Tesis Definitiva Sebastian

7/27/2019 Tesis Definitiva Sebastian

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UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATO

FACULTAD DE INGENIERA CIVIL Y MECNICA

CARRERA DE INGENIERA CIVIL

TRABAJO DE GRADUACIN ESTRUCTURADO DE

O O C


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MANERA INDEPENDIENTE PREVIO A LA OBTENCIN DEL

APROBACIN DEL TUTOR

Yo, J ORGE CEVALLOS CABRERA, con cdula de ciudadana

1801854017, en mi calidad de Tutor del trabajo de investigacin sobre el

tema: Estudio de la configuracin estructural en planta y elevacin y su

incidencia en la estabilidad de un edificio. desarrollado por Sebastin

Mauricio Granizo, estudiante de la carrera de Ingeniera Civil , considero

que dicho informe investigativo rene los requisitos mnimos, tanto

tcnicos como cientficos y corresponde a las normas establecidas en el

Reglamento de Graduacin de Pregrado, de la Universidad Tcnica de

Ambato.

Por lo tanto, autorizo la presentacin del mismo ante el organismo

pertinente, para que sea sometido a evaluacin por los profesores

lifi d d i d l H C j d P d UTA


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AUTORA DEL PROYECTO DE INVESTIGACIN

Yo, Sebastin Mauricio Granizo Malusn, con cdula de ciudadana

180384359-6, tengo a bien indicar que los criterios emitidos en el

informe investigativo, bajo el tema: Estudio de la configuracin estructural

en planta y elevacin y su incidencia en la estabilidad de un edificio., as

como tambin los contenidos presentados, ideas, anlisis y sntesis de

datos y resultados son de exclusiva responsabilidad de mi persona, como

autor de este trabajo de Investigacin.

Ambato, 9 de Enero de 2013


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APROBACIN PROFESORES CALIFICADORES

Los suscritos Profesores Calificadores, una vez revisado, aprueban el

informe de Investigacin, sobre el tema: Estudio de la configuracin

estructural en planta y elevacin y su incidencia en la estabilidad de un

edificio., del estudiante Sebastin Mauricio Granizo Malusn, de la carrera

de Ingeniera Civil, el mismo que guarda conformidad con las

disposiciones reglamentarias emitidas por el Centro de Estudios de

Pregrado de la Facultad de Ingeniera Civil y Mecnica de la Universidad

Tcnica de Ambato.

Ambato, 01 de Abril de 2013


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NDICE GENERAL DE CONTENIDOS

A. PGINAS PRELIMINARES

Portada .................................................................. iAprobacin del tutor .............................................. ii

Autora del Proyecto de investigacin .................. iii

Aprobacin de los calificadores ............................ iv

ndice general de contenidos ................................ v

ndice de tablas y figuras ...................................... viii

Resumen ejecutivo ................................................ xviii


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1.2.5 Preguntas directrices ............................................ 6

1.2.6 Delimitacin del objeto de investigacin ............... 6

1.3 J ustificacin .............................................................. 7

1.4 Objetivos ................................................................... 8

1.4.1 General ................................................................ 81.4.2 Especficos............................................................. 8

CAPTULO II

MARCO TERICO

2.1 Antecedentes investigativos ..................................... 9

2.2 Fundamentacin filosfica ........................................ 10

2.3 Fundamentacin legal .............................................. 10


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3.6 Recoleccin de informacin ..................................... 36

3.7 Procesamiento y anlisis ......................................... 37

CAPTULO IV

ANLISIS E INTERPRETACIN DE RESULTADOS4.1 Anlisis de resultados .............................................. 38

4.2 Verificacin de hiptesis ........................................... 45

CAPTULO V

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1 Conclusiones ........................................................ 46

5.2 Recomendaciones ................................................ 47


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INDICE DE TABLAS Y FIGURAS

Tabla 1.

Escalade Mercalli ......................................................................... 17

Tabla 2.

Escala de Richter ........................................................................... 19

Tabla 3.

Coeficientes de configuracin en planta ....................................... 23

Tabla 4.

Coeficientes de irregularidad en elevacin ................................... 27

Tabla 5.

Variacin de la fuerza cortante en funcin de la altura efectiva .. 30

Tabla 6.


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Tabla 12.

Centro de masas nivel +3.20 ......................................................... 92

Tabla 13.

Centro de masas + 5.8+8.4+11.00 ................................................ 95

Tabla 14.

Resumen de centro de masas ...................................................... 95Tabla 15.

Clculo de inercias Kx-x piso 1 .................................................... 99

Tabla 16.

Clculo de inercias Ky-y piso 1 ..................................................... 99Tabla 17.

Clculo de inercias Kx-x piso 2,3,4,5 ............................................ 100

Tabla 18.

Clculo de inercias Ky-y piso 2,3,4,5 ............................................ 100


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Tabla 24.

Resumen de irregularidades en elevacin con su factor de

penalizacin ................................................................................... 129

Tabla 25.

Comparacin de coeficientes de configuracin estructural en

elevacin ....................................................................................... 129Tabla 26.

Factor de importancia de la estructura ......................................... 138

Tabla 27.

Tipo de suelo y factores de sitio .................................................... 140Tabla 28.

Pesos por piso .............................................................................. 143

Tabla 29.

Distribucin del cortante basal ..................................................... 145


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Tabla 37.

Chequeo de porcentajes de acero en vigas ................................. 184

Tabla 38.

Chequeo de porcentajes de acero en vigas ................................. 185

Tabla 39.

Chequeo de porcentajes de acero en columnas .......................... 191Tabla 40.

Lmites de la deriva de piso ........................................................... 192

Tabla 41.

Comparacin de derivas de piso sismo x ..................................... 195Tabla 42.

Comparacin de derivas de piso sismo y ..................................... 196

Tabla 43.

Comparacin de perodos de los modos de vibracin ................. 197


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Grfico 1.

Supraordinacin de variables ........................................................ 11

Grfico 2.

Subduccin de placas.................................................................... 13

Grfico 3.

Extrusin de placas ...................................................................... 13Grfico 4.

Falla por acreencia de placas ....................................................... 14

Grfico 5.

Partes de un sismo ........................................................................ 15Grfico 6.

Distribucin en planta de planos resistentes ................................ 24

Grfico 7.

Irregularidades en planta por esquinas entrantes ........................ 25


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Grfico 34.

reas cooperantes para prediseo de columnas ......................... 78

Grfico 35.

Irregularidad torsional .................................................................... 84

Grfico 36.

Torsin en planta ........................................................................... 85Grfico 37.

Torsin en planta ........................................................................... 86

Grfico 38.

Plantas adecuadas e inadecuadas para edificios......................... 86Grfico 39.

Falsa simetra en planta ................................................................ 87

Grfico 40.

Soluciones para evitar torsin en planta ....................................... 88


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Grfico 48.

Soluciones para retrocesos en esquinas ...................................... 107

Grfico 49.

Planta de edificio con entrantes en las esquinas .......................... 108

Grfico 50.

Entrantes en las esquinas plantas superiores ............................. 109Grfico 51.

Discontinuidad en el sistema de piso ............................................ 111

Grfico 52.

Sistemas no paralelos ................................................................... 114Grfico 53.

Piso blando ................................................................................... 117

Grfico 54.

Factores que producen piso blando .............................................. 120


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UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATO.

FACULTAD DE INGENIERA CIVIL E INGENIERAMECNICA.

TEMA: ESTUDIO DE LA CONFIGURACIN ESTRUCTURAL

EN PLANTA Y ELEVACIN Y SU INCIDENCIA EN LA

ESTABILIDAD DE UN EDIFICIO.

Autor: Egdo. Sebastin Mauricio Granizo M.Fecha: Abril 2013

RESUMEN EJECUTIVO

Durante los terremotos ocurridos en el Continente Americano como son

en el Salvador en 1986, el de Cariaco (Venezuela) 1997, Eje Cafetero

Colombia 1999, Loma Prieta (Estados Unidos) 1989, Hait 2010, Chile

2010, los investigadores encontraron las mismas fallas en los edificios las

que llevaron incluso al colapso de las edificaciones, por tal motivo estas


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INTRODUCCIN

El presente trabajo tiene como objetivo dar una gua tcnica de clculo

sismo resistente a todos los estudiantes y profesionales relacionados al

rea de estructuras, el cual trata a cerca de la importancia del estudio de

la configuracin estructural en planta y elevacin de los edificios.

Es importante que el proyectista estructural conozca las variables que

intervienen en la configuracin estructural como es forma en planta y

elevacin del edificio, localizacin de sus elementos estructurales,

distribucin de masas, etc. Los mismos que jugaran un papel importante

en el comportamiento de un edificio durante un sismo sea este moderado

o severo.

En el presente trabajo la configuracin estructural es considerada como el

aspecto ms importante dentro del clculo estructural, ya que un sistema


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CAPITULO I

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1 TEMA: ESTUDIO DE LA CONFIGURACIN ESTRUCTURAL EN

PLANTA Y ELEVACIN Y SU INCIDENCIA EN LA

ESTABILIDAD DE UN EDIFICIO

1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.2.1 CONTEXTUALIZACIN DEL PROBLEMA


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sismos denominados tectnicos, es decir que el movimiento de la falla

produce el terremoto y no viceversa1.

Durante los terremotos ocurridos en el Continente Americano como son

en el Salvador en 1986, el de Cariaco (Venezuela) 1997, Eje Cafetero

Colombia 1999, Loma Prieta (Estados Unidos) 1989, Hait 2010, Chile

2010 los investigadores encontraron las mismas fallas en los edificios lasmismas que llevaron incluso al colapso de las edificaciones por tal motivo

estas fallas ya tienen nombre y apellido son las siguientes irregularidad en

planta la misma que se present en edificios con geometras complejas y

aquellos edificios tuvieron un mal comportamiento ante las fuerzas

laterales provocadas por los sismos y fue lo que produjo torsin en planta

es decir el centro de masas y el centro de rigidez no coincidieron.

Otra de las fallas que se present durante los eventos ssmicos

mencionados anteriormente fue la irregularidad en elevacin lo que

provoc piso blando, columna corta entre las ms importantes, los


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mismas caractersticas que aquellas que fallaron en el los sismos de los

pases que se mencion anteriormente.

Ambato capital de la Provincia del Tungurahua histricamente ha sido

azotada por tres terremotos (1698-1797-1949) este ltimo con una

intensidad de de 6.8 en la escala de Richter el sismo fue trgico dejo

aproximadamente 6000 muertos, daos econmicos, si bien es cierto casitodas las construcciones eran de bareque las mismas que fueron

arrasadas en su gran mayora , despus comenz la reconstruccin

actualmente la mayor parte de las construcciones son de hormign

armado pero esto no quiere decir que sean sismo resistentes3.


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1.2.2 ANLISIS CRTICO

Ante todo hay que reconocer que llegado el momento de la verdad

cuando ocurre el gran sismo el nico que decide si una construccin es

sismo resistente es el mismo terremoto, lamentablemente en nuestro

medio se juega mucho con la palabra antissmica y se le asocia, en el

caso de viviendas por ejemplo a casas de hormign armado esto puedeestar muy lejos de la realidad, para que una construccin sea sismo

resistente debera haber sido diseada por personas con conocimientos y

experiencia en este tipo de diseos, que se hayan aplicado los cdigos

vigentes y que estos estn actualizados y revisados por una autoridad

competente en este caso el Municipio de Ambato, que la estructura sea

construida bajo la supervisin o direccin tcnica de una persona idnea

con conocimientos en el tema tambin debe haber un control riguroso

durante su construccin por parte de los inspectores municipales, que

exista control de los materiales por ejemplo del hormign

lamentablemente esto no se hace en nuestro medio y cuando llega el


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contrario se estara vendiendo y firmando un boleto hacia un desastre

eminente.

1.2.4 FORMULACIN DEL PROBLEMA

Cmo el estudio de la configuracin estructural en planta y elevacin

incide en la estabilidad de un edificio?

1.2.5 PREGUNTAS DIRECTRICES

Se toma en cuenta los parmetros de la configuracin en planta y

elevacin al momento de disear estructuras sismo resistentes en

la Ciudad de Ambato?

Tienen configuraciones estructurales adecuadas las estructuras

de la Ciudad de Ambato?

Se aplican las normas de configuracin estructural que establece

la Norma Ecuatoriana de construccin al momento del diseo y


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1.3 JUSTIFICACIN

Es importante que el proyectista conozca las variables que intervienen en

la configuracin estructural es decir la localizacin y distribucin que se le

va a dar a los elementos resistentes de una estructura tales como

columnas, muros, losas, ncleos de escaleras entre otros pero dentro de

este concepto es necesario tomar en cuenta a todos los elementos no

estructurales que intervienen en una edificacin como la mampostera la

cual juega un papel importante al momento de un sismo.

La configuracin estructural puede ser considerada como el aspecto ms

importante en todo el proyecto estructural. Ya que un sistema estructural

bien seleccionado tiende a ser realmente indulgente de los descuidos del

anlisis, un mediocre detallado o un pobre proceso constructivo. Estas

conclusiones se deducen de la experiencia obtenida en pasados eventos

ssmicos, donde se muestra que los edificios bien estructurados y

detallados han tenido un comportamiento satisfactorio, an sin haber sido


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que comprometan la seguridad de la estructura lo cual representa un

desafo ya que generalmente el proyectista arquitectnico tiende a

proponer formas originales y atrevidas que en ciertos casos llegan a ser

realmente peligrosas, en la ciudad de Ambato se debera recoger todas

estas experiencias y ponerlas en prctica para tener una ciudad menos

vulnerable al momento de un sismo severo como lo han dicho algunos

expertos es cuestin de tiempo nada ms.

1.4 OBJETIVOS

1.4.1 GENERAL

Estudiar la configuracin estructural en planta y elevacin y su

incidencia en la estabilidad de un edificio.

1.4.2 ESPECFICOS

Estudiar los parmetros fundamentales que intervienen en la


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CAPITULO II

MARCO TERICO

2.1 ANTECEDENTES INVESTIGATIVOS

Segn Bazn/Melli la configuracin estructural est regida en buena

parte, por el proyecto arquitectnico en consecuencia es esencial la

interaccin entre el proyectista arquitectnico y proyectista estructural atravs de la cual este ltimo debe concientizar al primero de las mnimas

necesidades de rigidez, resistencia y regularidad que requiere una

estructura en este caso un edificio para comportarse establemente ante

un sismo.


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estudio de la configuracin estructural la misma que es la ms importante

al momento de un diseo sismo resistente.

En consecuencia vale la pena recalcar que ante el conocimiento de

ciertas deficiencias y concepciones inadecuadas en los proyectos

arquitectnicos de edificaciones por construirse en zonas ssmicas debe

evitarse la configuracin geomtrica asimtrica tanto en planta como en

elevacin. La falta de elementos resistentes en ambas direcciones

(paredes de corte) ortogonales. El acortamiento de columnas por

elementos no estructurales (mampostera). La estrecha separacin entre

cuerpos de edificios, la configuracin de piso dbil, asegurndose que

sean aspectos que se debe rechazar determinantemente, dems es

conveniente intensificar los procesos de supervisin de obra y control de

calidad en la ejecucin de la misma con el objeto de lograr un

comportamiento sismo resistente adecuado.

2.2 FUNDAMENTACIN FILOSFICA


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2.4 CATEGORAS FUNDAMENTALES

2.4.1 SUPRAORDINACIN DE VARIABLES

CONSTRUCC

IONES

CIVILES

PROYECTO

ARQUI-

ESTRUCTURAL

GEOMETRIA

ESTUDIO DE LA

CONFIGURACI

ON

ESTRUCTURAL

EN PLANTA Y

ELEV.

ING CIVIL

HORMIGON

ESTRUCTURAS

ESTABILIDAD

DEL EDIFICIO


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2.4.2 CONCEPTOS BSICOS

2.4.2.1 CONFIGURACIN ESTRUCTURAL

La configuracin estructural en general se define como el tamao y la

forma del edificio esto implica la naturaleza, el tamao y la situacin de

sus elementos estructurales y no estructurales que puedan influir en el

comportamiento sismo resistente.

Al hablar de diseo sismo resistente se debe abarcar conceptos bsicos

que a continuacin se detallan.

2.4.2.2 INGENIERIA SSMICA

La ingeniera ssmica surge a fines de los aos 50 y principios de los 60

consolidndose en la dcada de los 80 y 90, la misma que estudia la

dinmica de Estructuras y de suelos, las propiedades lineales y no

lineales de los materiales.


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Los terremotos de origen tectnico son los ms importantes para la

ingeniera ssmica, estn asociados a las fallas y movimientos de las

placas tectnicas y son terremotos destructores.

Segn Lomitz, bsicamente existen 3 tipos de fallas:

SUBDUCCIN.- Subduccin de placas es un proceso de hundimiento de

una placa litosfrica bajo otra en un lmite convergente, segn la teora detectnica de placas. Generalmente, es la litsfera ocenica, de mayor

peso especfico, la que subduce bajo la litsfera continental, menos

densa.


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ACREENCIA.- Impacto de la placa ocenica con la continental.

Grfico No 4: falla por Acreencia tomado dewww.choquedeplacasfumcm.com

PARTES DE UN SISMO
http://www.choquedeplacasfumcm.com/http://www.choquedeplacasfumcm.com/


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y 45 Km de la superficie, pero algunas veces su profundidad se ha

calculado en ms de 600 Km.

EPICENTRO.-Es el punto de la superficie de la Tierra directamente sobreel hipocentro. Es, desde luego, la localizacin de la superficie terrestre

donde la intensidad del terremoto es mayor. Las caractersticas de la falla,

sin embargo, pueden hacer que el punto de mayor intensidad est alejado

del epicentro.

El punto situado en el interior de la corteza donde se produce el choque y

de donde se propagan las ondas ssmicas se llama hipocentro o centro

ssmico; el punto situado sobre la superficie terrestre en direccin vertical

al centro se llama epicentro.

La zona que lo rodea y donde los efectos de la sacudida han sido

percibidos se llama zona epicentral. Las vibraciones longitudinales y

transversales que llegan a esta zona originan ondas superficiales que

irradiando del epicentro se propagan paralelamente a la superficie.


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aparecen en el terreno algo despus que las primeras. Estas ondas son

las que generan las oscilaciones durante el movimiento ssmico y las que

producen la mayor parte de los daos. Slo se trasladan a travs de

elementos slidos.

ONDAS LOVE.-Las ondas de Love son ondas superficiales que producen

un movimiento horizontal de corte en superficie. Se denominan as en

honor al matemtico neozelands A.E.H. Love quien desarroll un modelo

matemtico de estas ondas en 1911. La velocidad de las ondas Love es

un 90% de la velocidad de las ondas S y es ligeramente superior a la

velocidad de las ondas Rayleigh.

ONDAS RAYLEIGH.-Las ondas Rayleigh, tambin denominadas groundroll, son ondas superficiales que producen un movimiento elptico

retrgrado del suelo. La existencia de estas ondas fue predicha por J ohn

William Strutt, Lord Rayleigh, en 1885. Son ondas ms lentas que las

ondas de cuerpo y su velocidad de propagacin es casi un 70% de la
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=A.E.H._Love&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/1911http://es.wikipedia.org/wiki/John_William_Strutthttp://es.wikipedia.org/wiki/John_William_Strutthttp://es.wikipedia.org/wiki/1885http://es.wikipedia.org/wiki/1885http://es.wikipedia.org/wiki/John_William_Strutthttp://es.wikipedia.org/wiki/John_William_Strutthttp://es.wikipedia.org/wiki/John_William_Strutthttp://es.wikipedia.org/wiki/1911http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=A.E.H._Love&action=edit&redlink=1


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Valor

MMI

Descripcin

Sacudida

Descripcin

AfectacinDescripcin completa

I . No es sentido. Slo lo registran los sismgrafos.

II.Sentidos por personas en posicin de descanso, enpisos altos o situacin favorable.

III.Sentido en el interior. Objetos suspendidos oscilan.Vibraciones como si pasara un camin ligero. Duracinapreciable. Puede no ser reconocido como un terremoto.

IV.

Objetos suspendidos oscilan. Vibraciones como al pasode un camin pesado o sensacin de sacudida como deun baln pesado golpeando las paredes. Automvilesparados se balancean. Ventanas, platos, puertas vibran.Los cristales titinean.

V. Ligero

Sentido al aire libre; se aprecia la direccin. Los queestn durmiendo se despiertan. Los lquidos se agitan,algunos se derraman. Objetos pequeos inestables

desplazados o volcados. Las puertas se balancean, secierran, se abren. Contraventanas y cuadros se mueven.Los pndulos de los relojes se paran, comienzan aandar, cambian de perodo.

VI.Moderado

Sentido por todos. Muchos se asustan y salen al exterior.La gente anda inestablemente. Ventanas, platos yobjetos de vidrio se rompen. Adornos, libros, etc. se caende las estanteras. Los cuadros se caen. Los muebles semueven o vuelcan. Las campanas pequeas suenan


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X. MuyViolento

DaosExtremos

La mayora de las construcciones y estructuras de

armazn destruas con sus cimientos. Algunos edificiosbien construidos en maderas y puentes, destruidos.Daos serios en presas, diques y terraplenes. Grandescorrimientos de tierras. El agua rebasa las orillas decanales, ros, lagos, etc. Arena y barro desplazadoshorizontalmente en playas y tierras llanas. Carrilestorcidos.

XI.Carriles muy retorcidos. Tuberas subterrneascompletamente fuera de servicio.

XII.Dao prcticamente total. Grandes masas de rocasdesplazadas. Visuales y lneas de nivel deformadas.Objetos proyectados al aire.

Tabla N 1: Escala de intensidad de Mercalli tomado de wikipedia

ESCALA DE RICHTER.- Mide la energa liberada, en 1935 crea una

escala de magnitudes de sismos a partir de registros obtenidos de

sismgrafos Wood-Anderson en Caltech, y basndose en las ondas

superficiales, estableciendo.

=


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Existen algunos factores que afectan la forma y propiedades de los

acelerogramas como son, magnitud del terremoto, Distancia de sitio deregistro a la fuente ssmica, Caractersticas geolgicas de las rocas, las

cuales varan mientras las ondas se propagan desde la fuente hasta el

sitio de registro, Mecanismo focal del sismo (tipo de falla, caractersticas

de la fuente, de las fallas, de los planos de rotura), efectos de

interferencia de ondas relacionados con la direccin y la velocidad derotura de las fallas o de las fuentes sismo genticas.

ESPECTROS DE RESPUESTA INELSTICA.- Reflejan las condiciones

de demanda de ductibilidad en una estructura sujeta a un sismo severo,

cuyo comportamiento se encuentra fuera del rango elstico, as como los

valores mximos de respuesta espectral, contenido frecuencial y duracin

del terremoto considerada.

2.4.2.5 CONFIGURACIN EN PLANTA Y ELEVACIN

CONFIGURACIN EN PLANTA


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Una edificacin se considera regular en planta cuando cumple con las

siguientes caractersticas:

Ms del 75% del rea del edificio sobre el nivel del suelo est

construida por pisos cuyas plantas son regulares sin entrantes o

salientes de dimensiones significativas. Los stanos si estn

confinados por el terreno circundante no se toman en cuenta.

No hay ningn piso con excesiva excentricidad entre su centro de

masa y su centro de rigideces. Se exceptan los pisos superiores

que sumen menos del 15% de la masa del edificio sobre el nivel

del suelo.

CONFIGURACIN EN ELEVACIN

Para evitar que se produzcan grandes concentraciones de esfuerzos en


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Si su sistema estructural (columnas, muros) estn alineados

verticalmente.

No debe tener interrupcin de elementos estructurales verticales.

2.4.2.6 COEFICIENTES DE CONFIGURACIN ESTRUCTURAL

Segn la NEC 2011 en el captulo 2 literal 2.6.5.2 los define de la

siguiente manera.

El propsito de los coeficientes de configuracin estructural es penalizar

el diseo de estructuras irregulares, tanto en planta como elevacin,debido a que la presencia de dichas irregularidades usualmente causan

un comportamiento inadecuado ante la ocurrencia de un sismo. Por tanto

es recomendable evitar al mximo la presencia de las irregularidades en

una edificacin.


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PB= Se establece de manera anloga, para cuando se encuentran

presentes las irregularidades tipo 4 en la estructura.


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Grfico No 7: Irregularidad en planta por esquinas entrantes NEC 2011

DISCONTINUIDADES EN EL DIAFRAGMA.- Ocurre cuando el diafragma

tiene discontinuidades apreciables o variaciones en su rigidez esto ocurre

por aberturas para pozos de gradas, pozos de iluminacin, ascensores

etc. mayor al 50% del rea bruta del diafragma.


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Grfico No 9: Irregularidad en planta ejes no paralelos NEC 2011

2.4.2.8 COEFICIENTE DE CONFIGURACIN ESTRUCTURAL EN

ELEVACIN

El coeficiente se estimar a partir del anlisis de las caractersticas de


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El problema de piso blando es muy comn en estructuras en las cuales el

primer piso est destinado a parqueaderos o almacenes, donde latabiquera es mnima o no existe, mientras que en los pisos superiores

destinados a vivienda existe gran cantidad de paredes que rigidizan, en

este caso las columnas del primer piso fallan y por ende tambin la

estructura.

En este caso particular como el primer piso es muy flexible con respecto a

los pisos superiores, ante acciones ssmicas experimentar un

desplazamiento lateral muy elevado y como el resto de la estructura se

mueve como un cuerpo rgido, acta un peso correspondiente de los

niveles superiores entonces se genera en la estructura un momento de

volteo, que si no ha sido considerado en el diseo generar rtulas

plsticas en la cabeza de las columnas y provocar el colapso de la

misma.


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COLUMNA CORTA.- Se tiene una columna corta cuando se presenta una

disminucin de la altura (luz libre) de una columna debido a un elementoque restringe su desplazamiento en sentido lateral, durante un sismo una

columna normal y una columna corta de igual seccin transversal,

experimentan el mismo desplazamiento horizontal pero como la columna

corta es ms rgida que la normal, atrae una fuerza ssmica mayor a la de

diseo, por eso presenta daos significativos, conforme disminuye laaltura efectiva de la columna, la fuerza cortante que acta sobre ella

(columna) considerablemente como se puede apreciar en la siguiente

tabla.


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Grfico No 13: Irregularidad en altura desplazamiento dentro del plano de

accin NEC 2011

2.4.2.9 FILOSOFA DEL DISEO SISMORESISTENTE

La filosofa del diseo sismo resistente es primeramente salvar vidas y en

la parte tcnica la filosofa es Columna fuerte Viga dbil a que se debe

este principio. Al momento de una solicitacin ssmica las rotulas plsticas

se deben formar en las vigas y no en las columnas ya que si se producen


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CAPITULO III

METODOLOGA DE LA INVESTIGACIN

3.1 ENFOQUE

El presente trabajo estar regido por el aspecto cuantitativo ya que se

utilizarn datos numricos los mismos que estarn destinados a la

comprobacin de la hiptesis mediante el estudio de los parmetros de la

configuracin estructural y su aplicacin al diseo sismo resistente de

estructuras.

El presente trabajo estar enfocado de la siguiente manera:


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3.5.1 VARIABLE DEPENDIENTE

V.I ADECUADA ESTABILIDAD DEL EDIFICIO

Conceptualizacin Dimensiones Indicadores tems Tcnicas einstrumentos

La estabilidad es lapropiedad que tiene unaestructura de mantener larigidez inicial de suselementos sin cambios

bruscos antesolicitaciones externascomo son las fuerzasssmicas

Rigidez

Fuerzas Ssmicas

dao en elementosestructurales

Controlando el daoen los elementosestructurales setendr estabilidad enel edificio?

Ficha de campo yobservacin directa

desplazamientoshorizontales excesivos

Disminuyendo losdesplazamientoshorizontales excesivosde la estructura seobtiene estabilidad?

Hoja de clculos

espectro de diseoQu tipo de espectrode diseo ser eladecuado para lazona en estudio?

Hoja de clculos

Tabla N 7: Operacionalizacin de variables /Variable Dependiente


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3.7 PROCESAMIENTO Y ANLISIS

3.7.1 PLAN DE PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIN

Revisin de la informacin recolectada

Tabulacin de la informacin mediante grficos estadsticos

Graficar los resultados estadsticos

Estudio de los resultados estadsticos obtenidos

Analizar e interpretar los resultados

3.7.2 ANLISIS E INTERPRETACIN DE RESULTADOS

Anlisis de la informacin obtenida

Comprobacin de la hiptesis

Conclusiones

Recomendaciones


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CAPITULO IV

ANLISIS E INTERPRETACIN DE RESULTADOS

4.1 ANLISIS E INTERPRETACIN DE LOS RESULTADOS

Los resultados obtenidos acerca del presente trabajo de investigacin

titulado ESTUDIO DE LA CONFIGURACIN ESTRUCTURAL EN

PLANTA Y ELEVACIN Y SU INCIDENCIA EN LA ESTABILIDAD DE

UN EDIFICIO realizado a todos los Ingenieros Civiles, docentes del reade estructuras en la Facultad de Ingeniera Civil de la Carrera de

Ingeniera Civil de la Universidad Tcnica de Ambato se demuestra

mediante cuadros estadsticos su opinin y su experiencia.


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FACULTAD DE INGENIERA CIVIL Y MECNICACARRERA DE INGENIERA CIVIL

FUENTE: Encuesta

RESPONDIERON: Ingenieros Estructurales Docentes de la FICM

PREGUNTA NO 1

RESPUESTA FRECUENCIA PORCENTAJE

SI 7 100%

NO 0 0%

PREGUNTA NO

1:Influye la geometra del edificio en la estabilidad del mismo,durante un sismo


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FUENTE: Encuesta


71%

29%

PREGUNTA NO 2

SI


SI 5 71%

NO 2 29%

PREGUNTA NO

2:El control de la torsin en planta permitir tener estabilidad enla edificacin, durante un sismo


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FUENTE: Encuesta


100%

PREGUNTA NO 3

SI


SI 7 100%

NO 0 0%

PREGUNTA NO

3: Influye la discontinuidad de geometra y de secciones en laestabilidad de un edificio.


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FUENTE: Encuesta



Cambio brusco de rigidez

de un piso a otro

7 100%

Concentracin de

grandes masas en pisos

0 0%

otros 0 0%

PREGUNTA NO

6: Por qu se produce el efecto de piso blando


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momento de disear, evitando que los edificios presenten cambios

bruscos de rigideces de un piso al otro.

4.2 VERIFICACIN DE LA HIPTESIS

Una vez analizadas e interpretadas las preguntas de la encuesta

realizada a los Ingenieros especialistas en estructuras docentes de la

Facultad de Ingeniera Civil y Mecnica de la Carrera de Ingeniera Civilde la Universidad Tcnica de Ambato se puede verificar la hiptesis que

se plante El estudio de la configuracin estructural en planta y elevacin

permite tener una estabilidad adecuada en un edificio es verdadera.


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CAPITULO V

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1 CONCLUSIONES

Se ha analizado tericamente como la buena configuracin

estructural de un edificio puede ayudar a resistir fuerzas ssmicas y

de esta manera proporcionar una buena estabilidad.

La experiencia y la fundamentacin terica del presente trabajo

investigativo demuestra que los edificios de formas irregulares

tienen un pobre comportamiento estructural, razn por la cual los

cdigos del mundo entero y en especial la NEC 2011 penaliza con


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se debe chequear las diferentes irregularidades y en caso de existir

corregirlas de manera tcnica.

Se propone que para corregir irregularidades en planta y elevacin

tales como piso blando, torsin en planta se utilice muros de corte

bien distribuidos para lograr una buena estabilidad.

Se ha tratado problemas de configuracin en elevacin

aparentemente sin importancia pero que al momento de un sismo

influye enormemente en el comportamiento estructural del mismo

como es el problema de columna corta, la misma que est

presente en casi todos los edificios de la Ciudad de Ambato.

Esta investigacin trata de dar al calculista estructural y al

proyectista arquitectnico un criterio ms profundo acerca de las

consecuencias que puede traer una mala configuracin estructural.


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CAPITULO VI

6.1 DATOS INFORMATIVOS

TTULO DE LA PROPUESTA

Realizar el anlisis y diseo de un edificio de forma irregular penalizado

por la Norma Ecuatoriana de la Construccin NEC 2011.

BENEFICIARIOS

Estudiantes y profesionales de Ingeniera Civil ya que el presente trabajo

est preparado como fuente de consulta para el rea de estructuras.

UBICACIN


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6.2 ANTECEDENTES DE LA PROPUESTA

FUENTE: Libro XII Jornadas de Ingeniera Estructural pg. 235

AUTOR: Ingenieros Jos chacn, Rodrigo Naranjo, Gustavo Troncoso

TEMA: Efectos del Sismo de Esmeraldas en las Construcciones

Escolares

CONCLUSIN:

Sobre la organizacin estructural.- Juega un papel importante en el

comportamiento sismo-resistente de la estructura, la forma en que ella es

concebida y organizada. La idea bsica gira en torno de disponer los

diferentes elementos que constituyen la estructura tal que todos, en

conjunto, generen un comportamiento global orgnico y claramente

reconocido y evaluado. Una buena configuracin estructural ser aquella

que conduzca a la estructura a un funcionamiento regular y previsible en

el cual las acciones ssmicas de excitacin y el comportamiento de


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total del conjunto es importante, subdivdanse tambin el

planteamiento general en unidades estructurales independientes.

Propndase a la utilizacin de sistemas estructurales de

comportamiento conocido y probado por su alto coeficiente de

seguridad al colapso, prefiriendo sistemas que aseguren

comportamientos semejantes en las direcciones ortogonales.

FUENTE: Ensayo Estructural sobre el terremoto de Puebla Del 15 de

Junio de 1999

AUTOR: Bazn y Melli

TEMA: Resultado del Anlisis de los Daos Estructurales

CONCLUSIN:

La configuracin estructural est regida, en buena parte por el proyecto

arquitectnico. En consecuencia, es esencial la interaccin entre el


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Las exigencias y caprichos del dueo de los proyectos y la gran

imaginacin de los encargados del diseo arquitectnico, parecencarecer, la mayora de las veces, de nociones de forma y funcin de las

edificaciones diseadas y de los aspectos principales y criterios de diseo

sismo resistente, ya que no parecen estar consientes del peligro que

sus atrevidos diseos representan en zonas ssmicamente activas.

Es importante sealar que los daos ocurridos en las estructuras

analizadas, como consecuencia del sismo, son ya conocidos desde hace

aproximadamente 30 aos, no obstante, algunas de las construcciones

daadas datan de un lapso menor a ese y presentaron deficiencias en su

concepcin estructural que pudieron haberse previsto y por ende, quizs,

evitando fallas de consideracin en las mismas.

En consecuencia vale la pena subrayar que ante el conocimiento de

ciertas deficiencias y concepciones inadecuadas en los proyectos

arquitectnicos de edificaciones por construirse en zonas ssmicas, debe


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6.7 METODOLOGA

MODELO OPERATIVO

6.7.1 DATOS GENERALES PARA EL DISEO

Cdigos a utilizarse

ACI-318-2005 - 2008

NEC-2011

Esfuerzo a la compresin a los 28 das de edad Fc = 210 Kgcm 2

Esfuerzo a la fluencia del acero Fy = 4200Kg

cm 2


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PREDISEO DE LA VIGA CRITICA EJE CENTRAL B NIVEL + 3.20 mt

Grfico No 22: Mosaico de cargas para prediseo de viga central eje B


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d =

Mu

Fc b w(1 0.59 w)

Donde w = FyFc

w = 0.20

d = 5.88 1000000.9 210 25 0.2(1 0.59 0.2) = 26.56 cm

H = d + r = 26.56 + 3 = 29.56cm ~30 cm

Como ya se tiene secciones de viga volvemos a chequear ahora

aumentando el peso propio de la viga para esto realizamos lo siguiente.

Chequeo de Prediseo


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Carga Total sobre la viga = 3.1222Tn

ml

Volvemos a calcular el peralte

Mu =U L2

10

Mu =3.1222 4.52

10= 6.322 Tnm

d =

6.322

100000

0.9 210 25 0.2(1 0.59 0.2)= 27.54 cm

H = d + r = 27.54 + 3 = 30.54cm

Si comparamos con la seccin anterior es la misma entonces la seccin


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Grfico No 25: Viga crtica eje A

SECCIN DE PREDISEO DE LA VIGA

La seccin de la viga del eje A es 25x25 cm.

PREDISEO DE LA VIGA CRITICA EJE CENTRAL 2 NIVEL + 3.20 mt


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Grfico No 27: Viga crtica eje 2


La seccin de la viga de eje 2 es 30x30 cm.

PREDISEO DE LA VIGA CRTICA EJE LATERAL 1 NIVEL + 3.20 mt


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Area tributaria = 5.06m2

Longitud viga = 4.5 mt

peso de pared por metro lineal = 576kg

ml

longitud de pared = 4.2 mt

RESUMEN DE CARGAS

CARGA MUERTA = 1315.28

Kg

ml

CARGA VIVA = 224.88Kg

ml

FACTORIZACIN DE CARGAS


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La seccin de la viga del eje 1 es 25x25 cm.

PREDISEO DE LA VIGA CRITICA EJE CENTRAL B NIVEL + 11 mt

Este nivel es crtico ya que es un piso de altura en el cual se le ha

designado como saln social es decir va a tener una carga viva grande y

con respecto a los pisos inferiores existe una asimetra de cargas lo que

penaliza la NEC-2011 pero por efectos de desarrollo del trabajo de

investigacin se contina.


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menos de 1/2 de la menor dimensin lateral del elemento

compuesto (ACI-318-05-10.16.8.7)

La dimensin menor de la seccin transversal, medida en una lnea

recta que pasa a travs del centroide geomtrico, no debe ser

menor de 300 mm (ACI-318-05-21.4.1.1)

La relacin entre la dimensin menor de la seccin transversal y la

dimensin perpendicular no debe ser menor que 0.4 (ACI-318-05-

21.4.1.2)

La razn que el porcentaje del rea de refuerzo longitudinal al reabruta Ag no puede ser menor que 0.01 ni mayor que 0.03 (NEC-

2011-4.3.3)

A continuacin se presenta el rea cooperante de cada columna


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=

1.68Pu

[0.85

F

c

(1

0.01) + Fy

]

= 1.68Pu[0.85 Fc (1) + Fy ]

=

1.68Pu

[0.85 Fc + F y ]

Frmula que se utilizar para el prediseo de columnas

Para realizar el prediseo comenzaremos calculando Pu la cual se puede

calcular de dos maneras realizando el diagrama de corte y momento de la

viga o como aqu se realizar con las reas cooperantes.Donde Pu tiene la siguiente manera de ser calculada

Pu = rea cooperante carga por metro cuadrado de losa # de pisos


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Nota: La carga muerta esta cuantificada con la carga de pared distribuida

en el tablero ms crtico, excepto el nivel de +11.00 que es el saln socialy el ltimo nivel que se trata de la losa de cubierta la misma que es

inaccesible.

Aplicando la ecuacin tenemos:

= 1.68Pu[0.85 Fc + F y ]

= 1.68(100271.16 Kg)

0.85

210

kg

cm2 + 4200

kg

cm2

0.015

Ag = 697.53 cm2

Entonces A g = b h


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6.7.7 CLCULO DE LOS COEFICIENTES REALES DE

CONFIGURACIN ESTRUCTURAL EN PLANTA Y ELEVACIN DELEDIFICIO PROPUESTO

La Norma Ecuatoriana de la Construccin (NEC-2011) presenta dos

tablas con las irregularidades en planta y elevacin para edificios que

anteriormente se trat, para el presente trabajo se tomar como base los

factores que presentan las tablas a partir de los cuales se calcularn los

factores reales anteriormente mencionados.

CLCULO DEL COEFICIENTE DE CONFIGURACIN ESTRUCTURAL

EN PLANTA VERDADERO

El coeficiente de configuracin estructural en planta se estimar a partirdel anlisis de las irregularidades que se describen a continuacin y se

utilizar la siguiente expresin. (NEC-2011-2.6.6.1)

P=PA PB


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FALSA SIMETRA EN PLANTA

Las plantas no solo son irregulares por su geometra, tambin pueden

tener formas regulares pero la mala distribucin de sus elementos

estructurales (columnas, paredes de corte etc.) hace que el centro de

masas y centro de rigidez no coincidan generando excentricidades

estticas y por ende aparecen momentos torsores los mismos queproducen torsin en planta.


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A continuacin se presenta el clculo del centro de masas del edificio

propuesto. El clculo se lo realizar manualmente del primer piso lospisos continuos, se utilizar una tabla electrnica la misma que presentar

los resultados de forma directa.


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CLCULO DEL CENTRO DE RIGIDEZ O DE TORSIN

Todas las columnas son de 30x30 cm los datos de mdulo de elasticidad

del concreto ya se enunci anteriormente.


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verdadero valor del coeficiente. Adems el clculo de las excentricidades

no es ms que la resta entre las coordenadas de centro de masas y

centro de rigidez.

ex = Xcgx Xcrx Excentricidad en X medido desde el mismo origen delcentro de masas o centro de rigidez

ey = Xcgy Xcry Excentricidad en Y medido desde el mismo origen delcentro de masas o centro de rigidez

COMPARACIN ENTRE EL CENTRO DE MASAS Y CENTRO DE

RIGIDEZPiso Centro de

MasasCentro de Rigidez excentricidad

Xcg Ycg Xcr Ycr ex ey1 6.67 10.43 7.01 9.24 0.34 1.192 6.46 11.67 6.82 10.78 0.36 0.893 6.46 11.67 6.82 10.78 0.36 0.89


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Las estructuras con geometras complejas, irregulares o asimtricas

tienen un mal comportamiento ante las fuerzas ocasionadas por los

sismos, la falta de uniformidad facilita la concentracin de fuerzas por lo

general en los extremos y genera problemas de excentricidad en planta

los mismos que dejan a la estructura susceptibles a los efectos de torsin,

al tener geometras sencillas el centro de masas coincidir con el centro

de rigidez de la estructura, por lo tanto al no existir excentricidad esttica,

no habrn momentos torsores, por el contrario, si la geometra o la

distribucin de elementos resistentes es asimtrica o irregular, no

coincidir con el centro de masas y en consecuencia habr problemas de

torsin inicial (o de diseo) en la estructura.

De esta manera si se analiza la tabla # 19 se observa que existe una

excentricidad esttica en todos los pisos de manera especial en el eje Y

de esta manera se adopta el criterio que para el edificio propuesto existe

problemas de torsin ya que los centros de masas y de rigidez no

i id t d li l fi i t 0 9


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RETROCESOS EXCESIVOS EN LAS ESQUINAS

Es la segunda irregularidad que penaliza la (NEC-2011) es el retroceso

excesivo en las esquinas, la norma lo define de la siguiente manera:

La configuracin de una estructura se considera irregular cuando presenta

entrantes excesivos en sus esquinas. Un entrante en una esquina se

considera excesivo cuando las proyecciones de la estructura, a ambos

lados del entrante, son mayores que el 15% de la dimensin de la planta

de la estructura en la direccin del entrante.

La (NEC-2011) penaliza a este tipo de irregularidad con un coeficiente

Pi = 0.9 el mismo que servir para calcular el verdadero coeficiente de

configuracin estructural en planta.

La ecuacin que permite conocer esta irregularidad es la siguiente. (NEC-

2011-TABLA 2.12)


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CAUSAS DE LA IRREGULARIDAD POR RETROCESOS EXCESIVOS

EN LAS ESQUINAS

La Federal Emergency Management Agency (FEMA CAPITULO 5) define

a esta irregularidad as: Esquina reentrante es la caracterstica comn de

las formas de construccin que, en planta, asumen la forma de una L, T,

H, etc, o una combinacin de estas formas. Hay dos problemas creados

por estas formas, La primera es que tienden a producir movimientos

diferenciales entre las diferentes alas del edificio que, debido a los

elementos rgidos que tienden a estar ubicados en esta regin, dan lugar

a concentraciones de esfuerzos locales en la esquina reentrante. El

segundo problema de esta forma es la torsin, qu se produce porque el

centro de masa y el centro de la rigidez de esta forma no pueden coincidir

geomtricamente para todas las direcciones posibles del sismo, el

resultado es la rotacin, las fuerzas resultantes son muy difciles de

analizar y predecir.


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Grfico No 48: Posibles soluciones para retrocesos excesivos en lasesquinas tomados de FEMA capitulo 5

A continuacin se presenta las dimensiones de la planta del edificio

propuesto para el desarrollo del presente trabajo


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PISO FLEXIBLE O PISO BLANDO

Es la primera irregularidad que penaliza la (NEC-2011) y la Norma lodefine de la siguiente manera:

La estructura se considera flexible irregular cuando la rigidez lateral de un

piso es menor que el 70% de la rigidez lateral del piso superior o menor

que el 80% del promedio de la rigidez lateral de los tres pisos superiores.(NEC-2011-tabla 2.13)


Pi = 0.9 el mismo que servir para calcular el verdadero coeficiente deconfiguracin estructural en elevacin.Las ecuaciones que permite conocer esta irregularidad son las siguientes.

(NEC-2011-TABLA 2.13)

< 0.70


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IRREGULARIDAD GEOMTRICA

Es la tercera irregularidad que penaliza la (NEC-2011) y la Norma lo

define de la siguiente manera:

La estructura se considera irregular cuando la dimensin en planta del

sistema resistente en cualquier piso es mayor que 1.3 veces la misma

direccin en un piso adyacente, exceptuando el caso de los altillos de un

solo piso. (NEC-2011-tabla 2.13)


Pi = 0.9 el mismo que servir para calcular el verdadero coeficiente deconfiguracin estructural en elevacin.

Las ecuaciones que permite conocer esta irregularidad es la siguiente.

(NEC-2011-TABLA 2.13)

a > 1.3


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CLCULO DEL VERDADERO COEFICIENTE DE CONFIGURACIN

ESTRUCTURAL EN ELEVACIN

A continuacin se presenta un resumen de las irregularidades analizadas

en el edifico con su respectiva penalizacin.

Resumen de irregularidades en elevacin con su factor de penalizacin

Irregularidad en elevacin Existe irregularidad Ei (NEC-2011)Piso blando SI 0.9Concentracin de masas en altura No 1Irregularidad geomtrica vertical No 1

Tabla N 24: Resumen de irregularidades en elevacin con su factor de

penalizacin (NEC-2011)

A continuacin se presenta el clculo del verdadero coeficiente de

configuracin en elevacin con la ecuacin presentada por la NEC-2011

E EA EB


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presenta daos significativos, conforme disminuye la altura de la columna,

la fuerza cortante que acta sobre ella aumenta considerablemente,

cuando la losa se desplaza lateralmente y arrastra a la columna esta se

topa con la mampostera y no puede desplazarse lo que provoca una gran

distorsin angular en la columna y falla por corte.

CAUSAS DE LA IRREGULARIDAD COLUMNA CORTA

Existen tres razones por las cuales se presenta el problema de columna

corta.

Confinamiento de parte de la columna por muros no estructurales

(mampostera comn)

Acoplamientos de sistemas estructurales o no estructurales como

vigas de descanso de escaleras etc.


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V =1 1.1904

6

0.81

0.9

615.81V = 167.59 Tn

DISTRIBUCIN VERTICAL DEL CORTANTE BASAL

En ausencia de un procedimiento ms riguroso, basado en los principios

de la dinmica, las fuerzas laterales totales de clculo deben ser

distribuidas en la altura de la estructura utilizando las siguientes

expresiones (NEC-2011 2.7.2.4.1).

= =1 Donde:

V = cortante total en la base de la estructura

Fx = fuerza lateral aplicada en el piso x de la estructura


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Datos:

NORMA ECUATORIANA DE LA CONSTRUCCIN NEC-2011Z = 0.4 Fa = 1.2

PERFIL DE SUELO TIPO D Fd = 1.4

Ct = 0.047 Fs = 1.5

= 0.9 n = 2.48R = 6 Tc = 0.9625

T = 0.49 r = 1.5

LIMITE MAX TL= 4 sg

ESPECTRO ELSTICO NEC- 2011

T (Seg)

0 0.19

0.10 1.19


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1.10 0.97

1.15 0.91

1.20 0.86

1.25 0.80

1.30 0.76

1.35 0.72

1.40 0.68

1.45 0.64

1.50 0.61

1.55 0.58

1.60 0.56

1.65 0.53

1.70 0.51

1.75 0.49

1.80 0.47

1.85 0.45

1.90 0.43

1.95 0.41

2.00 0.40

2.05 0.38

2.10 0.37


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Grfico No 68: Proceso de modelacin en Etabs

Presionarno aparecer una ventana que corresponde al grid en la

cual se coloca las dimensiones entre ejes y altura y de esta manera

se puede modelar una estructura.


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A t l l dd t i l


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Aparece una ventana en la cual escogemos add new material

Se abre una nueva ventana en la cual colocamos las propiedades

mecnicas del material que a continuacin se hace un resumen

general de los valores a ser colocados.

CARACTERSTICAS MECNICAS DEL HORMIGON Fc= 210 kg/cm2

Masa por unidad de volumen (2400/9.81) 244.65

Peso por unidad de volumen del hormign Armado 2400

Mdulo de elasticidad 2.3853E9

Relacin de poison 0.20

Coeficiente de expansin trmica 1.08E-05

Resistencia del hormign a los 28 das de edad 2100000

Refuerzo a flexin a la traccin 42000000

Refuerzo al corte 42000000

Tabla N 31: Propiedades mecnicas del hormign


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Realizado el dibujo se procede a dar click sobre las lneas una vez

ASIGNACIN DE CARGAS


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Para la asignacin de las diferentes cargas a la estructura se realiza lossiguientes pasos:

Seleccionar los tableros de la losa y agregar las cargas, viva de

pared y las cargas ssmicas, la carga muerta no se aplica ya que el

programa automticamente la calcula.

Select by wall/slab/deck sections

Assign shell area loads uniform

Sale una ventana en la cual se escoge el estado de carga y se

coloca el valor correspondiente.


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COMBINACIN DE CARGAS


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U = 0.9D 1.4 SISMOY


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Para realizar las combinaciones en el programa se realizan los siguientespasos:

Clicken define - load combinations

Add new combo

Aparece una ventana en la cual se ingresa las combinaciones

anteriormente descritas.


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pmax = 0.75 pb para zonas sin ningun riesgo ssmico ACI-apndice B


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pmax

= 0.5

p

bpara zonas ssmicas ACI-apndice B

Cul es el objetivo de chequear los porcentajes de acero, a continuacin

se pondr las razones.

La razn de chequear los porcentajes es definir de manera anticipada qu

tipo de falla ocurrir en el elemento, se presenta el tipo de falla de

acuerdo a los porcentajes de acero.

Falla dctil o por tensin: se le conoce como falla preventiva en la cual la

deformacin del acero supera a la mxima del concreto y el concreto no

llega a su deformacin mxima esto se da cuando:

p < max Falla balanceada: es una falla peligrosa en la cual el acero alcanza su

deformacin mxima y simultneamente el concreto alcanza su

deformacin mxima


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UNIVERSIDAD TECNICA DE AMBATO

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

TABLA DE CHEQUEO DE AREAS DE ACERO

NIVEL + 3.20 mts


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2.5

0.011

VIGAS EJE ENTRE %As NEGAT. %As POSIT. %As NEGAT. As REAL (-) As REAL (+) AS REAL (-) CHEQUEO1 25 25 A-B 0.91 0.39 0.9 5.12 2.19 5.06 F.DUCTIL

25 25 B-C 0.83 0.34 0.82 4.67 1.91 4.61 F.DUCTIL

25 25 C-D 0.82 0.34 0.83 4.61 1.91 4.67 F.DUCTIL

2 30 30 A-B 0.87 0.44 0.86 7.18 3.63 7.10 F.DUCTIL

30 30 B-C 0.75 0.31 0.73 6.19 2.75 6.02 F.DUCTIL

30 30 C-D 0.68 0.31 0.69 5.61 2.75 5.69 F.DUCTIL

3 30 30 A-B 0.54 0.3 0.54 4.46 2.75 4.46 F.DUCTIL

30 30 B-C 0.59 0.29 0.58 4.87 2.75 4.79 F.DUCTIL

30 30 C-D 0.57 0.3 0.59 4.70 2.75 4.87 F.DUCTIL

4 30 30 B-C 0.5 0.26 0.5 4.13 2.75 4.13 F.DUCTIL30 30 C-D 0.5 0.26 0.51 4.13 2.75 4.21 F.DUCTIL

5 30 30 B-C 0.45 0.25 0.46 3.71 2.75 3.80 F.DUCTIL

30 30 C-D 0.45 0.25 0.45 3.71 2.75 3.71 F.DUCTIL

6 25 25 B-C 0.35 0.22 0.36 1.97 1.87 2.03 F.DUCTIL

25 25 C-D 0.36 0.22 0.35 2.03 1.87 1.97 F.DUCTIL

SECCION bxh cm

PORCENTAJE MINIMO : 0.00333 PORCENTAJE BALAN. 0.02142 PORCENTAJE MAXIMO:

RECUBRIMIENTO

Tabla N 33: Chequeo de porcentajes de acero arrojados por Etabs


200/298


201/298


202/298


203/298

2 5



TABL DE CHEQUEO DE AREAS DE ACERO

RECUBRIMIENTO

NIVEL + 11.00 mts


204/298

185

2.5

0.011

VIGAS EJE ENTRE %As NEGAT. %As POSIT. %As NEGAT. As REAL (-) As REAL (+) AS REAL (-) CHEQUEO

A 30 25 1-2 0.76 0.48 0.74 6.27 3.24 5.00 F. DUCTIL

30 25 2-3 0.74 0.48 0.75 6.11 3.24 5.06 F. DUCTIL

B 30 30 1-2 0.91 0.63 0.87 7.51 5.20 7.18 F. DUCTIL

30 30 2-3 0.88 0.63 0.87 7.26 5.20 7.18 F. DUCTIL

30 30 3-4 0.58 0.3 0.6 4.79 2.75 4.95 F. DUCTIL

30 30 4-5 0.59 0.27 0.62 4.87 2.75 5.12 F. DUCTIL

C 30 30 1-2 0.86 0.61 0.39 7.10 5.03 3.22 F. DUCTIL

30 30 2-3 0.79 0.57 0.79 6.52 4.70 6.52 F. DUCTIL

30 30 3-4 0.7 0.32 0.68 5.78 2.75 5.61 F. DUCTIL

30 30 4-5 0.62 0.3 0.67 5.12 2.75 5.53 F. DUCTIL

D 30 25 1-2 0.67 0.45 0.65 5.53 3.04 4.39 F. DUCTIL

30 25 2-3 0.48 0.3 0.52 3.96 2.25 3.51 F. DUCTIL

30 25 3-4 0.56 0.3 0.55 4.62 2.25 3.71 F. DUCTIL

30 25 4-5 0.52 0.25 0.54 4.29 2.25 3.65 F. DUCTIL

SECCION bxh cm

PORCENTAJE MINIMO 0.00333 PORCENTAJE BALAN. 0.02142 PORCENTAJE MAXIMO:

RECUBRIMIENTO

Tabla N 38: Chequeo de porcentajes de acero arrojados por Etabs


205/298


206/298


207/298


208/298

A continuacin se presenta la tabla con los porcentajes, secciones de

di d id


209/298

diseo y rea de acero requeridas.



TABLA DE CHEQUEO DE PORCENTAJES DE ACERO COLUMNAS

PLANTA BAJA NIVEL + 3.20

UBICACIN SECCIN cm PORCENTAJE

%

% PERMITIDO

1%-3%

AREA DE

ACERO

REFUERZO

A1 45X45 1.37 Cumple 27.8

B1 45X45 1.37 Cumple 27.8

C1 45X45 1.37 Cumple 27.5D1 45X45 1.36 Cumple 27.64

A2 45X45 1.37 Cumple 20.88

B2 45X45 1.03 Cumple 26.85

4 X4 C l


210/298

La deriva que reporta el programa Etabs corresponde a E que es lad i i d l li i d i l f l


211/298

deriva como consecuencia de la aplicacin de sismos, la frmula que

permite calcular es la siguiente la misma que fue tomada de ManualSismo Resistente de Edificios utilizando el Programa Etabs del Ing.

Marcelo Guerra.

E= desplazamento piso superior desplazamiento piso inferioraltura de entrepiso

La NEC-2011 captulo 2.7.8.3 establece los siguientes requisitos con

respecto a las derivas.

El valor de la deriva mxima inelstica M de cada piso debe calcularsemediante.

M= 0.75 R EDonde:

M= valor de la deriva de piso la misma que no puede superar a la


212/298


213/298




214/298

PISO DESPLAZ.cm DERIVA ETABS 0.75*R DERI.CAL DERIVA MAX. OBSERV.

5 4.32 0.0025 4.5 0.01125 0.02 OK

4 3.68 0.0034 4.5 0.0153 0.02 OK

3 2.8 0.0041 4.5 0.01845 0.02 OK

2 1.72 0.004 4.5 0.018 0.02 OK1 0.67 0.0021 4.5 0.00945 0.02 OK

5 3.39 0.0019 4.5 0.00855 0.02 OK

4 2.89 0.0026 4.5 0.0117 0.02 OK

3 2.2 0.0032 4.5 0.0144 0.02 OK

2 1.35 0.0031 4.5 0.01395 0.02 OK

1 0.52 0.0016 4.5 0.0072 0.02 OK

5 2.6 0.0015 4.5 0.00675 0.02 OK

4 2.22 0.00209 4.5 0.009405 0.02 OK

3 1.68 0.0025 4.5 0.01125 0.02 OK

2 1.02 0.0024 4.5 0.0108 0.02 OK

1 0 394 0 0012 4 5 0 0054 0 02 OK

TABLA DE COMPARACION DE CHEQUEOS DE LAS DERIVAS

COMPARACION DE DERIVAS DE PISOS CON EL SISMO EN X

FACTOR DE RESPUESTA ESTRUCTURAL R 6

PORTICO EJE 1

PORTICO EJE 2

PORTICO EJE 3


215/298

a criterio del calculista aceptar los valores que estn dentro del rango

permitido o tratar de reducir esos desplazamientos


216/298

permitido o tratar de reducir esos desplazamientos.

MODOS DE VIBRACIN Y PERIODOS DE LOS MISMOS

El chequear los periodos de vibracin con respecto al fundamental es de

vital importancia ya que se debe verificar que ningn periodo de vibracin

de la estructura coincida con el periodo fundamental calculado de llegar a

coincidir se produce un fenmeno llamado resonancia en el presentetrabajo no se explicar que es ese efecto pero como referencia se dir

que el puente Tacona Narrows colapso por este efecto, a continuacin se

presenta la tabla con los doce modos de vibracin propuestos para el

edifico calculado.

0.492 seg 0.962 seg

MODO 1 0 936 seg

MODO DE VIBRACION # PERIODO Seg OBSERVACION

no existe resonancia en la estuctura



TABLA DE COMPARACION DE PERIODOS DE ACUERDO AL MODO DE VIBRACION

T CALCULADO Tc CALCULADO


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218/298


219/298


220/298


221/298


A continuacin se presenta el chequeo de torsin mediante la

excentricidad entre el centro de masas y el centro de rigidez.


222/298

excentricidad entre el centro de masas y el centro de rigidez.

PISO Xcm Ycm Xcr Ycr exc.X exc.Y

1 6.57 10.12 6.84 9.37 0.27 0.8

2 6.37 11.36 6.82 9.74 0.45 1.62

3 6.37 11.36 6.79 10.09 0.42 1.27

4 6.41 11.3 6.78 10.26 0.37 1.04

5 6.47 11.43 6.78 10.37 0.31 1.06



TABLA DE CENTROS DE MASAS Y CENTROS DE RIGIDEZ

Tabla N 46: Chequeo de torsin mediante excentricidades

Como se puede observar en las tablas de chequeo de irregularidad

torsional tanto por derivas y por excentricidades se llega a la misma

conclusin es decir que el problema torsin es ocasionado en el sentido

Y.


223/298


224/298


225/298


226/298

1.40 0.68

1 45 0 64


227/298

1.45 0.64

1.50 0.61

1.55 0.58

1.60 0.56

1.65 0.53

1.70 0.51

1.75 0.49

1.80 0.47

1.85 0.45

1.90 0.43

1.95 0.41

2.00 0.40

2.05 0.38

2.10 0.37

2.15 0.36

2 20 0 34


228/298


229/298

Chequear los centros de masas y rigidez de seguir desplazados

aumentar de forma proporcional las paredes de corte en el sentido


230/298

del mismo eje Colocar paredes de corte de menor longitud en el otro sentido es

decir en el otro eje de igual manera en forma diagonal

En edificios con formas irregulares difcilmente se unir por

completo los centros de masas y centro de rigidez por lo que es

recomendable en cada iteracin con las paredes de corte sechequee el problema de torsin con la frmula que proporciona la

NEC-2011, nicamente de esta manera se podr saber si se ha

eliminado el problema de torsin.

Luego de varios intentos seguidos realizando los pasos anteriores

se logr vencer el problema de torsin, a continuacin secomparar las derivas, desplazamientos, chequeos con la frmula

que proporciona la NEC-2011 para el cheque de torsin.

A continuacin se presenta el grafico con el cual se consigui


231/298


232/298


Colocar la estructura en vista en planta y con el icono draws wall

plan seleccionar uno de los dos casos de secciones creadas


233/298

6.7.8.6 CHEQUEO DE DERIVAS DE PISO DE LA ESTRUCTURA CON

PAREDES DE CORTE


234/298


5 1.25 0.0011 4.5 0.00495 0.02 OK

4 0.97 0.00116 4.5 0.00522 0.02 OK

3 0.66 0.00113 4.5 0.005085 0.02 OK

2 0.37 0.0009 4.5 0.00405 0.02 OK

1 0.13 0.0004 4.5 0.0018 0.02 OK

5 1.21 0.001 4.5 0.0045 0.02 OK

4 0.93 0.0011 4.5 0.00495 0.02 OK3 0.64 0.0011 4.5 0.00495 0.02 OK

2 0.36 0.00089 4.5 0.004005 0.02 OK

1 0.12 0.00039 4.5 0.001755 0.02 OK

5 1.18 0.001 4.5 0.0045 0.02 OK




COMPARACION DE DERIVAS DE PISOS CON EL SISMO EN X CON MUROS DE CORTE

FACTOR DE RESPUESTA ESTRUCTURAL R 6

PORTICO EJE 1

PORTICO EJE 2

PORTICO EJE 3





235/298


5 0.67 0.00061 4.5 0.002745 0.02 OK

4 0.51 0.00063 4.5 0.002835 0.02 OK

3 0.35 0.0006 4.5 0.0027 0.02 OK

2 0.2 0.00049 4.5 0.002205 0.02 OK1 0.072 0.00022 4.5 0.00099 0.02 OK

5 0.61 0.00055 4.5 0.002475 0.02 OK

4 0.47 0.00056 4.5 0.00252 0.02 OK

3 0.32 0.00054 4.5 0.00243 0.02 OK

2 0.18 0.00044 4.5 0.00198 0.02 OK

1 0.066 0.0002 4.5 0.0009 0.02 OK

5 0.56 0.0005 4.5 0.00225 0.02 OK

4 0.43 0.00052 4.5 0.00234 0.02 OK

3 0.3 0.0005 4.5 0.00225 0.02 OK

2 0.17 0.00041 4.5 0.001845 0.02 OK

1 0 061 0 00019 4 5 0 000855 0 02 OK


COMPARACION DE DERIVAS DE PISOS CON EL SISMO EN Y CON MUROS DE CORTEFACTOR DE RESPUESTA ESTRUCTURAL R 6

PORTICO EJE A

PORTICO EJE B

PORTICO EJE C


236/298


237/298


238/298


239/298

Como ya se etiquet a cada muro con su respectivo Pier aqu

nicamente se propondr un armado es decir se asignar la


240/298

armadura al muro, para lo cual se realiza lo siguiente. SeleccionarDesing define pier sections for checking

Add pier section es aqu donde el usuario colocar la armadura a

los muros.


241/298


242/298


243/298

De la misma manera se realiz el diseo de los dems muros de

corte y a continuacin se presenta un resumen de las armaduras


244/298

de los muros de corte tanto a flexin como a corte. Como se demostr las armaduras fallan en los dos primeros pisos

por lo cual se colocarn armaduras diferentes con sus respectivos

traslapes a partir del segundo piso.

PISO NOMBRE UBICACION ESP. LONG As FLEXION As CORTE

1 M2=M4 EJE1-EJE5 25 cm 1.50 m 1 20 @ 20 cm 1 12 @ 15 cm





1 M3 = M1 EJEA - EJE D 25 cm 2 m 1 20@ 20 cm 1 12 @ 20 cm

2 M3 = M1 EJEA EJE D 25 cm 2 m 1 20@ 20 cm 1 12 @ 20 cm

MURO3 = MURO 1 SENTIDO Y

MURO 2 = MURO 4 SENTIDO X



ARMADURAS DE LOS MUROS DE CORTE

En el edificio deben estar aplicadas todos los casos de carga como

son, carga viva, carga muerta, carga de pared, sismos en sus dos


245/298

direcciones etc. Antes de exportar al software especializado (Safe) la estructura en

Etabs debe estar analizada.

Cuando el edifico est totalmente analizado se procede a exportar

al software (Safe).

A continuacin se presenta el clculo del peso de la mamposteraque va actuar sobre la losa que va a ser diseada


246/298

En la barra superior elegir el comando file en el cual se despliega

un sub men, escogerexport- save story as safe.


247/298

Se despliega una ventana con tres opciones, se recomiendaescoger la segunda, de igual manera se debe seleccionar las

cargas estticas y los sismos respectivos, adems se escoge el

piso a exportar al Safe como se muestra en la siguiente figura.

Realizado esto se procede a colocar la losa en tres dimensiones

para verificar si su geometra y sus propiedades corresponden a


248/298

las exportadas desde Etabs.

Grfico No 124: Proceso de modelacin en Safe (vista 3D de la losa)

Cabe recordar que una vez la losa este en el programa no est dems

revisar si todos los parmetros como son cargas y materiales, para revisar


249/298


250/298


251/298


252/298


253/298

Grfico No 129: Proceso de modelacin en Safe (franjas de diseo)

Realizado el proceso de creacin de franjas se procede a analizar

la losa como ya se indic en procesos anteriores y posteriormente

para ver el rea de acero que necesita la losa se sigue el siguiente

procedimiento


254/298

Grfico No 130: Proceso de modelacin en Safe (visualizacin de

resultados)

Al presionar ok se presenta el rea de acero necesario para cada

franja el diseador deber distribuir adecuadamente los aceros.


255/298

elemento unidad Alturam

Espesorm

Longitudm

Pesoespec.kg/m3

Peso/m2Kg/m2

p.p.loseta 1 0.05 1 2400 120


256/298

p pp.p.nervio 0.15 0.1 3.6 2400 129.6p.p. alivian. 8 8 kg/u 64p.p alisado S. 1 0.025 1 1900 47.5p.p alisado I. 1 0.025 1 1900 47.5p.p.acabados 1 0.025 1 1200 30Total 438.6

Tabla N 55: Cuantificacin de cargas para clculo de losa

Carga muerta = 438.6 kg/m2

Carga viva = 500 kg/ m2 (NEC-2011- capitulo 1 tabla 1.2)

Carga de pared = 0 kg/cm2

chequeo de cargas actuantes en la losa

Chequeo de la deformada


257/298

Grfico No 134: Proceso de modelacin en Safe (deformada losa)

Visualizacin de esfuerzos en la losa

Franjas de diseo y visualizacin de resultados


258/298

6.7.8.9 DISEO DE LAS CIMENTACIONES

Existen muchos mtodos para resolver las cimentaciones de una


259/298

estructura en el presente trabajo se explicar paso a paso el clculo de

una cimentacin, para lo cual se debe seleccionar la columna que mas

carga trasmite a la cimentacin se debe escoger la mas cargada de las

centrales, de lindero y de las esquineras lo ideal es disear la cimentacin

una por una pero esto demanda mucho tiempo y posibles equivocaciones

en obra, en el presente se disear una cimentacin paso a paso y las

restantes nicamente se colocar sus dimensiones y armaduras

correspondientes, para obtener la columna que mas carga trasmite nos

apoyaremos del programa siguiendo los siguientes pasos.

Analizar la estructura

Colocar la estructura en planta y escoger la opcin base


260/298


Escoger el tipo de combinacin con la cual se va a trabajar en este

caso se escoger la envolvente, pero cabe recordar que se est

trabajando con cargas mayoradas razn por la cual se debe

trabajar dividiendo para un factor de reduccin f.

Realizado esto se despliega automticamente las reacciones y los

momentos para lo cual se debe dar click derecho sobre el plinto

escogido.

A ti i t t bl l d



CARGAS Y MOMENTOS ACTUANTES EN LAS ZAPATAS


261/298

CARGA Pu Tn M ult. X (Tn) M ult. Y (Tn)

125.27 2.41 -5

91.03 -3.11 -4.16

44.44 -2.63 4.27

30.93 2.65 4.31

105 -2.38 4.68

98.72 -2.6 4.23

84.13 -2.61 -4.15

43.61 2.48 5.17

87.68 3.99 6.3

43.34 -2.99 4.34

35.41 2.56 -4.7

5.6 -2.7 -4.68

5.74 -3.16 4.64

8.98 -3.22 -4.5

ZAPATA D1

ZAPATA D6

ZAPATA B6

ZAPATA CRITICA A1

ZAPATAS EJE 6

ZAPATA C6

ZAPATA CRITICA C6

ZAPATA C5

ZAPATA CRITICA B2

ZAPATAS ESQUINERAS 5 PISOS

ZAPATA A1

ZAPATA A3

ZAPATA C4

UBICACIONZAPATAS CENTRALES

ZAPATA B2

ZAPATA B3

ZAPATA B4

ZAPATA B 5

ZAPATA C2

ZAPATA C3

A continuacin se procede con el diseo paso a paso de la zapata central

correspondiente a la ubicacin B2 las dems zapatas se calcularn

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Tesis Definitiva Sebastian