memorias de análisis estructural

Microsoft Word - PROYECTO DE GRADO POSGRADO 201520II SEMESTRE
REVISIÓN No. 3
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Revisión Elaborado por: Revisado por: Aprobado por: Nombre Firma Nombre Firma Nombre Firma
3 RCG
Aprobación
Tipo de Aprobación Grupo de Profesores Asignados Nombre Firma Fecha
EDIFICIO ALUNA
MEMORIAS DE DISEÑO ESTRUCTURAL EDIFICIO ALUNA
Archivo: PROYECTO DE GRADO POSGRADO 201520 - Cod. 211221702 2 de 51
TABLA DE CONTENIDO
1.1.2 NORMATIVIDAD APLICABLE ........................................................................................ 9
1.1.4 CARACTERÍSTICAS DE LA ESTRUCTURA ................................................................. 9
1.2 DEFINICIÓN DEL MATERIAL ESTRUCTURAL .............................................................. 12
1.3 AVALÚO DE CARGAS VERTICALES PARA LA ESTRUCTURA .................................... 12
1.3.1 AVALÚO DE CARGAS PARA SISTEMA DE ENTREPISO ...................................... 13
1.4 DEFINICIÓN DE LA CAPACIDAD DE DISIPACIÓN DE ENERGÍA ................................ 14
1.5 DEFINICIÓN DE LOS MOVIMIENTOS SÍSMICOS DE DISEÑO ..................................... 14
1.5.1 ANÁLISIS MODAL ESPECTRAL .................................................................................. 15
1.6 CARGAS DE VIENTO ...................................................................................................... 17
1.7 DESCRIPCIÓN DEL MODELO ESTRUCTURAL ............................................................ 17
1.8 RESULTADOS DEL ANÁLISIS ESTRUCTURAL ELÁSTICO .......................................... 18
1.8.1 MODOS DE VIBRACIÓN DE LA ESTRUCTURA Y PARTICIPACIÓN DE MASA ....... 18
1.8.2 DESPLAZAMIENTOS HORIZONTALES Y VERIFICACIÓN DE LAS DERIVAS ......... 19
1.9 CHEQUEO POR VOLCAMIENTO ................................................................................... 19
2. DISEÑO ESTRUCTURAL .................................................................................................... 20
2.2 DISEÑO DE COLUMNAS ................................................................................................ 21
2.3 DISEÑO DE LOS DE ENTREPISO .................................................................................. 22
1. ANÁLISIS ESTÁTICO NO-LINEAL (NSP) ........................................................................... 24
1.1 PARÁMETROS DE RIGIDEZ DE LA CIMENTACIÓN ..................................................... 24
1.2 PROPIEDADES DE LOS MATERIALES .......................................................................... 26
1.2.1 CONCRETO NO CONFINADO .................................................................................... 26
1.2.2 ACERO DE REFUERZO .............................................................................................. 27
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1.3 CARACTERÍSTICAS NO LINEALES DE LAS SECCIONES ........................................... 28
1.3.1 VIGAS ........................................................................................................................... 28
1.3.2 COLUMNAS .................................................................................................................. 30
1.3.3 MUROS ......................................................................................................................... 36
1.5 PUSHOVER EJE Y .......................................................................................................... 38
1.5.1 BILINEALIZACIÓN ........................................................................................................ 38
1.5.4 LIMITE DE FLUENCIA GENERAL DEL EDIFICIO ....................................................... 40
1.5.5 CAPACIDAD ÚLTIMA Y MECANISMO DE COLAPSO ESPERADO ........................... 41
1.6 PUSHOVER EJE X .......................................................................................................... 41
1.6.1 BILINIZALIZACIÓN ....................................................................................................... 41
1.6.4 LIMITE DE FLUENCIA GENERAL DEL EDIFICIO ....................................................... 43
1.6.5 CAPACIDAD ÚLTIMA Y MECANISMO DE COLAPSO ESPERADO ........................... 44
1.7 CRITERIOS DE ACEPTACIÓN ........................................................................................ 44
1.8 MODIFICACIONES .......................................................................................................... 47
1.9.1 NIVELES DE DESEMPEÑO ......................................................................................... 47
1.9.2 ANÁLISIS DE RESULTADOS ...................................................................................... 49
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RESUMEN
TÍTULO: DISEÑO ESTRUCTURAL EDIFICIO ALUNA AUTOR: CASTIBLANCO GONZÁLEZ, Ricardo PALABRAS CLAVES: Análisis estático no-lineal, Zona de amenaza sísmica alta, Sistema Estructural, Comportamiento Inelástico, Sismo de Diseño, Desempeño del Edificio. DESCRIPCIÓN:
El presente documento consiste en el análisis estático no-lineal de una edificación localizada en una zona de amenaza símica alta, siguiendo inicialmente los parámetros del reglamento colombiano de construcción sismo resistente NSR10.
El Sistema estructural de resistencia sísmica utilizado para la edificación de 16 niveles fue un Sistema combinado de muros estructurales y pórticos de concreto resistente a momentos con capacidad especial de disipación de energía, posteriormente se adaptó el modelo del análisis lineal tridimensional para tener en cuenta el comportamiento inelástico de los elementos estructurales, de acuerdo con el estándar ASCE 41-13 “evaluación sísmica y rehabilitación de edificios existentes” mediante el cual se puede establecer un nivel de comportamiento de la estructura para el sismo de diseño, permitiendo a su vez verificar el desempeño del edificio diseñado previamente por méritos convencionales. Se propusieron modificaciones al diseño para mejorar el comportamiento esperado del edificio en términos de Resistencia y nivel de daño.
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ABSTRACT
TITLE: DISEÑO ESTRUCTURAL EDIFICIO ALUNA AUTHOR: CASTIBLANCO GONZÁLEZ, Ricardo KEYWORDS: Análisis estático no-lineal, Zona de amenaza sísmica alta, Sistema Estructural, Comportamiento Inelástico, Sismo de Diseño, Desempeño del Edificio DESCRIPTION:
This paper aims the nonlinear static analysis of a building located in a high seismic hazard zone that initially followed the parameters of the Colombian Earthquake Resistant Building Regulation NSR-10.
For a building of 16 stories the seismic reinforced structural system used was the combined system of structural walls and moment frames with special energy dissipation; after that, the three-dimensional model of linear analysis was adapted in order to obtain the inelastic behavior of structural elements according to the standard ASCE 41-13 “Seismic Evaluation and Retrofit of Existing Building” through which the level of behavior of the structure could be stablished, allowing the verification of the previous design building perform through conventional methods. Some modifications to the design were proposed to improve the building behavior expected in terms of resistance and level of damage.
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INTRODUCCIÓN
Comprender el comportamiento real de las estructuras ante posibles eventos sísmicos ha sido de gran interés para la ingeniería civil, con el fin de mejorar y diseñar las estructuras para que tengan un desempeño deseado ante las diferentes magnitudes sísmicas impuestas.
Hoy en día las estructuras en su mayoría se diseñan para soportar estados límites de falla y de servicio basadas en un comportamiento lineal. . Es por esto que es de suma importancia realizar análisis y diseños en base al estado inelástico de los materiales ya que esta es la mejor manera de aprovechar los materiales.
Existen diversos métodos para conocer el comportamiento inelástico de una estructura como el análisis no lineal dinámico el cual es muy complejo para su aplicación. Como parte de los procedimientos se conducirá un análisis no lineal de la estructura. Este análisis puede ser dinámico para lo cual se somete la estructura a registros de movimientos sísmicos, o puede ser estático en cuyo caso se utiliza un espectro de aceleraciones. A pesar de que las cargas sísmicas son dinámicas, un análisis no lineal estático conocido como “Push-over” donde se aplican fuerzas proporcionales al primer modo de vibración de la estructura, es una herramienta útil y sencilla para evaluar el desempeño de la edificación.
La demanda depende de diversos factores como la zona sísmica en la cual será desplantado la estructura, el tipo de suelo, el tamaño e importancia de la estructura. El (AENL) consiste primeramente en hacer actuar las cargas gravitacionales en la estructura que producen deformaciones en ésta, posteriormente se hacen actuar las cargas laterales; éstas se incrementan de forma gradual hasta que se forma la primera rótula plástica y se presenta una redistribución de rigidez de la estructura, esta metodología simula de mejor forma lo que acontece en una estructura real, así se procede hasta que la estructura llegue a la falla, es decir que se forme un mecanismo de colapso. Con esto se obtiene una gráfica que muestra dónde y en qué orden se forman las rótulas plásticas en la estructura y la curva que muestra la relación entre el cortante basal contra el desplazamiento en el nivel superior.
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OBJETIVOS Y ALCANCES
El objetivo de este trabajo de grado es realizar un estudio comparativo entre el análisis convencional utilizado comúnmente en las oficinas de diseño teniendo en cuenta los requisitos establecidos por la norma sismo resistente de construcción NSR10 y un análisis No-Lineal estático “Push-Over”, el cual nos permita evaluar el desempeño del análisis y diseño de la estructura inicial. Logrando así concluir si los requisitos de la norma sismo resistente NSR10 son adecuados o en su defecto proponer posibles modificaciones al diseño para mejorar el comportamiento esperado del edificio en términos de resistencia, ductilidad y nivel de daño de acuerdo al ASCE 41-13.
El presente trabajo se limita al proyecto del edificio Aluna, el cual está compuesto por 16 niveles de piso, con un sistema estructural combinado de muros y pórticos de concreto con capacidad especial de disipación de energía, localizado en la ciudad de Armenia donde se define una zona de amenaza sísmica alta, utilizando la microzonificación de la zona para la obtención del espectro de diseño.
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1. ANÁLISIS DINÁMICO ESTRUCTURAL
1.1 DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO
El presente diseño se refiere al análisis estructural del edificio Aluna, ubicado en el ciudad de Armenia, Departamento del Quindío.
En este se describe de manera secuencial y operativa, el diseño de cada uno de los elementos que conforman la estructura en general, todo enmarcado dentro del reglamento colombiano de construcción sismo resistente NSR-10, se busca que la estructura soporte las fuerzas estáticas a las que se ve sometida debido a su uso y ocupación, también a todo tipos de fuerzas dinámicas que contempla la normativa colombiana, y a las cuales se puede ver expuesta provocando daños y poniendo en peligro la integridad de las personas que la ocupan. Algunas de estas fuerzas son sismos, presiones de vientos, asentamiento de suelo y efectos de temperaturas.
En la primera parte se describen las diferentes alternativas que se tendrán en cuenta para la selección del sistema estructural y las especificaciones de los materiales que serán utilizados y su respectiva justificación. También se evalúan todas las posibles cargas a las cuales se verá sometida la estructura, para una debida simulación en los modelos computacionales, que nos brindaran una aproximación del comportamiento esperado de la estructura al estar sometido a las diferentes fuerzas, también estos resultados de análisis serán verificadas usando métodos aproximados.
En una segunda parte se describe el sistema de fundación que deberá ser construido para la estructura con el objeto de transmitir las fuerzas que se produzcan en la estructura al suelo
Se describen y se plasman los resultados de los diseños de los diferentes componentes de las estructura como cimentación, sistema principal de resistencia sísmica, cubierta y estructuras aledañas a la estructura principal como rampas de acceso.
Todos los procedimientos de diseño son descritos y se plasman los resultados, dando cumplimiento a las exigencias y chequeos requeridos por la normativa, dichos resultados contemplan las dimensiones y especificaciones de los elementos producto de los diseños, estos también serán plasmados en los planos de diseño que hacen parte documental anexa de la presente memoria de cálculo.
1.1.1 DOCUMENTOS DE REFERENCIA
Documento Referencia Topografía PL-TOP-1 Planos Arquitectónicos A1 – A13 V0 Estudio de suelos EG – V0
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1.1.2 NORMATIVIDAD APLICABLE
Reglamento colombiano de construcciones sismo resistentes NSR-10
1.1.3 LOCALIZACIÓN Y NIVEL DE AMENAZA SÍSMICA
El edificio Aluna está localizado en la zona rural de la ciudad e Armenia, departamento del Quindío.
Tabla 2. Localización y nivel de amenaza
Departamento Municipio Aa Av Zona de amenaza sísmica Ae Ad
QUINDÍO ARMENIA 0.25 0.25 ALTA 0.20 0.10
1.1.4 CARACTERÍSTICAS DE LA ESTRUCTURA
La estructura contará con un área total construida de 15098,13 m2, área discriminada en 56 viviendas, 55 parqueaderos cubiertos, 12 parqueaderos descubiertos y 60 depósitos.
El edificio ALUNA se proyectará en 18 niveles de los cuales en los 3 primeros niveles encontramos la zona de parqueaderos, en el 4 nivel encontramos las áreas recreativas y comunales encontrando allí una piscina de 232.58 m2 con alturas variables. Y a partir del 5 nivel hasta la cubierta es zona apartamentos hoteleros y privados.
El edificio cuenta con área de escaleras internas, y dos ascensores que intercomunican todo el edificio.
En los primeros 4 niveles la estructura cuenta con fachadas en pérgola metálica y en las áreas de balcones, patios y cubierta se diseñaron cubiertas en estructura metálica.
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Figura 1 Imagen 3D Edificio Aluna
Sistemas Estructurales:
A continuación observaremos los posibles sistemas estructurales que se pueden utilizar para la estructura del edificio Aluna, inicialmente teniendo en cuenta que en la región el uso de sistemas en acero no han sido claramente desarrollados por lo cual genera una gran desventaja en cuanto a tiempos de ejecución y costos, por tal motivo son descartados inicialmente.
Para una estructura de altura igual a 52 m se permite el uso de:
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Tabla 3. Características de la estructura
Sistema Estructural Sistema de resistencia
sísmica (F H) Sistema de resistencia para
cargas verticales
disipación de energía (DES)
RESISTENTES A MOMENTO
SISTEMA DUAL MUROS ESTRUCTURALES
Debido al comportamiento torsional de la estructura se ajustan los análisis con un sistema combinado de muros estructurales y pórticos de concreto con capacidad especial de disipación de energía (DES).
Para la cimentación aunque la recomendación del ingeniero de suelos es un sistema combinado; para la estructura alta es una cimentación profunda y zapatas para el sector de pisos bajos. Entonces se modifica a que todo el sistema sea en sistema de pilotes.
La edificación se clasifica como de grupo de uso: II
Coeficiente de importancia I = 1.1
Sistema Estructura asignado: Pórtico de concreto resistente a momentos con capacidad
moderada de disipación de energía (DES)
Sistema de Losas de entrepiso en una dirección
Fuerzas de Viento: Región 2
Velocidad del Viento: 100 km/h
Muros Divisorios: Muros en mampostería (diseño de elementos no estructurales)
Concretos de alta resistencia
1.2 DEFINICIÓN DEL MATERIAL ESTRUCTURAL
1. CONCRETOS Cimentación: f’c = 28 MPa Vigas y viguetas: f’c = 28 MPa Columnas P1 – P16: f’c = 28 MPa
2. REFUERZO
3/8” y mayores fy=420MPa 1/4” y menores fy=240MPa
3. PERFILES METÁLICOS
Perfiles para vigas y columnas tipo tubo grado 50 fy=350 MPa Perfiles para correas tipo perlín grado 50 fy=350 MPa Platinas y láminas ASTM A36 fy=248 MPa
4. ELEMENTOS NO ESTRUCTURALES
Cualquier modificación en las dimensiones y/o especificaciones de los elementos deberá consultarse para estudiar su incidencia en el diseño.
1.3 AVALÚO DE CARGAS VERTICALES PARA LA ESTRUCTURA
En la evaluación de cargas verticales se analizan y determinan todas las cargas de los elementos permanentes de construcción incluyendo su estructura, los muros, pisos, cubiertas, cielos rasos, escaleras, equipos fijos y todas aquellas cargas causadas por la ocupación y uso de la edificación.
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1.3.1 AVALÚO DE CARGAS PARA SISTEMA DE ENTREPISO
Tipo: Losa maciza con vigas descolgadas acabados: 0.05m
0.07m
Ancho de las viguetas: 0.16m
Análisis de cargas por m² de losa:
Peso propio loseta superior: 1.68kN/m²
Peso propios de viguetas: 1.64kN/m²
Peso Vigas: 3.26 kN/L
Pisos: 1.10kN/m²
0.491kN/m²
Análisis de cargas vivas por m² de losa:
GARAJES 2.500kN/m²
REUNION 5.000kN/m²
7.2 Cuartos privados y corredores
1.24m
1.4 Gimnasios
1.4 DEFINICIÓN DE LA CAPACIDAD DE DISIPACIÓN DE ENERGÍA
Capacidad de Disipación de energía
Amenaza Baja
Amenaza Intermedia
Amenaza Alta
Tabla 4. Parámetros para los movimientos sísmicos de diseño
Parámetros Valor Zona de amenaza sísmica ALTA Perfil de suelo D Grupo de uso de la estructura II Coeficiente de importancia (I) 1.10
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1.5.1 ANÁLISIS MODAL ESPECTRAL
To: 0.15 s Tc: 0.70 s TL: 4.56 s
Valor espectral para deriva Sax: Para Tx =1.72seg 0.3353 Valor espectral para deriva Say: Para Ty =1.93seg 0.2923
Valor Coeficiente Kx: 1.10 Valor Coeficiente Ky: 2.00
Coeficiente de Disipación de Energia Rx: 7 Coeficiente de Disipación de Energia Ry: 7
Coeficiente por irregularidad fx: 0.54 Coeficiente por irregularidad fy: 0.54
Coef. de Disipación de Energia Rx modificado: 3.78 Coef. de Disipación de Energia Ry modificado: 3.78
1.93 0 1.7186 0 #### 0.08506309 1.72 0.10
To 0.15 0.2364 0 Tc 0.70 0.2364 0 TL 4.56 0.0365 0
Valor espectral Sax: Para Tx =1.72seg 0.0976 Valor espectral Say: Para Ty =1.93seg 0.0851
Coeficiente de sobrerresistencia
Ωo*Fs / R 0.5 Aa. Fa Valor espectral Sax: Para Tx =1.72seg 0.293 0.163 Valor espectral Say: Para Ty =1.93seg 0.255 0.238
EXSR1 0.455 EYSR1 0.493 EXSR2 0.018 EYSR2 0.018
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
ESPECTRODE ACELERACIÓN REDUCIDO NSR10
A C C EL ER A C IO N (g )
T (sec)
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1.6 CARGAS DE VIENTO
Región
1.7 DESCRIPCIÓN DEL MODELO ESTRUCTURAL
El modelo se desarrolló utilizando el programa ETABS2015, programa de la casa CSI altamente desarrollado para el análisis y diseño de edificaciones. En el modelo se incluyeron tanto los elementos del SPRS y aquellos elementos que no hacen parte de este como las viguetas y escaleras con articulaciones en sus extremos para no tener en cuenta su aporte ante fuerzas sísmicas. Se asignó un diafragma rígido de acuerdo con las características de la losa, su regularidad y continuidad. Finalmente se modelo un elemento tipo membrana para transmitir las fuerzas ingresadas al modelo y el peso propio de la losa a cada uno de los elementos.
Figura 2 Vista tridimensional modelo estructural
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Figura 3 Planta estructural del Diseño Elástico del Anteproyecto
Figura 4 Planta estructural N+9.75
1.8 RESULTADOS DEL ANÁLISIS ESTRUCTURAL ELÁSTICO 1.8.1 MODOS DE VIBRACIÓN DE LA ESTRUCTURA Y PARTICIPACIÓN DE MASA
Case Mode Period UX UY Sum UX Sum UY
sec
Modal 11 0.11 6.795E07 0.04 0.9341 0.9341
Modal 12 0.098 0.0172 0.00004166 0.9514 0.9341
TABLE: Modal Participating Mass Ratios
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1.8.2 DESPLAZAMIENTOS HORIZONTALES Y VERIFICACIÓN DE LAS DERIVAS
1.9 CHEQUEO DE TIPO DE DIAFRAGMA
OutputCase Ux Uy Deflexión
Fs mm mm Horizontal
: : : : :
0.020144
0.012372
1.63
Rígido
2. DISEÑO ESTRUCTURAL 2.1 DISEÑO DE PILOTES Y DADOS
PARÁMETROS DE DISEÑO
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES SUELO
Peso específico γ 1500 Kg/m³
PESO COMPENSADO DE SUELO AREA AFER PROF. VOLUMENPESO SUELO
m2 m m3 kg
22.875 1.5 34.3125 51468.75
ACERO
Deformación Última εs εs = 0.0021
PROPIEDADES DE LA SECCIÓN DE LA COLUMNA
Diámetro de la Columna Dc = 40.00 cm
Área Bruta de la Sección Ag = 1257 cm2
Recubrimiento d' = 7.00 cm
NSR10 - C.15.11.3
De acuerdo al análisis estructural la carga de servicio para el grupo de pilotes es:
288043 Kg
486318.8 Kg 393563.3 Kg
Según el estudio de Suelos la Capacidad portante para una profundidad de 12 metros es:
FS = 1.5
h = 12.00 m
GRUPO DE PILOTES El grupo de pilotes consta de: Dimensión larga del dado en: Y
Número de Pilotes = 4
Separación de pilotes (veces de diámetro), S = 2.5
La Eficiencia del Grupo de Piltoes según el "Los Angeles Group Action Method" es:
0.83
El diámetro necesario para cumplir con las condiciones de servicio es:
Diametro escogido D = 50 cm
1.2D+1.6L = 1.2D+0.5L+E X +0.3E Y =
D+L =
0751
2.2 DISEÑO DE COLUMNAS
Propiedades
f c (Mpa) = 41 u = 0.003 FORMA DE LA COLUMNA Rectangular = R
fy (Mpa) = 420 y = 0.0021 Rectangular Hueca = RH
Es (Mpa) = 200000 = 0.85 Circular = C
Factores de reducción DIMENSIONES = 0.8 Fila 1 Fila 2 Fila 3 Fila 4 Fila 5 Fila 6 Fila 7 Fila 8 Fila 9 Fila 10 b= 0.55 m
= 0.7 Fila 1 8 8 8 8 8 8 8 h= 0.7 m
flex ión = 0.9 Fila 2 8 8 Recubrimiento 0.005 m
Columnas: Fila 3 8 8 Espesor= 0 m 40x70 Fila 4 8 8
EJE A y B Fila 5 8 8 0 Fila 6 0 Fila 7 8 8 0 Fila 8 8 8
Fila 9 8 8 Fila 10 8 8 8 8 8 8 8 Sep. V 0.068 0.54 0 0.54 #### 0 0.54 0 0.54 0.068 Cantidad 9 2 0 2 1 1 2 0 2 9
As (cm2) 45.604 10.13 0 10.13 5.067 5.067 10.134 0 10.134 45.604
Cuantia = 3.69% As total= cm2 2.54 22.86 47.14
c a Pu Pu Mu Mu
Compresión pura 1E+300 0.7 19.3761 13.563 0.000 0.000 **Po 0.594 0.5049 14.5310 10.172 2.303 1.612
Punto de falla a compresión 0.535 0.4544 12.9531 9.067 2.541 1.779 Falla balanceada 0.409 0.3475 9.0603 6.342 3.012 2.108
Punto de falla a tracción 0.177 0.1506 3.0849 2.159 2.358 1.651 0.1 f'c Ag 0.161 0.1369 2.7023 1.892 2.276 1.593
Flex ión pura 0.000 0 0.0000 0.000 1.331 1.198 0.9 Mo = 0.000 0 0.0000 0.000 1.198
Po = 10.851 0.1 f'c Ag = 1.579
COLUMNA RECTANGULAR - 70x55
141.88
-10
-5
0
5
10
15
20
25
C ar
ga a
xi al
Resistencia requerida Resistencia Nominal
2.3 DISEÑO DE LOS DE ENTREPISO
EDIFICIO ALUNA
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3. ANÁLISIS ESTÁTICO NO-LINEAL (NSP)
INTRODUCCIÓN
Mediante nuevos procesos y nueva tecnología, el análisis y el diseño de estructuras busca encontrar con mayor precisión el comportamiento ante las diferentes cargas o niveles de amenaza externas que puedan comprometer la estabilidad de una estructura.
El análisis debe conducir a relacionar las fuerzas y las deformaciones inducidas en los diferentes componentes de la estructura los cuales deben ser sometidos a un incremente lateral de cargas monotonicamente, que representen las fuerzas inerciales de un sismo hasta que un desplazamiento objetivo sea excedido.
3.1 PARÁMETROS DE RIGIDEZ DE LA CIMENTACIÓN
EDIFICIO ALUNA
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3.2 PROPIEDADES DE LOS MATERIALES 3.2.1 CONCRETO NO CONFINADO
Dado φ (m) Cantidad Área (m2) Long (m) Ksv (kN/m) Sn Ksr (kN/m) δ (m) V (kN) Ksh (kN/m)
D10-1 0.4 1 0.1257 10 312527 0.00 0 0.00027 5.253 19488 D10-2 0.4 2 0.1257 10 625053 1.00 625053 0.00094 18.38 38976 D10-4 0.4 4 0.1257 10 1250106 1.00 1250106 0.0002 3.83 77953 D12-2 0.5 2 0.1963 12 813871 1.25 1271674 0.00054 10.59 38976 D12-3 0.5 3 0.1963 12 1220807 1.25 1907511 0.00019 3.64 58465 D12-4 0.5 4 0.1963 12 1627742 1.25 2543347 7.3E-05 1.42 77953 D12-6 0.5 6 0.1963 12 2441613 1.25 3815021 0.00149 29.12 116929 D12-7 0.5 7 0.1963 12 2848549 1.25 4450858 0.0017 33.13 136418 D12-9 0.5 9 0.1963 12 3662419 1.25 5722530 0.00164 31.97 175394
D12-10 0.5 10 0.1963 12 4069355 1.25 6358368 0.00099 19.23 194882 D12-12 0.5 12 0.1963 12 4883226 1.25 7630041 0.00106 20.62 233859
Concreto f ' co = 28 MPa Resistencia axial última del concreto sin confinar ε co = 0.002 Deformación axial última del concreto sin confinar
Acero de Refuerzo f yh = 420 MPa Esfuerzo de fluencia del Acero de refuerzo ε su 0.12 Deformación unitaria última del acero de refuerzo
MODELO DE MANDER PARA SECCIONES RECTANGULARES NO CONFINADAS
DATOS DE ENTRADA
DATOS DE SALIDA
f ' l 0.000 Coef. Es igual a cero para concreto no confinado
f ' cc 28.000 Mpa Resistencia axial última del concreto confinado ε cc 0.002 Deformación axial última del concreto sin confinar
E c 24870 MPa Modulo de elasticidad del concreto incofinado
E sec 14000 MPa Modulo de elasticidad del concreto confinado r 2.288 Relación de Modulos ε sp 0.0064 Deformación axial última del concreto no confinado
0
5
10
15
20
25
30
ST R ES S (M
P a )
STRAIN (m/m)
CURVA ESFUERZO Vs DEFORMACIÓN PARA EL CONCRETO NOCONFINADO DE SECCIÓN RECTANGULAR 50 cm X 50 cm NO CONFINADO
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3.2.2 ACERO DE REFUERZO
Algunos valores para aceros Colombianos
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3.3 CARACTERÍSTICAS NO LINEALES DE LAS SECCIONES 3.3.1 VIGAS
Nombre KNm
PISO 6 Vano 1
Base (b) 0.5 Altura (h) 0.65
d 0.55 d' 0.1
% ZR 0 % ZR 0
Localización 0 Localización 6.175
M 150.00 M 145.00
As 8.82 As 8.52
M + 90.00 M + 103.00
As + 5.29 As + 6.06
Cantidad # Barra Cantidad # Barra
7 8 7 8
7 8 7 8
Vg 147.38 Ln 6.18
Ve (+) 690.20 Ve () 395.43
VG50X65
EDIFICIO ALUNA
EDIFICIO ALUNA
3.3.2 COLUMNAS
EDIFICIO ALUNA
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EDIFICIO ALUNA
EDIFICIO ALUNA
3.3.3 MUROS
EDIFICIO ALUNA
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3.4 CURVAS DE CAPACIDAD DE LA ESTRUCTURA (PUSHOVER)
3.5 PUSHOVER EJE Y
3.5.2 DESPLAZAMIENTO OBJETIVO
EDIFICIO ALUNA
3.5.3 RANGO DE COMPORTAMIENTO ELÁSTICO
3.5.4 LIMITE DE FLUENCIA GENERAL DEL EDIFICIO
Vt 27493.3485 kN Cortande en el Target Displacement
δE= 33.2 cm Desplazamiento Elástico
VE = 57856.03486 kN Cortante Elástico
Vy = 14961.87512 kN δy = 12.292 cm
0.6 Vy = 8977.125073 kN Parámetros de Fluencia
μ = 4.28
0 2.08
3.5.5 CAPACIDAD ÚLTIMA Y MECANISMO DE COLAPSO ESPERADO
Podemos observar que el sistema combinado tiende a fallar por las vigas de conexión entre muros, esto nos permite generar una clara jerarquía de falla, impidiendo el colapso inicial de los elementos de columna o muros.
3.6 PUSHOVER EJE X
3.6.2 DESPLAZAMIENTO OBJETIVO
3.6.3 RANGO DE COMPORTAMIENTO ELÁSTICO
3.6.4 LIMITE DE FLUENCIA GENERAL DEL EDIFICIO
Vt 22180.3685 kN Cortande en el Target Displacement
δE= 35.96 cm Desplazamiento Elástico
VE = 57856.03 kN Cortante Elástico
Vy = 14961.88 kN δy = 10.837 cm
0.6 Vy = 8977.13 kN Parámetros de Fluencia
μ = 5.10
0 1.71
3.6.5 CAPACIDAD ÚLTIMA Y MECANISMO DE COLAPSO ESPERADO El mecanismo de colapso en el sentido x por su redundancia es menos probable, igual mente identificando la rotulación de vigas adyacentes a los muros.
3.7 CRITERIOS DE ACEPTACIÓN Según ASCE-41-13 en su capítulo 7.3.2.1 Nonlinear static Procedure, se permite para las estructuras con las siguientes características:
1. μstrenght < μmax ; 2.63 < 4.28 OK
si μstrenght > μmax La estructura tiene una degradación significativa y se requerirá de un NSD para verificar la estabilidad dinámica del edificio.
2. Se permite si los modos altos no son significativos, los modos altos deberán ser considerados si el cortante en algún resultado del análisis modal considerando los modos necesarios para para obtener el 90% de la participación de la masa excede el 130% del correspondiente cortante considerado solo en el primer modo de respuesta.
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Story Elevation Location YDir Story Elevation Location YDir 1.3 YDir Criterio de Indice de
cm kN cm kN kN Aceptación Relación
STORY16 5200 Top 2084.1086 STORY16 5200 Top 1025.7343 1333.45459 No Cumple 2.03182111
Bottom 2090.5473 Bottom 1029.2383 1338.00979 No Cumple 2.03115964
STORY10 3250 Top 8042.4274 STORY10 3250 Top 6397.3125 8316.50625 Cumple 1.25715719
Bottom 8044.1761 Bottom 6399.3064 8319.09832 Cumple 1.25703875
ResultadosTABLE: Story Response 11 Modos TABLE: Story Response 1 Modo
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Story Elevation Location XDir Story Elevation Location XDir 1.3 XDir Criterio de Indice de
cm kN cm kN kN Aceptación Relación
ResultadosTABLE: Story Response 11 Modos TABLE: Story Response 2 Modo
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3.8 MODIFICACIONES Aunque aparentemente el modelo presenta buenas condiciones, los modos altos presentan gran importancia en el comportamiento de la estructura, por lo cual se debe ajustar el modelo con otros métodos dinámidos o un análisis cronológico.
3.9 CONCEPTO SOBRE EL NIVEL ESPERADO DE COMPORTAMIENTO
Se puede observar que el sistema de jerarquía de falla está claramente localizado entre las vigas de los muros, por lo cual posiblemente aumentando la capacidad de ductilidad de las vigas se pueda mejorar el comportamiento general de la estructura, permitiendo la mayor participación de las columnas, teniendo presente el diseño de los diafragmas y elementos secundarios.
3.9.1 NIVELES DE DESEMPEÑO
NIVELES DE DAÑO PARA MUROS
Generated Hinge Relative DistanceAbsolute Distance P M3 U1 R2 R3 Hinge State Hinge Status
cm kN kNcm cm rad rad
W15H14 0,5 162,5 4274,8526 1193,806 0,649 3,235E11 0,000003 B to C IO
W22H14 0,5 162,5 4180,2607 671,661 0,629 6,251E11 0,000015 B to C IO
W5H14 0,5 162,5 18167,0828 65206,605 0,564 1,252E10 0,002475 B to C LS
W6H14 0,5 162,5 18364,5682 45498,632 0,707 4,11E12 0,002878 B to C LS
W15H15 0,5 162,5 3992,7741 1396,34 0,581 2,961E11 0,000001 B to C IO
W22H15 0,5 162,5 4444,0315 917,128 0,694 3,225E11 0,00001 B to C IO
W13H15 0,5 162,5 5472,0613 723,915 0,603 0 0,000009 B to C IO
W5H15 0,5 162,5 18167,0842 55444,106 0,56 7,963E11 0,002037 B to C LS
W6H15 0,5 162,5 18780,8202 37483,638 0,757 2,733E12 0,002326 B to C LS
W19H16 0,5 162,5 14781,9414 54090,868 0,739 0 0,00515 B to C CP
W4H16 0,5 162,5 1334,6613 1880,152 0,942 1,016E11 0,000015 B to C IO
W15H16 0,5 162,5 3973,5858 1187,769 0,579 1,207E11 0,000007 B to C IO
W22H16 0,5 162,5 4726,0813 951,337 1,449 1,207E11 0,00001 B to C IO
W13H16 0,5 162,5 6387,6595 2610,459 1,123 0 0,000008 B to C IO
W20H16 0,5 162,5 1528,3609 4560,387 0,522 1,522E11 2,558E07 B to C IO
W5H16 0,5 162,5 18249,3062 57766,385 0,567 3,457E11 0,002174 B to C IO
W6H16 0,5 162,5 18994,7012 44533,245 1,371 3,895E12 0,005386 B to C CP
W8H16 0,5 162,5 4573,0057 947,333 0,871 2,332E11 0,00001 B to C IO
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3.9.2 ANÁLISIS DE RESULTADOS
El diseño elástico muestra una buena aproximación del comportamiento inelástico de la estructura donde el nivel de desempeño de los elementos en su mayoría se mantiene dentro del límite de seguridad a la vida definidos por ASCE 41-13.
El desplazamiento objetivo calculado en el sentido del periodo fundamental es menor al desplazamiento en cubierta del método lineal elástico en los dos sentidos, lo que nos muestra un comportamiento conveniente.
Debido a que los modos altos tienen una gran importancia en el comportamiento de la estructura no cumple con los criterios de aceptación del ASCE 41-13, por lo cual se recomienda realizar un análisis cronológico de la estructura para optimizar y comparar los resultados o igualmente utilizar otros métodos reglamentados como el N2.
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DOCUMENTOS DE REFERENCIA
1. AIS. Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR-10. AIS: Colombia, 2010.
2. Dinámica Estructural Aplicada al Diseño Sísmico, Luis Enrique García Reyes.
3. ASCE 7 -10 Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures. American Society of Civil Engineers.
4. ASCE 41-13, Seismic Evaluation and Retrofit of Existing Buildings.
5. Theoretical Stress-Strain Model for Confined Concrete, J.B. Mander, M.J.N. Priestley and R. Park, ASCE.
6. FEMA 440 - Improvement of nonlinear static seismic analysis procedures, NEHRP, Jun 2005.
7. Seismic Design of Cast-in-Place Concrete Diaphragms, Chord, and Collectors
8. NIST GCR 14-917-25 Recommendations for Seismic Design of Reinforced Concrete Wall Buildings Based on Studies of the 2010 Maule, Chile Eartquake, NEHRP
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ANEXOS
0 2 4
3
2
4
5
COLUMNA 34 35MPa 1578177.657.57
DADO 35 28MPa 915830.4381.60
LOSA 17 28MPa 3028970.1262.07
PANTALLA 8 28MPa 2080665.866.94
PILOTE 19 28MPa 1008715.420.30
VIGA 87 28MPa 3692022.1538.34
VIGUETA 14 28MPa 2419032.1007.93
TOTAL (kg): 150818116284.09 Las cantidades presentadas en esta tabla NO tienen en cuenta desperdicios de concreto, ni elementos no estructurales, es responsabilidad del constructor determinar la cantidad neta a solicitar en obra.
CANTIDADES DE ACERO DE REFUERZO
PESO (kg)MATERIAL LONGITUD (m)DIAMETRO
Malla6.5mm/6.5mm-150/150 5862.72165.95A497-60
5862.7TOTAL: (m²) (kg)2165.95 Las cantidades referenciadas en esta tabla NO tienen en cuenta desperdicios por cortes, es responsabilidad del constructor evaluar la cantidad neta a solicitar en obra
CANTIDADES DE ESTRUCTURA METALICA
0.0TOTAL: (kg) Las cantidades referenciadas en esta tabla NO tienen en cuenta desperdicios ni elementos extra determinados en conexiones, es responsabilidad del constructor elaborar las cantidades netas de obra sobre planos de taller e imprevistos presentados.
ESPECIFICACIONES TÉCNICAS Y DE DISEÑO SEGÚN NSR-10
PARÁMETROS DE EVALUACIÓN DINÁMICA EN LA ESTRUCTURA:
ZONA DE AMENAZA SÍSMICA: ALTA
TIPO DE ESTRUCTURA: PÓRTICO DE CONCRETO RESISTENTE A MOMENTOS
COEFICIENTE DE IMPORTANCIA II: 1.10
RANGO DE DISIPACIÓN DE ENERGÍA: ESPECIAL
DISEÑO DE CONCRETO SEGÚN ACI 318 - 08
CARGAS DE ANÁLISIS ESTRUCTURAL
VELOCIDAD DEL VIENTO = 100 Km/h
ESPECIFICACIONES DE MATERIALES
ACERO DE REFUERZO Fy = 420 MPa
D2 3700X2500
VC30 500X600
D1 2400X2400
VC38 500X600
D1 2400X2400
VC17 500X600
0,85
PROYECTO DE GRADO POSGRADO RICARDO CASTIBLANCO GONZÁLEZ Cod. 201221702 PLANO # 1 CONTINE : 3D - CANTIDADES Y PLANTA NE + 0.00
ENTREPISO PLANTA DE NIVEL NE+3.25 ESCALA: 1:150ES-02
0 2 4
6
K
J
I
D
3
0 2 4
VT35 160X650
VB8 200X650
C13 600X1400
C8 600X2100
PT1 D50 0
PT1 D50 0
PT1 D50 0
0, 95
PROYECTO DE GRADO POSGRADO RICARDO CASTIBLANCO GONZÁLEZ Cod. 201221702 PLANO # 2 CONTINE : PLANTA NE - 1.50, PLANTA NE +3.25
ENTREPISO PLANTA DE NIVEL NE+13.00 ESCALA: 1:150ES-03
0 2 4
2
4
0 2 4
1
2
4
5
6
K
I
C
0 2 4
VT26 160X650 VG510 500X650
C14 600X1800
VG 41
3 50
0X 65
0,36
PROYECTO DE GRADO POSGRADO RICARDO CASTIBLANCO GONZÁLEZ Cod. 201221702 PLANO # 3 CONTINE : PLANTA NE +9.75, PLANTA NE +13.00 Y ENTREPISO PISO TIPO
6, 35
4, 25
0 2 4
4, 90
P4 400X4900
PROYECTO DE GRADO POSGRADO RICARDO CASTIBLANCO GONZÁLEZ Cod. 201221702 PLANO # 4 CONTINE : ALZADO EJE 1 Y DETALLES
ALZADO EJE B ESCALA: 1:150ES-05
0 2 4
0 2 4
0 2 4
0,60 1,250,80
0, 45
0, 60
1, 50
0, 10
0, 60
P3 400X6100
C14 600X1800
P2 400X52100
PT 1
D 50
PT1 D50 0
PT1 D50 0
PROYECTO DE GRADO POSGRADO RICARDO CASTIBLANCO GONZÁLEZ Cod. 201221702 PLANO # 5 CONTINE : ALZADO EJES B Y C, DETALLES CIMENTACIÓN
D
0 2 4
NE+13.00
NE+13.00
0 2 4
7,80
3*6.5mm/6.5 mm-150/150 -2350/4150.0 8*6.5mm/6.5 mm-150/150 -2350/4150.0 29*6.5mm/6.5 mm-150/150 -2350/6000.0 5*6.5mm/6.5 mm-150/150 -2350/6000.0 7*6.5mm/6.5 mm-150/150 -2350/6000.0 2*6.5mm/6.5 mm-150/150 -2350/2300.0 3*6.5mm/6.5 mm-150/150 -2350/1450.0 1*6.5mm/6.5 mm-150/150 -2350/5650.0
7,80
0,30
0,30
9,49
7,80
2,10
P4 400X4900
VG506 500X650
VT1 160X650
VT1 160X650
VT1 160X650
6.5mm/6.5 mm-150/150 -2350/4150.0
18 6 - @ #6 200 L= 2.3 D400
21 10 - @ #5 200 L= 1.5
D5 2000X1200
PT2 D400 PT2 D400
PT2 D400 PT2 D400
PT2 D400 PT2 D400
3, 25
1, 50
PROYECTO DE GRADO POSGRADO RICARDO CASTIBLANCO GONZÁLEZ Cod. 201221702 PLANO # 6 CONTINE : ALZADO EJES 5, DETALLES DE LOSA Y CIMENTACIÓN
VCT
36#3 L=0.72m h=0.52 R131
50
A B C
2#6L=8.30 R135
2#6L=4.60 R88
2#5L=5.20 R57
2#5L=8.00 R14
2#5L=6.30 R8
20
2.04 2.75 1.70 2.24
VG501
b= 0.50 h=0.65
0.20 1.52 0.55 7.25 0.55 7.25 0.55 7.25 0.55 7.25 0.55 7.28 0.50 4.10 0.20 2.97 0.55
A B C D E F G
2.00 7.80 7.80 7.80 7.80 7.80 7.80
5#5L=6.00 R11
5#5L=9.00 R136
5#5L=8.50 R137
5#5L=8.30 R24
5#5L=8.30 R24
5#7L=8.00 R138
5#7L=9.00 R139
3#5L=8.60 R143
2#5L=4.30 R144
2#5L=8.50 R137
3#5L=8.30 R24
2#5L=8.40 R145
3#5L=8.50 R137
2#5L=8.40 R145
3#5L=8.30 R24
2#5L=8.30 R24
3#5L=8.20 R21
2#5L=8.60 R146
3#6L=9.00 R147
3#7L=9.00 R139
10#3T1c/15 9#3T1c/15
12#3T2c/28 9#3T2c/10 9#3T1c/15 9#3T1c/15 8#3T2c/10
4#3T2c/15
9#3T1c/15 30#3T1c/10
1.20 1.82 5.45 6.11 1.30 1.90 5.35 5.95 1.30 1.90 5.45 6.05 1.30 1.90 5.31 5.95 1.27 1.80 4.99 5.71 1.22 2.10 .97 1.92
2.85 3.52 3.42 4.05 3.53 4.13 3.41 4.03 2.87 3.91 2.04 2.51 3.09
VG502
b= 0.50 h=0.65
0.20 1.50 0.60 7.26 0.60 7.20 0.60 7.20 0.60 7.20 0.60 7.20 0.60 7.20 0.60 7.35 0.60
A B C D E F G H
2.00 7.86 7.80 7.80 7.80 7.80 7.80 -0.30 7.75
6#8L=7.20 R149
6#7L=9.00 R139
6#8L=8.80 R28
6#8L=9.00 R54
6#8L=9.00 R54
6#8L=8.50 R150
6#8L=9.00 R54
6#8L=8.00 R151
3#7L=8.60 R50
2#8L=5.20 R153
3#7L=9.00 R139
3#7L=8.70 R53
2#8L=9.00 R54
3#8L=9.00 R54
2#8L=9.00 R54
3#8L=9.00 R54
2#8L=9.00 R54
3#8L=9.00 R54
2#8L=9.00 R54
3#8L=9.00 R54
3#7L=9.00 R139
3#8L=9.00 R54
2#7L=8.80 R55
10#3T1c/15 10#3T1c/12.5 14#3T2c/10 7#3T2c/30 11#3T2c/10
10#3T1c/12.5
10#3T1c/12.5
12#3T2c/10
12#3T2c/10
12#3T2c/10
12#3T2c/10
12#3T2c/10
7#3T2c/30 12#3T2c/10 11#3T1c/12.5 9#3T1c/15 12#3T2c/10 8#3T2c/28 12#3T2c/10 9#3T1c/15
1.36 2.54 5.08 5.99 1.30 2.50 4.70 5.91 1.30 2.50 4.70 5.90 1.30 2.50 4.70 5.90 1.30 2.50 4.90 5.90 1.29 2.50 4.88 6.10 1.31 2.49 4.84 6.08
3.32 4.54 3.25 4.46 3.04 4.25 3.04 4.24 3.05 4.24 2.55 3.75 2.56 3.75 4.18
VG503
b= 0.50 h=0.65
0.60 7.31 0.60 7.20 0.60 7.20 0.60 7.20 0.60 7.20 0.60 7.30 0.60 6.82 0.50 4.60 2.10
B C D E F G H
.30 7.91 7.80 7.80 7.80 7.80 7.90 14.31
5#8L=5.70 R36
5#8L=8.70 R44
5#8L=9.00 R54
3#6L=5.00 R38
5#8L=8.80 R28
3#6L=5.00 R38
5#8L=8.40 R155
5#8L=9.00 R54
3#6L=5.30 R156
6#8L=8.10 R157
6#6L=8.00 R158
6#8L=5.10 R67
3#8L=7.00 R96
2#8L=3.70 R159
3#7L=9.00 R139
3#8L=9.00 R54
3#7L=8.90 R52
3#7L=9.00 R139
3#7L=9.00 R139
3#7L=9.00 R139
3#7L=9.00 R139
3#7L=9.00 R139
2#8L=9.00 R54
3#8L=9.00 R54
2#8L=9.00 R54
3#8L=8.80 R28
2#8L=8.50 R150
2#8L=6.30 R160
2#6L=5.90 R161
3#6L=4.70 R162
10#3T1c/12.5
10#3T1c/12.5
12#3T2c/10
12#3T2c/10
12#3T2c/10
12#3T2c/10
12#3T2c/10
10#3T1c/12.5
9#3T1c/15 12#3T2c/10 6#3T2c/28 12#3T2c/10 9#3T1c/15 9#3T1c/15 20#3T2c/10 9#3T1c/15
1.51 2.74 4.81 6.04 1.39 2.60 4.70 5.90 1.29 2.49 4.72 5.90 1.30 2.49 4.72 5.92 1.30 2.50 4.80 5.92 1.30 2.50 4.81 6.00 1.11 2.40 4.52 5.71 1.05 2.26 3.50
2.74 3.55 4.74 5.11 2.20 3.13 4.34 5.00 2.20 3.41 4.33 5.00 2.20 3.47 4.41 5.00 2.20 3.17 4.07 4.85 2.35 3.18 4.37 2.12 3.38 1.96 2.80
0.55 7.22 0.60 6.70 0.60 2.00 0.20
G H
7.80 9.79
T2
50
5.0 1a fila
5.0 2a fila
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H
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VG508
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VG509
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B C D E F G H I
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16
6 0
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42
10

memorias de análisis estructural

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