Memoria de Calculo Milton

EDIFICIO LIVORNO

EDIFICIO LIVORNOCARTAGENA DE INDIAS - BOLIVARAUTORES:AYDAACUA, LUISMERCADO, AUGUSTOPINEDO, CARLOSSABOGAL

REVISA:ING. ARNOLDO BERROCAL OLAVE

UNIVERSIDAD DE CARTAGENAFACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA DE INGENIERIA CIVILVII SEMESTRE.SEPTIEMBRE DE 2014

Tabla de contenidoPROLOGO3RESUMEN4INTRODUCCION5MARCO TEORICO6CARACTERISTICAS DEL PROYECTO8PREDIMENSIONAMIENTO9 CARGAS (MUERTAS Y VIVAS)11ANALISIS PERIODO DE LA ESTRUCTURA15

1. INTRODUCCINEl objetivo del presente trabajo es realizar el anlisis estructural de un edificioy predimensionar los principales elementos estructurales; as de esta manera recordar,organizar y complementar, bajo una forma de aplicacin prctica, los conocimientos adquiridos hasta el momento en la asignatura.El edificio de concreto armado es una estructura aporticada hiperesttica, tiene cinco pisos y altura entre pisos de 5 metros, est ubicado en la ciudad de Cartagena, destinado para uso de oficinas.

Segn la informacin entregada de antemano del presente proyecto, elestudio de suelos arrojo un suelo de tipo D , el cual corresponde a perfiles de suelos rgidos que cumplen con el criterio de velocidad de la onda cortante o perfiles de suelos rgidos que cumplan cualquiera de las dos condiciones (NSR10, A-22)

Teniendo entonces el modelo estructural y el metrado de cargas se procedi arealizar el anlisis estructural vertical.Posteriormente se calcul el periodo de la edificacin en conjunto basados en la rigidez, para esto se calcularon los desplazamientos ocasionados por distintas fuerzas horizontales en el sentido x y y en los prticos que componen la estructura, mediante una modelacin en ETABS, para que luego de obtenidas las rigideces, se aplicaron tres mtodos para obtener el valor numrico del periodo.

Finalmente se muestra un posible diseo de fachada para el Edificio Livorno.

2. MARCO TEORICO2.1. PREDIMENSIONAMIENTOLa norma NSR10 prescribe en A1.2.2.2: Una edificacin diseada siguiendo los requisitos de este Reglamento, debe ser capaz de resistir, adems de las fuerzas que le impone su uso, temblores de poca intensidad sin dao, temblores moderados sin dao estructural, pero posiblemente con algn dao a los elementos no estructurales y un temblor fuerte con daos a elementos estructurales y no estructurales pero sin colapsoLos principales criterios que son necesarios tomar en cuenta para lograr unaestructura sismo-resistente, son:

HIPERESTATICIDAD: Como concepto general de diseo sismo-resistente, debe indicarse laconveniencia de que las estructuras tengan una disposicin hiperesttica; ello lograuna mayor capacidad resistente.En el diseo de estructuras donde el sistema de resistencia ssmica no seahiperesttico, en necesario tener en cuenta el efecto adverso que implicara la falla deuno de los elementos o conexiones en la estabilidad de la estructura.

SIMPLICIDAD Y SIMETRIA: La experiencia ha demostrado repetidamente que las estructuras simples secomportan mejor durante los sismos. Hay dos razones principales para que esto seaas. Primero, nuestra habilidad para predecir el comportamiento ssmico de una estructura es marcadamente mayor para las estructuras simples que para lascomplejas; y segundo, nuestra habilidad para idealizar los elementos estructurales esmayor para las estructuras simples que para las complicadas.

RESISTENCIA Y DUCTILIDAD: Las estructuras deben tener resistencia ssmica adecuada por lo menos en dosdirecciones ortogonales o aproximadamente ortogonales, de tal manera que segarantice la estabilidad tanto de la estructura como un todo, como de cada una de sus elementos. Las cargas deben transferirse desde su punto de aplicacin hasta su punto finalde resistencia.

Para que la edificacin tenga una adecuada ductilidad, se requiere preparar a la estructura para ingresar en una etapa plstica, sin que se llegue a la falla.

UNIFORMIDAD Y CONTINUIDAD DE LA ESTRUCTURA: La estructura debe ser continua tanto en planta como en elevacin, conelementos que no cambien bruscamente su rigidez, para evitar la concentracin deesfuerzos.

RIGIDEZ LATERAL: Para que una estructura pueda resistir fuerzas horizontales sin tenerdeformaciones importantes, ser necesario proveerla de elementos estructurales queaporten rigidez lateral en sus direcciones principales.Las estructuras flexibles tienen la ventaja de ser ms fciles de analizar y dealcanzar la ductilidad deseada. Sus desventajas son: que el prtico flexible tienedificultades en el proceso constructivo ya que puede existir gran congestionamientode acero en los nudos, que los elementos no estructurales pueden invalidar el anlisisya que al ser difciles de separar completamente de la estructura es posible queintroduzcan una distribucin diferente de esfuerzos y que las deformaciones sonsignificativas siendo a menudo excesivas.Las estructuras rgidas tienen la ventaja de no tener mayores problemasconstructivos y no tener que aislar y detallar cuidadosamente los elementos o estructurales, pero poseen la desventaja de no alcanzar ductilidades elevadas y suanlisis es ms complicado.

EXISTENCIA DE LOSAS QUE PERMITEN CONSIDERAR A LAESTRUCTURA COMO UNA UNIDAD (Diafragmargido): En los anlisis es usual considerar como hiptesis bsica la existencia de unalosa rgida en su plano, que permite la idealizacin de la estructura como una unidad,donde las fuerzas horizontales aplicadas pueden distribuirse en las columnas y placasde acuerdo a su rigidez lateral, manteniendo todas una misma deformacin lateralpara un determinado nivel.

3. CARACTERISTICAS DEL PROYECTONOMBRE DEL PROYECTO: Edificio LivornoUBICACIN: Cartagena de Indias.USO: RESIDENCIAL: 2 Kn/ m2 NUMERO DE NIVELES: Dos pisos.ALTURA DESDE LA BASE HASTA EL PISO MAS ALTO DE LA EDIFICACIN: 6 mts.PROCESAMIENTO ELECTRONICO: Programa ETABS 2013MATERIALES ESPECIFICADOS: Concreto: Fc= 25 MPa 3500 PSI Acero: Fy= 420 MPa Paete en yeso: Cielo Raso. Baldosa cermica: Pisos Mampostera de bloque de arcilla paetado en ambas caras: MurosSISTEMA ESTRUCTURAL: PORTICOPLACA DE ENTREPISO: Losa maciza en dos direcciones.NUMERO TOTAL DE COLUMNAS: 20AREA DE CONSTRUCCION: 2640 m2

La norma NSR 10 prescribe en A.1.5.3.1: Memorias estructurales: Los planos estructurales que se presenten para obtener la licencia de construccin deben ir acompaados de la memoria justificativa de clculos, firmada por el ingeniero que realiz el diseo estructural. En esta memoria deben incluirse una descripcin del sistema estructural usado, y adems deben anotarse claramente las cargas verticales, el grado de disipacin de energa del sistema de resistencia ssmica, el clculo de la fuerza ssmica, el tipo de anlisis estructural utilizado y la verificacin de que las derivas mximas no fueron excedidas. Cuando se use un equipo de procesamiento automtico de informacin, adems de lo anterior, debe entregarse una descripcin de los principios bajo los cuales se realiza el modelo digital y su anlisis estructural y los datos de entrada al procesador automtico debidamente identificados. Los datos de salida pueden utilizarse para ilustrar los resultados y pueden incluirse en su totalidad en un anexo a las memorias de clculo, pero no pueden construirse en si mismo como memorias de clculo, requirindose de una memoria explicativa de su utilizacin en el diseo (Pg. A-10)

4. PREDIMENSIONAMIENTO4.1. Vigas

Tabla C.9.5(a) tomada del Ttulo C de la NSR-10, pgina C-129.

Tabla CR.9.5 tomada del Ttulo C de la NSR-10, Comentario pgina C-129.

0.6 m

0.4 m

Tomando de la Tabla CR.9.5 y de la Tabla C.9.5(a). Se promediaron ambos datos por seguridad puesto que no conocemos la susceptibilidad del caso.

4.2. Losas

Ecuacin C.9-13 para fm mayor que 2.0. Ttulo C de la NSR-10, pgina C-133.Donde,fm= Valor promedio de f para todas las vigas en los bordes de un panel.f= Relacin entre la rigidez a flexin de una seccin de viga y la rigidez a flexin de una franja de losa limitada lateralmente por los ejes centrales de los paneles adyacentes (si los hay) a cada lado de la viga.

Donde, = Luz libre medida entre caras de los apoyos, mm. 7700 mm, por ser la mayor luz de viga 8m y 0.3m la luz afectada por el espesor de las vigas. = Resistencia especificada a la fluencia del refuerzo, Mpa. 420 Mpa, = Relacin de la dimensin larga a corta: de las luces libres para losas en dos direcciones. = 7.7m / 6.7m = 1.15, por ser la relacin de luces libres de la losa ms grande (8m x 7m) y 0.3m la luz afectada por el espesor de las vigas.

5. CARGAS5.1. CARGAS MUERTASMurosWmuros =(Carga muerta mnima muros) x (Longitud de los muros) x (Altura del muro) = (2.5 KN/m2) x (92 m) x (2.5m) = 575 KNLa carga muerta mnima de los muros fue tomada de la Tabla B.3.4.2-4, pgina B-13 del Ttulo B de la NSR-10, utilizando Mampostera de Bloque de arcilla, paeteado en ambas caras sin paetear-La longitud de los muros resulta del permetro de la obra.qmuros = Wmuros/rea = 575 KN / 22 m x 24 m = 1.089 KN/m2 0.11 Ton/m2Cielo Raso0.025 Ton/m2, tomado la Tabla B.3.4.1-1, Ttulo B, pgina B-10, utilizando paete en yeso o concreto.Pisos0.11 Ton/m2, tomado de la Tabla B.3.4.1-3, Ttulo B, pgina B-11, utilizando Baldosa cermica (20 mm) sobre 25 mm de mortero.Carga Viva = 0.2 Ton/m2, tomado de la Tabla B.4.2.1-1, Ttulo B, pgina B-15, cargas vivas mnimas uniformemente distribuidas de Oficinas.

CARGA TOTAL= Carga Muerta Total + Carga Viva = 0.815 + 0.2 = 1.015 Ton/m25.2.

Resumen fuerzas gravitatorias ejercidas en la estructura:PlantaS.C.U(t/m)Cargas muertas(t/m)

Piso 20.300.50

Piso 10.300.50

Cimentacin0.000.00

5.2. OBTENCIN PERIODO FUNDAMENTALMETODO APROXIMADO DEL PERIODOPara determinar el periodo T, se realiza a travs de las propiedades del sistema de resistencia ssmica del edificio en la direccin considerada, de acuerdo con los principios de la dinmica estructural, suponiendo un modelo linealmente elstico de la estructura y que esta se halla empotrada en la base, con las formulas aproximadas necesarias.Ese requisito puede suplirse por medio del uso de la siguiente ecuacin:

Donde g es la gravedad y el desplazamiento en cada piso.A continuacin se mostrara el proceso realizado para determinar tanto los desplazamientos y los periodos en sentido X y Y.

T = 0,3063sEl valor del periodo no puede exceder CuTa , donde Cu se calcula por medio de la ecuacin :Cu = 1,75- 1,2AvFv, pero a su vez Cu, no puede ser menor que 1.2Entonces siendo Av el coeficiente de aceleracin que representa la velocidad horizontal pico efectiva para diseo, dado en A.2.3.2. y Fv, coeficiente de ampliacin que afecta la aceleracin en la zona de periodos intermedios, debida a los efectos de sitio, en la Tabla A.2.3-2 para la Ciudad de Cartagena el valor de Av es 0,10 con una Zona de amenaza ssmica baja, y el valor de Fv segn el tipo de suelo y el Av, es aproximadamente 2,4.Entonces Cu= 1,462.Y y Ct=0.047 y (Segn la tabla A.4.2-1) Para prtico resistentes a momentos de concreto reforzado que resisten la totalidad de las fuerzas ssmicas y que no estn limitados o adheridos a componentes mas rgidos, estructurales o no estructurales, que limiten los desplazamientos horizontales al verse sometidos a las fuerzas ssmicas.Y H la altura total de la edificacin, siendo esta H=15mTa =0.53segundos

Y entoces CuTa = 0.77 Donde el periodo aproximado no excede este valor y por ende puede considerarse confiable. Si lo comparamos con el Periodo terico dado por la norma T=0.1*(Numero de pisos) tenemos que T = 0.5.Teniendo un periodo menor en el sentido Y, que en el sentido X. y con esto se puede analizar queLa estructura en el Eje Y es ms rigida que en el eje X.

5.3. FUERZAS SISMICASDISIPACION DE ENERGIA

Est basada en la idea de colocar en la estructura dispositivos destinados a aumentar la capacidad de perder energa de una estructura durante un terremoto. Toda estructura disipa o elimina la energa de un sismo mediante deformaciones. Al colocar un dispositivo de disipacin de energa en una estructura, estos van a experimentar fuertes deformaciones con los movimientos de la estructura durante un sismo. Mediante estas fuertes deformaciones se incrementa notablemente la capacidad de disipar energa de la estructura con una reduccin de las deformaciones de la estructura. Estos dispositivos se conocen como disipadores de energa o amortiguadores ssmicos y pueden ser de diversas formas y principios de operacin. Los ms conocidos son en base a un elemento viscoso que se deforma o con unos elementos metlicos que logra la fluencia fcilmente.La accin de los sismos sobre las estructuras, edificaciones y obras en general es de gran importancia, por la magnitud de los daos y fallos que ocasionan, las grandes prdidas econmicas, y sobre todo, por el gran nmero de vctimas humanas, tanto en muertos como en lesionados.

Las cargas que el sismo provoca sobre las estructuras dependen de muchos factores, entre otros: las caractersticas dinmicas del evento, la zona geogrfica, las propiedades del suelo y la estructura, la interaccin suelo-estructura, el propio movimiento ssmico, la capacidad de liberar energa de la estructura, etc.

La carga de sismo, en zonas de actividad ssmica, es una de las ms importantes a tener en cuenta en el diseo. La accin de un sismo sobre una estructura tiene aspectos netamente distintos que los de la mayora de las otras acciones. La diferencia no reside tanto en las caractersticas dinmicas de la accin, si no en la relacin entre el movimiento ssmico, las propiedades del suelo subyacente y las estructuras.

Es la capacidad que tiene un sistema estructural, un elemento estructural o una seccin de un elemento estructural, de trabajar dentro de un rango inelstico de respuesta sin perder su resistencia se cuantifica por medio de la energa de deformacin que el sistema, elemento o seccin es capaz de disipar en ciclos histereticos consecutivos. Cuando hace referencia al sistema de resistencia ssmica de la edificacin como un todo, se define por medio del coeficiente de capacidad de disipacin de energa Bsico R0, el cual despus se afecta debido a irregularidades de la estructura y a ausencia de redundancia en el sistema de resistencia ssmica. El grado de capacidad de disipacin de energa se clasifica como especial (DES), Moderado (DMO), y mnimo (DMI).

Para efectos del diseo de nuestra estructura, de utilizo un sistema de disipacin DMO l para el cual se dividen los cortantes de cara prtico por piso y se obtiene el valor de la fuerza de sismo. En la siguiente tabla se presentan los valores de dicha fuerza.

Para DMO, Ro = 5Para se presenta Irregularidad torsional extrema entonces Entonces R = 4Norma utilizada: NSR-10Reglamento Colombiano de Construccin Sismo Resistente (2010)Mtodo de clculo: Anlisis dinmico espectral (NSR-10, A.3.4.2.2)

DATOS GENERALES DE SISMO

Caracterizacin del emplazamiento

Aa: Aceleracin horizontal pico efectiva (NSR-10, A.2.2) Aa: 0.10g

Av: Velocidad horizontal pico efectiva (NSR-10, A.2.2) Av: 0.10g

Vm: Velocidad media de onda de cortante (NSR-10, A.2.4.3) Vm: 180.00m/s

Sistema estructural

R0X: Coeficiente de disipacin de energa bsico (X) (NSR-10, A.3) R0X: 5.00

R0Y: Coeficiente de disipacin de energa bsico (Y) (NSR-10, A.3) R0Y: 5.00

a: Coeficiente de irregularidad en altura (NSR-10, A.3.3.4) a: 1.00

p: Coeficiente de irregularidad en planta (NSR-10, A.3.3.5) p: 1.00

rX: Coeficiente por ausencia de redundancia (X) (NSR-10, A.3.3.8) rX: 1.00

rY: Coeficiente por ausencia de redundancia (Y) (NSR-10, A.3.3.8) rY: 1.00

Tipo de edificacin (NSR-10, A.2.5): I

Parmetros de clculo

Nmero de modos : 3.00

Fraccin de sobrecarga de uso : 0.50

Fraccin de sobrecarga de nieve : 0.50

Factor multiplicador del espectro : 1.00

No se realiza anlisis de los efectos de 2 orden

Criterio de armado a aplicar por ductilidad: Mnimo (DMI)

6. Direcciones de anlisisAccin ssmica segn XAccin ssmica segn Y

5.3. VientoReglamento colombiano de construccin sismo resistenteNSR-10 Captulo B.6 - Fuerzas de viento El viento produce una presin sobre las superficies expuestas. La fuerza depende de: Densidad y velocidad del viento ngulo de incidencia Forma y rigidez de la estructura Rugosidad de la superficie Altura de la edificacin. A mayor altura mayor velocidad del viento

Para una estructura en general se deben calcular las cargas de viento que actan, en cualquier direccin, sobre: La estructura en conjunto Los elementos estructurales individuales, por ejemplo una pared de fachada en especial, el techo. Las unidades individuales de revestimiento y sus conexiones, vidriera y cubierta con sus aditamentos.

Para convertir el efecto del viento en presin se cuenta con dos procedimientos aceptados por las normas, el simplificado o esttico y el analitico. En el esttico se toma una velocidad promedio sin tener en cuenta efectos como rugosidad del terreno y topografa y se convierte en presin por mtodos energticos (energa cintica pasa a ser energa potencial). Si despus de realizar el anlisis esttico se encuentra que el viento es determinante en el diseo, se debe realizar un estudio ms profundo de la carga utilizando el mtodo de anlisis analtico. Categora del terreno: Categora DVelocidad bsica del viento: 67.00 m/sCategora : I Anchos de banda

PlantasAncho de banda Y(m)Ancho de banda X(m)

En todas las plantas48.0025.00

Cargas de viento

PlantaViento X(t)Viento Y(t)

Forjado 216.2307.380

Forjado 131.10014.040

6. DISEO ESTRUCTURALCOMBINACIONES DE CARGA PARA EL DISEO RESISTENCIA ULTIMA 1,4CM 1,2CM+1,6CV 1,2CM+1,6CV+0,5VIENTO 1,2CM+VIENTO+CV 1,2CM+SISMO+CV 0,9CM+SISMO 0,9CM+VIENTODonde CM es Carga Muerta y CV Carga viva.Las Acciones de cargas son dadas por las siguientes condiciones: SITUACIONES DE PROYECTOPara las distintas situaciones de proyecto, las combinaciones de acciones se definirn de acuerdo con los siguientes criterios:-Situaciones persistentes o transitorias

-Situaciones ssmicas

-Donde: GkAccin permanente

QkAccin variable

AEAccin ssmica

GCoeficiente parcial de seguridad de las acciones permanentes

Q,1Coeficiente parcial de seguridad de la accin variable principal

Q,iCoeficiente parcial de seguridad de las acciones variables de acompaamiento

AECoeficiente parcial de seguridad de la accin ssmica

Coeficientes parciales de seguridad () y coeficientes de combinacin ()Para cada situacin de proyecto y estado lmite los coeficientes a utilizar sern:

(9-1)

Coeficientes parciales de seguridad ()

FavorableDesfavorable

Carga permanente (G)1.4001.400

Sobrecarga (Q)

Viento (Q)

(9-2 Lr)




Sobrecarga (Q)0.0001.600

Viento (Q)

(9-2 S)





Viento (Q)

(9-3 Lr, L)





Viento (Q)

(9-3 S, L)





Viento (Q)

(9-3 Lr, W)





Viento (Q)0.0000.800

(9-3 S, W)




Sobrecarga (Q)

Viento (Q)0.0000.800

(9-4 Lr)





Viento (Q)1.6001.600

(9-4 S)





Viento (Q)1.6001.600

(9-5)





Viento (Q)

Sismo (E)-1.0001.000

Notas:Las solicitaciones obtenidas de los resultados del anlisis en cada una de las direcciones ortogonales se combinarn con el 30 % de los de la otra.

(9-6)




Sobrecarga (Q)

Viento (Q)0.0001.600

(9-7)




Sobrecarga (Q)

Viento (Q)

Sismo (E)-1.0001.000

Notas:Las solicitaciones obtenidas de los resultados del anlisis en cada una de las direcciones ortogonales se combinarn con el 30 % de los de la otra.

Desplazamientos Acciones variables sin sismo





Viento (Q)0.0001.000

Ssmica



Carga Muerta (G)1.0001.000

Carga Viva (Q)0.0001.000

Viento (Q)0.0000.000

Sismo (E)-1.0001.000

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