UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS E.S.P.ECIMENTACIONESCLCULO DE CORTANTE BASAL, MOMENTOS DE RESIDENCIA Y CONTROL DE DERIVASDocente: Ing. Jorge ZuigaDaniela Salcedo ColomaStefany MonteroI. OBJETIVOS:

Determinar el cortante basal de la estructura , cargas y los momentos generados de acuerdo a la normativa vigente (ACI 318-11 / NEC 11) y mediante el programa ETABS Comprobar que la estructura presentar deformaciones inelsticas controlables a fin mejorar substancialmente el diseo conceptual.

II. INTRODUCCINEl presente informe se encuentra organizado de la siguiente manera: Primera etapa:A. Resumen de propiedades y secciones de la estructura B. Anlisis de carga de la estructuraC. Parmetros para clculo del cortante basal Segunda etapa: A. Calculo del cortante basal correspondiente a cada prtico B. Modelamiento en ETABS Tercera etapa:A. Representacin de Cargas obtenidas mediante ETABSB. Control de derivas

III. DESARRROLLOPRIMERA ETAPAA. RESUMEN DE PROPIEDADES Y SECCIONES DE LA ESTRUCTURA

1. PROPIEDADES DE LA ESTRUCTURAINFORMACIN PARA EL DISEOTIPO: ESTRUCTURA RESIDENCIAL DE CINCO PISOSa) Materiales:

Tabla 1.1. Pesos unitarios de materiales de construccin (NEC 11 Capitulo 1, Pg. 5)

b) Esfuerzo del Suelo

c) Diseo arquitectnico en elevacin:

*Consideraciones: La losa de la estructura debe ser bidireccional Alivianada

*Anexo A: Planos de la estructura a disear en planta y elevacin

2. SECCIONES CALCULADAS Y ASUMIDAS

Tabla 1. Resumen de seccin (LOSA)

LOSA

Bidireccional Alivianada20cm

Losa Maciza Equivalente14.5cm

Tabla 2. Resumen de secciones calculadas (VIGAS)

VIGAS

PRTICOSECCIN

Base[cm]Altura[cm]

12525

22535

32530

A2540

B2545

C2545

D2545

E2530

TIPODIMENSINPRTICO

Base[ cm ]Altura[ cm ]

I35501

2

3

II4050A

B

C

D

E

Tabla 3. Resumen de secciones calculadas

COLUMNAS

EJESECCIN

Base[cm]Altura[cm]

1-A3030

2-A3535

3-A3030

1-B3535

2-B4545

3-B3535

1-C3535

2-C4545

3-C4040

1-D3535

2-D4545

3-D3535

1-E3030

2-E3030

3-E3030

TIPODIMENSINEJE

Base[ cm ]Altura[ cm ]

I45451-A

1-B

1-C

1-D

1-E

3-A

3-B

3-D

3-E

II50502-A

2-B

2-C

2-D

2-E

3-C

*Anexo B: Planos Pre dimensionamiento*Anexo C: Planos Secciones Asumidas

B. ANLISIS DE CARGA DE LA ESTRUCTURA

2. ANLISIS DE CARGASConsideraciones:

a) CARGA MUERTA

Pesos unitarios de materiales de construccinNEC 11 - Captulo 1 (Tabla 1.1)

kN/m3T/m3

PIEDRAS ARTIFICIALES

Hormign Simple222,2

Hormign Armado242,4

* *Nota para el clculo de bloque se uso un peso especfico 1000 kg/m

LOSA

VIGAS

PAREDES

ACABADOS

COLUMNAS

b) CARGA VIVA

Tomado de: c) REA DE LA LOSA

C. PARMETROS PARA CLCULO DEL CORTANTE BASAL

1. CORTANTE BASAL DE DISEO(NEC 11 Cargas Ssmicas, Diseo Sismo Resistente Seccin 6.3.2 Pagina 64)

Donde:

1.1. FACTOR DE IMPORTANCIA(Seccin 4.1 Categora de edificio y coeficiente de importancia I)Tabla 6 Tipo de uso, destino e importancia de la estructura (Tomado de: Pagina 41)CATEGORATIPO DE USO, DESTINO E IMPORTANCIACoeficiente I

Edificaciones esenciales y/o peligrosasHospitalesClnicasCentros de salud o emergencia sanitaria1.5

Instalaciones militares, de polica, bomberos, defensa civil.

Garajes o estacionamientos para vehculos y aviones que atienden emergencias.

Torres de control areo.

Estructuras de centros de telecomunicaciones u otros centros de atencin de emergencias.

Estructuras que albergan equipos de generacin y distribucin elctrica.

Tanques u otras estructuras utilizadas para depsito de agua u otras sustancias anti incendio.

Estructuras que albergan depsitos txicos, explosivos, qumicos u otras sustancias peligrosas.

Estructuras de ocupacin especialMuseos1.3

Iglesias

Escuelas y centros de educacin o deportivos que albergan ms de trescientas personas.

Todas las estructuras que albergan ms de cinco mil personas.

Edificios pblicos que requieren operar continuamente.

Otras estructurasTodas las estructuras de edificacin y otras que no clasifican dentro de las categoras anteriores 1.0

1.2. CARGA SSMICA REACTIVA W(Seccin 6.1.7 Pgina 58)CASO GENERAL

Donde:

1.3. ESPECTRO DE RESPUESTA ELSTICO DE ACELERACIONES(Seccin 3.3.1 Pgina 32)1.3.1. FACTOR DE ZONA SSMICA[Z]a) Obtenido de MapaTabla 1. Valores del Factor Z en funcin de la zona ssmica adoptadaZona SsmicaV

Valor Factor Z0.40

Caracterizacin del peligro ssmicoAlta

b) Obtenido de :Tabla 10.2 Poblaciones ecuatorianas y valor del factor ZPoblacinParroquiaCantnProvinciaZ

San RafaelAmaguadaQuitoPICHINCHA0.40

1. 1.3.2 COEFICIENTES DE PERFIL DE SUELO , y a) Fa: Coeficiente de amplificacin de suelo en la zona de periodo corto (Tabla 3 Pagina 31)

Tipo de perfil del SubsueloV

Factor Z0.40

D1.20

b) Fd: desplazamientos para diseo en roca.(Tabla 4 Pagina 31)

Tipo de perfil del SubsueloV

Factor Z0.40

D1.40

c) Fs: comportamiento no lineal de los suelos(Tabla 5 Pagina 32)

Tipo de perfil del SubsueloV

Factor Z0.40

D1.5

1.3.3 FACTOR USADO EN EL ESPECTRO DE DISEO ELSTICO, CUYOS VALORES DEPENDEN DE LA UBICACIN GEOGRFICA DEL PROYECTO (r)(Seccin 3.3.1 - Pagina 34)Tipo de Suelo D (r)1.5

1.3.4 RELACIN DE AMPLIFICACIN ESPECTRAL, (Seccin 3.3.1 - Pagina 34)

1.4 FACTOR DE REDUCCIN DE RESISTENCIA SSMICA R(Seccin 6.3.4. Pagina 67)

Valores de coeficiente de reduccin de respuesta estructural R, Sistemas Estructurales DctilesR

Prticos resistentes a momentos

Prticos especiales sismo resistentes, de hormign armado con vigas descolgadas 6

1.4 (Seccin 5.3 Pagina 50)

1.5 (Seccin 5.3 Pagina 50) Tabla 12 (Pgina 54)

1.6 (Seccin 6.3.3 Pgina 65)

Mtodo 1

Donde:

Definicin de parmetros:

1.7.1 ALTURA MXIMA DE LA EDIFICACIN

1.7.2 COEFICIENTE QUE DEPENDE DEL TIPO DE EDIFICIO (Seccin 6.3.3 Pagina 65)

Tipo de estructura

Prticos especiales de Hormign Armado

Sin muros estructurales ni diagonales rigidizadoras0.0470.9

1.7.3 PERIODO LMITE DE VIBRACIN EN EL ESPECTRO SSMICO ELSTICO DE ACELERACIONES QUE REPRESENTA EL SISMO DE DISEO (Seccin 3.3.1 Pagina 33)

1.7.4 (Pgina 70)

Valores de T (s)K

1

0.75 + 0.50 T

2

A. ETAPA II: CALCULO DEL CORTANTE BASAL CORRESPONDIENTE A CADA PRTICO

CLCULO DE CARGA PERMANENTE DE LA ESTRUCTURA

Paredes150,00kg/ m2

Acabados120,00kg/ m2

Columnas100,00kg/ m2

Altura de la Losa20,00cm

Nervios129,60kg/ m2

Carpeta a compresin120,00kg/ m2

Alivianamientos96,00kg/ m2

Losa345,60kg/ m2

Vigas69,12kg/ m2

CARGA MUERTA [CM]784,72kg/ m2

0,78T/ m2

CLCULO DE CARGA NO PERMANENTE DE LA ESTRUCTURA

CARGA VIVA [CV]200,00kg/ m2

0,20T/ m2

CARGA SISMICA

FACTOR DE IMPORTANCIA

I1ViviendaSeccin 4,1 - Tabla 6

ESPECTRO DE RESPUESTA ELSTICO DE ACELERACIONES[ Sa](Seccin 3.3.1 Pgina 32)

Factor de zona ssmica (Z)0,4San Rafael - PichinchaTabla 10.2

COEFICIENTES DE PERFIL DE SUELO

Fa1,20Tabla 3 (Pgina 31)

Fd1,40Tabla 4 (Pgina 31)

Fs1,50Tabla 5 (Pgina 32)

FACTOR USADO EN EL ESPECTRO DE DISEO ELSTICO [r](Seccin 3.3.1 Pgina 34)

r1,5Tipo de Suelo D

RELACIN DE AMPLIFICACIN ESPECTRAL (Seccin 3.3.1 Pgina 34)

2,48Provincias de la Sierra

FACTOR DE REDUCCIN DE RESISTENCIA SSMICA [R](Seccin 6.3.4 Pgina 67)

R6Prticos especiales sismo resistentes, de hormign armado con vigas descolgadas

FACTORES DE CONFIGURACIN ESTRUCTURAL(Seccin 5.3 Pagina 50-54)

PlantaP1No existen Irregularidades en planta

ElevacinE1No existen Irregularidades en elevacin

PERIODO DE VIBRACIN [Ta ](Seccin 6.3.3 Pgina 65)

Ct0,0470Para prticos espaciales de hormign armado sin muros estructurales ni diagonales rigidizadoras

0,9000

hn14,0000Altura mxima de la edificacin medida desde la base

Ta0,5054seg

Periodo lmite de vibracin en el espectro ssmico elstico de aceleraciones que representa el sismo de diseo [ Tc]

Tc0,9625seg

ESPECTRO DE RESPUESTA ELSTICO DE ACELERACIONES[ Sa](Seccin 3.3.1 Pgina 32)

Sa1,1904

Coeficiente Cortante Basal de diseo (%)0,1984

Coeficiente relacionado con el periodo de vibracin de la estructura Ta

kTiempo menor a 0,5 seg1,002687113

CORTANTE BASAL [V]136,7346151

TiempoEspectro de respuesta elstico de aceleraciones

TSa

[ seg ][ g ]

0,001,19

0,201,19

0,401,19

0,601,19

0,801,19

0,961,19

1,001,12

1,200,86

1,400,68

1,600,56

1,800,47

2,000,40

2,200,34

rea de la Losa165,13m2

#PISOREA LOSACARGA MUERTA CARGA VIVAWi

[CM + 0.25 CV] . A LOSA

[ m2][T/ m2][T/ m2][T]

5165,130,7850,20137,837

4165,130,7850,20137,837

3165,130,7850,20137,837

2165,130,7850,20137,837

1165,130,7850,20137,837

SUMATORIA689,187

DISTRIBUCIN DE CORTANTE EN ALTURA

# PISOSHi[ m ]H acum[ m ]Wi[T]Wi .H acumk[T. m]Fx [ T]

52,8014,00137,841943,4645,63

42,8011,20137,841553,8336,48

32,808,40137,841164,4727,34

22,805,60137,84775,4718,21

12,802,80137,84387,019,09

SUMATORIA5824,25136,735

DISTRIBUCIN DE CORTANTE EN CADA PRTICO

EJE # PISOSFx [ T]REA LOSA[ m2]REA COOPERANTE(%) READISTRIBUCIN

SENTIDO Y

A545,63165,1323,150,1406,40

436,485,11

327,343,83

218,212,55

19,091,27

B545,63165,1340,230,24411,12

436,488,89

327,346,66

218,214,44

19,092,21

C545,63165,1343,870,26612,12

436,489,69

327,347,26

218,214,84

19,092,41

D545,63165,1339,640,24010,95

436,488,76

327,346,56

218,214,37

19,092,18

E545,63165,1318,240,1105,04

436,484,03

327,343,02

218,212,01

19,091,00

SENTIDO X

1545,63165,1341,160,24911,37

436,489,09

327,346,81

218,214,54

19,092,26

2545,63165,1378,0550,47321,57

436,4817,24

327,3412,92

218,218,61

19,094,29

3545,63165,1345,9150,27812,69

436,4810,14

327,347,60

218,215,06

19,092,53

*ANEXO A: Distribucin de carga lateral en cada prticoB. MODELAMIENTO EN ETABSIlustracin 1Vista en Planta N + 2.80 - +5.60 - +8.4 - +11.2 +14.00

Ilustracin 2Modelo 3D

IV. ETAPA III: RESULTADOSC. REPRESENTACIN DE CARGA Y MOMENTOS OBTENIDOS MEDIANTE ETABS

PRTICO 1

a) PORCENTAJE DE ACERO

b) AXIAL

c) SHEAR 2 2

d) SHEAR 3-3

e) MOMENT 2 2

f) MOMENT 3 -3

PRTICO 2

a) PORCENTAJE DE ACERO

b) AXIAL

c) SHEAR 2 -2

d) SHEAR 3 3

e) MOMENT 2 2

f) MOMENT 3 3

PRTICO 3

a) PORCENTAJE DE ACERO

b) AXIAL

c) SHEAR 2 2

d) SHEAR 3 -3

e) MOMENT 2 2

f) MOMENT 3 3

PRTICO A

a) PORCENTAJE DE ACERO

b) AXIAL

c) SHEAR 2 2

d) SHEAR 3 -3

e) MOMENT 2 2

f) MOMENT 3 3

PRTICO B

a) PORCENTAJE DE ACERO

b) AXIAL

c) SHEAR 2 2

d) SHEAR 3 -3

e) MOMENT 2 2

f) MOMENT 3 3

PRTICO C

a) PORCENTAJE DE ACERO

b) AXIAL

c) SHEAR 2 2

d) SHEAR 3 -3

e) MOMENT 2 2

f) MOMENT 3 3

PRTICO D

a) PORCENTAJE DE ACERO

b) AXIAL

c) SHEAR 2 2

d) SHEAR 3 -3

e) MOMENT 2 2

f) MOMENT 3 3

PRTICO E

a) PORCENTAJE DE ACERO

b) AXIAL

c) SHEAR 2 2

d) SHEAR 3 -3

e) MOMENT 2 2

f) MOMENT 3 - 3

D. CONTROL DE DERIVASNORMA ECUATORIANA DE LA CONSTRUCCIN (NEC-11) (Antigua)CAPTULO 2PELIGRO SSMICO YREQUISITOS DE DISEO SISMO RESISTENTEPginas: 5 47 (56-58) - 64

2.7.8.3 Limites de la deriva. El valor de la deriva mxima inelstica de cada piso debe calcularse mediante:

Donde:

2.6.2 CONTROL DE LA DERIVA DE PISO

Tabla 2.8. Valores de mximos, expresados como fraccin de la altura de piso

Estructuras de

Hormign armado, estructuras metlicas y de madera

De mampostera

2.7.2.3 FACTOR DE REDUCCIN DE RESISTENCIA SSMICA R

Tabla 2.14. Coeficiente de reduccin de respuesta estructural R

Valores del coeficiente de reduccin de respuesta estructural R, Sistemas Estructurales Dctiles

Prticos resistentes a momentos

Prticos espaciales sismo-resistentes, de hormign armado con vigas descolgadas.6

Cuadro de derivas obtenido de ETABS

StoryLoad Case/ComboItemDriftMCHEQUEOXYZ

mmm

Story5Sismo xMax Drift X1.59E-037.13E-03OK7.9-1.114

Story5Max Drift Y3.60E-051.62E-04OK-1.19.614

Story5Sismo yMax Drift X3.10E-051.40E-04OK11.9-1.114

Story5Max Drift Y1.94E-038.75E-03OK-1.19.614

Story4Sismo xMax Drift X2.66E-031.20E-02OK7.9-1.111.2

Story4Max Drift Y5.30E-052.39E-04OK-1.19.611.2

Story4Sismo yMax Drift X4.40E-051.98E-04OK11.9-1.111.2

Story4Max Drift Y3.19E-031.43E-02OK-1.14.711.2

Story3Sismo xMax Drift X3.50E-031.57E-02OK7.9-1.18.4

Story3Max Drift Y6.70E-053.02E-04OK-1.19.68.4

Story3Sismo yMax Drift X5.50E-052.48E-04OK11.9-1.18.4

Story3Max Drift Y4.15E-031.87E-02OK-1.19.68.4

Story2Sismo xMax Drift X3.80E-031.71E-02OK7.9-1.15.6

Story2Max Drift Y6.70E-053.02E-04OK-1.19.65.6

Story2Sismo yMax Drift X5.30E-052.39E-04OK11.9-1.15.6

Story2Max Drift Y4.44E-032.00E-02OK-1.19.65.6

Story1Sismo xMax Drift X2.47E-031.11E-02OK11.902.8

Story1Max Drift Y2.80E-051.26E-04OK15.79.62.8

Story1Sismo yMax Drift X2.10E-059.45E-05OK15.79.62.8

Story1Max Drift Y2.75E-031.24E-02OK04.72.8

Captura de Cuadro de derivas obtenido de ETABS

V. CONCLUSIONES:

Todo diseo debe contemplar las posibles fuerzas ssmicas que se puedan presentar a fin de obtener un diseo eficiente que se ajuste a las condiciones de alta amenaza ssmica de Ecuador.

Las secciones obtenidas mediante el pre dimensionamiento arrojaron derivas superiores al 0,02 (Deriva mxima para estructuras de hormign Armado), por lo que se procedi a rigidizar la estructura aumentando el tamao de la seccin tanto de losas como columnas mediante un proceso iterativo a fin de evitar dimensionar y crear una estructura demasiado rgida.

El diseo se complement con el chequeo de porcentaje de acero en columnas, cumpliendo as porcentaje menor igual al 3%.

La carga ssmica reactiva obtenida mediante clculo manual fue muy prxima a la brindada por el ETABS.

5