de suelo: A, B, C, D, E y F,

depende del tipo de terreno donde se va a implantar la estructura, y con coeficientes

de perfil del suelo Fa, Fd y Fs, que se obtienen a partir de los dos parámetros

descritos anteriormente. También cuenta con factores de importancia,

dependiendo del uso que se le dará a la estructura; factores de irregularidad, que

se utilizan en el caso de que el edificio presente irregularidades ya sea verticales o

en planta; y también un factor de reducción de resistencia “R” que permite una

disminución de las fuerzas sísmicas, así la estructura incursionará en el rango

inelástico dándole suficiente resistencia y ductilidad.

2

Para este trabajo de titulación se realizará el dimensionamiento y diseño de los

miembros estructurales en base a las normas americanas AISC 360 y AISC 341.

El procedimiento de diseño se realizará paso a paso hasta obtener los perfiles

metálicos óptimos, para luego ser modelados en el software ETABS 2016 siguiendo

las recomendaciones de la normativa NEC 2015, así se obtendrá una respuesta

dinámica y se verificará el período fundamental, los modos de vibración de la

estructura, los desplazamientos laterales máximos, y demás parámetros.

1.1 Planteamiento del problema

En el Ecuador se ha incrementado el número de edificios construidos con acero

estructural, debido a las ventajas que este material posee, como su alta resistencia

o gran ductilidad. De esta forma las estructuras metálicas se han convertido en una

herramienta importante en el desarrollo de edificaciones hoy en día. Por lo tanto es

indispensable que las estructuras de acero cumplan con las normas y diseños

antisísmicos para garantizar un comportamiento seguro y lograr una estabilidad en

la estructura.

Este trabajo de titulación plantea realizar el diseño y análisis de un hotel de 8

niveles en acero estructural cumpliendo los requisitos establecidos en las normas,

determinando así su resistencia ante un sismo. El edificio está ubicado en la ciudad

de Guayaquil, sobre suelo tipo “D”. El diseño de acero se basará en las normativas

americanas AISC 360 y AISC 341. Se mostrará la respuesta de la estructura ante

un sismo mediante el análisis dinámico modal espectral, usando un espectro de

respuesta de acuerdo a lo indicado en la normativa de peligro sísmico NEC-SE-DS

2015.

3

1.2 Objetivos

1.2.1 Objetivo general.

Realizar el diseño en acero estructural de un edificio de 8 niveles utilizando

un análisis sísmico modal espectral para la ciudad de Guayaquil usando el

software ETABS 2016, con el fin de obtener los perfiles estructurales metálicos

óptimos y que cumplan con las normas NEC-SE-DS 2015, el reglamento AISC

360 y AISC 341.

1.2.2 Objetivos específicos.

• Evaluar las cargas verticales y la acción sísmica a través de un análisis de

cargas gravitacionales y análisis modal espectral aplicando la norma NEC-

SE-DS 2015, con el fin de determinar la magnitud de las cargas a las que

estará sometida la estructura.

• Predimensionar los perfiles estructurales de columnas y vigas aplicando

los requerimientos del reglamento AISC 360 y AISC 341, para poder

determinar si cumplen con los requisitos de diseño sismorresistente.

• Modelar la estructura del edificio, mediante el uso del software ETABS,

con el propósito de obtener una respuesta dinámica que nos brinde una

idea de cómo se comportará la estructura ante un sismo de diseño, con un

periodo de retorno de 475 años, obteniendo el período fundamental, los

modos de vibración de la estructura y los desplazamientos laterales

máximos.

• Realizar el diseño sismorresistente de los elementos tomando en cuenta

las normas NEC-SE-DS 2015, AISC 360 y AISC 341.

4

1.3 Justificación e importancia

Nuestro país se encuentra en una zona altamente sísmica, como lo es el

Cinturón de Fuego del Pacífico, y actualmente se está viviendo una creciente

actividad telúrica, como por ejemplo, el terremoto ocurrido en Pedernales el 16 de

abril del 2016.

Guayaquil es una de las ciudades del país que presenta un gran riesgo sísmico,

y se ha visto afectada por los últimos terremotos, provocando que muchas

estructuras colapsen o queden gravemente dañadas al no poder responder

adecuadamente ante un sismo.

Por eso es de suma importancia realizar un diseño y análisis de las edificaciones,

de una manera que estas sean sismorresistentes, para así garantizar la seguridad

en los edificios, reducir las pérdidas materiales y salvaguardar las vidas humanas.

Una correcta aplicación de las normativas y de los conceptos sobre el diseño

sismorresistente para miembros y elementos estructurales de acero, permitirá que

la edificación tenga un comportamiento dúctil, siendo capaz de incursionar en

deformaciones inelásticas.

Esta filosofía de diseño es sumamente importante para garantizar el

funcionamiento adecuado de la estructura, limitando mecanismos frágiles, de

fractura e inestabilidad; y propiciando mecanismos dúctiles o de cedencia, lo que

permitirá a la estructura disipar adecuadamente la energía a través de

deformaciones plásticas y brindará seguridad a la estructura ante sismos en la

ciudad de Guayaquil.

5

1.4 Metodología a emplearse

Se analizará una edificación de 8 niveles destinada a ser un hotel, a partir de

planos arquitectónicos. El material de construcción a utilizarse es acero estructural

ASTM A36. El proyecto está ubicado en la ciudad de Guayaquil; el tipo de suelo

sobre el que se asentará la estructura es tipo “D”.

Para el predimensionamiento y diseño de los elementos estructurales como

columnas y vigas se usará el reglamento AISC 360 y AISC 341. Se realizará una

verificación por pandeo local de los elementos, y un diseño a flexión para el caso

de las vigas, y uno a compresión y flexo compresión para el caso las columnas.

El análisis espectral se realizará mediante el programa ETABS 2016 utilizando

un espectro de diseño basado en los factores de la norma NEC 2015, en su capítulo

de Peligro Sísmico NEC-SE-DS 2015; con la cual se obtendrá una respuesta

dinámica, que brindará un idea de cómo el edificio se comportará ante un

movimiento telúrico, para poder así garantizar un desempeño sismorresistente de

la estructura.

Se aplicará un análisis dinámico modal espectral, y se verificarán datos como el

período fundamental de la estructura, los modos de vibración, las derivas de piso,

los desplazamientos laterales máximos, las fuerzas de corte, y demás parámetros

que cumplan con el capítulo de peligro sísmico de la norma NEC-SE-DS 2015. Para

el diseño de acero se verificará la relación “Demanda/Capacidad” de los elementos

estructurales y la relación Columna Fuerte - Viga Débil.

6

1.5 Delimitación del tema

Para la estructura de ocho niveles se realizará el diseño solo de la

superestructura, excluyendo el diseño de la cimentación. Además, este trabajo de

titulación se centrará en el diseño y análisis sismorresistente de la estructura, no

en su costo, por lo que no se realizará un presupuesto para este proyecto.

La edificación está destinada para ser un hotel, construido con acero estructural,

ubicado en la ciudad de Guayaquil. El análisis y diseño estará basado en las

normas NEC-SE-DS 2015, y los reglamentos AISC 360 y AISC 341. La estructura

se diseñará como un sistema de pórticos especiales resistentes a momento (SMF).

El material será acero ASTM A36 y los elementos estructurales se diseñarán con

perfiles IPE para las vigas, y perfiles tubulares cuadrados para las columnas. Para

la losa, esta será modelada en ETABS 2016 como una membrana de 0.001 m de

espesor, y la carga de la losa Steel Deck será añadida al peso de sobrecarga.

Se realizará un análisis dinámico modal espectral para conocer la respuesta de

la estructura ante un sismo. Para la elaboración del espectro de respuesta, se

asignará un suelo tipo “D”, en base a una perforación previamente obtenida de la

zona de construcción, la cual especifica que el suelo sobre el que se asentaría la

estructura, es un suelo intermedio o rígido, pues presenta arenas limosas de

compacidad muy densa y arcillas con arena de consistencia dura, con un

incremento gradual de las propiedades mecánicas con la profundidad.

A continuación se muestra el sondeo realizado en el año 2015, por la empresa

GEOESTUDIOS S.A. En este se utilizó el método de Percusión-Rotación-Lavado y

se llegó hasta una profundidad de 50.12 metros, arrojando los siguientes

resultados:

7

Ilustración 1: Tabla de Perforación suelo Tipo “D” en Guayaquil

Fuente: GEOESTUDIOS S.A., (2015)

8

Ilustración 1: Tabla de Perforación suelo Tipo “D” en Guayaquil (Continuación)


9



10



11

CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO

2.1 Introducción

El acero estructural es un material que se caracteriza por presentar una

resistencia, rigidez y ductilidad elevadas. Estas propiedades lo convierten en un

material muy recomendable para construcciones sismorresistentes, por lo que en

los últimos años ha aumentado significativamente su uso en las obras civiles del

país.

Construir estructuras de acero de varios niveles sobre suelos blandos y zonas

potencialmente sísmicas, requiere un diseño y análisis sismorresistente que

garantice un comportamiento seguro del edificio ante un sismo.

El diseño estructural debe basarse según las características arquitectónicas del

edificio, además de cumplir con un análisis eficiente y acorde a lo reglamentado en

las normas vigentes.

Ilustración 2: Sistema estructural de un edificio en acero

Fuente: ALACERO, (2018)

12

2.2 ¿Qué es el acero?

El Acero es básicamente una aleación de hierro y carbono. Además se agregan

pequeñas cantidades de otros elementos como silicio, fósforo, azufre y oxígeno,

que le dan características específicas. (Estructuras de Acero, 2007).

Mientras más carbono se agregue a la aleación, aumentará la resistencia y

disminuirá la ductilidad del producto. Es por eso que su uso se limita a pequeñas

cantidades (entre 0,05% hasta 2% de carbono) pues es preferible un material más

dúctil que se deforme al llegar al rango inelástico sobre uno demasiado rígido que

se fracture al sobrepasar el rango elástico.

2.2.1 Proceso de fabricación del acero.

Se parte de minerales de hierro, los cuales en hornos a altas temperaturas,

se transforman en arrabio (hierro con un 4 % de carbono). El arrabio es duro

pero muy frágil, para reducir el porcentaje de carbono sin perder resistencia se

afina el arrabio en convertidores (se quema el carbono sobrante), obteniéndose

el acero en bruto con un porcentaje de carbono en torno al 2%. (Acero

Estructural, Proceso de Fabricación, 2016)

Después el material pasa por un proceso de acabado. El más usado es la

laminación, que convierte el acero en bruto a altas temperaturas en elementos

de diferentes perfiles utilizados en la construcción (perfiles I, T, canal, entre

otros).

Se usan laminadoras, formadas por trenes de laminación (cilindros paralelos),

que dan forma al acero de manera progresiva con un cierto número de pasadas.

13

Ilustración 3: Proceso de Fabricación de Acero

Fuente: https://www.slideshare.net/MarceloLescano/produccion-de-hierro-y-acero

Ilustración 4: Laminación de Acero Fuente: https://www.ecured.cu/Laminación

14

2.3 Ventajas y desventajas del acero

2.3.1 Ventajas.

• Alta resistencia.- Por su alta resistencia, no es necesario usar miembros

de grandes dimensiones, así las estructuras de acero tendrán un peso

menor comparado con las de hormigón armado.

• Durabilidad.- Las propiedades del acero no cambian demasiado con el

tiempo y con un adecuado mantenimiento durarán indefinidamente.

• Ductilidad.- Al ser dúctil, se alerta con grandes deformaciones antes de

producirse una falla, evitando así fracturas y fallas sin previo aviso.

• Rapidez de montaje y facilidad para unir diversos elementos por medio de

conexiones como son la soldadura, los tornillos y los remaches.

• Miembros prefabricados en diferentes tamaños y formas.

• Posible reutilización después de desmontar una estructura.

2.3.2 Desventajas.

• Corrosión.- Este tipo de materiales pueden presentar problemas de

corrosión dependiendo del lugar y los agentes corrosivos externos

(Estructuras Metálicas - Ventajas e Inconvenientes, 2012). Una forma de

protegerlos es aplicando pinturas anticorrosivas.

• Incendios.- El acero estructural pierde resistencia y se debilita a altas

temperaturas (500° C). Es conveniente recubrir las estructuras con

morteros especiales, paneles o pinturas de protección ante el fuego.

• Pandeo.- Se presenta en miembros esbeltos sometidos a compresión.

Deben diseñarse para ser compactos y evitar así estos fenómenos.

• Costo económico de la estructura y su posterior mantenimiento.

15

2.4 Propiedades mecánicas del acero

Para el diseño de miembros de acero, una de los propiedades mecánicas más

importantes es la tensión de fluencia mínima, Fy, que se refiere al esfuerzo de

tensión a partir del cual el material incursiona en el rango inelástico, y las

deformaciones se vuelven permanentes. Adicionalmente, en la gráfica esfuerzo-

deformación del acero se puede obtener la resistencia de tracción, Fu, que es el

máximo esfuerzo de tracción que soporta el material previo a la rotura.

Otro parámetro importante es el módulo de elasticidad, E, que representa el

comportamiento elástico del material. Se obtiene dividiendo el esfuerzo de tensión

sobre la deformación unitaria. Este valor es constante para todos los grados de

acero estructural, E=2100000 Kg/cm².

Ilustración 5: Diagrama Esfuerzo-Deformación del Acero Fuente: http://www.ingenierocivilinfo.com/2010/10/propiedades-del-acero.html

El mínimo esfuerzo de fluencia especificado, Fy, que debe tener el acero

utilizado en miembros en los cuales se espera comportamiento inelástico no debe

exceder de 345 MPa (50 ksi). Esta limitación no es aplicable para las columnas, en

estos casos el mínimo esfuerzo de fluencia especificado no debe exceder 450 MPa

(65 ksi). (NEC-SE-AC, 2015)

16

2.5 Grados de acero estructural

Es fundamental que el ingeniero estructural se asegure de las propiedades de

los materiales, para así poder garantizar que estas satisfagan el diseño.

Un gran número de grados de acero estructural están disponibles para los

perfiles, placas y perfiles huecos estructurales en el mercado. La ASTM aprobó las

normas para las placas y laminados en caliente que son A 36, A 53, A 529, A 572,

A 242, A 588, A 709, A 500, A 501, A 852, A 514, A 913 y A 992. (GERDAU CORSA,

2018)

Tabla 1: Propiedades de Tensión Especificadas por las norma ASTM

Nomenclatura Esfuerzo de Fluencia (Fy) Resistencia a la Tensión (Fu)

ASTM MPa Kg/cm2 MPa Kg/cm2

A 36 250 2530 400 a 550 4080 a 5620

A 529 345 3515 485 4950

380 3880 485 4950

A 242 320 3235 460 4710

345 3515 485 4920

290 2950 414 4220

A 572 345 3515 450 4570

414 4220 515 5270

450 4570 550 5620

A 992 345 3515 450 a 620 4570 a 6330

A 53 240 2460 414 4220

A 500 320 3235 430 4360

A 501 250 2530 400 4080

A 588 345 3515 483 4920

A 709 250 2550 400 4080

345 3515 450 4590

485 4950 585 5965

690 7036 585 7750

620 6322 690 7040

A 913 345 a 483 3515 a 4920 448 a 620 4570 a 6330

Fuente: GERDAU CORSA, (2018)

17

Ilustración 6: Curvas esfuerzo-deformación de algunos grados de acero

Fuente: GERDAU CORSA, (2018)

2.6 Resistencia probable del material

Los procedimientos de diseño para varios sistemas estructurales (por ejemplo,

pórticos especiales a momento, pórticos especiales arriostrados concéntricamente

y pórticos arriostrados excéntricamente) consisten en la aplicación del método de

“Diseño por Capacidad”.

En este método se considera la capacidad esperada del acero, y no su

resistencia mínima de diseño. Para ello se utilizan factores de sobrerresistencia

que aumentan los esfuerzos “Fy” y “Fu”, a fin de trabajar con la resistencia probable

que alcanzaría el material en la realidad.

2.6.1 Factores de sobrerresistencia.

Para calcular el aumento de la resistencia de diseño a una resistencia real o

esperada de los elementos estructurales, se define el factor Ry como la relación

entre la tensión de fluencia probable y la tensión mínima de fluencia, Fy.

18

El mismo criterio se aplica para el caso de fractura, en el cual se define el

factor Rt como la relación entre la resistencia de tracción probable y la resistencia

Fu.

𝑭𝒚𝒑 = 𝑹𝒚 𝑭𝒚 (2 − 1)

Donde:

𝐹𝑦𝑝 = Esfuerzo de fluencia probable

𝐹𝑦 = Esfuerzo mínimo de fluencia

𝑅𝑦 = Factor de esfuerzo de fluencia probable

𝑹𝒕𝒑 = 𝑹𝒕 𝑭𝒖 (2 − 2)

Donde:

𝑅𝑡𝑝 = Resistencia a la tensión probable

𝐹𝑢 = Resistencia mínima a la tensión

𝑅𝑡 = Factor de resistencia a la tensión probable

Ilustración 7: Curvas tensión-deformación con la respuesta mínima esperada y especificada


19

Estos dos factores, que cuantifican la sobrerresistencia del material, deben

determinarse estadísticamente a partir de información experimental obtenida del

ensayo de probetas de acero, por lo cual sus valores podrían cambiar de un país

a otro. (ALACERO, 2018)

Ilustración 8: Valores de los factores Ry y Rt

Fuente: AISC 341, (2016)

20

2.7 Perfiles de acero estructural

En el Ecuador los perfiles de acero estructural se venden bajo pedido, a

diferencia de otros países donde es más común la construcción de estructuras con

acero, y por ende la demanda de perfiles laminados aumenta, siendo desarrollados

con mayor frecuencia.

Por eso es importante que el diseñador conozca los diferentes tipos de perfiles

que existen en el mercado, sus formas y características; para así saber cuáles

puede utilizar, pensando siempre en la economía, facilidad de construcción y

comportamiento óptimo de los elementos.

2.7.1 Perfil tipo H o I.

Perfil de acero laminado en caliente, que tiene una sección en forma de H o

de I. Existen varias denominaciones como el perfil IPN, IPE, HEB o HEA. Se usa

en la fabricación de elementos estructurales como vigas, columnas, cimbras

metálicas, etc, sometidas predominantemente a flexión o compresión.

(PERFILES ESTRUCTURALES DE ACERO, 2013)

Ilustración 9: Perfiles de acero estructural tipo H e I

Fuente: DIPAC, (s.f.)

21

2.7.2 Perfil tipo U o canal.

El perfil tipo U o canal como su nombre lo dice tiene la forma de una U o un

canal, son conocidas también como perfil UPN. Son usadas en vigas y columnas

uniendo dos perfiles, también en viguetas y en cerchas.

Ilustración 10: Perfil de acero estructural tipo U


2.7.3 Perfil tipo L o ángulo.

Puede ser de lados iguales o desiguales, se usa en dinteles, columnas, vigas

de rendimiento, estructuras secundarias y techados de grandes luces. (Perfiles

de Acero Estructural, 2018)

Ilustración 11: Perfil de acero estructural tipo L


22

2.7.4 Perfil T.

Normalmente son las secciones de ala ancha de un perfil HEB o IPE, que se

cortan por la mitad para formar una sección “T”. Se utiliza para dinteles, vigas,

tirantes y columnas. (Perfiles de Acero Estructural, 2018)

Ilustración 12: Perfil de acero estructural tipo T


2.7.5 Tubo de acero de sección hueca.

Estas secciones pueden ser cuadradas, rectangulares o circulares.

Frecuentemente son usadas como columnas, aunque también su uso puede ser

para vigas, cerchas y demás.

Ilustración 13: Tubo de acero de sección hueca cuadrado y circular


23

2.8 Métodos de diseño en acero

2.8.1 Método de las tensiones admisibles, ASD.

El método ASD (Allowable Strength Design) se basa en verificar que las

tensiones inducidas en los elementos estructurales no excedan una tensión

admisible, la que resulta de dividir la resistencia del material por un factor de

seguridad Ω. (ALACERO, 2018)

𝑹𝒂 ≤𝑹𝒏𝜴⁄ (2 − 3)

Donde:

𝑅𝑎 = Resistencia requerida

𝑅𝑛 = Resistencia nominal

𝛺 = Coeficiente de seguridad

2.8.2 Método de factores de carga y resistencia, LRFD.

El método LRFD (Load and Resistance Factor Design) se basa en la

evaluación de una serie de estados límites, los cuales se dividen en dos grupos:

2.8.2.1 Estados límites de servicio, ELS.

Busca asegurar el funcionamiento de la estructura para condiciones de

servicio. Si no se cumplen estos límites pueden producirse daños en elementos

arquitectónicos como puertas y ventanas, afectando al uso normal de la

construcción y causando molestias a sus ocupantes.

Un ejemplo es el límite de deflexión vertical en vigas cuando se someten a

cargas de servicio (L/360 para vigas de entrepisos, y L/200, para vigas de

cubierta) (ASCE/SEI7, 2010).

24

2.8.2.2 Estados límites de resistencia o últimos, ELU.

Se relaciona con la capacidad que tienen los elementos de resistir cargas

últimas; previniendo daños graves en los miembros y buscando la seguridad

estructural ante un evento sísmico.

La verificación de los estados límites se basa en que la resistencia requerida

sea menor a la resistencia de diseño. Este criterio puede expresarse

matemáticamente a través de la siguiente expresión:

𝜮𝝀𝒊𝑸𝒊 ≤ ∅𝑹𝒏 (2 − 4)

Donde:

𝛴 = Sumatoria para los diferentes tipos de carga

𝑄𝑖 = Distintas cargas o sobrecargas de servicio

𝜆𝑖 = Factores de mayoración de carga

𝛴𝜆𝑖𝑄𝑖 = Resistencia requerida

∅ = Factor de resistencia correspondiente al estado límite

𝑅𝑛 = Resistencia nominal

∅𝑅𝑛 = Resistencia de Diseño

Tabla 2: Valores del factor de resistencia ø para miembros de acero

Caso Estado límite de resistencia Factor de

resistencia (ø)

Miembros

traccionados

Fluencia en el área bruta 0.90

Rotura en el área neta 0.75

Miembros

comprimidos

Pandeo flexional 0.90

Pandeo torsional o flexo-torsional

Pandeo local

Miembros

flexionados

Fluencia 0.90

Pandeo lateral-torsional

Pandeo local de ala

Pandeo local de alma

Fluencia por compresión o tracción del ala

Miembros

sometidos a corte

Fluencia por corte 0.90

Pandeo de alma


25

2.9 Sistemas estructurales para construcciones de acero

Mediante investigaciones y experiencia obtenida a lo largo del tiempo, la

construcción de estructuras de acero ha evolucionado. Con el objetivo de optimizar

el uso del material y garantizar la seguridad ante eventos sísmicos, se han

desarrollado distintos tipos de estructuras sismorresistentes, las cuales varían tanto

en su comportamiento estructural, como en su proceso constructivo, funcionalidad

y economía.

Por eso el ingeniero debe seleccionar el sistema estructural adecuada para una

edificación, dependiendo de los requisitos particulares de cada obra.

Ilustración 14: Clasificación de los sistemas estructurales sismorresistentes para construcciones de acero, según AISC 341-16


26

2.9.1 Pórticos resistentes a momento.

Los pórticos resistentes a momento son uno de los sistemas estructurales

usados con mayor frecuencia para diseñar edificios en acero estructural. Son

pórticos formados por la unión de vigas y columnas, las cuales estarán

sometidas a momentos flectores y esfuerzos de corte que controlan su diseño.

Las conexiones deben ser lo suficientemente rígidas para resistir la formación

de rótulas plásticas en las vigas, sin que la capacidad estructural se vea

afectada.

Sus principales ventajas son su versatilidad arquitectónica, ya que no hace

falta colocar componentes estructurales que puedan causar obstrucciones, así

como su alta ductilidad. Por otra parte, el principal limitante de este sistema es

que tiene poca rigidez lateral, lo cual implica que sus derivas son mayores a las

de otros sistemas. (GUIA 3 ACERO, 2016)

Ilustración 15: Pórticos resistentes a momento y su comportamiento ante cargas sísmicas


27

2.9.2 Pórticos arriostrados concéntricamente.

Los pórticos arriostrados concéntricamente son sistemas estructurales donde

se incorporan riostras diagonales al pórtico, y son estas las que brindan

resistencia durante la acción sísmica. Son llamados arriostramientos

concéntricos debido a que los ejes de los elementos diagonales se unen en un

mismo punto, a diferencia de los arriostramientos excéntricos.

Los arriostramientos deben ser diseñados para disipar las cargas sísmicas de

manera dúctil, mediante la formación de nudos plásticos. Mientras que las vigas

y las columnas, son diseñadas para comportarse de forma elástica.

Los sistemas con arriostramientos concéntricos son muy efectivos resistiendo

sismos, y dado a que se comportan como una armadura, tienen una alta rigidez

lateral. La principal desventaja de este tipo de sistema es que tiene una menor

versatilidad, desde el punto de vista arquitectónico. (GUIA 3 ACERO, 2016)

Ilustración 16: Estructura de pórticos arriostrados concéntricamente


28

Ilustración 17: Tipos más comunes de pórticos con arriostramientos concéntricos

Fuente: NEC-SE-AC, (2015)

Ilustración 18: Comportamiento de un pórtico con arriostramiento concéntrico ante un sismo

Fuente: GUIA 3 ACERO, (2016)

29

2.9.3 Pórticos arriostrados excéntricamente.

Surgen en la década de 1970 como un sistema que trata de combinar las

ventajas de los dos anteriores (ductilidad y rigidez lateral elevada),

contrarrestando sus debilidades (altas derivas y pandeo de riostras

comprimidas). (ALACERO, 2018)

En los pórticos arriostrados excéntricamente, los ejes de las riostras no se

juntan en la viga, formando una excentricidad. Estas zonas, llamadas enlaces o

eslabones, son las que proveen de ductilidad al sistema y se diseñan para disipar

la carga sísmica. En cambio el resto de los miembros estructurales se diseñan

para responder de manera elástica.

Ilustración 19: Estructura de pórticos con arriostramientos excéntricos


Ilustración 20: Detalle del enlace en un pórtico con arriostramientos excéntricos


30

Ilustración 21: Tipos más comunes de pórticos con arriostramientos excéntricos


Ilustración 22: Comportamiento de un pórtico con arriostramiento excéntrico ante un sismo


31

2.10 Métodos de diseño sismorresistente

La frecuencia con la que ocurren los sismos es baja, pero sus consecuencias en

cambio son devastadoras, tanto por la destrucción como por el sufrimiento que

provocan. La humanidad ha sufrido a través de la historia las consecuencias

destructivas de los terremotos, incluido el Ecuador, que se encuentra ubicado en

una zona de alto peligro sísmico, el Cinturón de Fuego del Pacífico.

Actualmente para reducir los problemas ocasionados por los sismos y su efecto

sobre las construcciones, los ingenieros estructurales pueden recurrir a varias

soluciones, como el uso de distintos tipos de materiales, sistemas estructurales

dúctiles, y metodologías de diseño y análisis sismorresistente.

2.10.1 Diseño por capacidad.

El diseño por capacidad se basa en los siguientes aspectos:

• Seleccionar los miembros “fusibles” que entrarán en cedencia ante un

evento sísmico, por ejemplo: las vigas en pórticos resistentes a

momento (SMF), los arriostramientos en pórticos con arriostramientos

concéntricos (SCBF), o los enlaces en pórticos con arriostramientos

excéntricos (EBF).

Ilustración 23: Miembros fusibles en sistemas estructurales SMF, SCBF Y EBF

Elaboración: Johnny Cabrera Ordóñez

32

• Los elementos “fusibles” deben ser diseñados para disipar energía de

forma dúctil y estable; mediante “rótulas plásticas”, zonas donde el

sismo induce deformaciones inelásticas previo a la fractura.

• Los demás componentes estructurales se protegen de fallas dúctiles

diseñándolos con una resistencia mayor que los miembros “fusibles”,

así estos últimos desarrollarán las deformaciones plásticas.

• Las conexiones de los miembros “fusibles” deben diseñarse en función

de la capacidad inelástica esperada en estos. Mientras que las

conexiones en el resto de elementos se diseñan para las fuerzas

producidas por las rótulas plásticas esperadas en los “fusibles”.

2.10.2 Diseño basado en desempeño.

Los criterios tradicionales de la ingeniería sísmica se centran en salvar vidas,

lo que implica evitar el colapso de la construcción. Sin embargo, aunque el

edificio quede en pie, el nivel de daño puede ser tan alto que se deba demoler

la estructura, provocando pérdidas económicas elevadas. Es por esta situación

que en los criterios modernos se busca evitar daños en los elementos

estructurales, diseñándolos para soportar un cierto nivel de amenaza sísmica,

en relación al objetivo de desempeño esperado.

Ilustración 24: Niveles de Amenaza Sísmica

Fuente: NEC-SE-DS, (2015)

33

Desde el año 1995 se propuso formalmente el uso del diseño basado en

desempeño, en el documento VISION 2000. En este se definen cuatro objetivos

de desempeño (ALACERO, 2018):

• Totalmente operativo (TO): La construcción se mantiene en servicio

continuo. Daños despreciables en la estructura.

• Operativo (O): La mayoría de las actividades y servicios pueden

reanudarse luego del sismo. Daño ligero en elementos estructurales.

• Seguridad de vidas (SV): La estructura permanece estable, pero con

reducción en la resistencia y rigidez. El edificio puede quedar fuera de

servicio y ser evacuado.

• Prevención de colapso (PC): Daño severo, pero se evita el colapso.

Ilustración 25: Relación amenaza sísmica - objetivos de desempeño, VISION 2000.


Tabla 3: Relación entre niveles de desempeño y distorsión de piso (Biddah y Heidebrecht, 1998).

Nivel de desempeño Distorsión de piso (∆M)

Totalmente operativo < 0,2%

Operativo 0,2% a 0,5%

Seguridad de vidas 0,5% a 1,5%

Prevención del colapso 1,5% a 2.5%


34

2.11 Filosofía de diseño sismorresistente según NEC-15

• Las estructuras deben resistir a todos los terremotos pequeños y frecuentes

que puedan ocurrir durante su vida útil, sin que se produzcan daños en

elementos estructurales y no estructurales.

• Ante terremotos moderados y poco frecuentes, se deben prevenir daños

graves en los elementos estructurales, y se permiten daños controlables en

los no estructurales.

• Se busca salvaguardar la vida de las personas ante terremotos severos que

puedan ocurrir rara vez, produciéndose daños considerables en la estructura,

pero evitando su colapso.

Ilustración 26: Síntesis de la filosofía de diseño sismorresistente


Para lograr cumplir esta filosofía, la estructura debe diseñarse para que:

• Tenga la capacidad de resistir las cargas especificadas en la norma (NEC-

SE-DS, 2015).

• Se produzcan derivas de piso inferiores a las admisibles.

Ilustración 27: Valores de ∆M máximos


35

• Pueda disipar energía de deformación plástica (ductilidad) mediante el uso

del método de “Diseño por Capacidad” o con la implementación de

dispositivos antisísmicos.

2.12 Determinación de cargas sísmicas

Durante un sismo, el suelo entra en movimiento con aceleraciones üg (t). Estas

aceleraciones excitan la masa, m, de la estructura, que generalmente se encuentra

concentrada al nivel de la losa. Así mismo, hay un segundo tipo de carga asociado

al movimiento de la estructura, que se debe al amortiguamiento inherente que tiene

la misma. (GUIA 3 ACERO, 2016)

Ilustración 28: Representación esquemática de una estructura ante un sismo


El comportamiento que se produce en la estructura por la aparición de estas

fuerzas, puede representarse a través de la ecuación de movimiento:

𝒎 + 𝒄 + 𝒌𝒖 = −𝒎𝒈(𝒕) (2 − 5)

Donde:

𝑚 = masa de la estructura

𝑐 = coeficiente de amortiguamiento

𝑘 = rigidez de la estructura

36

𝑢 = desplazamiento lateral

= velocidad de movimiento de la estructura

= aceleración de la estructura

−𝑚𝑔(𝑡) = fuerza efectiva producida por el sismo

𝑘𝑢 = fuerzas internas a las cuáles están sometidos los componentes estructurales debido al sismo

Una forma de determinar las cargas sísmicas es justamente resolver la ecuación

de movimiento en función del tiempo, t. Sin embargo, esto requiere una integración

de la ecuación, volviéndolo un método complejo comparado con otros más fáciles

de aplicar y que cumplen con el mismo propósito.

2.12.1 Método de diseño basado en fuerzas (DBF).

El capítulo (NEC-SE-DS, 2015) ofrece varias alternativas para calcular las

cargas sísmicas y sus efectos. Uno de los más usados es el método de las

fuerzas equivalentes, o Diseño Basado en Fuerzas (DBF). En este método, el

efecto del sismo se representa como una carga lateral llamada cortante basal

Vb, que produce fuerzas internas en la estructura. A su vez, este cortante basal

forma el momento Mb, que causa cargas axiales de tracción y compresión en las

columnas. (GUIA 3 ACERO, 2016)

Ilustración 29: Representación del diseño basado en fuerzas (DBF)


37

2.13 Estructuras de acero ante eventos sísmicos

Es importante que se construyan estructuras viables desde los puntos de vista

arquitectónico, económico, funcional y de seguridad. Por eso no es recomendable

diseñar estructuras que se comporten elásticamente, pues éstas deberían ser

mucho más resistentes que una estructura de comportamiento inelástico, a un nivel

que se vuelve inviable económica y funcionalmente.

En realidad, lo más óptimo es diseñar estructuras que puedan deformarse de

manera dúctil, disipando la energía sísmica por medio de la deformación plástica

de sus componentes. Esto se obtiene dimensionando la estructura para resistir una

carga lateral igual a 𝐹𝑠𝑖𝑠𝑚𝑜/𝑅, en donde R es un factor que varía dependiendo del

nivel de ductilidad de la estructura. Otro factor que debe ser controlado es la deriva

provocada por las cargas laterales, para evitar estructuras demasiado flexibles. La

(NEC-SE-DS, 2015) limita la deriva al 2% de la altura del piso.

Ilustración 30: Comportamiento de un sistema elástico e inelástico ante un sismo


38

2.14 Factores de desempeño

Una forma de establecer el comportamiento inelástico de la estructura es

diseñarla con un análisis elástico, al cual se le aplican los factores de desempeño,

R, Cd y Ω0. El factor de reducción de la carga sísmica R permite disminuir la fuerza

del sismo de diseño para que los elementos incursionen en el rango inelástico y

desarrollen deformaciones plásticas. El factor de amplificación de deflexiones Cd

permite estimar la deriva inelástica multiplicando este factor por el desplazamiento

elástico reducido. Y el factor de sobrerresistencia Ω0, brinda una idea de la

verdadera resistencia de la estructura en el rango inelástico.

Tabla 4: Factores de desempeño para diferentes sistemas estructurales

Sistema Estructural R Cd Ω0

Pórticos resistentes a momento (SMF, IMF, OMF) 8 5.5 3

Pórticos con arriostramientos concéntricos (SCBF, OCBF) 6 5 2

Pórticos con arriostramientos excéntricos (EBF) 8 4 2

Fuente: ASCE/SEI7, (2010)

Ilustración 31: Ilustración de los factores de desempeño


39

2.15 Relación de ancho/espesor

Es importante evitar que se produzcan fallos por pandeo local en los miembros

estructurales para que estos puedan desempeñarse correctamente y desarrollen

un comportamiento dúctil. Por eso es clave revisar la relación ancho/espesor de los

elementos para priorizar el uso de secciones compactas.

Ilustración 32: Relaciones máximas de ancho/espesor


40

Ilustración 32: Relaciones máximas de ancho/espesor (Continuación)


41

CAPITULO III

ASPECTOS METODOLÓGICOS

3.1 Filosofía para el diseño de estructuras de acero

En el capítulo (NEC-SE-AC, 2015) se establece la filosofía de diseño en la cual

una estructura de acero, se conforma regularmente de dos tipo de pórticos: pórticos

gravitacionales localizados interiormente, y pórticos resistentes a momento

localizados en el perímetro del edificio.

Ilustración 33: Planta de edificio de acero estructural compuesto por Pórticos Resistentes a Momento y Gravitacionales


Esta filosofía de diseño es eficiente para estructuras de hasta 5 o 6 niveles, sin

embargo para edificios de mayor altura ubicados en zonas de riesgo sísmico, no

es muy recomendable. Por lo tanto en este proyecto de titulación se ha

considerado, para una mayor seguridad, realizar un diseño en el cual todos los

pórticos sean resistentes a momento.

42

3.1.1 Procedimiento general de diseño.

El procedimiento que se seguirá en este trabajo de titulación para realizar el

diseño de una estructura de acero de 8 niveles ubicada en la ciudad de

Guayaquil, es primero calcular las cargas gravitacionales de acuerdo al capítulo

(NEC-SE-GC, 2015) y las cargas sísmicas según lo indicado en el capítulo

(NEC-SE-DS, 2015).

Luego se realizará un análisis estructural mediante el software ETABS 2016,

para poder determinar la respuesta de la estructura ante un sismo y las fuerzas

internas que se producen en los miembros.

Finalmente, se diseñan los componentes de pórticos resistentes a cargas

laterales (vigas y columnas) y los elementos que soportan cargas gravitacionales

(vigas de correa, sistema de piso mixto). Además se revisará que se cumpla la

relación columna fuerte-viga débil.

Ilustración 34: Procedimiento general de diseño para estructuras de acero


43

3.2 Predimensionamiento de elementos estructurales

3.2.1 Predimensionado de vigas.

El predimensionado de vigas se realizará siguiendo la condición de altura de

viga mínima y de las flechas máximas recomendadas.

Ilustración 35: Tabla de altura de viga mínima recomendada para Fy= 2530 Kg/cm²

Fuente: Predimensionado Estructuras de Acero, (2012)

Ilustración 36: Tabla de flechas máximas recomendadas


44

3.2.2 Predimensionado de columnas.

El predimensionado de las columnas en un sistema estructural SMF, se

basará en el criterio de columna fuerte-viga débil. Para ello se aplicará la relación

mínima entre los módulos plásticos de la columna y de la viga.

Ilustración 37: Tabla de relación entre módulo plástico de columna y vigas


3.2.3 Predimensionado de correas o vigas de transferencia.

El número de las correas depende de la necesidad de arriostramiento lateral

de la viga a la que llegan. En este análisis se dispondrán las vigas a una distancia

entre 1,00 a 1,50 m; orientadas en el sentido X, de manera perpendicular al

sentido de la losa, Y.

El perfil de la viga de correa se predimensiona por su capacidad de soportar

cargas gravitatorias, multiplicando la mayor carga incrementada de servicio (Q)

por el ancho tributario de la correa (at). La capacidad de la sección se determina

por su resistencia al siguiente momento:

45

∅𝑴𝒏 = 𝟎. 𝟗𝟎𝒁𝒙𝑭𝒚 ≥ (𝑸𝒂𝒕)𝑳

𝟐

𝟖 (3 − 1)

Donde:

𝐿 = Longitud de la correa o viga de transferencia

𝑄 = Carga mayorada distribuida por acciones gravitacionales

𝑎𝑡 = Ancho tributario de la correa o viga de transferencia

Para considerar el criterio de flecha máxima se debe respetar el siguiente

parámetro:

𝑳

𝒅≤𝟓𝟔𝟎𝟎𝟎

𝑭𝒚(𝒁𝒙

𝒁𝒓𝒆𝒒) (3 − 2)

Donde:

𝑑 = altura del perfil de la correa o viga de transferencia

𝑍𝑥 = Módulo plástico del perfil de la correa o viga de transferencia

𝑍𝑟𝑒𝑞 = Módulo plástico mínimo que satisfaga la demanda de capacidad

3.2.4 Predimensionado de losa.

La losa se puede predimensionar mediante la relación L/h. A partir de la

distancia entre correas (L) se puede obtener la altura de la losa (h). La altura

mínima recomendada para la losa es de 90 mm y el espesor mínimo del concreto

sobre el sofito metálico 50 mm.

Ilustración 38: Tabla de relación L/h para losas en sistemas de piso


46

3.3 Cargas y combinaciones de cargas

3.3.1 Cargas gravitacionales.

3.3.1.1 Cargas permanentes.

Estas comprenden los pesos de todos los elementos estructurales y no

estructurales que integran permanentemente a la edificación. En este proyecto

de titulación se utilizará dos denominaciones de cargas permanentes: carga

muerta “D” constituida por el peso propio de la estructura como son columnas,

vigas, losas, diagonales, y muros; y sobre carga impuesta “SCP” que considera

el peso de paredes, acabados en pisos, tumbados, y demás.

3.3.1.2 Cargas variables.

Estas comprenden los pesos de personas, muebles, equipos y accesorios

móviles o temporales, mercadería en transición, y otras. Se utilizará dos

denominaciones de cargas variables: carga viva “L” que se aplicará sobre la losa

de todos los pisos, excepto para la losa de cubierta; para ésta se usará la carga

viva de techo “CVt” pues en esta la sobrecarga variable será menor que en el

resto de los pisos.

Las sobrecargas que se utilicen en el cálculo dependen de la ocupación a la

que está destinada la edificación:

Tabla 5: Valores de sobrecarga viva mínima para uso residencial.

Ocupación o Uso

Residencias

Carga Uniforme

(KN/m²)

Viviendas (unifamiliares y bifamiliares) 2.00

Hoteles y residencias multifamiliares 2.00

Fuente: NEC-SE-GC, (2015)

47

3.3.2 Cargas sísmicas.

Se tomará en cuenta el efecto de la carga sísmica “E” mediante un análisis

dinámico modal espectral. Se consideran cuatro aspectos principales para

cuantificar la acción sísmica: el riesgo sísmico propio del lugar, el tipo de suelo

donde se asentará la estructura, la importancia de la construcción y el

comportamiento de la estructura frente al sismo.

Los dos primeros aspectos se representan a través de un espectro elástico

de diseño. La importancia de la construcción se cuantifica a través de un factor

“I” que aumenta la carga sísmica según el destino que se le dará a la

infraestructura. Para el comportamiento estructural, se espera que este sea de

manera dúctil ante un sismo, disipando la energía a través de rótulas plásticas;

para ello se utilizará el factor de reducción sísmica, R, que permite diseñar a los

elementos para que incursionen en el rango inelástico.

3.3.3 Combinaciones de cargas.

La estructura y sus miembros deben ser diseñados para resistir los efectos de

las cargas mayoradas (cargas gravitacionales, y cargas laterales producidas por

el sismo), de acuerdo a las siguientes combinaciones:

𝟏) 𝟏. 𝟒𝑫 + 𝟏. 𝟒𝑺𝑪𝑷

𝟐) 𝟏. 𝟐𝑫 + 𝟏. 𝟐𝑺𝑪𝑷 + 𝟏. 𝟔𝑳 + 𝟎. 𝟓𝑪𝑽𝒕

𝟑) 𝟏. 𝟐𝑫 + 𝟏. 𝟐𝑺𝑪𝑷 + 𝟏. 𝟔𝑪𝑽𝒕 + 𝑳

𝟒) 𝟏. 𝟐𝑫 + 𝟏. 𝟐𝑺𝑪𝑷 + 𝑳 + 𝟎. 𝟓𝑪𝑽𝒕

𝟓) (𝟏. 𝟐 + 𝟎. 𝟐𝑺𝑫𝑺)𝑫 + (𝟏. 𝟐 + 𝟎. 𝟐𝑺𝑫𝑺)𝑺𝑪𝑷 + 𝜸𝑳 + 𝟏. 𝟎 𝑬

𝟔) (𝟎. 𝟗 − 𝟎. 𝟐𝑺𝑫𝑺)𝑫 + (𝟎. 𝟗 − 𝟎. 𝟐𝑺𝑫𝑺)𝑺𝑪𝑷+ 𝟏. 𝟎 𝑬 (3 − 3)

Para las combinaciones 3 y 4 se puede reducir la carga viva a 0.5L si L<=4.8

kN/m². (NEC-SE-GC, 2015)

48

3.4 Espectro elástico de diseño

La (NEC-SE-DS, 2015) proporciona el espectro de respuesta elástico de

aceleraciones Sa, para el nivel del sismo de diseño.

Ilustración 39: Espectro elástico de aceleraciones que representa el sismo de diseño.


49

La aceleración (Sa) se determina de acuerdo al rango en el espectro al que

pertenece el periodo fundamental de vibración estructural T.

Ilustración 40: Ecuaciones para obtener la aceleración (Sa) del espectro de diseño.


El período límite de vibración Tc se obtiene mediante las siguiente expresión:

𝑻𝒄 = 𝟎. 𝟓𝟓𝑭𝒔𝑭𝒅

𝑭𝒂 (3 − 4)

Se definen los valores de “ɳ”, los cuales varían dependiendo de la región del

Ecuador:

• ɳ = 1.80 Provincias de la Costa (excepto Esmeraldas)

• ɳ = 2.48 Provincias de la Sierra, Esmeraldas y Galápagos

• ɳ = 2.60 Provincias del Oriente

50

3.4.1 Zonificación sísmica del Ecuador y factor Z.

El sitio donde se va a construir la estructura determinará una de las seis zonas

sísmicas del Ecuador, caracterizada por el valor del factor de zona Z, de acuerdo

al mapa de zonificación sísmica para diseño, que proviene del resultado del

estudio de peligro sísmico para un 10% de excedencia en 50 años (período de

retorno 475 años). (NEC-SE-DS, 2015)

Ilustración 41: Mapa de zonificación sísmica del Ecuador


Ilustración 42: Valores del factor Z en función de la zona sísmica adoptada


51

3.4.2 Tipos de perfiles de suelos.

La realización del espectro de diseño depende del tipo de suelo donde se va

a construir la estructura. Se definen seis tipos de perfiles de suelos:

Ilustración 43: Clasificación de los perfiles de suelo


52

3.4.3 Coeficientes de perfil de suelo Fa, Fd y Fs.

La (NEC-SE-DS, 2015) presenta tablas de los valores de coeficientes de

amplificación de suelo Fa, Fd y Fs.

Ilustración 44: Fa, Coeficiente de amplificación de suelo en zona de período corto


Ilustración 45: Fd, Coeficiente de amplificación de las ordenadas del espectro elástico

de respuesta de desplazamientos para diseño en roca


53

Ilustración 46: Fs, Coeficiente del comportamiento no lineal de los suelos


3.5 Categoría de edificio y coeficiente de importancia I

La estructura que se analizará en este proyecto puede clasificarse en una de las

categorías de edificio en función del tipo de uso o importancia de la edificación,

estableciendo el coeficiente de importancia I.

Ilustración 47: Categorización y coeficiente de importancia de la estructura


54

3.6 Coeficientes de configuración estructural

Los coeficientes de configuración estructural buscan dotar de mayor resistencia

a la estructura, incrementando el cortante basal de diseño.

3.6.1 Regularidad en planta y elevación.

Lo más recomendado para un adecuado desempeño sísmico es que la

configuración estructural del edificio que se va a construir sea lo más simple y

regular posible. Una estructura puede ser considerada regular en planta y en

elevación si presenta las siguientes configuraciones:

Ilustración 48: Tabla de configuraciones estructurales regulares en planta y elevación


Los coeficientes en planta (øPi) y en elevación (øEi) son iguales a 1, puesto

que al ser estructuras regulares no hace falta incrementar el valor del cortante

basal.

55

3.6.2 Irregularidades.

Las irregularidades pueden producir comportamientos deficientes en la

estructuras frente a un sismo. Es por esto que se utilizan factores de

configuración estructural (en planta øPi, y en elevación øEi), que se multiplican

por el coeficiente de reducción R, con el objetivo de tomar en cuenta dichas

irregularidades en el diseño.

Ilustración 49: Tabla de configuraciones y coeficientes de irregularidad en planta


56

Ilustración 50: Tabla de configuraciones y coeficientes de irregularidad en elevación


La estructura que se analizará en este proyecto de titulación presenta dos

tipos de irregularidades en su configuración estructural: una en planta que son

retrocesos excesivos en las esquinas, y otra en elevación que entraría dentro de

irregularidad geométrica.

Por lo tanto, para este proyecto se utilizará un coeficiente en planta øPi=0.9 y

uno en elevación øEi=0.9 para brindar de mayor resistencia a la estructura.

57

3.7 Ductilidad y factor de reducción R

El factor R permite reducir las fuerzas sísmicas de diseño, y depende del tipo de

sistema estructural que se vaya a implementar y del nivel de ductilidad con el que

se desea diseñar para que desarrolle deformaciones plásticas.

Ilustración 51: Valores del coeficiente de reducción R para sistemas estructurales dúctiles


Este proyecto de titulación analizará una estructura de pórticos resistentes a

momentos de acero estructural, por lo que el valor R que debería tomarse es R=8.

Sin embargo se considera que reducir la fuerza sísmica a su octava parte le restaría

rigidez lateral y resistencia a la estructura, volviéndola demasiado flexible. Por lo

tanto se decidió usar un valor de R=6.

58

3.8 Cortante basal de diseño

El cortante basal de diseño V se determinará mediante:

𝑽 =𝑰𝑺𝒂(𝑻𝒂)

𝑹∅𝑷∅𝑬𝐖 (3 − 5)

Donde:

𝑆𝑎(𝑇𝑎) = Espectro de diseño en aceleración

𝑇𝑎 = Período de vibración

𝐼 = Coeficiente de importancia

∅𝑃 𝑦 ∅𝐸 = Coeficiente de configuración en planta y elevación

𝑅 = Factor de reducción de resistencia sísmica

W = Carga sísmica reactiva

El valor del cortante dinámico total en la base obtenido a través del análisis

dinámico espectral, no debe ser: (NEC-SE-DS, 2015)

• <80% del cortante basal V estático (estructuras regulares)

• <85% del cortante basal V estático (estructuras irregulares)

3.9 Control de la deriva de piso (ΔM)

El diseñador deberá comprobar que la estructura presentará deformaciones

inelásticas controlables, verificando sean menores a las admisibles según (NEC-

SE-DS, 2015). La deriva máxima inelástica ∆M se calculará mediante:

∆𝑴= 𝟎. 𝟕𝟓𝐑∆𝑬 (3 − 6)

Donde:

∆𝑀 = Deriva máxima inelástica

∆𝐸 = Desplazamiento obtenido en aplicación de las fuerzas laterales de diseño reducidas

R = Factor de reducción de resistencia

59

CAPITULO IV

DESARROLLO DEL PROYECTO PROPUESTO

4.1 Ubicación del proyecto

El proyecto se encuentra en la parroquia Pedro Carbo, en el sector del Malecón

2000, ciudad de Guayaquil, Provincia del Guayas. Está ubicado en la calle Gral.

Alm. Manuel A. de Luzarraga entre las calles Malecón Simón Bolívar y Panamá.

Sus coordenadas son 2°11'20.5"S 79°52'44.2"W.

Ilustración 52: Mapa Satelital de la ubicación del proyecto en la ciudad de Guayaquil

Fuente: Google Maps

60

Ilustración 53: Plano de Localización del proyecto


61

4.2 Características arquitectónicas de la estructura

La propuesta consiste en el desarrollo de un edifico destinado a ser un hotel

constituido por una estructura de 8 niveles. Presenta una elevación total HT=24.1

m; la distancia entre niveles es la misma H=2.9 m, con excepción del primer nivel

que tiene una altura H=3.8 m. En la planta baja se encuentra el vestíbulo,

restaurante, oficinas, y locales comerciales. En el primer piso hay salas de

conferencia, reuniones y usos múltiples, y en el segundo piso se ubican el gimnasio,

sauna y zonas de masaje. Desde el tercer piso hasta el séptimo se encuentran las

habitaciones. Además el edificio cuenta con dos elevadores, escaleras metálicas

principal y de emergencia y un montacargas de servicio.

A continuación se muestra el diseño arquitectónico del hotel:

Ilustración 54: Fachadas Frontal, Posterior y Lateral Izquierda y Derecha del Edificio


62

Ilustración 55: Cortes A-A y B-B del Edificio


Ilustración 56: Planta Baja del Edificio


63

Ilustración 57: Primera Planta del Edificio


Ilustración 58: Segunda Planta del Edificio


64

Ilustración 59: Plantas Tipo 3 y 4, Tipo 5 y 6 y Planta 7 del Edificio


65

4.3 Distancias efectivas y área de construcción

Aunque la estructura cuenta con 8 niveles arquitectónicamente diferentes, en

cuestión estructural se pueden determinar 3 tipos de plantas diferentes, donde lo

que varía es el área de construcción de dichas plantas y el número de vanos en X

y en Y.

Las tres plantas tipo son: Planta Baja, Planta Tipo para el primer y segundo piso

y Planta Tipo desde el tercer piso hasta el séptimo piso.

A continuación se presentan las plantas estructurales tipo con sus respectivas

distancias efectivas (de eje a eje de columna), y una tabla con las áreas de

construcción de cada una de las plantas.

Ilustración 60: Distancias Efectivas de la Planta Baja


66

Ilustración 61: Distancias Efectivas de la Planta Tipo del primer y segundo piso


Ilustración 62: Distancias Efectivas de la Planta Tipo del tercer al séptimo piso


Tabla 6: Área Total de la estructura.


Planta Área (m2) Cantidad Área Total (m2)

Planta Baja 1278.46 1 1278.46

Planta Tipo 1er y 2do Piso 955.36 2 1910.72

Planta Tipo 3r a 7mo Piso 752.34 5 3761.7

Total 6950.88

67

4.4 Computo de cargas

A continuación se realizará el cálculo de cargas que soportará la estructura,

tomando en cuenta los planos arquitectónicos y los pesos propios detallados en la

(NEC-SE-GC, 2015).

4.4.1 Carga muerta.

La carga muerta D, que representa el peso propio de la estructura, se

calculará directamente en el programa ETABS 2016, tomando en cuenta las

características geométricas y mecánicas de los diferentes miembros.

4.4.2 Carga sobreimpuesta.

Para la carga sobreimpuesta SCP se calcularán los pesos de paredes,

acabados y de la losa Steel Deck. Esta carga se definirá para todos los pisos,

excepto para el último nivel.

• Peso de Paredes

Tabla 7: Sobrecarga de Paredes


Carga de Paredes

Perímetro De Paredes 312 m

Altura De Paredes 2.8 m

Área De Paredes 873.6 m²

Área de Losa 752.47 m²

Área de bloques y mortero en juntas en 1m² de pared

Área de bloques (0.19 m x 0.39 m) x 12.5 u = 0.926 m²

Área de mortero en juntas 1 m² - 0.926 m² = 0.0737 m²

Peso de bloques, mortero en juntas y mortero en enlucido en 1m² de pared

Peso de bloques (0.926 m² x 0.14 m) x 0.85 Ton/m³ = 0.11 Ton

Peso de mortero en juntas (0.0737 m² x 0.14 m) x 2 Ton/m³ = 0.02072 Ton

Peso de mortero en enlucidos (1m x 1m x 0.03m x 2 u) x 2 Ton/m³ = 0.12 Ton

Peso de Paredes

Peso de pared en 1m² (0.11 + 0.02072 + 0.12) Ton = 0.25 Ton/m²

Peso total de paredes en losa 0.25 Ton/m² x 873.6 m² = 218.4 Ton

Peso Total de paredes por m2 (218.4 Ton)/752.47 m² = 0.29 Ton/m²

68

• Peso de Acabados

Tabla 8: Sobrecarga de Acabados


• Peso de Losa Steel Deck

Se utilizará una losa Steel Deck Novalosa 55, con un espesor del sofito

metálico de 0.65 mm. La capa de hormigón tendrá un espesor de 5 cm y la

altura de onda del sofito es de 55 mm.

Ilustración 63: Geometría de losa Steel Deck Novalosa 55

Fuente: Novacero, (s.f.)

Ilustración 64: Pesos del sofito metálico Novalosa 55 y Volumen de Hormigón

Fuente: Novacero, (s.f.)

Carga de Acabados

Peso de Cerámica 0.02 Ton/m²

Peso de Cielo Raso 0.02 Ton/m²

Total de Acabados 0.04 Ton/m²

69

Tabla 9: Sobrecarga de Losa Steel Deck


• Carga Total Sobreimpuesta SCP

𝑆𝐶𝑃 = 𝑊 𝑝𝑎𝑟𝑒𝑑𝑒𝑠 + 𝑊 𝑎𝑐𝑎𝑏𝑎𝑑𝑜𝑠 +𝑊 𝑙𝑜𝑠𝑎

𝑆𝐶𝑃 = 0.29𝑇

𝑚2+ 0.04

𝑇

𝑚2+ 0.17

𝑇

𝑚2= 0.5

𝑇

𝑚2

𝑺𝑪𝑷 = 𝟓𝟎𝟎𝑲𝒈

𝒎𝟐 (4 − 1)

4.4.3 Carga viva.

La carga viva L, se define de acuerdo a las disposiciones de la (NEC-SE-GC,

2015). Esta carga se definirá para todos los pisos, excepto para el último nivel.

El valor que se asumirá como carga viva es el establecido para el tipo de uso de

esta estructura, que será un hotel.

𝑳 = 𝟐𝟎𝟎𝑲𝒈

𝒎𝟐 (4 − 2)

4.4.4 Carga de losa de cubierta.

Para el último piso se aplica la mitad de la carga viva que se indica en la (NEC-

SE-GC, 2015) y para la carga sobreimpuesta se retira el peso de las paredes.

𝑺𝑪𝑷 = 𝟐𝟎𝟎𝑲𝒈

𝒎𝟐 (4 − 3)

𝑪𝑽𝒕 = 𝟏𝟎𝟎𝑲𝒈

𝒎𝟐 (4 − 4)

Carga de Novalosa 55

Peso de Sofito Metálico espesor 0.65 mm = 6.38 Kg/m²

Peso de Losa de Hormigón e=5cm 0.075 m³ x 2200 Kg/m³ = 165 Kg/m²

Total Peso Losa Steel Deck 171.38 Kg/m²

70

4.4.5 Carga de escalera.

La carga de la escalera se incluirá en la estructura como carga sobreimpuesta

SCP, pero no será distribuida sobre la losa como las otras cargas sino que será

modelada como carga sobre la viga en la que se apoya.

Para los escalones se utilizará Perfil U 280x80x2,5mm el cual se rellenará con

hormigón. Para el descanso se utilizará hormigón armado. Ambos elementos se

apoyarán sobre vigas Tubo Rectangular 250x100x5 mm.

Ilustración 65: Detalle de Escalera


71

Ilustración 66: Detalle de escalón


Ilustración 67: Detalle de descanso


72

Ilustración 68: Detalle de apoyos de la escalera


Tabla 10: Sobrecarga de Escalera


Carga de Escalera

Huella 0.28 m

Contrahuella 0.18 m

Longitud de 1 escalón 1.2 m

Número total de escalones 13

Ancho de Descanso 1.2 m

Largo de Descanso 3.15 m

Longitud de la Vigas de Apoyo 21.82 m

Peso de Escalones

Peso del Canal U de 1

escalón

1.2 m x 8.47 Kg/m = 10.164 Kg

Peso de Hormigón de 1

escalón

(1.20 m x 0.275 m x 0.0775 m) x 2400 Kg/m = 61.38 Kg

Peso Total de Escalones (10.164 Kg + 61.38 Kg) x 13 = 930.072 Kg

Peso de Descanso

Peso de Hormigón de

Descanso

(1.20 m x 3.15 m x 0.075 m) x 2400 Kg/m = 680.4 Kg

Peso de Vigas de Apoyo

Peso total de Tubo

Rectangular

21,82 m x 27.25 Kg/m= 594,595 Kg

Peso de Escalera

Peso total de escalera 930.072 Kg + 680.4 Kg + 594,595 Kg= 2205 Kg

Peso de escalera por

metro lineal

(2205 Kg )/3.15 m= 700 Kg/m

73

4.5 Predimensionamiento

4.5.1 Predimensionado de vigas perimetrales e interiores.

El predimensionamiento de las vigas se realizará mediante la condición de

altura mínima recomendada.

𝒉 =𝑳

𝟏𝟔 (4 − 5)

Considerando la luz mayor como más desfavorable, siendo L= 6.32 m.

𝒉 =𝟔. 𝟑𝟐

𝟏𝟔= 𝟎. 𝟑𝟗𝟓 𝒎 (4 − 6)

De acuerdo al prediseño la sección tendría un peralte de 400 mm, pero por

motivo de seguridad y debido a que van a ser diseñadas para soportar cargas

gravitacionales y laterales, se adoptará una sección mayor para las vigas

interiores (IPE 450).

Para las vigas perimetrales, debido a que estas van a soportar cargas

laterales, se asumirá un peralte mayor que el de las vigas interiores; se utilizará

vigas (IPE 500).

4.5.2 Predimensionamiento de columnas.

Para un sistema SMF, se requiere cumplir el criterio de columna fuerte viga

débil; por lo tanto se realizará el predimensionamiento de las columnas en base

a la relación entre el módulo plástico de la columna y el módulo plástico de la

viga.

𝒁𝒄𝒁𝒙𝒃⁄ = 𝟐. 𝟓𝟎 (4 − 7)

74

4.5.2.1 Predimensionado de columnas interiores.

• Módulo Plástico de la Viga Interior IPE450

Para calcular el módulo plástico se determina el centroide de la figura, el

cual se calcula hasta el eje neutro de toda la sección.

Ilustración 69: Datos para el cálculo del centroide, viga IPE450


Tabla 11: Centroide de Viga Interior IPE450

Figura Área A (cm²) Centroide y (cm) Producto (A*y) (cm³)

1 A1=19x1.46=27.74 y1=21.04+(1.46/2)=21.77 (A1)(y1)=603.8998

2 A2=21.04x0.94=19.777 y2=21.04/2=10.52 (A2)(y2)=208.054

SUMA As=A1+A2= 47.517

811.9538


𝒂 =𝟖𝟏𝟏. 𝟗𝟓𝟑𝟖

𝟒𝟕. 𝟓𝟏𝟕= 𝟏𝟕. 𝟎𝟖𝟕𝟔 𝒄𝒎

𝒅 = 𝟐(𝒂) = 𝟐(𝟏𝟕. 𝟎𝟖𝟕𝟔 ) = 𝟑𝟒. 𝟏𝟕𝟓𝟐 𝒄𝒎

𝒁𝒙𝒃 = 𝑨𝒔 × 𝒅 = 𝟒𝟕. 𝟓𝟏𝟕 × 𝟑𝟒. 𝟏𝟕𝟓𝟐 = 𝟏𝟔𝟐𝟑. 𝟗 𝒄𝒎𝟑 (4 − 8)

75

• Módulo Plástico de la Columna TUBO 320x320x35

Ilustración 70: Datos para el cálculo del centroide, columna TUBO 320x320x35


Tabla 12: Centroide de Columna TUBO 320x320x35


1 A1=32x3.5=112 y1=12.5+(3.5/2)=14.25 (A1)(y1)=1596

2 A2=12.5x3.5x2=87.5 y2=12.5/2=6.25 (A2)(y2)=546.875

SUMA As=A1+A2= 199.5

2142.875


𝒂 =𝟐𝟏𝟒𝟐. 𝟖𝟕𝟓

𝟏𝟗𝟗. 𝟓= 𝟏𝟎. 𝟕𝟒 𝒄𝒎

𝒅 = 𝟐(𝒂) = 𝟐(𝟏𝟎. 𝟕𝟒) = 𝟐𝟏. 𝟒𝟖 𝒄𝒎

𝒁𝒄 = 𝑨𝒔 × 𝒅 = 𝟏𝟗𝟗. 𝟓 × 𝟐𝟏. 𝟒𝟖 = 𝟒𝟐𝟖𝟓. 𝟐𝟔 𝒄𝒎𝟑 (4 − 9)

Se realiza la relación entre el módulo plástico de la viga interior respecto al

de la columna interior.

𝒁𝒄𝒁𝒙𝒃⁄ =

𝟒𝟐𝟖𝟓. 𝟐𝟔

𝟏𝟔𝟐𝟑. 𝟗

𝒁𝒄𝒁𝒙𝒃⁄ = 𝟐. 𝟔𝟑𝟖𝟖 > 𝟐. 𝟓𝟎 𝑪𝒖𝒎𝒑𝒍𝒆 (4 − 10)

Por lo tanto, la sección a usarse en el esquema estructural será: columnas

interiores TUBO 320x320x35.

76

4.5.2.2 Predimensionado de columnas perimetrales.

• Módulo Plástico de la Viga Perimetral IPE500

Para calcular el módulo plástico se determina el centroide de la figura, el

cual se calcula hasta el eje neutro de toda la sección.



Tabla 13: Centroide de Viga Perimetral IPE500


1 A1=20x1.6=32 y1=23.4+(1.6/2)=24.2 (A1)(y1)=774.4

2 A2=23.4x1.02=23.868 y2=23.4/2=11.7 (A2)(y2)=279.2556

SUMA As=A1+A2= 55.868

1053.6556


𝒂 =𝟏𝟎𝟓𝟑. 𝟔𝟓𝟓𝟔

𝟓𝟓. 𝟖𝟔𝟖= 𝟏𝟖. 𝟖𝟔 𝒄𝒎

𝒅 = 𝟐(𝒂) = 𝟐(𝟏𝟖. 𝟖𝟔) = 𝟑𝟕. 𝟕𝟐 𝒄𝒎

𝒁𝒙𝒃 = 𝑨𝒔 × 𝒅 = 𝟓𝟓. 𝟖𝟔𝟖 × 𝟑𝟕. 𝟕𝟐 = 𝟐𝟏𝟎𝟕. 𝟑𝟒 𝒄𝒎𝟑 (4 − 11)

77

• Módulo Plástico de la Columna TUBO 360x360x35

Ilustración 72: Datos para el cálculo del centroide, columna TUBO 360x360x35


Tabla 14: Centroide de Columna TUBO 360x360x35


1 A1=36x3.5=126 y1=14.5+(3.5/2)=16.25 (A1)(y1)=2047.5

2 A2=14.5x3.5x2=101.5 y2=14.5/2=7.25 (A2)(y2)=735.875

SUMA As=A1+A2= 227.5

2783.375


𝒂 =𝟐𝟕𝟖𝟑. 𝟑𝟕𝟓

𝟐𝟐𝟕. 𝟓= 𝟏𝟐. 𝟐𝟑𝟒𝟔 𝒄𝒎

𝒅 = 𝟐(𝒂) = 𝟐(𝟏𝟐. 𝟐𝟑𝟒𝟔) = 𝟐𝟒. 𝟒𝟔𝟗𝟐 𝒄𝒎

𝒁𝒄 = 𝑨𝒔 × 𝒅 = 𝟐𝟐𝟕. 𝟓 × 𝟐𝟒. 𝟒𝟔𝟗𝟐 = 𝟓𝟓𝟔𝟔. 𝟕𝟒𝟑 𝒄𝒎𝟑 (4 − 12)

Se realiza la relación entre el módulo plástico de la viga perimetral respecto

al de la columna perimetral.

𝒁𝒄𝒁𝒙𝒃⁄ =

𝟓𝟓𝟔𝟔. 𝟕𝟒𝟑

𝟐𝟏𝟎𝟕. 𝟑𝟒

𝒁𝒄𝒁𝒙𝒃⁄ = 𝟐. 𝟔𝟒𝟏𝟔 > 𝟐. 𝟓𝟎 𝑪𝒖𝒎𝒑𝒍𝒆 (4 − 13)


perimetrales TUBO 360x360x35.

78

4.5.3 Predimensionado de correas.

Las correas irán en el sentido X, a una distancia de separación de 1.2 m. Se

predimensiona el perfil por su capacidad, dada por la siguiente fórmula:

∅𝑴𝒏 = 𝟎. 𝟗𝟎 × 𝒁𝒙 × 𝑭𝒚 ≥(𝑸𝒂𝒕)𝑳²

𝟖

𝑸 = 𝟏. 𝟐𝑺𝑪𝑷 + 𝟏. 𝟔𝑳 + 𝟎. 𝟓𝑪𝑽𝒕 = 𝟏. 𝟐(𝟓𝟎𝟎) + 𝟏. 𝟔(𝟐𝟎𝟎) + 𝟎. 𝟓(𝟏𝟎𝟎) = 𝟗𝟕𝟎𝒌𝒈

𝒎𝟐

𝑸 = 𝟏. 𝟒 𝑺𝑪𝑷 = 𝟏. 𝟒 ∗ 𝟓𝟎𝟎 = 𝟕𝟎𝟎𝒌𝒈

𝒎𝟐 (4 − 14)

Se escoge la mayor carga entre las dos, que es Q=970 Kg/m².

𝑸𝒂𝒕 = 𝟗𝟕𝟎𝒌𝒈

𝒎𝟐× 𝟏. 𝟐 𝒎 = 𝟏𝟏𝟔𝟒 𝒌𝒈/𝒎

𝒁𝒙 ≥(𝑸𝒂𝒕)𝑳²

𝟖 × 𝟎, 𝟗𝟎 × 𝑭𝒚=

𝟏𝟏𝟔𝟒 × 𝟓. 𝟑𝟔𝟐

𝟖 × 𝟎. 𝟗𝟎 × 𝟐𝟓𝟑𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎= 𝟎. 𝟎𝟎𝟎𝟏𝟖𝟑𝟓𝟖𝟏𝟕𝟔𝟓𝟓 𝒎³

𝒁𝒙 = 𝟏𝟖𝟑. 𝟓𝟖 𝒄𝒎𝟑 (4 − 15)

Se escogerá una sección que tenga un mayor módulo plástico que el

requerido. Se probará la correa IPE 240.



79

Tabla 15: Centroide de Viga de Correa IPE240


1 A1=12x0.98=11.76 y1=11.02+(0.98/2)=11.51 (A1)(y1)=135.3576

2 A2=11.02x0.62=6.8324 y2=11.02/2=5.51 (A2)(y2)=37.646524

SUMA As=A1+A2= 18.5924

173.004124 cm³


𝒂 =𝟏𝟕𝟑. 𝟎𝟎𝟒𝟏𝟐𝟒

𝟏𝟖. 𝟓𝟗𝟐𝟒= 𝟗. 𝟑𝟎𝟓𝟎𝟗𝟗 𝒄𝒎

𝒅 = 𝟐(𝒂) = 𝟐(𝟗. 𝟑𝟎𝟓𝟎𝟗𝟗 ) = 𝟏𝟖. 𝟔𝟏𝟎𝟏𝟗𝟖 𝒄𝒎

𝒁𝒙𝒃 = 𝑨𝒔 × 𝒅 = 𝟏𝟖. 𝟓𝟗𝟐𝟒 × 𝟏𝟖. 𝟔𝟏𝟎𝟏𝟗𝟖 = 𝟑𝟒𝟔, 𝟎𝟎𝟖𝟐𝟒𝟓𝟑 𝒄𝒎𝟑 (4 − 16)

Se verifica que el módulo plástico calculado cumpla el requisito:

𝒁𝒙𝒄𝒂𝒍𝒄 > 𝒁𝒙𝒓𝒆𝒒𝒖𝒆𝒓𝒊𝒅𝒂

𝟑𝟒𝟔. 𝟎𝟎𝟖 𝒄𝒎𝟑 > 𝟏𝟖𝟑. 𝟓𝟖 𝒄𝒎𝟑 𝑶𝒌 (4 − 17)

El módulo plástico de la sección IPE240 es mayor que el requerido.

Además se tomará en cuenta que cumpla con el criterio de flecha máxima

para correas:

𝑳

𝒅≤𝟓𝟔𝟎𝟎𝟎

𝑭𝒚(𝒁𝒙

𝒁𝒓𝒆𝒒)

𝟓𝟑𝟔

𝟐𝟒≤𝟓𝟔𝟎𝟎𝟎

𝟐𝟓𝟑𝟎(𝟑𝟒𝟔. 𝟎𝟎𝟖

𝟏𝟖𝟑. 𝟓𝟖)

𝟐𝟐. 𝟑𝟑 ≤ 𝟒𝟏. 𝟕𝟏𝟖 𝑶𝒌 (4 − 18)

Se cumplieron ambos requisitos, el de capacidad con el módulo plástico, y el

de flecha máxima.


perimetrales IPE 240.

80

4.6 Modelo matemático en ETABS 2016

Se realiza el modelo matemático en 3D de la estructura de 8 niveles en acero

estructural, utilizando el software ETABS 2016. En el programa se definen los

parámetros: materiales, secciones predimensionadas, cargas y combinaciones.

En el caso de la carga sísmica se definirá un espectro de respuesta de acuerdo

a los parámetros establecidos en la (NEC-SE-DS, 2015). El tipo de suelo es tipo D,

tendrá un factor de importancia I=1, se afectará a la estructura con factores de

irregularidad en planta øPi=0.9 y en elevación øEi=0.9; y se aplicará un factor de

reducción R=6.

Con este modelo matemático se determinarán el período fundamental dinámico,

los modos de vibración de la estructura, el cortante basal y los desplazamientos

laterales máximos.

Ilustración 74: Vista Renderizada de la Estructura, ETABS 2016


81

4.6.1 Definición de propiedades de los materiales.

Se definirán las propiedades del material de acero ASTM A36:

𝑭𝒚 = 𝟐𝟓𝟑𝟎 𝑲𝒈𝒄𝒎𝟐⁄ 𝐸𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑑𝑒 𝐹𝑙𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎

𝑹𝒚 = 𝟏. 𝟓 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑆𝑜𝑏𝑟𝑒𝑟𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑎 𝑙𝑎 𝐹𝑙𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎

𝑭𝒖 = 𝟒𝟎𝟖𝟎 𝑲𝒈𝒄𝒎𝟐⁄ 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑎 𝑙𝑎 𝑇𝑒𝑛𝑠𝑖ó𝑛

𝑹𝒕 = 𝟏. 𝟐 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑆𝑜𝑏𝑟𝑒𝑟𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑎 𝑙𝑎 𝑇𝑒𝑛𝑠𝑖ó𝑛

𝑬 = 𝟐𝟏𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎 𝑲𝒈𝒄𝒎𝟐⁄ 𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝐸𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 (4 − 19)

Ilustración 75: Definición de propiedades de acero ASTM A36, ETABS 2016


82

4.6.2 Definición de perfiles predimensionados.

• Vigas Perimetrales

Ilustración 76: Definición de viga IPE500, ETABS 2016


• Vigas Interiores



83

• Vigas de Correa



• Columnas Perimetrales

Ilustración 79: Definición de columna TUBO360x360x35, ETABS 2016


84

• Columnas Interiores

Ilustración 80: Definición de columna TUBO320x320x35, ETABS 2016


4.6.3 Definición de patrones de carga.

𝑫 = 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑀𝑢𝑒𝑟𝑡𝑎

𝑳 = 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑉𝑖𝑣𝑎

𝑺𝑪𝑷 = 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑆𝑜𝑏𝑟𝑒𝑖𝑚𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑎

𝑪𝑽𝒕 = 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑉𝑖𝑣𝑎 𝑑𝑒 𝑇𝑒𝑐ℎ𝑜 (4 − 20)

Ilustración 81: Load Patterns, ETABS 2016


85

4.6.4 Fuente de masa.

𝜸 = 𝟎. 𝟓𝟎 𝑃𝑎𝑟𝑡𝑖𝑐𝑖𝑝𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑉𝑎𝑟𝑖𝑎𝑏𝑙𝑒 𝐿 (4 − 21)

Ilustración 82: Mass Source, ETABS 2016


4.6.5 Definición del espectro de respuesta.

Se lo definirá según los parámetros indicados en (NEC-SE-DS, 2015):

Ilustración 83: Espectro de respuesta, ETABS 2016


86

4.6.6 Definición de casos de cargas.

A los patrones de carga definidos anteriormente, se agregarán los casos de

carga producidos por la acción sísmica, representada en el espectro de

respuesta.

Se definirán 3 casos de carga sísmica: Sismo X, Sismo Y y Sismo Horizontal.

• SISMO X

Se define el caso en que la carga sísmica se aplica al 100% en el sentido

X, y un 30% en el sentido Y.

Ilustración 84: Load Case Sismo X, ETABS 2016


• SISMO Y

Se define el caso en que la carga sísmica se aplica al 100% en el sentido

Y, y un 30% en X.

87

Ilustración 85: Load Case Sismo Y, ETABS 2016


• SISMO HORIZONTAL

𝐸ℎ = √𝐸𝑥2 + 𝐸𝑦2 (4 − 22)

Ilustración 86: Load Case Sismo Horizontal, ETABS 2016


88

4.6.7 Definición de combinaciones de carga.

Las cargas se incrementarán de acuerdo a las siguientes combinaciones:

Ilustración 87: Combinaciones de Carga, ETABS 2016


89

4.6.8 Efecto P-Delta.

Para incluir el efecto P-Delta, se definirá con la opción no iterativo basado en

la masa. Con esta opción el programa cuando la estructura se desplace por el

sismo tomará la masa, la multiplica por la gravedad y generará un peso, el cual

producto de la sismicidad generará un momento.

Ilustración 88: Efecto P-Delta, ETABS 2016


4.6.9 Modal Cases.

Se definirán 3 modos de vibración por cada piso. Al ser 8 pisos, habrá un

máximo de 24 modos de vibración.

Ilustración 89: Modal Cases, ETABS 2016


90

4.6.10 Asignación de secciones.

Se asignarán las secciones previamente definidas, incluyendo la losa como

membrana de e=0.001 m, y los huecos para escaleras y ascensores.

Ilustración 90: Vista en planta y elevación de secciones asignadas, ETABS 2016


91

4.6.11 Asignación de cargas.

Se asignarán las cargas permanentes y variables sobre la losa como cargas

repartidas por m². La sobrecarga de la escalera se asigna sobre la viga donde

se apoya como carga repartida por metro lineal.

Ilustración 91: Asignación de cargas sobre losa y viga de la escalera, ETABS 2016


92

4.6.12 Diafragmas rígidos.

Se asignarán diafragmas rígidos en la losa de cada piso, para que el programa

las tome en cuenta como losas que no se deformarán ni se doblarán ante las

cargas sísmicas.

Ilustración 92: Diafragmas rígidos en las losas, ETABS 2016


4.6.13 Brazos rígidos.

En ETABS, al modelar las vigas y las columnas, estas se conectan en sus

ejes; pero está claro que en la realidad los elementos tienen una dimensión, por

lo tanto es importante contemplar la rigidez que se produce en el nodo.

Se asignarán brazos rígidos en las juntas viga-columna para que el programa

tome en cuenta la rigidez producto de las dimensiones de los elementos, así las

vigas y las columnas trabajarán en su luz libre. Se aplicará un factor de rigidez

igual a 0.75.

93

Ilustración 93: Asignación de brazos rígidos en juntas viga-columna, ETABS 2016


4.6.14 Preferencias para el diseño de acero.

Se establece a continuación las preferencias con las que se va a diseñar la

estructura. Algunas de ellas son:

• El tipo de pórtico va a ser un pórtico resistente a momento SMF.

• El coeficiente de aceleración para períodos cortos (0.2seg). En este

caso el SDS se encuentra en la meseta del espectro de respuesta, por

lo que el valor será igual a:

𝑺𝑫𝑺 = 𝑺𝒂 = 𝜼𝒁𝑭𝒂 = 𝟏. 𝟖𝟎 × 𝟎. 𝟒𝟎 × 𝟏. 𝟐 = 𝟎. 𝟖𝟔𝟒 (4 − 23)

• Los factores de desempeño que se usarán: factor de reducción de la

carga sísmica R=6, factor de amplificación de deflexiones Cd=0.75 x

R=4.5, y factor de sobrerresistencia Ω0=3.

• El método de análisis será por el Método de Longitud Efectiva.

• La relación demanda-capacidad tendrá un factor límite D/C=1.

94

Ilustración 94: Preferencias de diseño en acero, ETABS 2016


95

4.7 Análisis estructural

4.7.1 Período fundamental y modos de vibración.

El período es el tiempo que se demora en completar un ciclo una estructura.

El período fundamental dinámico del modelo matemático es el que se presenta

en el 1er modo de vibración de la estructura. Se deben considerar también los

períodos de vibración de todos los modos de vibración que contribuyan a la

respuesta total de la estructura.

La estructura no debe presentar un modo de vibración rotacional hasta el 3er

modo, de lo contrario habría una diferencia de rigideces en la edificación que

provocaría el movimiento rotacional.

Ilustración 95: Períodos y Modos de Vibración, ETABS 2016


96

También se debe considerar la participación de una masa modal acumulada

que debería llegar mínimo al 90% de la masa total de la estructura máximo hasta

el 6to modo. El porcentaje de masas participantes es mayor al 90% a partir del

4to modo de vibración, por lo que se cumple la condición.

Ilustración 96: Masas participativas, ETABS 2016


Tabla 16: Resultados de los primeros 5 modos de vibración de la estructura

Modo Período (seg) % de Masa Participante Tipo de Modo de Vibrar

1 0.809 77.37 Traslacional en YY´

2 0.704 71.5 Traslacional en XX´

3 0.613 71.48 Rotacional en ZZ´

4 0.277 91.48 Flexo-Traslacional en YY´

5 0.24 92.64 Flexo-Traslacional en XX´


97

4.7.2 Ajuste del cortante basal dinámico.

De acuerdo a la (NEC-SE-DS, 2015) el cortante basal dinámico para

estructuras irregulares no debe ser menor al 85% del cortante basal estático.

• Cortante Basal Estático

𝑽 =𝑰𝑺𝒂(𝑻𝒂)

𝑹∅𝑷∅𝑬𝐖 (4 − 24)

Con el período fundamental de vibración de la estructura (dinámico)

obtenido del ETABS, T= 0,809seg se obtiene la aceleración Sa(Ta). Se

verifica primero si el valor de T es mayor o menor a Tc:

𝑻𝒄 = 𝟎. 𝟓𝟓 × 𝑭𝒔 ×𝑭𝒅

𝑭𝒂

𝑻𝒄 = 𝟎. 𝟓𝟓 × 𝟏. 𝟐𝟖 × (𝟏. 𝟏𝟗

𝟏. 𝟐)

𝑻𝒄 = 𝟎. 𝟔𝟗𝟖 < 𝑻 = 𝟎. 𝟖𝟎𝟗 (4 − 25)

Se observa que el valor de T es mayor a Tc, por lo que recae en la caída

de la curva. El valor de Sa(Ta) se calcula:

𝑺𝒂 = 𝜼 × 𝒁 × 𝑭𝒂 × (𝑻𝒄

𝑻)𝒓

𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑇 > 𝑇𝑐

𝑺𝒂 = 𝟏. 𝟖𝟎 × 𝟎. 𝟒𝟎 × 𝟏. 𝟐 × (𝟎. 𝟔𝟗𝟖

𝟎. 𝟖𝟎𝟗)𝟏.𝟎𝟎

𝑺𝒂 = 𝟎, 𝟕𝟒𝟓 (4 − 26)

Tabla 17: Cálculo del Peso Sísmico W

Load Case FZ (tonf) Coef Mass W (tonf)

Dead 806.7291 1 806.7291

Live 1037.1502 0.5 518.5751

SCP 2875.7476 1 2875.7476

W total= 4201,0518


98

𝑽𝒆𝒔𝒕á𝒕𝒊𝒄𝒐 =𝑰 × 𝑺𝒂(𝑻𝒂)

𝑹 × ∅𝒑 × ∅𝒆×𝑾

𝑽𝒆𝒔𝒕á𝒕𝒊𝒄𝒐 =𝟏.𝟎 × 𝟎. 𝟕𝟒𝟓

𝟔 × 𝟎. 𝟗 × 𝟎. 𝟗× 𝟒𝟐𝟎𝟏. 𝟎𝟓𝟏𝟖

𝑽𝒆𝒔𝒕á𝒕𝒊𝒄𝒐 = 𝟔𝟒𝟑. 𝟗𝟖𝟖𝟒 𝑻𝒐𝒏𝒇 (4 − 27)

• Cortante Dinámico (Sentido X)

Ilustración 97: Cortante basal dinámico sentido X, ETABS 2016


Para edificios irregulares:

𝑽𝒅𝒊𝒏á𝒎𝒊𝒄𝒐 𝑿 ≥ 𝟎. 𝟖𝟓 × 𝑽𝒆𝒔𝒕á𝒕𝒊𝒄𝒐

𝟓𝟔𝟒. 𝟗𝟓𝟒𝟎𝟓 ≥ 𝟎. 𝟖𝟓 × (𝟔𝟒𝟑. 𝟗𝟖𝟖𝟒)

𝟓𝟔𝟒. 𝟗𝟓𝟒𝟎𝟓 𝑻𝒐𝒏𝒇 ≥ 𝟓𝟒𝟕. 𝟐𝟕𝟕𝟏𝟒𝟐𝟗 𝑻𝒐𝒏𝒇 𝐶𝑢𝑚𝑝𝑙𝑒 (4 − 28)

99

• Cortante Dinámico (Sentido Y)

Ilustración 98: Cortante basal dinámico sentido Y, ETABS 2016



𝑽𝒅𝒊𝒏á𝒎𝒊𝒄𝒐 𝒀 ≥ 𝟎. 𝟖𝟓 × 𝑽𝒆𝒔𝒕á𝒕𝒊𝒄𝒐

𝟒𝟖𝟑. 𝟖𝟒𝟐𝟖𝟑𝟐 ≥ 𝟎. 𝟖𝟓 × (𝟔𝟒𝟑. 𝟗𝟖𝟖𝟒)

𝟒𝟖𝟑. 𝟖𝟒𝟐𝟖𝟑𝟐 𝑻𝒐𝒏𝒇 < 𝟓𝟒𝟕. 𝟐𝟕𝟕𝟏𝟒𝟐𝟗 𝑻𝒐𝒏𝒇 𝑁𝑜 𝐶𝑢𝑚𝑝𝑙𝑒 (4 − 29)

100

Si no cumple, se debe usar un Factor de Amplificación:

𝑭𝒂𝒎𝒑𝒍𝒊𝒇𝒊𝒄𝒂𝒄𝒊ó𝒏 = 𝟎. 𝟖𝟓 ×𝑽𝒆𝒔𝒕á𝒕𝒊𝒄𝒐𝑽𝒅𝒊𝒏á𝒎𝒊𝒄𝒐 𝒀

𝑭𝒂𝒎𝒑𝒍𝒊𝒇𝒊𝒄𝒂𝒄𝒊ó𝒏 = 𝟎. 𝟖𝟓 ×𝟔𝟒𝟑. 𝟗𝟖𝟖𝟒

𝟒𝟖𝟑. 𝟖𝟒𝟐𝟖𝟑𝟐

𝑭𝒂𝒎𝒑𝒍𝒊𝒇𝒊𝒄𝒂𝒄𝒊ó𝒏 = 𝟏, 𝟏𝟒 (4 − 30)

RESULTADO OBTENIDO CON FACTOR DE AMPIFICACIÓN = 1,14

Ilustración 99: Cortante dinámico en Y afectado por factor de amplificación, ETABS 2016


𝟓𝟓𝟏. 𝟓𝟖𝟎𝟖𝟐𝟗 𝑻𝒐𝒏𝒇 ≥ 𝟓𝟒𝟕. 𝟐𝟕𝟕𝟏𝟒𝟐𝟗 𝑻𝒐𝒏𝒇 𝐶𝑢𝑚𝑝𝑙𝑒 (4 − 31)

101

• Cortante Dinámico (Sismo H)

Ilustración 100: Cortante basal dinámico Sismo H, ETABS 2016



𝑽𝒅𝒊𝒏á𝒎𝒊𝒄𝒐 𝑺𝑰𝑺𝑴𝑶 𝑯 ≥ 𝟎. 𝟖𝟓 × 𝑽𝒆𝒔𝒕á𝒕𝒊𝒄𝒐

𝟓𝟔𝟏. 𝟒𝟑𝟔𝟎𝟕𝟓 ≥ 𝟎. 𝟖𝟓 × (𝟔𝟒𝟑. 𝟗𝟖𝟖𝟒)

𝟓𝟔𝟏. 𝟒𝟑𝟔𝟎𝟕𝟓 𝑻𝒐𝒏𝒇 ≥ 𝟓𝟒𝟕. 𝟑𝟗𝟎𝟏𝟒 𝑻𝒐𝒏𝒇 𝐶𝑢𝑚𝑝𝑙𝑒 (4 − 32)

102

4.7.3 Revisión de derivas de piso.

Se efectúa el control de derivas máximas de piso para ambas direcciones y

se indica en qué piso se produce.

El ETABS muestra el valor del drift, que se multiplica por 0.75R para obtener

el valor de la deriva máxima inelástica la cual debe cumplir satisfactoriamente el

control de distorsiones angulares de entrepiso de acuerdo a la (NEC-SE-DS,

2015).

Ilustración 101: Valores del drift en sentido X y sentido Y, ETABS 2016


Tabla 18: Cálculo de deriva máxima de piso ΔM

Piso ΔM (sentido X) ΔM (sentido Y)

Piso 3 y Piso 4 0.002191 x 0.75 x 6 = 0.0098595 0.002972 x 0.75 x 6 = 0.013374

0.0098595<0.02 Cumple 0.013374<0.02 Cumple


103

4.7.4 Desplazamiento máximo de piso.

Se evalúa el desplazamiento máximo de los pisos, multiplicando el valor de

displacement que sale en el ETABS por el factor R.

Ilustración 102: Valores de displacement en sentido X y sentido Y, ETABS 2016


Tabla 19: Cálculo de desplazamiento máximo de piso

Piso Desplazamiento máximo (m) Desplazamiento máximo (m)

Piso 8 0.035343 x 6 = 0.212058 m 0.048975 x 6 = 0.29385 m


4.7.5 Comprobación de flecha máxima en vigas y correas.

Es imprescindible conocer las deflexiones producidas en vigas y correas, para

compararlas con las máximas recomendadas. Para ello, se revisarán las

deflexiones con la demanda ejercida por la carga viva y viva de techo. Se creó

un combo adicional que considera estas cargas.

104

• Flecha Máxima en Vigas Perimetrales e Interiores

Flecha máxima recomendada:

𝑳

𝟑𝟔𝟎=𝟔. 𝟑𝟐

𝟑𝟔𝟎= 𝟎. 𝟎𝟏𝟕𝟓 𝒎 (4 − 33)

Ilustración 103: Deflexión máxima de viga perimetral IPE500, ETABS 2016


𝟎. 𝟎𝟎𝟎𝟒𝟓𝟑 𝒎 < 𝟎. 𝟎𝟏𝟕𝟓 𝒎 𝐶𝑢𝑚𝑝𝑙𝑒 (4 − 34)

Ilustración 104: Deflexión máxima de viga interior IPE450, ETABS 2016


𝟎. 𝟎𝟎𝟎𝟔𝟔𝟕 𝒎 < 𝟎. 𝟎𝟏𝟕𝟓 𝒎 𝐶𝑢𝑚𝑝𝑙𝑒 (4 − 35)

• Flecha Máxima en Vigas de Correa

Flecha máxima recomendada:

𝑳

𝟑𝟔𝟎=𝟓. 𝟑𝟔

𝟑𝟔𝟎= 𝟎. 𝟎𝟏𝟒𝟖𝟖 𝒎 (4 − 36)

Ilustración 105: Deflexión máxima de viga de correa IPE240, ETABS 2016


𝟎. 𝟎𝟎𝟑𝟑𝟔𝟕 𝒎 < 𝟎. 𝟎𝟏𝟒𝟖𝟖 𝒎 𝐶𝑢𝑚𝑝𝑙𝑒 (4 − 37)

105

4.7.6 Verificación de ratios demanda/capacidad.

𝑹𝒂𝒕𝒊𝒐 𝑳í𝒎𝒊𝒕𝒆𝑫

𝑪≤ 𝟏 (4 − 38)

Ilustración 106: Chequeo de Ratios Demanda/Capacidad, ETABS 2016


106

CAPITULO V

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1 Conclusiones

Realizado el análisis del edificio de 8 niveles en acero estructural ubicado en la

ciudad de Guayaquil, se puede concluir que este diseño cumple con los

reglamentaciones vigentes, en base a lo indicado por las normas (NEC-SE-DS,

2015), (AISC 360, 2016) y (AISC 341, 2016).

Tras evaluar las cargas a las que estará sometida la edificación (gravitacionales

y sísmicas), se configuró la estructura con perfiles TUBO360x360x35 para

columnas perimetrales, TUBO320x320x35 para columnas internas, perfiles IPE500

para las vigas perimetrales, IPE450 las vigas internas y perfiles IPE240 para las

vigas de correa.

Se utilizó un análisis sísmico modal espectral, resultando un período

fundamental igual a 0.809 segundos con un modo de vibración traslacional en YY´,

lo que era de esperarse ya que al contar con menos ejes la afectación sísmica es

mayor en este sentido. Se obtuvo una deriva de entrepiso de 0.013, cumpliendo la

condición de deriva máxima admisible establecida por la norma (NEC-SE-DS,

2015).

Al revisar la relación demanda/capacidad en el software ETABS 2016 se

demuestra que la estructura cumple con el diseño sismorresistente debido a que

los valores del ratio D/C de todos los miembros son menores a 1. Igualmente se

comprobó el diseño en tablas formuladas de Excel confirmando que los elementos

cumplen con las normas (AISC 360, 2016) y (AISC 341, 2016).

107

5.2 Recomendaciones

Esta configuración estructural de pórticos resistentes a momento (SMF) es

satisfactoria y cumple con la norma (NEC-SE-DS, 2015), pero también es

considerablemente flexible si se compara con otros reglamentos como la (NSR-10)

de Colombia o la Norma Técnica (RNE-E030) de Perú; donde la deriva máxima

permisible es del 1% de la altura de piso.

Reducir la flexibilidad de la estructura es posible aumentando las dimensiones

de los elementos, aunque esta solución podría no ser económicamente viable; por

lo tanto se recomendaría implementar otro tipo de sistema estructural para este

edificio, como por ejemplo los pórticos arriostrados concéntricamente (SCBF) que

permitirían disminuir las secciones de los miembros estructurales y por ende su

peso y su costo, además de proporcionar de mayor rigidez lateral a la estructura,

reduciendo el periodo fundamental de vibración y los desplazamientos laterales.

BIBLIOGRAFÍA

Acero Estructural, Proceso de Fabricación. (1 de Noviembre de 2016). Obtenido de

http://www.ferra2.com/acero-estructural/

AISC 341. (2016). Seismic Provisions for Structural Steel Buildings.

AISC 360. (2016). Specification for Structural Steel Buildings.

ALACERO. (2018). DISEÑO SISMORRESISTENTE DE CONSTRUCCIONES DE ACERO. Mendoza,

Argentina.

ASCE/SEI7. (2010). Minimun Design Loads for Buildings and Other Structures. Estados Unidos.

DIPAC. (s.f.). Catálogo de Productos de Acero DIPAC. Ecuador.

Estructuras de Acero. (16 de Junio de 2007). Obtenido de

http://estructurasacero.blogspot.com/2007/06/ventajas-y-desventajas-del-uso-de-

acero.html

Estructuras Metálicas - Ventajas e Inconvenientes. (19 de Marzo de 2012). Obtenido de

http://gtmingenieria.blogspot.com/2012/03/estructuras-metalicas-ventajas-e.html

GEOESTUDIOS S.A. (Enero de 2015). Sondeo Proyecto SWISSOTEL. Localización Panamá y Luis

Urdaneta. Guayaquil, Guayas, Ecuador.

GERDAU CORSA. (2018). Construcción compuesta acero-concreto. EL ACERO HOY, 28.

GERDAU CORSA. (2018). Elección del tipo de acero para estructuras. EL ACERO HOY, 16.

GUIA 3 ACERO. (2016). Guia práctica para el diseño de estructuras de acero de conformidad con la

Norma Ecuatoriana de la Construcción NEC 2015. Quito, Ecuador.

NEC-SE-AC. (2015). Estructuras de Acero. Quito, Ecuador.

NEC-SE-DS. (2015). Peligro Sísmico. Quito, Ecuador.

NEC-SE-GC. (2015). Cargas No Sísmicas. Quito, Ecuador.

Novacero. (s.f.). Catálogo de Producto Novalosa de Novacero. Ecuador.

NSR-10. (s.f.). Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente.

Perfiles de Acero Estructural. (2018). Obtenido de http://allstudies.com/perfiles-de-acero-

estructural.html

PERFILES ESTRUCTURALES DE ACERO. (25 de Octubre de 2013). Obtenido de

https://prezi.com/2_1yurwbb285/perfiles-estructurales-de-acero/

Predimensionado Estructuras de Acero. (11 de Diciembre de 2012). Obtenido de Lineamientos

para el predimensionado de una estructura sismorresistente en acero:

https://es.scribd.com/doc/116429946/Predimensionado-Estructuras-de-Acero

RNE-E030. (s.f.). Norma Técnica "Diseño Sismorresistente" del Reglamento Peruano de

Edificaciones.

Anexos

ZONAS DE ESTUDIO

Se plantea la revisión de vigas, columnas y relación columna fuerte-viga débil de

dos juntas: JUNTA 1C y JUNTA 3C.

REVISIÓN JUNTA 1C

RATIOS DEMANDA/CAPACIDAD

VIGAS PERIMETRALES IPE500

Fy= 2530 Kg/cm² E= 2100000 Kg/cm²

Ry= 1,5

A= 116 cm² Ix= 48200 cm⁴

bf= 20 cm Iy= 2142 cm⁴

tf= 1,6 cm Zx= 2194 cm³

tw= 1,02 cm Sx= 1928 cm³

d= 50 cm J= 89,1 cm⁴

r= 2,1 cm

20,384 cm 4,2972 cm

42,6 cm

48,4 cm

1249365,3 cm⁶

Tonf - m

Ton

7,5275515

6,25 OK

60,455648

41,76 OK

DISEÑO DE VIGA V1, JUNTA 1CDATOS DEL MATERIAL

DATOS DEL PERFIL

CÁLCULO DE PROPIEDADES

FUERZAS INTERNAS

13,1811

6,9583

REVISIÓN DEL PANDEO LOCAL

= = =

=

= − =

= − 2( + ) =

= × 2×

24=

= 2 =

á = 0,32

R =

á = 2,57

R =

=

=

=

=

4,66 m

2 m

225,898 cm

2,26 m

1,6 m OK

217,89 cm

2,179 m

1,6 m

0,9

4995738 Kg-cm

49,95738 Ton-m

49,957 > 13,18

< 1

0,9 1

51 cm

69676,2 Kg

69,6762 Ton

69,676 > 6,96

< 1

Longitud de Arriostramiento

REVISIÓN DE LONGITUD DE ARRIOSTRAMIENTO

L =

Longitud Límite de Comportamiento Plástico

OK

La resistencia a flexión está dada por

Fluencia

RESISTENCIA A FLEXIÓN

OK

Relación Demanda/Capacidad

0,2638 OK

VERIFICACIÓN DEL CORTANTE

OK

OK


0,0999

á = 0,095 × 𝑟𝑦×𝐸

𝑅𝑦𝐹𝑦=

á =

=

( . .+1)=

. . =

= 1,76× ×

=

=

=

∅ =

∅ = ∅ = ∅ × × =

∅ =

∅ = =

∅ = =

= × =

∅ = ∅ 0,6𝐹𝑦 𝐶 =

∅ =

∅ = =

= ∅

=

= ∅ =

Fy= 2530 Kg/cm² E= 2100000 Kg/cm²

Ry= 1,5

A= 116 cm² Ix= 48200 cm⁴

bf= 20 cm Iy= 2142 cm⁴

tf= 1,6 cm Zx= 2194 cm³

tw= 1,02 cm Sx= 1928 cm³

d= 50 cm J= 89,1 cm⁴

r= 2,1 cm

20,384 cm 4,2972 cm

42,6 cm

48,4 cm

1249365,3 cm⁶

Tonf - m

Ton

7,5275515

6,25 OK

60,455648

41,76 OK


DATOS DEL PERFIL


FUERZAS INTERNAS

12,6179

5,9934


= = =

=

= − =

= − 2( + ) =

= × 2×

24=

= 2 =

á = 0,32

R =

á = 2,57

R =

=

=

=

=

5,36 m

2 m

225,898 cm

2,26 m

1,8 m OK

217,89 cm

2,179 m

1,8 m

0,9

4995738 Kg-cm

49,95738 Ton-m

49,957 > 12,62

< 1

0,9 1

51 cm

69676,2 Kg

69,6762 Ton

69,676 > 5,99

< 1


OK


0,0860 OK


OK


Fluencia


OK


0,2526 OK



L =

á =

=

( . .+1)=

. . =

= 1,76× ×

=

=

=

∅ =

∅ = ∅ = ∅ × × =

∅ =

∅ = =

∅ = =

= × =

∅ = ∅ 0,6𝐹𝑦 𝐶 =

∅ =

∅ = =

= ∅

=

= ∅ =

á = 0,095 × 𝑟𝑦×𝐸

𝑅𝑦𝐹𝑦=

COLUMNAS PERIMETRALES TUBO 360X360X35

Fy= 2530 Kg/cm² E= 2100000 Kg/cm²

Ry= 1,5

A= 455 cm² Ix= 81030 cm⁴

bf= 36 cm Iy= 81030 cm⁴

tf= 3,5 cm Zx= 5567 cm³

tw= 3,5 cm Zy= 5567 cm³

d= 36 cm

13,345 cm 13,345 cm

29 cm

29 cm

Ton

Ton-m

Ton-m

15,290

8,286 OK

1726725 Kg

0,9 1726,73 Ton 0,0323

58,426

8,286 OK

H = 3,8 m

0,5 m 3,3 m

5,36 m

48200 cm⁴

2,37 1

1,510

1

1,510

≤ ≥

37,3 ≤ 135,7 14870,33 ≥ 1113,2

50,1603

20,9178

16,7311


REVISIÓN DEL PANDEO FLEXIONAL

OK OK

Factor de Longitud Efectiva

DISEÑO DE COLUMNA C1, JUNTA 1CDATOS DEL MATERIAL

DATOS DEL PERFIL


FUERZAS INTERNAS

La resistencia a compresión está dada por el

Pandeo Inelástico

= = =

=

= − 2 =

=

=

á = 0,65

R =

á = 2,57

R 1− 1,04𝐶𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝐶𝑎 ≤ 0,114

=

=

=

=

=

= −2 =

á = 0,88

R 2,68 − 𝐶𝑎 ≥ 1,57

R 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝐶𝑎 > 0,114

= ∅ =

= R =

=∅ =

á =

= − =

4,71𝐸

𝐹𝑦 =

2

( )2

0,44𝐹𝑦

𝑦 =

=

2 2

=

=

=

= =

=1,6 +4 + +7,5

+ +7,5=

= =

=

2356,1

964823,42 Kg

964,823 Ton

964,823 > 50,16

0,0520 < 1

3,3 m

676,67 cm

6,767 m

3,3 m

0,9

Si entonces

12676059 Kg-cm

126,76059 Ton-m

126,761 > 20,9178

126,761 > 16,7311

0,1650 < 1

0,1320 < 1

Si entonces

Si entonces

0,052

0,323 ≤ 1

OK

RESISTENCIA A COMPRESIÓN

OK


OK


Longitud no soportada lateralmente


Kg/cm²

Tensión Crítica de Pandeo Inelástico

REVISIÓN POR FLEXO-COMPRESIÓN

OK

La resistencia a flexión está dada por Fluencia

OK

OK


OK

OK

∅ = ∅ × × =

∅ =

=

= ∅ =

= (0,658

)

∅ =

= 𝐿

= 1,76× ×

=

=

=

∅ =

∅ = ∅ = ∅ × × =

∅ =

∅ = =

= 𝑥∅

=

∅ ≤ 0,2

1

2

∅

+ ∅

+

∅ 𝑦 ≤ 1

∅ > 0,2

∅

+8

9

∅

+

∅ 𝑦 ≤ 1

∅ =

1

2

∅

+ 𝑥+ 𝑦

∅ ≤ 1

∅ 𝑥 = ∅ 𝑍𝑥 =

∅ = =

=

∅ =

Fy= 2530 Kg/cm² E= 2100000 Kg/cm²

Ry= 1,5

A= 455 cm² Ix= 81030 cm⁴

bf= 36 cm Iy= 81030 cm⁴

tf= 3,5 cm Zx= 5567 cm³

tw= 3,5 cm Zy= 5567 cm³

d= 36 cm

13,345 cm 13,345 cm

29 cm

29 cm

Ton

Ton-m

Ton-m

15,290

8,286 OK

1726725 Kg

0,9 1726,73 Ton 0,0206

59,161

8,286 OK

H = 2,9 m

0,5 m 2,4 m

5,36 m

48200 cm⁴

3,11 3,11

1,867

1

1,867

≤ ≥

33,6 ≤ 135,7 18383,83 ≥ 1113,2


Pandeo Inelástico

OK OK


DATOS DEL PERFIL


FUERZAS INTERNAS

32,0068

12,622

17,8557




= = =

=

= − 2 =

=

=

á = 0,65

R =

á = 2,57

R 1− 1,04𝐶𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝐶𝑎 ≤ 0,114

=

=

=

=

=

= −2 =

á = 0,88

R 2,68 − 𝐶𝑎 ≥ 1,57


= ∅ =

= R =

=∅ =

á =

= − =

4,71𝐸

𝐹𝑦 =

2

( )2

0,44𝐹𝑦

𝑦 =

=

2 2

=

=

=

= =

=1,6 +4 + +7,5

+ +7,5=

= =

=

2388,39

978044,26 Kg

978,044 Ton

978,044 > 32,01

0,0327 < 1

2,4 m

676,67 cm

6,767 m

2,4 m

0,9

Si entonces

12676059 Kg-cm

126,76059 Ton-m

126,761 > 12,622

126,761 > 17,8557

0,0996 < 1

0,1409 < 1

Si entonces

Si entonces

0,033

0,257 ≤ 1


OK

Kg/cm²



OK

OK


OK

OK

OK




OK


OK


∅ = ∅ × × =

∅ =

=

= ∅ =

= (0,658

)

∅ =

= 𝐿

= 1,76× ×

=

=

=

∅ =

∅ = ∅ = ∅ × × =

∅ =

∅ = =

= 𝑥∅

=

∅ ≤ 0,2

1

2

∅

+ ∅

+

∅ 𝑦 ≤ 1

∅ > 0,2

∅

+8

9

∅

+

∅ 𝑦 ≤ 1

∅ =

1

2

∅

+ 𝑥+ 𝑦

∅ ≤ 1

∅ 𝑥 = ∅ 𝑍𝑥 =

∅ = =

=

∅ =

MOMENTOS EN LA JUNTA VIGA-COLUMNA

Fy= 2530 Kg/cm² cm³ 5567 cm³

Ry= 1,5 455 cm²

Sh1 (m) Sh2 (m)

0,4 0,4

Q1 (Ton/m) Q2 (Ton/m)

0,43 0,43

Mpb2

Mpb1

L1 (m) L2 (m)

4,66 5,36

3,5 m 4,2 m

91,59 Ton-m 91,59 Ton-m

52,34 Ton 43,61 Ton

0,76 Ton 0,91 Ton

53,09 Ton 42,71 Ton

122,38 Ton-m 116,36 Ton-m

238,74 Ton-m

Puc2 (Ton) 32,0068

134,71 Ton-m

Mpc2

136,93 Ton-m

Mpc1

271,64 Ton-m

Puc1 (Ton) 50,1603

1,138 > 1 0,879 < 1

RELACIÓN COLUMNA FUERTE-VIGA DEBIL, JUNTA 1CDATOS DE MATERIALES Y SECCIONES

SUMATORIA DE MOMENTOS EN LAS VIGAS

Distancia donde ocurre la rótula

plástica (depende de la conexión)

2194Zx viga=

Rótula

Plástica

OK OK

Zx columna=

A columna=

V2

SUMATORIA DE MOMENTOS EN LAS COLUMNAS

V1

0,36

dc (m)

C1

C2

RELACIÓN DE MOMENTOS

= 1,1R =

= −2 − =

= 2

=

= 2=

= + =

= + ( + 2) =

2 = 1,1R =

2 = 2 −2 2 − =

2 = 2 2

2=

2 = 2 22=

2 = 2− 2 =

2 = 2+ 2( 2+ 2) =

= + 2 =

= ( − ) =

2 = ( − 2 ) =

= + 2 =

> 𝟏

< 𝟏

2

2

2

REVISIÓN JUNTA 3C

RATIOS DEMANDA/CAPACIDAD

VIGAS INTERIORES IPE450

Fy= 2530 Kg/cm² E= 2100000 Kg/cm²

Ry= 1,5

A= 98,8 cm² Ix= 33740 cm⁴

bf= 19 cm Iy= 1676 cm⁴

tf= 1,46 cm Zx= 1702 cm³

tw= 0,94 cm Sx= 1499,6 cm³

d= 45 cm J= 66,7 cm⁴

r= 2,1 cm

18,48 cm 4,1187 cm

37,88 cm

43,54 cm

791005,07 cm⁶

Tonf - m

Ton

7,5275515

6,5068493 OK

60,455648

40,30 OK


DATOS DEL PERFIL


FUERZAS INTERNAS

21,6632

14,2241


= = =

=

= − =

= − 2( + ) =

= × 2×

24=

= 2 =

á = 0,32

R =

á = 2,57

R =

=

=

=

=

5,53 m

4 m

216,516 cm

2,17 m

1,1 m OK

208,84 cm

2,088 m

1,1 m

0,9

3875454 Kg-cm

38,75454 Ton-m

38,755 > 21,66

< 1

0,9 1

42 cm

57790,26 Kg

57,79026 Ton

57,790 > 14,22

< 1



L =


OK


Fluencia


OK


0,5590 OK


OK


0,2461 OK

á = 0,095× 𝑟𝑦 ×𝐸

𝑅𝑦𝐹𝑦=

á =

=

( . .+1)=

. . =

= 1,76× ×

=

=

=

∅ =

∅ = ∅ = ∅ × × =

∅ =

∅ = =

∅ = =

= × =

∅ = ∅ 0,6𝐹𝑦 𝐶 =

∅ =

∅ = =

= ∅

=

= ∅ =

Fy= 2530 Kg/cm² E= 2100000 Kg/cm²

Ry= 1,5

A= 98,8 cm² Ix= 33740 cm⁴

bf= 19 cm Iy= 1676 cm⁴

tf= 1,46 cm Zx= 1702 cm³

tw= 0,94 cm Sx= 1499,6 cm³

d= 45 cm J= 66,7 cm⁴

r= 2,1 cm

18,48 cm 4,1187 cm

37,88 cm

43,54 cm

791005,07 cm⁶

Tonf - m

Ton

7,5275515

6,5068493 OK

60,455648

40,30 OK


DATOS DEL PERFIL


FUERZAS INTERNAS

22,8374

14,3609


= = =

=

= − =

= − 2( + ) =

= × 2×

24=

= 2 =

á = 0,32

R =

á = 2,57

R =

=

=

=

=

6,32 m

4 m

216,516 cm

2,17 m

1,3 m OK

208,84 cm

2,088 m

1,3 m

0,9

3875454 Kg-cm

38,75454 Ton-m

38,755 > 22,84

< 1

0,9 1

42 cm

57790,26 Kg

57,79026 Ton

57,790 > 14,36

< 1


OK

OK


0,2485

OK


0,5893 OK


OK


Fluencia




L =

á =

=

( . .+1)=

. . =

= 1,76× ×

=

=

=

∅ =

∅ = ∅ = ∅ × × =

∅ =

∅ = =

∅ = =

= × =

∅ = ∅ 0,6𝐹𝑦 𝐶 =

∅ =

∅ = =

= ∅

=

= ∅ =

á = 0,095× 𝑟𝑦 ×𝐸

𝑅𝑦𝐹𝑦=

COLUMNAS INTERIORES TUBO 320X320X35

Fy= 2530 Kg/cm² E= 2100000 Kg/cm²

Ry= 1,5

A= 399 cm² Ix= 54830 cm⁴

bf= 32 cm Iy= 54830 cm⁴

tf= 3,5 cm Zx= 4286 cm³

tw= 3,5 cm Zy= 4286 cm³

d= 32 cm

11,7226 cm 11,723 cm

25 cm

25 cm

Ton

Ton-m

Ton-m

15,290

7,143 OK

1514205 Kg

0,9 1514,21 Ton 0,1464

52,447

7,143 OK

H = 3,8 m

0,45 m 3,35 m

6,32 m

33740 cm⁴

2,70 1

1,542

1

1,542

≤ ≥

44,1 ≤ 135,7 10674,31 ≥ 1113,2


Pandeo Inelástico


DATOS DEL PERFIL


FUERZAS INTERNAS

199,5636

13,7937

12,5315



OK OK


= = =

=

= − 2 =

=

=

á = 0,65

R =

á = 2,57

R 1− 1,04𝐶𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝐶𝑎 ≤ 0,114

=

=

=

=

=

= −2 =

á = 0,88

R 2,68 − 𝐶𝑎 ≥ 1,57


= ∅ =

= R =

=∅ =

á =

= − =

4,71𝐸

𝐹𝑦 =

2

( )2

0,44𝐹𝑦

𝑦 =

=

2 2

=

=

=

= =

=1,6 +4 + +7,5

+ +7,5=

= =

=

2291,06

822720,4 Kg

822,720 Ton

822,720 > 199,56

0,2426 < 1

3,35 m

594,41 cm

5,944 m

3,35 m

0,9

Si entonces

9759222 Kg-cm

97,59222 Ton-m

97,592 > 13,7937

97,592 > 12,5315

0,1413 < 1

0,1284 < 1

Si entonces

Si entonces

0,243

0,482 ≤ 1


OK


OK

OK


OK

OK

OK


OK


OK




Kg/cm²


∅ = ∅ × × =

∅ =

=

= ∅ =

= (0,658

)

∅ =

= 𝐿

= 1,76× ×

=

=

=

∅ =

∅ = ∅ = ∅ × × =

∅ =

∅ = =

= 𝑥∅

=

∅ ≤ 0,2

1

2

∅

+ ∅

+

∅ 𝑦 ≤ 1

∅ > 0,2

∅

+8

9

∅

+

∅ 𝑦 ≤ 1

∅ =

∅ 𝑥 = ∅ 𝑍𝑥 =

∅ = =

=

∅ =

∅

+8

9

∅

+

∅ 𝑦 ≤ 1

Fy= 2530 Kg/cm² E= 2100000 Kg/cm²

Ry= 1,5

A= 399 cm² Ix= 54830 cm⁴

bf= 32 cm Iy= 54830 cm⁴

tf= 3,5 cm Zx= 4286 cm³

tw= 3,5 cm Zy= 4286 cm³

d= 32 cm

11,7226 cm 11,723 cm

25 cm

25 cm

Ton

Ton-m

Ton-m

15,290

7,143 OK

1514205 Kg

0,9 1514,21 Ton 0,1258

52,875

7,143 OK

H = 2,9 m

0,45 m 2,45 m

6,32 m

33740 cm⁴

3,54 3,54

1,958

1

1,958

≤ ≥

40,9 ≤ 135,7 12378,47 ≥ 1113,2

OK OK


DATOS DEL PERFIL


FUERZAS INTERNAS

171,3827

11,3202

17,1599





Pandeo Inelástico

= = =

=

= − 2 =

=

=

á = 0,65

R =

á = 2,57

R 1− 1,04𝐶𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝐶𝑎 ≤ 0,114

=

=

=

=

=

= −2 =

á = 0,88

R 2,68 − 𝐶𝑎 ≥ 1,57


= ∅ =

= R =

=∅ =

á =

= − =

4,71𝐸

𝐹𝑦 =

2

( )2

0,44𝐹𝑦

𝑦 =

=

2 2

=

=

=

= =

=1,6 +4 + +7,5

+ +7,5=

= =

=

2322,57

834033,79 Kg

834,034 Ton

834,034 > 171,38

0,2055 < 1

2,45 m

594,41 cm

5,944 m

2,45 m

0,9

Si entonces

9759222 Kg-cm

97,59222 Ton-m

97,592 > 11,3202

97,592 > 17,1599

0,1160 < 1

0,1758 < 1

Si entonces

Si entonces

0,205

0,465 ≤ 1


OK


OK



OK

Kg/cm²



OK

OK


OK

OK

OK



∅ = ∅ × × =

∅ =

=

= ∅ =

= (0,658

)

∅ =

= 𝐿

= 1,76× ×

=

=

=

∅ =

∅ = ∅ = ∅ × × =

∅ =

∅ = =

= 𝑥∅

=

∅ ≤ 0,2

1

2

∅

+ ∅

+

∅ 𝑦 ≤ 1

∅ > 0,2

∅

+8

9

∅

+

∅ 𝑦 ≤ 1

∅ =

∅ 𝑥 = ∅ 𝑍𝑥 =

∅ = =

=

∅ =

∅

+8

9

∅

+

∅ 𝑦 ≤ 1

MOMENTOS EN LA JUNTA VIGA-COLUMNA

Fy= 2530 Kg/cm² cm³ 4286 cm³

Ry= 1,5 399 cm²

Sh1 (m) Sh2 (m)

0,4 0,4

Q1 (Ton/m) Q2 (Ton/m)

3,94 3,94

Mpb2

Mpb1

L1 (m) L2 (m)

5,53 6,32

4,41 m 5,2 m

71,05 Ton-m 71,05 Ton-m

32,22 Ton 27,33 Ton

8,69 Ton 10,24 Ton

40,91 Ton 17,08 Ton

93,96 Ton-m 80,62 Ton-m

174,58 Ton-m

Puc2 (Ton) 171,3827

87,00 Ton-m

Mpc2

90,03 Ton-m

Mpc1

177,03 Ton-m

Puc1 (Ton) 199,5636

1,014 > 1 0,986 < 1

OK OK

Zx columna=

A columna=

V2

SUMATORIA DE MOMENTOS EN LAS COLUMNAS

V1

0,32

dc (m)

C1

C2

RELACIÓN DE MOMENTOS

RELACIÓN COLUMNA FUERTE-VIGA DEBIL, JUNTA 3CDATOS DE MATERIALES Y SECCIONES

SUMATORIA DE MOMENTOS EN LAS VIGAS

Distancia donde ocurre la rótula

plástica (depende de la conexión)

1702Zx viga=

Rótula

Plástica

= 1,1R =

= −2 − =

= 2

=

= 2=

= + =

= + ( + 2) =

2 = 1,1R =

2 = 2 −2 2 − =

2 = 2 2

2=

2 = 2 22=

2 = 2− 2 =

2 = 2+ 2( 2+ 2) =

= + 2 =

= ( − ) =

2 = ( − 2 ) =

= + 2 =

> 𝟏

< 𝟏

2

2

2

SISTEMA DE PISO MIXTO

A= 39,1 cm² Fy= 2530 Kg/cm²

bf= 12 cm E= 2100000 Kg/cm²

tf= 0,98 cm

tw= 0,62 cm

d= 24 cm

r= 1,5 cm

19,04 cm

tc= 5 cm f´c= 210 Kg/cm²

t= 10,5 cm

Tonf - m

Ton

5,36 m

1,2 m

1,34 m

1,2 m

10,948

6,1224 OK

108,33

30,71 OK

0,9 1

14,9 cm

20329 Kg

20,329 Ton

20,329 > 3,25

0,1597 < 1

DISEÑO DE CORREA (VIGA MIXTA)DATOS DE PERFIL DE CORREA

DATOS DE SECCIÓN DE CONCRETO

ANCHO EFECTIVO DE LA SECCIÓN COMPUESTA

REVISIÓN DEL PANDEO LOCAL DE LA CORREA

Se escoge el menor valor

Separación centro a centro entre vigas

Longitud de viga

4,3152

3,2471

FUERZAS INTERNAS

OK



OK

≤𝐿 𝑖𝑔𝑎

4=

≤

=

𝐿 𝑖𝑔𝑎 =

=

= 2 =

á = 0,38

=

á = 3,76

=

=

=

= − 2( + ) =

=

=

∅ = =

= × =

∅ = ∅ 0,6𝐹𝑦 𝐶 =

∅ =

∅ = =

= ∅ =

98923 Kg

107100 Kg

4,62 cm

0,85

2E+06 Kg-cm

16,98 Ton-m

16,977 > 4,32

0,2542 < 1

4200 Kg/cm² 1

1,27 cm 0,6

6,35 cm

1,55 cm OK

5,08 cm OK

168

103692

1,267 cm²

2643,591 Kg ≤ 3192,3 Kg

Número de Conectores 20

Separación entre Conectores 27 cm

7,62 cm OK

84 cm OK

CONECTOR DE CABEZA REDONDA N/S - 500/250 (1/2"x 2 1/2")

Kg/cm²

OK

CÁLCULO DE LOS CONECTORES DE CORTE

Kg/cm²


Equilibrio interno en la sección

OK

OK


= 𝑠× 𝐹𝑦 =

𝐶 = 0,85× 𝑓 𝑐 × 𝑏𝑒× 𝑡 =

𝐹𝑥 = 0 𝑪 = 𝑻

0,85 ×𝑓 𝑐 × 𝑏𝑒 ×𝑎 = 𝑇

𝑎 =𝑇

0,85× 𝑓 𝑐 × 𝑏𝑒=

∅ = ∅ ×𝑇𝑑

2+ 𝑡 −𝑎

2=

∅ =

∅ =

∅ = =

= ∅

=

𝑓 ∗ = 0,8𝑓 =

= 0.5 𝑠 𝑓𝑐∗𝐸 ≤ 𝑅𝑔𝑅𝑝 𝑠 𝐹𝑢

𝐹𝑢 = 𝑅𝑔 =

𝑅𝑝=

𝐸 = 8000 𝑓𝑐∗ =

𝑑𝑝𝑒𝑟𝑛𝑜 =

𝑠 = ×𝑑𝑝𝑒𝑟𝑛𝑜

2

4=

𝐿𝑝𝑒𝑟𝑛𝑜 =

𝑚𝑎𝑥 = 2,5 ∗ 𝑡 =

𝐿𝑚𝑖𝑛 = 4(𝑑𝑝𝑒𝑟𝑛𝑜) =

𝑆 =

𝑆𝑚𝑖𝑛 = 6 𝑑𝑝𝑒𝑟𝑛𝑜 =

𝑆𝑚𝑎𝑥 = 8 𝑡 =

𝑁 =

SECCIONES DE COLUMNAS

SECCIONES DE VIGAS

DETALLE DE LOSA STEEL DECK

Universidad de Guayaquil

Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas

Escuela de Ingeniería Civil

UNIDAD DE TITULACION Telf: 2283348

ANEXO 10

REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA

FICHA DE REGISTRO DE TESIS/TRABAJO DE GRADUACIÓN

TÍTULO Y SUBTÍTULO:

Diseño estructural sismo resistente en acero y análisis sísmico modal espectral de un edificio de 8 niveles ubicado en la ciudad de Guayaquil.

AUTOR/ES: Cabrera Ordóñez Johnny Xavier

REVISOR(ES)/TUTOR(ES): Ing. Marcelo Moncayo Theurer, MSc./ Ing. Raúl Robalino Díaz, MSc.

INSTITUCIÓN: Universidad de Guayaquil.

UNIDAD/FACULTAD: Ciencias Matemáticas y Físicas.

MAESTRIA/ESPECIALIDAD:

GRADO OBTENIDO:

FECHA DE PUBLICACIÓN:

2019 No. DE PÁGINAS:

107

ÁREAS TEMÁTICAS: Diseño sismorresistente de un edificio de 8 niveles en acero.

PALABRAS CLAVES KEYWORD:

< DISEÑO – ACERO – SISMO RESISTENTE – ANÁLISIS - DINÁMICO >

RESUMEN/ASBTRACT: Este trabajo de titulación tiene como objetivo garantizar que un edificio de 8 niveles

en acero, ubicado en Guayaquil, sea sismorresistente y ofrezca un comportamiento adecuado.

Mediante el uso de las normas NEC 2015, y el reglamento AISC se diseñan los elementos estructurales a fin de obtener perfiles metálicos óptimos para soportar las cargas gravitacionales y de acción sísmica.

Con el uso del software ETABS 2016, se modela la estructura para determinar cuál será la respuesta dinámica de dicha edificación ante un sismo, determinando entre varios aspectos el período fundamental dinámico, los modos de vibración de la estructura y los desplazamientos laterales máximos.

Además se diseñan los elementos a flexión para el caso de las vigas y a flexo-compresión en el caso de las columnas; además de verificar ambos miembros por pandeo local. La relación “Demanda/Capacidad” de los elementos estructurales y la relación Columna Fuerte - Viga Débil también son verificadas.

Este trabajo de titulación está enfocado en cumplir los criterios estructurales, la filosofía de diseño sismorresistente en acero y las normativas vigentes.

ADJUNTO PDF: SI NO

CONTACTO CON AUTOR/ES Teléfono: 0989952586 E-mail: [email protected]

CONTACTO EN LA INSTITUCIÓN:

Nombre: FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS

Teléfono: 2-283348

E-mail:

Documents

AUTOR: CABRERA ORDÓÑEZ JOHNNY XAVIER.repositorio.ug.edu.ec/bitstream/redug/45289/1/BMAT-E131... · 2019-11-12 · Acero y Análisis Sísmico Modal Espectral de un Edificio de 8