Proyecto Concreto

INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA Y ARQUITECTURA SECCIN DE ESTUDIOS DE POSGRADO

INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA Y ARQUITECTURA

UNIDAD PROFESIONAL ADOLFO LOPEZ MATEOS SECCIN DE ESTUDIOS DE POSGRADO E INVESTIGACIN

MATERIA: DISEO Y COMPORTAMIENTO DEL CONCRETO

PROFESOR: DR. HECTOR AURELIANO SANCHES SANCHES

ALUMNO: ALAN AGUILAR TENORIO

FECHA: 13-DICIEMBRE- 2012



1.- MEMORIA DESCRIPTIVA El presente proyecto, corresponde a una Estructura de dos niveles, de 27m de ancho por 30m de largo y una altura total de 8.5m(4.5m en su primer nivel y 4.0m en el segundo nivel). La Estructura ser a base de marcos rgidos ortogonales de concreto reforzado, las columnas sern oblongas de seccin constante , las trabes principales y auxiliares sern de seccin rectangular, las losas sern macizas todos estos elementos de concreto reforzado, los muros divisorios sern a base de tabique rojo recocido. 2.- CLASIFICACION DE LA ESTRUCTURA La estructura se encuentra clasificada dentro del grupo A: que son edificaciones cuya falla podra constituir un peligro significativo por contener sustancias toxicas o explosivas, as como edificaciones cuyo funcionamiento es esencial a raz de una emergencia urbana, como: hospitales, escuelas, terminales de transporte, estacin de bomberos, centrales elctricas y telecomunicaciones, estadios, depsitos de sustancias flamables o toxicas, museos y edificios que alojen archivos y registros pblicos de particular importancia, y otras edificaciones a juicio de la secretaria de obras y servicios. 3.- ESPECIFICACIONES DE LOS MATERIALES Fc= 280 kg/cm2

Fy= 4200 kg/cm2

4.- NORMATIVIDAD Y ESPECIFICACIONES DE DISEO Reglamento de Construcciones del Distrito Federal 2004. Normas Tcnicas Complementarias para Diseo y Construccin de

Estructuras de Concreto. Normas Tcnicas Complementarias para Diseo por Sismo.

5.- SOFTWARE PARA ANLISIS Y DISEO. Programa para Anlisis. ETABS Procesador de Palabras y Tablas de Clculo WORD, EXCEL Dibujos Auxiliares. AUTOCAD



6.- CONSTANTES DE CLCULO PARA ANLISIS SSMICO. Clasificacin de la Estructura de acuerdo al RCDF A Zona IIIc Coeficiente Ssmico Cs=0.40 Ordenada Espectral ao=0.10 Periodo Caracterstico Ta=1.25 Periodo Caracterstico Tb=4.2 Exponente del Espectro r=2.0 Factor de Comportamiento Ssmico Q=2

Zonificacin Ssmica del Distrito Federal



CONFIGURACION ESTRUCTURAL PLANTA PRIMER NIVEL



PLANTA SEGUNDO NIVEL



ELEVACION DE MARCAS EJE 1-6 ELEVACION DE MARCOS EJES A-D ELEVACION DE MARCO 3 EJES A-D



CARACTERISTICAS DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES. Columnas para el primer nivel.

H=15 cm R=20 cm Area= 0.1856 m2 Columnas del Segundo Nivel

H=8 cm R=20 cm Area= 0.1576 m2 Vigas para ambos niveles

B=35 cm H=75 cm Area= 0.26 m2 Trabes para ambos niveles

B=20 cm H=40 cm Area= 0.08 m2 Losa para ambos niveles

H= 15 cm H=10 cm



ANALISIS DE CARGAS Cargas Muertas Azotea

Cargas Muertas Entrepsio

CARGAS VIVAS



CALCULO DE AREAS TRIBUTARIAS

PRIMER NIVEL



SEGUNDO NIVEL



Marco 1

Marco 2

Marco 3



Marco 4

Marco 5

Marco 6



Marco A

Marco B

Marco C



Marco D

REVISIN DE CONDICIONES DE REGULARIDAD DE LA ESTRUCTURA 1.- Su planta es sensiblemente simtrica con respecto a dos ejes ortogonales por lo que toca a masas, as como a muros y otros elementos resistentes. Esto son, adems sensiblemente paralelos a los ejes ortogonales principales del edificio.

Si cumple

2.- La relacin de su altura a la dimensin menor de su base no pasa de 2.5. htotal= 8 m h/b= 10/6 = 1.66 Si cumple 3.- La relacin de largo a ancho de la base no excede de 2.5 l/b= 1.11 < 2.5 Si cumple



4.- En la planta no tiene entrantes ni salientes cuya dimensin exceda de 20 por ciento de la dimensin de la planta medida paralelamente a la direccin que se considera del entrante o saliente Si cumple 5.- En cada nivel tiene un sistema de techo o piso rgido y resistente Si cumple



6.- No tiene aberturas en su sistema de techo o piso cuya dimensin exceda de 20 por ciento de la dimensin en planta medida paralelamente a la abertura; las reas huecas no ocasionan asimetras significativas ni difieren en posicin de un piso a otro y el rea total de aberturas no excede en ningn nivel de 20 por ciento del rea de la planta.

rea de planta: 810 m2 rea de Aberturas: 216m2 26%

No cumple

7.- El peso de cada nivel, incluyendo la carga viva que debe considerarse para diseo ssmico, no es mayor que 110 por ciento del correspondiente al piso inmediato inferior ni, excepcin hecha del ultimo nivel de la construccin, es menor que 70 por ciento de dicho peso. *Peso del Primer Nivel: 1085.15 *Peso del Segundo Nivel: 773.00

Si cumple 8.- Ningn piso tiene un rea, delimitada por los paos exteriores de sus elementos resistentes verticales, mayor que 110 por ciento de la del piso inmediato inferior ni menor que 70 por ciento de sta. Se exime de este ultimo requisito nicamente al ultimo piso de la construccin. Adems, el rea de ningn entrepiso excede en mas de 50 por ciento a las menor de las inferiores. *rea del Primer Nivel: 810m2 *rea del Segundo Nivel: 594m2

Si cumple



9.- Todas las columnas estn restringidas en todos los pisos en dos direcciones sensiblemente ortogonales por diafragmas horizontales y por trabes o losas planas.

Si cumple 10.- Ni la rigidez ni la resistencia al corte de ningn entrepiso difieren en mas de 50 por ciento de la del entrepiso inmediato inferior .El ultimo entrepiso queda excluido de este requisito.

Si cumple 11.- En ningn entrepiso la excentricidad torsional calculada estticamente, es, excede del diez por ciento de la dimensin en planta de ese entrepiso medida paralelamente a la excentricidad mencionada Como se puede observar la estructura no cumple con una de las condiciones dadas por lo que se considera una estructura irregular. Esto implica que el factor de comportamiento ssmico se corregir por irregularidad de acuerdo a la seccin 6.4 de las NTC para diseo por sismo 2004.



ANALISIS SSMICO

Para estimacin de las cargas que se consideraran en el anlisis ssmico se tomaron en cuentas las cargas obtenidas debidas a la carga muerta, peso propio y carga viva, mostrando los resultados en la siguiente tabla. Cargas de la estructura para el Anlisis Ssmico.

De acuerdo con las Normas Tcnicas Complementarias para Diseo por Sismo, se genero el espectro de aceleraciones a utilizar en el anlisis dinmico.

Cuando se aplique el anlisis dinmico modal que especifica el Captulo 9, se adoptar como ordenada del espectro de aceleraciones para diseo ssmico, a, expresada como fraccin de la aceleracin de la gravedad, la que se estipula a continuacin:



Datos:

ESPECTRO.

Factores para el anlisis ssmico .

0.000

0.020

0.040

0.060

0.080

0.100

0.120

0.140

0.160

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00

Pseudo

aceleracion

Periodo



Clasificacin de la Estructura de acuerdo al RCDF A Zona IIIc Coeficiente Ssmico Cs=0.40 Ordenada Espectral ao=0.10 Periodo Caracterstico Ta=1.25 Periodo Caracterstico Tb=4.2 Exponente del Espectro r=2.0 Factor de Comportamiento Ssmico Q=2

Determinacin del factor de Comportamiento Ssmico(Q) De acuerdo con las NTC-Completarias para diseo por sismo, se adoptara como factor de comportamiento ssmico Q=2 cumpliendo con los siguientes requisitos. Se usara Q=2 cuando la resistencia a fuerzas laterales es suministrada por losas planas con columnas de acero o de concreto reforzado, por marcos de acero con ductilidad reducida o provistos de contraventeo con ductilidad normal, o de concreto reforzado que no cumplan con los requisitos para ser considerados dctiles, o muros de concreto reforzado, de placa de acero o compuestos de acero y concreto, que no cumplan con algn entrepiso lo especificado por las secciones 5.1 y 5.2 de este Capitulo, o por muros de mampostera de piezas macizas confinados por castillos, dalas, columnas i trabes de concreto reforzado o de acero que satisfacen los requisitos de las Normas Correspondientes. Tambin se usara Q=2 cuando la resistencia es suministrada por elementos de concreto prefabricado o presforzado, con las excepciones que sobre el particular marcan las Normas correspondientes, o cuando se trate de estructuras de madera con las caractersticas que se indican en las Normas respectivas, o de algunas estructuras de acero que se indican en las Normas correspondientes.



CLCULO DE LA FUERZAS SISMICAS. Se calcularan las fuerzas ssmicas para la revisin de desplazamientos horizontales.

Fi =Wi *HiWi *Hi

cQ 'WT

Donde: Fi=Fuerza ssmica actuante en el nivel i Wi=peso del nivel i WT=Peso total de la Estructura c=Coeficiente ssmico Q=Factor de Comportamiento Ssmico. Se utilizara un factor de comportamiento ssmico Q=2 de acuerdo al capitulo 5 de la NTC-Sismo. FACTOR DE REDUCCIN. T=0.66 Ta= 1.25 Como T



Fuerzas Ssmicas. CONDICIONES DE CARGA PP =Peso propio de la estructura. CM =Carga muerta. CVM= Carga viva mxima. CVINS= Carga viva instantnea.



MODELO DE LA ESTRUCTURA EN SAP2000

PESOS TOTALES DEL MODELO



PESOS CALCULADOS PERIODOS DE LA ESTRUCTURA

CALCULO DE LOS PERIODOS MEDIANTE METODOS NUMERICOS



63851.9 74.69w2 36635.136635.1 36635.1 48.64w2

"

#$$

%

&''

Se obtiene el determinante de la matriz para formar el polinomio. 3632.92w4 5.84203E 6w2 + 9.9708E8 Se hace un cambio de variable w4=w2 y w2=w. 3632.92w2 5.84203E 6w+ 9.9708E8 Se obtienen cada una de la races. w=194.105 w=1413.97 Se obtienen las races cuadradas de los anteriores valores y se obteniendo el Periodo.

T = 2W

T=0.45 seg.

T=0.16 seg. COMBINACIONES DE CARGA PARA EL DISEO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES

1. (PP+CM+CVM)*1.5

2. (PP+CM+CVR+SX+30%SY)*1.1 3. (PP+CM+CVR+SX-30%SY)*1.1 4. (PP+CM+CVR-SX+30%SY)*1.1 5. (PP+CM+CVR-SX-30%SY)*1.1 6. (PP+CM+CVR+30%SX+SY)*1.1 7. (PP+CM+CVR+30%SX-SY)*1.1 8. (PP+CM+CVR-30%SX+SY)*1.1 9. (PP+CM+CVR-30%SX-SY)*1.1



DISEO DE TRABES SECUNDARIAS. SEGUNDO NIVEL.

ELEMENTOS MECANICOS. Ma=Mc=9107.49 kg-m Mb=4598.75 kg-m Dimensiones de la trabe.



Momento Positivo

Se determina el refuerzo mediante la formula. MR = FRbd

2 fc''q 1 0.5q( )

MRFRbd

2 fc'' = q 1 0.5q( )

0.109538=q(1-0.5q) 0.5q2-q+0.109538=0 q=0.116 Calculo de la cuanta de acero.

=qfc

''

fy=0.005259

As = bd =3.68 cm2 Por lo tanto se propone 2 Varr#5 As=3.96cm2. Momento Negativo.

MR = FRbd

2 fc''q 1 0.5q( )

MRFRbd

2 fc'' = q 1 0.5q( )

0.2191=q(1-0.5q) 0.5q2-q+0.2191=0 q=0.2504



Calculo de la cuanta de acero.

=qfc

''

fy=0.01135

As = bd =7.947 cm2 Se propone utilizar 3Varr#6 As=8.55 cm2 DISEO A CORTANTE.

Calculamos el factor de reduccin 1-0.0004(h-700)=1.03 Relacin claro peralte total L/H 15 > 5 Calculo de Vcr.

= 2557.81 Kg.

9197.49 mayor que 2557.81 por lo tanto requiere estribos. Refuerzo mnimo. Si Vu es mayor que Vcr pero menor o igual que.

1.5FRbd fc*=12571.97

Smin=17.5 cm.

VcR = FRbd 0.2+ 20( ) fc*



Se proponen = 15 cm. Se revisa el cortante que toman los estribos.

=2991.26 Kg.

Cortante Resistente.

=5713.88 Kg > Vu

Por lo que se usaran estribos #2@15cm

VsR =FRAv fyd

S

VR =VCR +VSR



PRIMER NIVEL.

ELEMENTOS MECANICOS. MA=MC=5380.5 Kg-m MB=2690.25 Kg.m



Momento Positivo

Se determina el refuerzo mediante la formula. MR = FRbd

2 fc''q 1 0.5q( )

MRFRbd

2 fc'' = q 1 0.5q( )

0.109538=q(1-0.5q) 0.5q2-q+0.109538=0 q=0.116 Calculo de la cuanta de acero.

=qfc

''

fy=0.005259

As = bd =3.68 cm2 Por lo tanto se propone 2 Varr#4 As=2.53 cm2. Momento Negativo.

MR = FRbd

2 fc''q 1 0.5q( )

MRFRbd

2 fc'' = q 1 0.5q( )

0.1282=q(1-0.5q) 0.5q2-q+0.1282=0 q=0.1376



Calculo de la cuanta de acero.

=qfc

''

fy=0.00623

As = bd =4.367 cm2 Se propone utilizar 2Varr#6 As=5.70 cm2 DISEO A CORTANTE Calculamos el factor de reduccin 1-0.0004(h-700)=1.03 Relacin claro peralte total L/H 15 > 5 Calculo de Vcr.

= 2722.12 Kg.

5380.5 mayor que 2722.12 por lo tanto requiere estribos. Refuerzo mnimo. Si Vu es mayor que Vcr pero menor o igual que.

1.5FRbd fc*=12571.97

Smin=17.5cm

VcR = FRbd 0.2+ 20( ) fc*



Se proponen = 15 cm. Se revisa el cortante que toman los estribos.

=2991.26 Kg.

Cortante Resistente.

=5713.88 Kg > Vu

Por lo que se usaran estribos #2@15cm

VsR =FRAv fyd

S

VR =VCR +VSR



DISEO DE COLUMNAS.

COLUMNAS PRIMER NIVEL.

Se propone una cuanta de Acero del 1.8%. Ag= 1856.64 cm2 As=33.42 cm2 Se proponen 8Var#8 As=40.56 cm2 Calculo del Poc y Pot. Poc=fcAg + Asfy= 523,855.70 kg Pot=Asfy= 170,352.00 kg Calculando la Falla Balanceada.

Cb0.003

=d

0.003+ 0.0021

Cb =0.003( ) d( )

0.003+ 0.0021= 29.41 cm



Calculo de las Deformaciones. Las deformaciones se calcularan por tringulos semejantes. 29.410.003

=29.41 5Es2

Es2 =0.003( ) 29.41 5( )

29.41=0.00249

Como Es2 > 0.0021 fluye. Fs2=4200 Kg/cm2. CALCULO DE LAS FUERZAS



Calculo de las fuerzas Compresin. ab = B1Cb =(0.85)(29.41)= 25

Cc=Acfc=157,712.00 Y=14.165 cm

Cc= rea=828.32 cm2 rea=828.32 cm2 CALCULO DE LA FUERZA RESULTANTE. CALCULO DEL MOMENTO MB. Cuando c=d=50 cm



CALCULO CUANDO TODO EL BLOQUE SE ENCUENTRA EN COMPRESION( C=D). C=50cm D=50 cm CALCULO DE LAS DEFORMACIONES DEL ACERO EN COMPRESION Y TENSION. CALCULO DE LA FUERZA DE COMPRESION.



CALCULO DEL MOMENTO MB. SE OBTIENEN LOS PUNTOS PARA GRAFICAR LA CURVA. CURVA DE INTERACCION.



Girando la Seccion 90 y calculando de nuevo . Se propone una cuanta de hacer del 1.8%. Ag= 1856.64 cm2 As=33.42 cm2 Se proponen 8Var#8 As=40.56 cm2 Calculo del Poc y Pot. Poc=fcAg + Asfy= 523,855.70 kg Pot=Asfy= 170,352.00 kg Calculando la Falla Balanceada.

Cb0.003

=d

0.003+ 0.0021

Cb =0.003( ) d( )

0.003+ 0.0021= 20.59 cm

d=35 cm.



Calculo de las Deformaciones. Utilizando la misma secuencia de calculo que el anterior se tiene. Calculo de las Fuerzas. Calculo de la Fuerza de Compresin.



Calculo del Momento Mb CALCULO CUANDO TODO EL BLOQUE SE ENCUENTRA EN COMPRESION(C=D).

C=35 cm D=35 cm



CALCULO DE LA FUERZA DE COMPRESION.



COLUMNAS SEGUNDO NIVEL



DISEO DE TRABES PRINCIPALES.

Para disear las trabes se eligi el marco mas desfavorable con la condicin de carga mas critica. Se disearon como trabes simplemente armadas ya que los momentos no son de una magnitud considerable que se requiera el diseo como doblemente armadas. Se calcula el rea de acero mnimo y se corre tanto en el lecho inferior como en el lecho superior , cubriendo los mximos(positivos, negativos) con bastones. MARCO 3



TRABES PRINCIPALES PRIMER NIVEL

VIGA LONG. 11 m. Se corre la cuanta mnima de acero tanto en el lecho superior como en el lecho inferior y los mximos se cubren con bastones. MOMENTO POSITIVO.



MOMENTOS NEGATIVOS.



VIGA 9 m Se corre la cuanta mnima de acero tanto en el lecho superior como en el lecho inferior y los mximos se cubren con bastones. MOMENTO POSITIVO.



MOMENTOS NEGATIVOS.



VIGA 7 m Se corre la cuanta mnima de acero tanto en el lecho superior como en el lecho inferior y los mximos se cubren con bastones. MOMENTO POSITIVO.



MOMENTOS NEGATIVOS.



DISEO A CORTANTE



TRABES PRINCIPALES SEGUNDO NIVEL VIGA 11 m MOMENTO POSITIVO AL CENTRO DEL CLARO.



MOMENTO NEGATIVO EN LOS EXTREMOS DE LA VIGA.



VIGA 9 m. Solo se calculo en momento negativo en uno de los extremos, ya que el momento positivo al centro del claro y negativo en una de los extremos se cubren con el acero mnimo.



VIGA 7 m. Los momentos mximos(positivos y negativos) quedan cubiertos con el rea de acero mnimo.



DISEO A CORTANTE.



ARMAD

O DE TR

ABES

PRIMER

NIVEL

ARMAD

O DE TR

ABES

SEG

UNDO

NIVEL



ANALISIS NO-LINEAL

Se presenta el marco de estudio, as como tambin las cargas actuantes y las superficies de falla a utilizar en trabes y columnas. Masas Aplicadas en los nodos.



Propiedades de las Columnas. Superficie de falla de las Columnas. Factor de Amortiguamiento.

=T=0.45*0.05

= 0.007162

Donde: T=periodo fundamental del Marco =Porcentaje de amortiguamiento 5%



Propiedades de las Trabes. Superficie de falla en Trabes Se utilizara el registro de aceleraciones del sismo denominado UNION para excitar la estructura.



Desplazamiento Primer Nivel Desplazamiento Normalizado Primer Nivel



Desplazamiento Segundo Nivel Desplazamiento Normalizado Segundo Nivel



En la se grafica se muestra el cortante basal obtenido sumando los cortantes en la base de el marco en estudio (columnas 1, 2, 3 y 4), contra el tiempo. Grafica de Cortante Basal. Grafica de Cortante basal normalizado en relacin al peso total de la estructura.



Grafica de Cortante basal contra Desplazamiento. De la grafica anterior podemos obtener el desplazamiento mximo y el desplazamiento a la primera fluencia, para de esta manera calcular la ductilidad del sistema. max = 0.06 y = 0.02

=maxy

=0.060.025

= 2.4



Grafica Tiempo contra Momento de la columna 4 Grafica Tiempo contra Rotacin de la columna 4



Grafica Rotacin contra Momento de la columna 4. CONCLUSIONES. Podemos concluir que los elementos estructurales que conformas el sistema estructural es vital importancia garantizar un comportamiento adecuado que se mantenga dentro de los umbrales de seguridad requeridos. Es conveniente realizar un un diseo optimo de los elementos ya que en ocasiones estos diseos estn sobre reforzados repercutiendo de gran manera el costo econmico de la misma. En referencia al comportamiento no lineal se puede observar que diseando estos elementos con refuerzo de acero casi al limite conducen a un comportamiento dctil de los elementos, esto nos ayudara a que la estructura se comporte dctilmente ante eventos ssmicos importantes, estas podran sufrir dao pero se busca que estas se presente de acuerdo a la filosofa trabe dbil columna fuerte por lo que se buscan diseos que nos ayuden a cumplir esta filosofa.

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