10 -diseño y cálculo estructural sismorresistente-mza - 1 nivel

8/4/2019 10 -Diseño y cálculo estructural sismorresistente-Mza - 1 nivel

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1

DISEÑO Y CÁLCULO

ESTRUCTURALSISMORRESISTENTE




2

MÉTODO ESTÁTICO

F F

El método estático consiste en

esquematizar la acción sísmica medianteun sistema de fuerzas horizontalesestáticas, proporcionales a las cargasgravitatorias.

W4

W3

W2

W1

WT

F s4

F s3

F s2

F s1

F = m x a




3

CONSIDERACIONES PARA LA APLICACIÓN DEL MÉTODOESTÁTICO

• La altura total de la estructura, medida a partir del

nivel basal no excederá de 14 m, ni el número depisos será superior a 4.

•

La estructura será de hormigón armadocolado in situ y estará formada por planosverticales sismorresistentes de alguno de lossiguientes tipos o por combinaciones deellos: pórticos, tabiques sismorresistentes ypórticos rigidizados por mampostería.

M 3

M 1

M 2

Y

X

V 1

V 2

V 3

V 4

V 5

L 1

L 2

P 2( 2 )P 1( 3 )

P 3( 2 )

1 4 m

N I V E L 1

N I V E L 2

N I V E L 3

N I V E L 4




4


• La configuración, tanto en planta como en elevación, debe ser regular.

• La configuración en planta debe ser compacta y aproximadamente simétricarespecto de dos ejes de simetría ortogonales.

C M = C R

T 1

T 2

T 3

T 4

T B

T A

T C

T D

N I V E L 1

N I V E L 2

N I V E L 3

N I V E L 4

X X

Y

Y




5


•Si la planta presenta entrantes, su dimensión total no

excederá el 25 % de la dimensión externacorrespondiente de la planta.

• La excentricidad entre el centro de masas yel de rigidez, no deberá exceder el 10 % de ladimensión externa correspondiente de la

planta del piso considerado.

Y

XM1 M2

MA MB

TC

M3

TD

P1

G

R 1 0 %

1 0 %

L x

L y




6


• La construcción no debe presentar variaciones bruscas de la planta entre niveles

sucesivos.

• Los centros de masas y de rigideces de todos los niveles deben encontrarseaproximadamente alineados en dirección vertical.• La distribución de masas, rigideces y resistencias, no debe cambiar bruscamente entreun piso y el sucesivo.

4 4 4 4 4

3

3

3

T 1 T 2 T 3 T 4

TA

TB

TD

TC

CR= CM




7


• La relación entre la altura total h de la construcción, y la menor dimensión b delrectángulo que circunscribe a la planta, no deberá ser mayor que 3.

T1 T2 T3 T4

TA

TB

TD

TC

CR=CM

9

Q4

Q3

Q2

Q1

2

h

b

•La relación entre la mayor y menor dimensión del rectángulo que circunscribe a la plantade la construcción, no deberá ser mayor que 2,3.

T 1 T2 T 3 T 4

TA

TB

TD

TC

C R = C M

b

a

3b

h≤

2,3b

a≤




8

DIRECCIONES DE ANÁLISISIDENTIFICACIÓN DE LOS ELEMENTOS ESTRUC.SISMORRESISTENTES

MC

TB

MA

MD

P3 ( 4 )

L1

L2

1 ,

2

2

C3 C4 4

2

C5 8

Y

X

P2 ( 3 )

P1 ( 2 )

3 ,

9

3 , 9

5 , 7

2 , 92 , 83 , 9

9 , 8

3

C1 C2

C6

C7 C8 C9

C G

5 , 9 0

Edificio de salones de oficinas privadas

C1-C2 : 30x 20 cmC4 : 40 x 20 cmresto : 20 x 20 cm

Fsx

2 . 6 0

0 , 7

Lx

2 . 6 0

0 , 7

Ly

Fsy

Fsx

2 . 6 0

0 , 7

Lx

2 . 6 0

0 , 7

Ly

Fsy

Sup: 63,20 m2g = 400 kg/m2p = 100 kg/m2

Fsx

Fsy




9

1 – CÁLCULO DE FUERZA SÍSMICA ACTUANTE

Q.CFs =

Fs = Fuerza sísmica aplicada a nivel delosa de la construcción.C = coeficiente sísmico de diseño.Q = Carga gravitatoria de la construcciónsobre el nivel de la base.

Q

Fs

s.e.d.CoC γ

Co: Coeficiente sísmico zonald: Coeficiente de destinoe: Coeficiente de estructuras: Coeficiente de influencia del terreno.




10

COEFICIENTE SÍSMICO ZONAL (C0)

Co = 0,30 Zona de elevado riesgo sísmico: Capital y departamentos de Las Heras, Guaymallén,Godoy Cruz, Maipú, Luján Tupungato, Junín, Rivadavia, San Martín y el sector de lavalleal Oeste de las vías del ferrocarril Gral. Belgrano.

Co = 0,15Zona de riesgo sísmico intermedio: Territorio provincial no incluido en la zona deelevado riesgo sísmico.

CIRSOC 103CCSR – MENDOZA`87

s.e.d.CoC γ




11

COEFICIENTE DE DESTINO ( d)γ

d = 2,0

Grupo AE: Construcciones, instalaciones y equipamientos en las que el colapso total o parcial podría generar acciones catastróficas sobre poblaciones importantes (sectores y componentes altamente radiactivos deinstalaciones nucleares de potencia mayor de 20 MW), depósitos de gases o líquidos inflamables, embalses dealtura mayor de 40 M o capacidad mayor de 200 HM3).La inclusión en este grupo de una construcción, componente, instalación o equipamiento deberá ser consideradapor el Con-sejo del Código de Construcciones Sismo-Resistentes, a solicitud de la Repartición o Empresaresponsable de su habilita-ción.

d = 1,4

- Grupo A: Construcciones e instalaciones en las que se desarrollan fun-ciones que son esencialesinmediatamente de ocurrido un terremoto (hospitales, salas de primeros auxilios, estaciones de bomberos,

televisión, centrales telefónicas, oficinas de correo, etc. ). _ Construcciones en las que el colapso tiene grave repercusión (edificios públicos de dependencias nacionales,provinciales o Municipales, edificios educacionales: escuelas, colegios, universidades, etc.).- Construcciones de uso público con ocupación superior a 100 personas y superficie cubierta mayor de 200 m2(templos, estadios, cines, teatros, terminales y estaciones del transporte de pasajeros, grandes comercios, etc.). _Construcciones con contenido de gran valor (Museos, bibliotecas públicas) o de gran importancia pública(centrales de bombeo, centrales eléctricas).Construcciones de infraestructura de importancia pública no incluidas en el grupo AE (puentes y obras de arte deVías de comunicación primarias o únicas vías de acceso a áreas pobladas por más de 10000 habitantes, diques,etc.). Construcciones cuyo colapso pueda afectar a otra incluida en el grupo AE.

d = 1,0Grupo B: Construcciones destinadas a vivienda unifamiliar o multifamiliar, hoteles, comercio e industrias oconstrucciones del grupo C cuya falla afecte a otra del grupo A.Construcciones de infraestructura no incluidas en el qrupo A.

d = 0,8Grupo C: Construcciones e instalaciones industriales aisladas, con ocupación inferior a 10 personas y cuya fallano afecte a población o a construcciones del grupo A (depósitos vitivinícolas o similares, establos, silos, casillasaisladas, etc.).

s.e.d.CoC γ




12

COEFICIENTE DE ESTRUCTURA ( e)γ

vi = 1,00

Estructura con buena vinculación interna: Cuando en los distintos agrupamientos demasas existen diafragmas (ej. losas) que vinculan los componentes y sistemas sismo-resistentes y estos diafragmas pueden transmitir y redistribuir fuerzas en su plano

durante el terremoto con deformaciones menores que las de los sistemas conectados enel lugar de conexión, de tal modo que la falla de un componente o sistema aislado noproduce el colapso local o general de la construcción.

vi = 1,15

Estructura con vinculación interna parcial: Cuando los distintos agrupamientos demasas están conectados con los sistemas sismo-resistentes por vinculaciones quepueden transmitir y redistribuir parcialmente fuerzas en su plano, o bien sólo son capacesde vinculación en una direc-ción (ej. riostras o bielas en tracción-compresión). En general

cuando la falla de un componente o sistema puede ori-ginar el colapso local) o por lomenos deformaciones locales muy grandes (del orden de las dimensiones de la sección).

vi = 1,30

Estructura internamente desvinculada: Estructura con sus componentes o sistemassismo-resistentes completamente desvinculados entre sí, en uno o en dos senti-dos de ladirección considerada para la acción sísmica (Ej. tensores) .Estructuras con un único sistema sismo - resistente (chimeneas, torres y tanques nosustentados por otras construcciones, muros de sostenimiento), o con un componente

que soporta más del 80 % de la acción sísmica en la construcción.

COEFICIENTE DE VINCULACIÓN ( VI)γ

.duvie

γ=

s.e.d.CoC γ




13

COEFICIENTE DE ESTRUCTURA ( e)γ

COEFICIENTE DE DUCTILIDAD ( du)γ

. duvie γ=

du = 0,85Estructura muy dúctil: compuesta exclusivamente por pórticos sismo -resistentes de hormigón armado o acerocon nudos. vigas y columnas con gran ductilidad por flexión y cuando se adoptan disposiciones para favorecer laformación de rótulas plásticas en las vigas.

du =1,00

Estructura dúctil: compuesta exclusivamente por:

- Pórticos sismo-resistentes de hormigón armado o de acero o de madera) con nudos, vigas y columnas conductilidad por flexión.-Tabiques sismo-resistentes de hormigón armado acoplados entre sí ;o con columnas por vigas dúctiles.

du =1,15

Estructura semi - dúctil: Compuesta exclusivamente por:- Tabiques sismo - resistentes de hormigón armado.- Columnas de hormigón armado o acero (a flexo compresión) sin integrar pórticos, a las que sus vínculos lesimpiden los giros en uno o dos de sus extremos.- Estructuras de acero con triangulaciones de rigidización.- Estructuras sismo-resistentes con componentes pretensados.- Estructuras sismo-resistentes de madera no aporticadas.

du =1,30Estructura con baja ductilidad: Compuesta exclusivamente por:- Muro sismo -resistentes de mampostería de ladrillos o de piedras canteadas o de hormigón simple.- Estructuras de hormigón armado con triangulaciones de rigidización.

du =1,50Estructura semi –frágil: Compuesta exclusivamente por:- Muros sismo-resistentes de mampostería de ladrillo aligerado o de bloques de hormigón.- Sistemas de hormigón armado en estados límite por tensiones de corte (ej. "columna corta").

du =1,80 Estructura frágil: Compuesta exclusivamente por muros sismo-resistentes de la-drillos huecos o de piedra no

canteada asentada con mortero.

X

Y

s.e.d.CoC γ




14

COEFICIENTE DE INFLUENCIA DEL TERRENO (s)

Se considera como terreno que transmite el movimiento sísmico a la construcción, al

comprendido en un espesor de 6 m, ubicado inmediatamente bajo el nivel inferior de bases oplateas.

smáx.=0,80

Terrenos tipo 1: Terrenosfirmes: Rocas o gravascompactas.

smáx.=

1,00

Terrenos tipo 2: Terrenos

medios.smáx.=

1,20Terrenos tipo 3: Terrenosblandos: Suelos granulares,arcillosos, limosos.

s.e.d.CoC γ

Para la evaluación de la influencia delterreno en la respuesta de la construcción,se definen tres tipos de terrenos, a los quese asignan los correspondientes valores

del coeficiente de influencia s




15

FUERZA SÍSMICA (Fs)

Q.CFs=

s.e.d.CoC γ0,391.1,3)..(11.0,30C

0,301.1)..(11.0,30C

y

x

==

==

p.PGQ +=

G: Carga permanente. Peso propio de loselementos que conforman la estructura.P: Carga accidental o sobrecargap: Coeficiente de participación de sobrecargaaccidental.

?




16

CARGA GRAVITATORIA (Q)

p.PGQ+=

G: Carga permanente. Peso propio de loselementos que conforman la estructura.

P: Carga accidental o sobrecargap: Coeficiente de participación de sobrecargaaccidental.

superiores vigasPeso

murosdepeso1/2columnasdepeso1/2losa)lade(pesoLG

+

+++=

Pero para el cálculo de edificios de viviendas de hasta 300 m2 o 400 m2, estaecuación puede simplificarse de la siguiente manera:

1,8 xlosasup. x)sobrecarga sin losa de(pesogG =

t45.501.8xm63.20x

m

t0.40 G 2

2==

Q

Fs




P (azotea inaccesible) según CIRSOC 101 = 100 kg /m2 = 0,1t/m2

17

CARGA GRAVITATORIA (Q)

p.PGQ+=

G: Carga permanente. Peso propio de loselementos que conforman la estructura.

P: Carga accidental o sobrecargap: Coeficiente de participación de sobrecargaaccidental.

COEFICIENTE DE PARTCIPACIÓN DE SOBRECARGA ACCIDENTAL (p)

p = 0 Para azoteas y techos inaccesibles.

p = 0,25Para locales donde no es usual la aglomeración de personas o cosas (Edificios dedepartamentos u oficinas, hoteles)

p = 0,50Para locales donde es usual la aglomeración de personas o cosas (templos, bibliotecas,archivos, museos, cines, teatros)Para sobrecarga de nieve

p = 1,00 Tanques de agua, silos.

t45,500.0,1t45,50Q=+=

p.PGQ +=




18

FUERZA SÍSMICA (Fs)

Q.CFs=

s.e.d.CoC γ0,391.1,3)..(11.0,30C

0,301.1)..(11.0,30C

y

x

==

==

p.PGQ += Q = 45,50 t

t17,75t45,50x0,39Q.CFs

t13,65t45,50x0,30Q.CFs

yy

xx

===

===

Q=45,50t

Fsx=13,65t

Q=45,50t

Fsy=17,75t

Dirección x – x Dirección y - y




19

W4

W3

W2

W1

WT

F s4

F s3

F s2

F s1

V o

La fuerza sísmica calculada, se encuentra aplicadaen el baricentro de la planta a nivel de diafragma.Por esto es necesario ubicar dicho centro degravedad.

Para encontrar G, se aplica el Teorema deVarignon que dice que: “El momento de laresultante es igual a la suma de losmomentos de las fuerzas”.

G (xG ,yG)

ΣAi

dx.ΣAiXG =

ΣAi

dy.ΣAi YG =

El centro de masas es el baricentro de las cargas gravitatorias operantes.

2 – DETERMINACIÓN DEL CENTRO DE GRAVEDAD (G)




20

m5,61m63,19

m354,50

ΣAi

dx.ΣAiX 2

2

G = m3,5163,19m

221,58m

ΣAi

dy.ΣAi Y 2

2

G =

Y

X

G ( 5 , 6 1 ; 3 , 5 1 )

A 1

A 2

5 . 9 0

3 , 9

9 , 8

4 , 1

4 , 9

6 , 8 5

2 , 0

5

6 , 0

5

Área x (m) y (m) A (m2) dx (m) A . dx dy (m) A . dy

A1 5,90 3,90 23,01 6,85 157,62 6,05 139,21

A2 9,80 4,10 40,18 4,90 196,88 2,05 82,37

63,19 354,50 221,58




21

3 - DETERMINACIÓN DE LAS RIGIDECES DE LOSPLANOS VERTICALES

RIGIDEZEs la capacidad de

resistencia de los materialesa la deformación.

RESISTENCIA

Es la capacidad deresistencia de los materiales

a la rotura.

≠

La fuerza sísmica se distribuye en los elementos resistentes, de acuerdo a su rigidez. Ladeterminación de rigideces de los planos verticales sismorresistentes, se realizaráadmitiendo un comportamiento elástico lineal.

LA RIGIDEZ ES INVERSAMENTE PROPORCIONAL A LA DEFORMACIÓN.

El centro de rigidez es el punto de un nivel o planta en el que aplicando una

fuerza horizontal cualquiera como acción única, sólo produce una traslacióndel nivel.




22

DETERMINACIÓN DE LAS RIGIDECES DE LOS PLANOSVERTICALES

T

1R

∆=

A

H .β

A.G

H.P

2

3Δ

J

H .αJ.E.3

H P. Δ

ΔΔΔ

c

33

f

cf T

=

=

+

Deformación por flexión

Deformación por corte

Deformacióntotal

Tabiques y columnas de H° A Muros de mampostería

1,67 20

15 180




23

DETERMINACIÓN DE LAS RIGIDECES DE LOS PLANOSVERTICALES

A

H

βJ

H

.αΔ

3

T+ P=.......t

H

MC

TB

MA

MD

P3 ( 4 )

L1

L2

1 , 2

2

C3 C4 4

2

C5 8

Y

X

P2 ( 3 )

P1 ( 2 )

3 , 9

3 , 9

5 , 7

2 , 92 ,83 ,9

9 , 8

3

C1 C2

C6

C7 C8 C9

5 , 9 0

R P1(2) = RC1 + RC2 = 0,000152 + 0,000152 = 0,000304

R P2(3) = RC3 + RC4 + RC5 = 0,000045 + 0,000357 +0,000045

R P2(3) = 0,000447

R P3(4) = RC6 + RC7 + RC8 + RC9 = 0,000036 . 4 =0,000180

Dir. Elem H E(dm)

L(dm)

Área(dm2)

J(dm4)

H3/ J f H/A c T RUNIT

X

C1-2 26 2 3 6 4.5 1,67 3906 6522 15 4.33 65 6587 1.518-4

C4 26 2 4 8 10.67 1,67 1647.8 2752 15 3.25 48.75 2801 3.570-4

Ci 26 2 2 4 1.333 1,67 13182 22014 15 6.5 97.5 22111 0.450-4

Dir. Elem HE

(dm)L

(dm)Área(dm2)

J(dm4)

H3/ Jf

(dm) H/A

c(dm)

T(dm)

R

Y

MA 26 2 30 60 4500 20 3.90 78.11 180 0.433 77.94 156.05 64.00-4

TB 26 1.5 12 18 216 1,67 81.37 135.89 15 1.444 21.67 157.6 63.50-4

MC 26 2 20 40 1333 20 13.18 263.6 180 0.65 117 380.6 26.30-4

MD 26 2 20 40 1333 20 13.18 263.6 180 0.65 117 380.6 26.30-4




24

4 - DETERMINACIÓN DEL CENTRO DE RIGIDEZ ( R )

Rx

RxR

Ry

Ry

R

ΣR

y.ΣRy

ΣR

x.ΣRX =

m4,52

5,17

m23,359ym4,28

100,06

m 428,12X RR ====

R (xR ,

yR)

Dir. Elem Rx Rx-n RRx y (m) RRx . y yR

X

P1(2) 3,036-4 3.036 1.687 7.90 13.327

4,52

P2(3) 4,470-4 4.47 2.483 4.00 9.932

P3(4) 1,800-4 1.8 1 0.10 0.100

5.1723.359

Dir. Elem Ry Ry-n RRy x (m) RRy. x xR

y

MA 64.00-4 64 35.56 0.10 3.556

4,28

TB 63.50-4 63.5 35.28 4.00 141.12

MC 26.30-4 26.3 14.61 9.70 141.72

MD 26.30-4 26.3 14.61 9.70 141.72

100.06

428.12




25

CENTRO DE RIGIDEZ 0 DE GIRO ( R )

MC

TB

M A

MD

P3 ( 4 )

C3 C4 C5

Y

X

P2 ( 3 )

P1 ( 2 )

C1 C2

C6

C7 C8 C9

G ( 5 , 6 1 ; 3 , 5 1 )

4 , 2 8

4 ,

5 2

R ( 4 , 2 8 ; 4 , 5 2 )

5 , 6 1

3 , 5

1




26

5 - EXCENTRICIDADES REALES O ESTÁTICAS ( e ) Y EXCENTRICIDADES DE CÁLCULO ( eo)

m1,01m4,52m3,51 Y Yey

m1,33m4,28m5,61X-Xex

RG

RG

−=−=−=

=−==

)l0,15e(e

)l0,15e(e

YX0Y

XX0X

±=

±=

m2,21- 8.0,15-1,01-)l0,15(ee

m0,198.0,15-1,01)l0,15(ee

m0,14-9,8.0,15-1,33)l0,15e(e

m 2,819,8.0,151,33)l0,15e(e

Y Y02Y

Y Y01Y

XX02X

XX01X

==−=

=+=+=

==−=

=+=+=

MC

TB

M A

MD

P3(4)

C3 C4 C5

Y

X

P2(3)

P1(2)

C1 C2

C6

C7 C8 C9

G(5,61; 3,51)

4,28

4 , 5

2

R (4,28; 4,52)

MC

TB

M A

MD

P3(4)

1 , 2

2

C3 C4 C5

Y

X

P2(3)

P1(2)

3

C1 C2

C6

C7 C8 C9

G(5,61; 3,51)

4 , 5

2

R(4,28; 4,52)

1,334,28

1 , 0

1

5,61 3 , 5

1




27

6 - MOMENTOS TORSORES

e.FsMt =

7 - DISTRIBUCIÓN DE FUERZA SÍSMICA




28

DISTRIBUCIÓN DE FUERZA SÍSMICA

RRX dyi RRX . dyiRRX .

dy2kc kT Fc Ft1 Ft2 Ft3 Ft4 Fsmáx

X

P1(2) 1.687 3.38 5.702 19.273 0.326 0.0038 4.45 0.0098 -0.11 0.19 -0.009 4.46

P2(3) 2.483 -0.52 -1.291 0.657 0.481 -0.00087 6.57 -0.0023 0.03 0.04 0.002 6.60

P3(4) 1 -4.42 -4.420 19.536 0.193 -0.003 2.63 -0.0078 0.09 0.15 0.008 2.72

5.17 0.009 + 1 0 13.65

RRY dxi RRY . dxiRRY .dx2

kc kT Fc Ft1 Ft2 Ft3 Ft4 Fsmáx

Y

MA 35.56 -4.15 -147.57 612.43 0.355 -0.099 6.30 -0.25 2.98 -4.94 0.25 6.55

TB 35.28 -0.25 -8.81 2.20 0.353 -0.0059 6.27 -0.015 0.19 -0.29 .015 6.29

MC 14.61 5.35 78.16 418.17 0.146 0.052 2.59 0.13 -1.57 2.59 -0.13 5.18

MD 14.61 5.35 78.16 418.17 0.146 0.052 2.59 0.13 -1.57 2.59 -0.13 5.18

100.06 1 0 17.75

1490.43




29

9 - INCREMENTO SÍSMICO

Is = .... t t

Fsy = 22,50 t

Is = .... t 2 .

8 0

0 ,

7

L

El incremento sísmico es la cupla de fuerzas que reemplaza al momento

producido por la fuerza sísmica.

FsmáxH muro + H

cimientMv (tm) L (m) Is (kg)

Y

MA 6.55

3,30

21,42 3,00 7,14

TB 6.29 3,30 20,72 1,20 17,16

MC 5.183,30

17,16 2,00 8,58

MD 5.183,30

17,16 2,00 8,58




30

FIN

10 -diseño y cálculo estructural sismorresistente-mza - 1 nivel

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