anippac sistemas de piso prefabricados 31july21

8/12/2021

1

SEMANA 1

Diseñadores Estructurales

Analisis y diseño de sistemas de piso prefabricados de concreto

SEMANA 1


Mario E. Rodríguez, Instituto de Ingenieria,UNAMCDMX, Agosto 6, 2021

8/12/2021

2

TEMARIO:1. Introducción al problema del diseño sismorresistentede diafragmas en edificios

2. Procedimiento de la ASCE 7-16

3. Procedimientos de la NTCS 2017 para diafragmas simétricos y no simétricos en planta.

4. Ejemplo de aplicación con el procedimiento NTCS 2017 para el diseño sísmico de diafragmas


Tema

EDIFICIO DE CONCRETO REFORZADO DE 14 NIVELES

8/12/2021 ANIPAAC ANIVIP MEs del Prefabricado. Sistemas de piso Prefab, Mario E. Rodriguez 4

8/12/2021

3

DAÑOS OBSERVADOS EN SISTEMAS DE PISO ENTERREMOTOS: NORTHRIDGE, CALIFORNIA 1994


VIGAS “T” O “DOBLE T” PARA SISTEMAS DE PISO PREFABRICADOS


8/12/2021

4

ENSAYES EN LA MESA VIBRADORA DE UC SAN DIEGO, (cortesia Dr J Restrepo, UCSD)

Validar los modelos numéricos desarrollados en la U. de Arizona Validar nuevas conexiones para elementos prefabricados de piso Observar el comportamiento sísmico de nuevos sistemas estructurales

8/12/2021 7ANIPAAC ANIVIP MEs del Prefabricado. Sistemas de piso Prefab, Mario E. Rodriguez

VIGAS “T” O “DOBLE T” PARA SISTEMAS DE PISO PREFABRICADOS

¿Firme en compresión?8/12/2021 ANIPAAC ANIVIP MEs del Prefabricado. Sistemas de piso

Prefab, Mario E. Rodriguez 8

8/12/2021

5

9

DAÑO AL FINAL DEL ENSAYE . VISTA SUPERIOR DEL FIRME (NIVEL 2)

Dirección de cargas laterales

Fractura de malla

Cargas laterales

ESTUDIO EXPERIMENTAL DE EDIFICIO PREFABRICADO EN EL INSTITUTO DE INGENIERIA DE LA UNAM (ESCALA 1/2)

8/12/2021 ANIPAAC ANIVIP MEs del Prefabricado. Sistemas de piso Prefab, Mario E. Rodriguez


8/12/2021

6

150 mm

EJEMPLOS DE EMPLEO DE SISTEMAS DE PISO PREFABRICADOS EN JAPON


8/12/2021 12ANIPAAC ANIVIP MEs del Prefabricado. Sistemas de piso Prefab, Mario E. Rodriguez

¿Diseño sísmico de diafragmas en edificios en la NTCS 2004?

,i o ia a c= +

h

H

i

Fi

, ii

i

FcW

=

0

2

4

6

8

10

12

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80

Nivel

ai (g)

Diafragma Dinámico Estatico

8/12/2021

7

8/12/2021 13

CONDICION DE DIAFRAGMA RIGIDO O FLEXIBLE EN EDIFICIOS

Es solo una condición de análisis ante acciones laterales. Un diafragma rígido o flexible debe resistir las fuerzas sísmicas que actúan en su plano.

ANIPAAC ANIVIP MEs del Prefabricado. Sistemas de piso Prefab, Mario E. Rodriguez

ANIPAAC ANIVIP MEs del Prefabricado. Sistemas de piso Prefab, Mario E. Rodriguez 14

DIAFRAGMA RIGIDO O FLEXIBLEASCE 7-1612.3.1.2 Condición de diafragma rígido en losas de concreto o sistema losa-acero: cuando en un edificio su planta tiene una relación entre largo a ancho menor que 3 y sin irregularidades horizontales.

12.3.1.3 Diafragmas que no satisfacen la sección 12.3.1.2 se diseñan como flexibles si

2MDD

ADVE

δ >Δ

ADVE desplazamiento lateralpromedio de elementos verticalesΔ =

8/12/2021

8/12/2021

8


DIAFRAGMA RIGIDO O FLEXIBLENTCS 2017 Sección 2.7.1Condición de diafragma rigido

0 5.MDD

ADVE

δ <Δ

De manera alternativa según NTCS 2017:El diafragma es rigido si en planta la relación largo a ancho menor que 4 y se cumplen los requisitos 4 y 6 de 5.1:

8/12/2021


NTCS 2017 Sección 2.7.2 Diafragmas rigidos que no satisfacen la condición de planta sensiblemente simétrica del requisito 12 de la seccion 5.1, se deben evaluar con un análisis dinámico modal tridimensional, y considerar dos componentes de aceleración de traslacion ortogonales y una de torsión. (Este procedimiento no lo emplea la ASCE 7-16).

Segun la NTCS 2017 un edificio es sensiblemente simétrico si se cumple el requisito 12 de la seccion 5.1 para clasificar como “estructura regular”:

8/12/2021

0 2δ <Δ

.MDD

ADVE

Entonces una gran mayoría de edificios en México no tendrían una planta “sensiblemente simétrica”, y habría que emplear 0.7 Q’ a 0.8 Q’ en estos edificios (sección 5.5). NO ES GARANTIA DE SEGURIDAD ESTRUCTURAL

8/12/2021

9

h

H

i

Fi pxF

a) Sistema sismo-resistente b) Fuerzas en la estructura c) Fuerzas en el diafragmaMetodo estatico

FUERZAS ACTUANTES EN EL SISTEMA LATERAL SISMO-RESISTENTE Y EN DIAFRAGMAS (ASCE 7 Y NTCS 2017)

px i iF m * a=17ANIPAAC ANIVIP MEs del Prefabricado. Sistemas de piso

Prefab, Mario E. Rodriguez8/12/2021


EFECTO DE LOS MODOS SUPERIORES EN EL COMPORTAMIENTO ELASTICO LINEAL

8/12/2021

8/12/2021

10

FD2 = fuerza de diseño del diafragma en nivel 2

Fij= fuerza de diseño del diafragma en nivel i debido al modo j

= + ´ ´D

R F R FFQ R Q R

2 221 22

2 = + ´D

R FFQ R

F22

21222

REGLAMENTOS ANTERIORES (ASCE 7-10, NTCS 2004)

NUEVO: ASCE 7-16 (2016) y NTCS 2017

R= Sobrerresistencia (NTCS 2017)Q’= factor de comportamiento sísmico


FUERZAS DE DISEÑO SISMICO EN DIAFRAGMAS (Modelo físico del comportamiento)

8/12/2021

PROCEDIMIENTO DE DISEÑO SISMICO DE DIAFRAGMAS EN EDIFICIOS ASCE 7-16 (2016) y NTCS 2017

Los diafragmas, cuerdas, colectores y conexiones a los elementos verticalesdel sistema sismorresistente del edificio en el nivel i, se deben diseñar para resistir fuerzas sísmicas en el plano, Fdi, dadas por:

idi ds

iF WRa= ≥ o di. a W0 5

ai = aceleración absoluta del nivel i, en fracción de la gravedadWdi = peso del nivel iRs = factor de reducciónao = aceleración máxima del terreno

ANIPAAC ANIVIP MEs del Prefabricado. Sistemas de piso Prefab, Mario E. Rodriguez 208/12/2021

8/12/2021

11

ao



NTC SISMO 20172.7 Diafragmas de piso, apéndices y contenidos

2.7.2 Aceleraciones de piso (ai)

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8/12/2021

12


0

2

4

6

8

10

12

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80

Nivel

ai (g)

Diafragma Dinámico Estatico

Comparativa de aceleraciones computadas con las NTCS 2017 para el diseño deldiafragma de un edificio de 10 niveles respecto a las aceleraciones de los análisis estáticoy dinámico modal

an (aceleración del ultimo nivel)

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ao (aceleración máxima del terreno)

FACTOR DE REDUCCION NTCS 2917 Rs


idii

ds

F a= WR

≥ 0 5 o di. a W (Misma de la ASCE 7-16)

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8/12/2021

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η

2

n.= +

' a oaQ

aa1 21 6

= .η − ≤a n1 4 1 5

Procedimiento para el diseño sísmico de diafragmas de edificios. Aceleracion del ultimo nivel an

( )Γ Γ ≥

n m

2

1= +'

a a aQ

a212 2

ASCE 7-16 (con notación NTCS 2017)

NTCS 2017

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(Rodriguez y Restrepo, Revista SMIS, 2012, Vol 86)

a1 es la aceleración espectral elástica de diseño para el periodo fundamental de vibración del sistema (T1).a2 es la aceleración espectral elástica del segundo modo (elástico)

Aceleraciondel terreno


Aceleracion del nivel i, NTCS 2017: ai

ai

hi

hn

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La NTCS 2017 especifica emplear la ec 2.7.2 o 2.7.3 para el cómputo de la aceleración del último nivel an. El análisis es en una dirección.

2

n.= +

'η

a oa a aQ

211 6

2

, ,....n = +

' =

nnj

j n

a aaQ

21

2 3

2.7.2

2.7.3

Pero aplica solo a diafragmas rígidos con plantas simétricas8/12/2021

Mucha crema para los tacos!!

Suficiente

Sección 2.7.2 de la NTCS 2017:En los casos de diafragmas rígidos en que no se satisfacen la condición de planta sensiblemente simétrica (sección 5.1) “se deben evaluar con un análisis dinámico modal que use un modelo tridimensional, tres componentes de la aceleración en cada nivel: dos ortogonales de traslación y una de torsión del centro de masa. La aceleración absoluta como fracción de la aceleración de la gravedad para un punto de interés ubicado en el i-esismo piso, debe calcularse como sigue”:

2.7.5ANIPAAC ANIVIP MEs del Prefabricado. Sistemas de piso

Prefab, Mario E. Rodriguez 28

2 2i ix iya a a= +

Diafragmas con plantas que no son sensiblemente simétricas (sección 5.1, requisito 12, en planta con diferencia de desplazamiento mayor de 20%)

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8/12/2021

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NTCS 2017 Sección 2.7.2:“En esta ecuación, aix y aiy son, respectivamente, las aceleraciones absolutas como fracción de la aceleración de la gravedad en el punto de interés en las direcciones ortogonales X y Y consideradas para el análisis, que se calculan como sigue”:

2 2i ix iya a a= +

22

'iikx

ijxk j

x aa aQ

= +

22

'iky

ijyk j

iyaa

aQ

= +

Interpretación:i-ésimo pisok= 1,2,3 tres direcciones (tres modos fundamentales)j-ésimo modo de vibrarj=4, 5, ….. (Peso efect.>= 0.9WT)

2.7.5

2.7.6

2.7.7

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El empleo de las ecs 2.7.5 a 2.7.6 no es necesariamente mejor que el empleo de la expresión simplificada, ec 2.7.3, por varias razones:

1. El procedimiento es laborioso y no se puede emplear con programas de análisis convencionales.

2. Pretende ser más elaborado y el problema es complejo en estructuras irregulares, además no tiene verificación experimental

NTCS 2017 Diseño de diafragmas. Caso plantas que no son sensiblemente simétricas

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8/12/2021

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EJEMPLO DE APLICACIÓN DE DISEÑO SISMICO DE DIAFRAGMAS DE EDIFICIOS CON EL PROCEDIMIENTO SIMPLIFICADO DE LAS NTCS 2017

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Planta y sección del edificio de 10 niveles con muros que se estudia, Q igual a 4

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8/12/2021

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Parámetro Dirección X Dirección Y

Altura del edificio [m] 35 35

Niveles 10 10

Aceleración del terreno [ao] 0.266 0.266

Periodo del edificio (primer modo) T1 [s ] 1.03 1.15

a1 (del espectro) 0.739 0.739

Periodo del edificio (segundo modo) T2 0.22 0.26


8/12/2021

8/12/2021

18


(2.7.8)0.5idi di o di

S

aF W a WR

= ≥

8/12/2021


2

n.= +

'η

a oa a aQ

211 6

1.4 10 1 4.2aη = − =

1

22

(1.15 ) 0.739

1.6(0.739) 4.2(0.266)4

0.087 0.297 0.62

n

a c s

a

= =

= +

= + =

CASO EDIFICIO DE 10 NIVELES, dirección Y aoa1

8/12/2021

Parámetro Dirección X

Dirección Y

Altura del edificio [m] 35 35Niveles 10 10

Aceleración del terreno [ao] 0.266 0.266

Periodo del edificio (primer modo) T1 [s ] 1.03 1.15


Periodo del edificio (segundo modo) T2

0.22 0.26

a2 (del espectro) 0 402 0 428

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1 1ii n

n o

h ah a

Ω

= − +

o0.62, a =0.266=na

i oia a= Ω

35 0.62 1 1 1(1.33) 1 2.3335 0.266

= −Ω + = + =

nmm

Ejemplo:

nivel azotea:

nivel 6: 21 0.62 1 1 0.8 1 1.835 0.266n

mm

= −Ω + = + =

8/12/2021

(2.33*0.266=0.62)


(2.7.8)0.5idi di o di

S

aF W a WR

= ≥

Wdi= 884 t0.62 (884) 365 0.5(0.266)(884) 1181.5

365

dn

dn

t t

rige t

F

F

= = ≥ =

=

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8/12/2021

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h [m] ΏY aY W [t] Fdy [t]3.5 1.13 0.30 884 1787 1.27 0.34 884 198

10.5 1.40 0.37 884 21914 1.53 0.41 884 240

17.5 1.67 0.44 884 26121 1.80 0.48 884 282

24.5 1.93 0.51 884 30328 2.07 0.55 884 324

31.5 2.20 0.58 884 34435 2.33 0.62 884 365

Tabla Cálculo de las fuerzas laterales en diafragmas y aceleraciones en diafragmas por nivel

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Distribución típica de fuerzas en el plano de la planta del edificio en estudio8/12/2021

8/12/2021

21


Armadura definida para el método de puntal y tirante en el diafragma del edificio en estudio

8/12/2021 ANIPAAC ANIVIP MEs del Prefabricado. Sistemas de pisoPrefab, Mario E. Rodriguez 42

la fuerza de tensión máxima en la losa ocurre entre los ejes 1 y 2 es igual a 0.34F.

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22


2 2

0.34 0.34(365000) 20,680 /6

100 * 0.71 * 4200 / 20680

153 / 8"@15

uFT kg m

L mcm cm kg cm kg

ss cm

cmφ

= = =

=

≈

h [m] ΏY aY W [t] Fdy [t]3.5 1.13 0.30 884 1787 1.27 0.34 884 198

10.5 1.40 0.37 884 21914 1.53 0.41 884 240

17.5 1.67 0.44 884 26121 1.80 0.48 884 282

24.5 1.93 0.51 884 30328 2.07 0.55 884 324

31.5 2.20 0.58 884 34435 2.33 0.62 884 365


Empleo del método de elementos finitos para obtener el refuerzo de la losa para resistir las fuerzas sísmicas en su plano

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Fuerzas inerciales aplicadas en cada panel del nivel azotea

Fuerza en cada panel del nivel azotea:Fj= Fdi /20=365t/ 20= 18.28t

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Resortes individuales (rigidez de entrepiso) para cada elemento de apoyo

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8/12/2021

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Revisión del panel 6 m x 7.2 m adyacente al muroEl panel se divide en elementos de 0.3 m x 0.3m, 20x 24 elementos

panel 6 m x 7.2 m

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ANIPAAC ANIVIP MEs del Prefabricado. Sistemas de piso Prefab, Mario E. Rodriguez

Diseño por cortante de la conexión losa-muro estructural

VR, fuerza cortante resistente por fricción

R R vf yV F A fμ= φ No 4@25 cm 8/12/2021

Vu = 93.7t = fuerza cortante actuante en longitud 6 m

48

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25

u

u v

2v

2v

2 2

cortante por friccion, =1 (losa no es colada monolitica con muro)93.7V = 15.6 /6

V = A

15600kg=0.75*1*A *4200kg/cmA 4.95cm ( 1 )empleando un lecho de bastones 1 / 2"

1004.95cm *1.27cm

25.

μ

φμ

φ

=

=

=

=

y

t t mm

f

en m

cms

s0

70.75(1)(10 *1.27 / 25)(4200) 16,000 158

usar 1 / 2" 25

50

@φ= = >RV kg kg

cm cm



Seccion 5.3.3.3 NTCC 2017 Resistencia a fuerza cortante por fricción

Se debe verificar que la fuerza 16,000 kg no exceda alguno de los siguientes valores:

( ) [ ]

*0.25 0.25(0.8)(0.8*350 / ²)(15 *100 ) 84,000

14 0.8 0.8 (14 15 100) 0.8(4.9 ² *4200 / ²) 29,971R R

R R s y

V F f c A kg cm cm cm kg

V F A A f x x cm kg cm kg

= = =

= + = + =

Si lo cumple

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REVISION DEL REFUERZO LONGITUDINAL EN TRABES PARA RESISTIR FUERZAS AXIALES NECESARIAS PARA RESISTIR LAS FUERZAS SISMICAS EN EL PLANO DEL DIAFRAGMA

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Fuerza Lateral

Cuerda en compresión

Cuerda en tensión

Colector transfiriendocortante

MODELO SIMPLIFICADO DE LAS ACCIONES POR SISMO EN LOS ELEMENTOS DEL DIAFRAGMA

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Diagrama de fuerzas axiales en trabes del diafragma

Tu= 67 t

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Tu

M

P

Tu

1.25s yf f=

Mpr

REVISIÓN POR FLEXO-TRACCIÓN DE LAS TRABES(Flexión-tensión)

Tu: tracción actuante.8/12/2021

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Diagrama de interacción momento flexionante-tracción simplificado

si TU ≤ Tm, entonces es posible ignorar el efecto de la tracción en las trabes. Si TU > Tm ,¿cuál es el valor de Ast para resistir MU?:

1.25

1.25 1

pr UU st

st y pr g

Ust

Ug y

p

t

r

s

M MT AA f M A

TMA fM

ρ

ρ

−= =

=

−

↓

0.25m g y stT A f ρ=

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Tu


Con el armado mostrado se tiene una cuantía total igual a:

0.25 0.25(30 60 t)(4200)(0.008) 15.1 t 67m g y stT A f p x= = = <por tanto, se requiere refuerzo longitudinal adicional.

8(1.27) 2( 801.90

.008)(3 )(60)

stst

g

ApA

+= = =

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Tu= 67 t

TU > Tm

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Si TU > Tm ,¿cuál es el valor de Ast para resistir MU?:

2

1.25

1. 5 1

Us

st

r

p

s

t

Ug y

p

r UU st

t y pr g

TM

M MT

A

Af M A

M

A

fρ

ρ

↓

=

−

−=

=

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2

670001'380,0001.25(60 )(30 )(

44200 / ) 11.25 1 2'740,00

0

0

.01ust

ug y

pr

T kgkg cmM cm cm kg cmA f kg cmM

ρ = = = −−− −

La cuantía en la sección es igual a 0.008, por tanto, se requiere agregar (0.014-0.008)(1800 cm²) = 10.8 cm², para lo cual se agregan 6 varillas del No 5 (11.9 cm²)

INICIAL FINAL

Se revisará la sección para Tu = 67 t (del análisis del diafragma) , y Mu = 13.8 t-m (valor del análisis sísmico inicial).

0.07451 9.03(4200)(60) 1 21.912 2s yRqA f d t mM = − = − = −

1.25 27.4pr RM t mM = = −

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2 2 2( sup ) 4#4 2#5 4*1.27 2*1.98 9.03sA refuerzolecho erior cm cm cm= + = + =

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GRACIAS

8/12/2021

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