ANALISIS ESTRUCTURAL

502549 CRISTIAN D. CARDENAS ROMERO

502753 WILSON GALVIS ROJAS

502809 LEONEL ORDUÑA CAMACHO

CARGAS MUERTAS

DEFINICION

La carga muerta cubre todas las cargas de elementos permanentes de construcción incluyendo su estructura, los muros, pisos, cubiertas, cielos rasos, escaleras, equipos fijos y todas aquellas cargas que no son causadas por la ocupación y uso de la edificación.

MASAS Y PESOS DE LOS MATERIALES

Al calculo de las cargas muertas se utilizan las densidades de masa reales en kg/m3 que al multiplicarlo por la gravedad se obtienen valores de peso en N/m 3.

CARGAS MINIMASSon cargas como fachadas, cielo rasos, cubierta de pisos, paredes, materiales almacenables. Se

aconseja utilizar pesos específicos que utiliza el fabricante.ELEMENTOS NO ESTRUCTURALES

ELEMENTOS NO ESTRUCTURALES HORIZONTALES

Dimensiones verticales inferiores que los horizontales que se encuentran anclados o soportados en la losa o cubierta de la edificación Para diseño se consideran cargas uniformes verticales por unidad de área de superficie o proyección horizontal.

ELEMENTOS NO ESTRUCTURALES VERICALES

Se encuentran soportados libremente a elementos verticales y anclados a las losas de entrepiso: Fachadas, muros no estructurales, enchapes ornamentación arquitectónica etc. Para diseño se consideran como cargas concentradas o distribuidas por unidad de superficie.

VALORES MÍNIMOS ALTERNATIVOS PARA CARGAS MUERTAS DE ELEMENTOS NOESTRUCTURALES

En edificaciones con alturas entre pisos terminados de 3m se pueden utilizar los valores mínimos de carga muerta en Kn/m2 de área horizontal en planta según el tipo de ocupación que e le desee a la estructuras.

EQUIPOS FIJOS

Se deben incluir la masa correspondiente a los equipos fijos que apoyen elementos estructurales como: bombas hidráulicas, transformadores, equipos de aire acondicionado y ventilación y otros.

CARGAS VIVAS

DEFINICION

Son aquellas producidas por el uso y ocupación de la edificación y no deben incluir cargas ambientales tales como viento y sismo. Para arreglos de fachas los trabajadores también hacen parte de las cargas vivas.

CARGAS VIVAS EN LAS CUBIERTAS

Materiales, equipos y trabajadores utilizados en el mantenimiento de la cubierta

Causados por objetos móviles, materas, elementos de decoración y personas que tengan acceso a ellas.

CARGAS VIVIAS REPARTIDAS UNIFORMEMENTELas cargas vivas que se utilicen en el diseño tienen que ser las máximas cargas que se esperan ocurran en la edificación. No pueden ser menores que las cargas vivas mínimas.

EMPUJE EN PASAMANOS Y ANTEPECHOS

Las barandas, pasamanos de escaleras y balcones deben diseñarse para que resistan una fuerza horizontal de 1.00 kN/m aplicada en la parte superior. Para viviendas unifamiliares la carga es de 0.4 kN/m y para coliseos y estadios no será mínima de 2.5 kN/m. Los sistemas de barreras para vehículos deben diseñarse para resistir una carga de 30 kN/m aplicada en cualquier dirección a sistema de barreras

CARGA PARCIAL

Se da cuando la luz de un elemento esta cargada parcialmente con la carga viva de diseño produciendo un efecto mas desfavorable que si estuviera en su totalidad.

IMPACTO

Cuando la estructura esta sometida a cargas vivas de impacto, esta carga debe incrementarse para efectos de diseño en los siguientes porcentajes:

• Soportes de Elevadores y Ascensores, ............................................................................. 100%

• Vigas de puentes grúas con cabina de operación y sus conexiones, ................................. 25%

• Vigas de puentes grúas operados por control remoto y sus conexiones, ........................... 10%

• Apoyos de maquinaria liviana, movida mediante motor eléctrico o por un eje, ................... 20%

• Apoyos de maquinaria de émbolo o movida por motor a pistón, no menos de ................... 50%

• Tensores que sirvan de apoyo a pisos o balcones suspendidos y escaleras, .................... 33%

REDUCCIÓN DE LA CARGA VIVA

REDUCCIÓN DE LA CARGA VIVA POR ÁREA AFERENTE

Área de influencia >= 35 m2 y carga viva entre (1.8-3) kN/m2 la carga se reduce con la ecuación:

Nota: *La carga reducida no puede ser menor que el 50% de la carga sin reducir en elementos que soporten 1 piso ni de 40% en los que soporten 2.

• El área de influencia es el área de los paneles adyacentes al elemento considerado así:

VIGAS CENTALES Ai: De 2 paneles

VIGAS DE BORDE Ai:1 panel

COLUMNAS CENTRALES Ai:4 paneles

COLUMNAS DE BORDE Ai:2 paneles

CALOUMNAS DE ESQUINA Ai:1 panel

Para las estructuras de mas de 1 piso se suman las áreas.

REDUCCION POR NUMERO DE PISOS

En edificios de 5 pisos o mas la carga viva para diseño de columnas y cimentacion puede tomarse como la suma de CV multiplicadas por el coeficiente r.

i=Numero de pisos donde se aplica r

n= Numero de pisos del edificio

PUENTES GRUA

En diseño de las vigas carrilera de estos puentes se toma en cuenta una FH equivalente a no menos del 20% de la suma de los pesos de la grúa y la carga a elevar colocada en la parte superior de los rieles.

EFECTOS DINAMICOS

Las edificaciones expuestas a excitaciones dinámicas como coliseos, estadios, etc., deben diseñarse de manera que tengan frecuencias naturales verticales o superiores a 5Hz( P.N.V menores de 0,2 s)

CARGAS DE EMPOZAMIENTOS DE AGUA Y DE GRANIZO

En cubiertas se debe tener en cuenta ya que el empozamiento se forma por la obstrucción de los drenajes de la cubierta el cual ocurre debido a residuos, hojas de arboles o granizo. La identificación del empozamiento se identifica:

• Toda cubierta debe tener sistemas de excavación de excesos de agua como: Gárgolas, rebosaderos u otros implementos que impidan empozaminetos.

• La carga de empozamiento de agua se identifica según el nivel de agua que pueda contener los sistemas auxiliares de excavación.

CARGAS DE EMPOZAMIENTOS DE AGUA

• El diseño hidráulico de la edificación debe contener los sistemas de drenaje de la cubierta y los de excavación de agua y este definirá el volumen que puede acumularse para después evacuar con el auxiliar de excavación.

• Después del diseño hidráulico el estructural definirá las cargas causadas por el volumen del agua y su distribución a los elementos estructurales de la cubierta para que estos no fallen en ningún sitio

CARGAS DE GRANIZO

• Se debe tener en cuenta esta carga en países que cuenten con mas de 2000 m de altura sobre el nivel del mar o donde la autoridad lo exija. Donde se vaya a utilizar esta carga debe tener en cuenta un valor de 1.0 kN/m2 y para cubiertas con inclinaciones de 15° reduce a 0,5 kN/m2

• BOGOTA 3 DE NOVIEMBRE DE 2007

CARGAS DE VIENTO

PROCEDIMIENTOS PERMITIDOS

Método 1: Procedimientos simplificados para los edificios que cumplan los requisitos que cumplan con el sistema simplificado.

• METODO ANALITICO

• P=Presion de diseño

• G=Factor de ráfaga

• Gp=Coeficiente de presión externa

• qi=Presion para la velocidad

• Cpi= Producto coeficiente de presión interna

COMBINACIONES DE CARGA• COMBINACIONES DE CARGA POR METODO DE ESFUERZOS DE TRABAJO O VERIFICACIONES DE ESTADO

LIMITE DE SERVICIO

Todos los elementos con excepción de la madera y guadua se diseñan por el método de la resistencia y por lo tanto los materiales de la siguiente tabla no son aplicables a los materiales prescritos en el reglamento y no se utiliza. Para esos casos se incluye el método de esfuerzos admisibles y se aplica según reglamento.

• COMBINACIONES MAYORADAS UTILIZANDO METODO DE LA RESISTENCIA

El diseño de las estructuras, sus componentes o cimentaciones deben hacerse de tal manera que sus resistencias igualen o superen a las cargas mayoradas en las siguientes combinaciones:

NOTA

• Se permite reducir el valor a 0.5 de L, excepto en los lugares públicos de reuniones donde e L0 sea superior a 4.8 kN/m2.

• Cuando las cargas de viento no tengan direccionalidad se permite reducir a 1.3W en lugar de 1.6W

• Los efectos de impacto deben ser tenidos en cuenta en la carga viva L.

• El valor de H debe ser igualado cuando la combinación esta erguida a W y E y se debe incluir la resistencia del diseño.

DIAFRAGMA

• Un diafragma es un elemento tridimensional que recibe la solicitación en un “plano” uniaxial que es uno de los de mayor rigidez.

• DIAFRAGMA RIGIDO

Un diafragma rígido es el que se considera que solo se desplaza en dos direcciones que son las de sus dimensiones grandes

• El diafragma flexible en cambio puede curvearse.

• -El diafragma rígido al desplazarse puede trasmitir el desplazamiento a otros elementos como muros los cuales lo harán todos a la vez y de igual forma.

• -El Diafragma flexible al curvearse tiene diferentes desplazamientos, deformaciones y rotaciones lo cual complica el análisis. También al ser poco rígido no es capaz de transmitir con eficiencia las solicitaciones.

• Cuando el diafragma es rígido todas las transferencias de cargas ocurren en función de las rigideces de los elementos portantes.

• cuando diafragma es flexible las deformaciones que ocurren

en el, no garantizan esa repartición que se logra de forma periférica en los elementos verticales relativamente rígidos.

Movimientos sísmicos de diseño

se mantienen en el mismo nivel de probabilidad de excedencia (una probabilidad de excedencia de 10% en un lapso de cincuenta años) pero ahora se definen por medio de dos parámetros, Aa y Av, a diferencia del Reglamento NSR-98 donde solo se definían por medio del parámetro Aa. La razón para este cambio es una mejor descripción de los efectos de atenuación de las ondas sísmicas en el territorio nacional tal como se ha establecido del estudio de los registros acelerográficos obtenidos en sismos fuertes con posterioridad a la última actualización de la NSR en 1998. El parámetro Aacaracteriza los movimientos sísmicos del terreno causados por sismo relativamente cercanos en el rango de períodos de vibración de las edificaciones comprendido entre 0.1 y 0.5 s lo cual corresponde en general a edificaciones entre uno y cinco pisos de altura. El parámetro Av caracteriza los movimientos sísmicos de sismos fuertes ocurridos a distancia moderadas a través de períodos de vibración de aproximadamente 1 s, lo cual corresponde a edificaciones de 10 pisos o más.

ESPECTRO DE DISEÑO

a)Espectro de aceleraciones

b)Espectro de velocidades

c)Espectro de desplazamientos

Nomenclatura

• Sa = valor del espectro de aceleraciones de diseño para un período de vibración dado. Máxima aceleración horizontal de diseño, expresada como una fracción de la aceleración de la gravedad, para un sistema de un grado de libertad con un período de vibración T .

• TC = período de vibración, en segundos, correspondiente a la transición entre la zona de aceleración constante del espectro de diseño, para períodos cortos, y la parte descendiente del mismo.

• TL = período de vibración, en segundos, correspondiente al inicio de la zona de desplazamiento aproximadamente constante del espectro de diseño, para períodos largos.

• Sv = valor del espectro de velocidades de diseño para un período de vibración dado. Máxima velocidad horizontal de diseño, expresada en m/s, para un sistema de un grado de libertad con un período de vibración T.

• Sd = valor del espectro de desplazamientos de diseño para un período de vibración dado. Máximo desplazamiento horizontal de diseño, expresado en m, para un sistema de un grado de libertad con un período de vibración T.

Espectro de aceleraciones

• La forma del espectro elástico de aceleraciones, Sa expresada como fracción de la gravedad, para un coeficiente de cinco por ciento (5%) del amortiguamiento crítico, que se debe utilizar en el diseño

Espectro de velocidades

• La forma del espectro elástico de velocidades en m/s, para un coeficiente de cinco por ciento (5%) del amortiguamiento crítico, que se debe utilizar en el diseño.

Espectro de desplazamientos

• La forma del espectro elástico de desplazamientos en m, para un coeficiente de cinco por ciento (5%) del amortiguamiento crítico, que se debe utilizar en el diseño

Métodos de análisis

• Se reconocen los siguientes métodos de análisis del sistema de resistencia sísmica para efectos de su diseño:

(a) Método de la fuerza horizontal equivalente,

(b) Métodos de análisis dinámico elástico

(c) Métodos de análisis dinámico inelástico

(d) Método de análisis no lineal estático de plastificación progresiva

Nomenclatura

• Vs = cortante sísmico en la base, para las fuerzas sísmicas.• M = masa total de la edificación — M debe ser igual a la masa total de la

estructura más la masa de aquellos elementos tales como muros divisorios y particiones, equipos permanentes, tanques y sus contenidos, etc.

• En depósitos o bodegas debe incluirse además un 25 por ciento de la masa correspondiente a los elementos que causan la carga viva del piso.

• Fi , Fx = fuerzas sísmicas horizontales en los niveles i o x respectivamente.• Cvx = coeficiente definido• Vs = cortante sísmico en la base, para las fuerzas sísmicas.• mi , mx = parte de M que está colocada en el nivel i o x respectivamente• hi , hx = altura en metros, medida desde la base, del nivel i o x .

Método de la fuerza horizontal equivalente

-El cortante sísmico en la base, Vs, equivalente a la totalidad de los efectos inerciales horizontales producidos por los movimientos sísmicos de diseño, en la dirección en estudio, se obtiene por medio de la siguiente ecuación:

Vs = Sa g M

El valor de Sa en la ecuación anterior corresponde al valor de la aceleración, como fracción de la de la gravedad, leída en el espectro sísmico.

- La fuerza sísmica horizontal, Fx , en cualquier nivel x , para la dirección en estudio, debe determinarse usando la siguiente ecuación:

Donde k es un exponente relacionado con el período fundamental, T , de la edificación de la siguiente manera:

(a) Para T menor o igual a 0.5 segundos, k = 1.0

(b) Para T entre 0.5 y 2.5 segundos, k =0.75 + 0.5T

(c) Para T mayor que 2.5 segundos, k =2.0

Método del análisis dinámico elástico

Debe utilizarse el método del análisis dinámico elástico en todas las edificaciones que no estén cubiertas, incluyendo las siguientes:(a) Edificaciones de más de 20 niveles o de más de 60 m de altura(b) Edificaciones que tengan irregularidades verticales de los tipos 1aA, 1bA, 2A y 3.(c) Edificaciones que tengan irregularidades (d) Edificaciones de más de 5 niveles o de más de 20 m de altura, localizadas en zonas de amenaza sísmica alta, que no tengan el mismo sistema estructural en toda su altura(e) Estructuras, regulares o irregulares, localizadas en sitios que tengan un perfil de suelo D, E o F y que tengan un período mayor de 2TC. En este caso el análisis debe incluir los efectos de interacción suelo-estructura, cuando se realice un análisis de la estructura suponiéndola empotrada en su base.

Método del análisis dinámico inelástico

Puede utilizarse el método del análisis dinámico inelástico en aquellos casos que a juicio del ingeniero diseñador, se presenten variaciones en la capacidad de disipación de energía en el rango inelástico que solo sea posible identificar por este procedimiento. Los diseños realizados por esta metodología deben revisarse por dos profesionales, independientes del diseñador estructural, que cumplan los requisitos de idoneidad requeridos para revisores de diseños estructurales como lo prescribe la Ley 400 de 1997, quienes suscribirán un memorial en que se indique taxativamente que los procedimientos empleados consultan las mejores metodologías que se disponga sobre estos procedimientos y que la edificación así diseñada tiene resistencia y expectativas de comportamiento similares a los de una edificación diseñada por los otros métodos permitidos por el Reglamento, al verse sometida a movimientos sísmicos de intensidad similar a los movimientos sísmicos de diseño prescritos por este Reglamento. Este memorial se anexará a los documentos aportados para obtener la correspondiente licencia de construcción.

Método de análisis no lineal estático de plastificación progresiva

Puede utilizarse el método del análisis no lineal estático, conocido como procedimiento “push-over” o de plastificación progresiva, en aquellos casos que a juicio del ingeniero diseñador se desee evaluar la capacidad de disipación de energía en el rango inelástico por este procedimiento. Cuando se utilice este método de análisis deben cumplirse los requisitos dados en el Apéndice A-3 y además se deben confrontar con otro de los métodos de análisis permitidos por el Reglamento, utilizando en el diseño lo más exigente.

Microzonificación sísmica

La microzonificación sísmica consiste en establecer zonas de suelos con comportamiento similar durante un sismo, de manera que puedan definirse allí, recomendaciones precisas para el diseño y construcción de edificaciones sismo resistentes.Para cada una de las zonas de Bogotá, además de especificarse la fuerza sísmica posible, se identificarán los tipos de fenómenos asociados que pueden desencadenarse a raíz del sismo, como son los deslizamientos (frecuentes en nuestra ciudad) y la ampliación exagerada del movimiento o la posibilidad de la licuación del suelo.El estudio de microzonificación sísmica, sirve principalmente para definir las zonas de respuesta sísmica y los parámetros sísmicos que deben emplearse para adelantar los diseños estructurales de las edificaciones en la ciudad, conforme a los requisitos contenidos en el nuevo Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente.

Mapa microzonificación sísmica de bogotá