unidad acadÉmica de ingenierÍa civil carrera de ingenierÍa...
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UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA CIVIL
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
MACHALA2017
ALVARADO TORRES JHONY LIZANDROINGENIERO CIVIL
ANÁLISIS SÍSMICO COMPARATIVO DE VIVIENDAS DE DOS PISOS,CON SISTEMA ESTRUCTURAL DE PÓRTICOS RESISTENTE A
MOMENTOS VS MUROS PORTANTES
UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA CIVIL
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
MACHALA2017
ALVARADO TORRES JHONY LIZANDROINGENIERO CIVIL
ANÁLISIS SÍSMICO COMPARATIVO DE VIVIENDAS DE DOSPISOS, CON SISTEMA ESTRUCTURAL DE PÓRTICOS RESISTENTE
A MOMENTOS VS MUROS PORTANTES
UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA CIVIL
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
MACHALA15 de agosto de 2017
ALVARADO TORRES JHONY LIZANDROINGENIERO CIVIL
ANÁLISIS SÍSMICO COMPARATIVO DE VIVIENDAS DE DOS PISOS, CONSISTEMA ESTRUCTURAL DE PÓRTICOS RESISTENTE A MOMENTOS VS MUROS
PORTANTES
MACHALA, 15 DE AGOSTO DE 2017
CARRION ROMERO LEYDEN OSWALDO
EXAMEN COMPLEXIVO
Urkund Analysis Result Analysed Document: examen complexivo jhony alvarado torres.pdf (D29653838)Submitted: 2017-07-15 04:42:00 Submitted By: [email protected] Significance: 6 %
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mizobe_5B_FuerzasHorizontales.docx (D10775328) https://www.researchgate.net/publication/50301772_The_CERESIS_earthquake_catalogue_and_database_of_the_Andean_Region_background_characteristics_and_examples_of_use https://www.researchgate.net/profile/Julian_Carrillo/publication/262003797_Resistencia_a_cortante_de_muros_de_concreto_reforzado_para_diseno_sismico_de_vivienda_de_baja_altura_Shear_strength_of_RC_walls_for_seismic_design_of_low-rise_housing/links/0c9605363a8e4a3771000000/Resistencia-a-cortante-de-muros-de-concreto-reforzado-para-diseno-sismico-de-vivienda-de-baja-altura-Shear-strength-of-RC-walls-for-seismic-design-of-low-rise-housing.pdf
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4
U R K N DU
DEDICATORIA
Dedico de manera especial la realización del presente proyecto a mis padres que son
ellos los que supieron guiarme con sus sabias enseñanzas de la mejor manera posible, a
concluir con esfuerzo y perseverancia esta etapa de mi vida.
A mis profesores de la Facultad de Ingeniería Civil y la Universidad Técnica de
Machala, que por sabios conocimientos supieron guiarme como futuro profesional.
AGRADECIMIENTO
Agradezco a Dios primeramente por estar ahí siempre presente en cada día de mi vida,
cuidándome, guiándome y dándome la fortaleza necesaria para alcanzar las metas
propuestas.
A la Universidad Técnica de Machala que me dio la oportunidad para realizarme como
futuro profesional en el campo de Ingeniería Civil, y de manera especial al Ing. Leyden
Carrión Romero Mgs, ya que con sus sabios conocimientos supo guiarme de la mejor
manera en la realización del presente proyecto.
RESUMEN:
El desarrollo del presente proyecto se lo realizó en la ciudad de Machala, las viviendas
en estudio se encuentran ubicadas en la Urbanización ciudad Palmeras y la
Urbanización San Patricio al norte de la ciudad, consta de una memoria descriptiva y
del respectivo modelado sismorresistente.
El objetivo del proyecto es evaluar la respuesta sísmica de una vivienda de dos pisos,
una con un sistema estructural de pórticos resistentes a momentos vs otra vivienda con
un sistema estructural de muros portantes, mediante la aplicación del software
estructural Etabs 2015, las que estarán implantadas según el mapa sísmico en la zona
intermedia (z=0,15 g), de acuerdo a las normas y códigos sismorresistentes vigentes de
nuestro país.
El respectivo análisis de comparación que se realizó a los modelos de viviendas ya
construidas, se pudo determinar cuál de los diseños estructurales es el más adecuado
ante cualquier amenaza sísmica que pueda existir en nuestro territorio, y por medio de
este análisis efectuado mediante un software estructural se pudo verificar, que los
diseños estructurales cumplen con los requisitos mínimos sismorresistentes de acuerdo a
la Normativa Ecuatoriana de la Construcción NEC-15.
A partir de este análisis estructural se pretende mejorar el diseño estructural de las
viviendas a construir en el futuro, el modelamiento determinara que el análisis sísmico
se encuentre dentro del parámetro vigente de la NEC–15, lo cual nos permite garantizar
la seguridad estructural suficiente ante un nuevo terremoto que pueda ocurrir,
desarrollando técnicas nuevas e innovadoras que permitan mejorar el proceso
constructivo del país.
Palabras claves: pórticos resistentes, muros portantes, diseño estructural, sismo
resistente, software, modelamiento, análisis estructural.
ABSTRACT:
The development of this project is carried out in the city of Machala, houses in study are
located in the city palm trees and the San Patricio to the north of the city, consists of a
descriptive report and of the respective seismic modeling.
The objective of the project is to assess the seismic response of a house of two floors,
with a structural system of porticos resistant to moments vs another house with a
structural system of walls, through the implementation of the 2015 structural Etabs
software, which will be implemented according to the seismic map in the intermediate
zone (z=0.15g), according to the earthquake-resistant standards and codes in force in
our country.
The analysis of comparison to be made to the models of houses already built, we were
able to determine which of the structural designs is the most suitable to any seismic
threat that may exist in our territory, and by means of this analysis done by a structural
software was able to verify, that the structural designs comply with the minimum
requirements seismic of Ecuadorian according to the regulations of the Construction
NEC-15.
From this structural analysis is intended to improve the structural design of the homes to
be built in the future, the modeling determined that the seismic analysis is within the
parameter of the NEC - 15, which allows us to guarantee the structural safety enough
before a new earthquake that may occur, developing new and innovative techniques to
improve the constructive process of the country.
Keywords: Porches resistant, walls, structural design, earthquake resistant, software,
modeling, structural analysis.
CONTENIDO
Pág.
DEDICATORIA……………………………………………………………………….V
AGRADECIMIENTO………………………………………………………………..VI
RESUMEN…………………………………………………………………………..VII
ABSTRACT………………………………………………………………………...VIII
CONTENIDO………………………………………………………………………...IX
LISTA DE FIGURAS………………………………………………………………....X
LISTA DE TABLAS….………………………………………………………………XI
LISTA DE ANEXOS……………………………………………………………...…XII
1. INTRODUCCIÓN…………………………………………………………………...1
1.1 Antecedentes………………………………………………………………………..1
1.2 Objetivo de la Investigación………………………………………………………..2
1.3 Objetivos Específicos………………………………………………………………2
1.4 Delimitación de estudio…………………………………………………………….2
2. DESARROLLO……………………………………………………………………...3
2.1 Fundamentación Teórica…………………………………………………………..3
2.1.1 Análisis Estructural……………………………………………………………...3
2.1.2 American Concrete Institute (ACI 318-14)...........................................................3
2.1.3 Norma Ecuatoriana de la Construcción NEC-15………………………………...3
2.1.4 Guía práctica de diseño de viviendas de hasta 2 pisos con luces hasta 5 metros,
de conformidad con la Normativa Ecuatoriana de la Construcción NEC-15………….3
2.1.5 Diseño sismorresistente………………………………………………………….3
2.1.6 Componentes Estructurales…………………………………………………..….3
2.1.7 Pórticos Resistentes a Momentos………………………………………………..4
2.1.8 Sistema de Muros Portantes……………………………………………………..4
2.1.9 Diseño Estructural……………………………………………………………….4
2.1.10 Vulnerabilidad Sísmica………………………………………………………...4
2.1.11 Cortante Basal de Diseño………………………………………………………4
2.1.12 Definición del Factor R en la NEC…………………………………………….4
2.1.13 Estructuras sismorresistentes………………………………………………….5
2.1.14 Sistemas de Control de respuesta Sísmica………………………………….....5
2.2 Viviendas en el Ecuador………………………………………………………….. 5
2.2.1 Plan Nacional del Buen Vivir………………………………………………….5
2.2.2 Miduvi……………………………………………………………………...….5
2.2.3 Gobiernos Autónomos Descentralizados……………………………………...6
2.3 Metodología del Análisis Estructural………………………………………….......6
2.3.1 Actividad Sísmica en el Ecuador………………………………………….......6
2.3.2 Zona sísmica Intermedia…………………………………………………...….6
2.4 Sistema Tradicional Aporticado…………………………………………..……....6
2.4.1 Cargas Vivas………………………………………………………………......7
2.4.2 Cargas Muertas………………………………………………………………..7
2.4.3 Determinación del Cortante Basal…………………………………………….7
2.4.4 Distribución del Cortante Basal……………………………………………….8
2.4.5 Modelamiento de la estructura Etabs 2015……………………...…………….8
2.5 Sistemas de Muros Portantes…………………………………………………..….8
2.5.1 Cargas Vivas………………………………………………………………......8
2.5.2 Cargas Muertas……………………………………………………………......9
2.5.3 Determinación del Cortante Basal………………………………………….....9
2.5.4 Distribución del Cortante Basal…………………………………………….....9
2.5.5 Modelamiento de la estructura Etabs 2015…………………………………....9
CONCLUSIONES…………………………………………………………..……….10
RECOMENDACIONES…………………………………………………………..…10
CITAS BIBLIOGRÁFICAS………………………………………………………....11
ANEXOS………………………………………………………………………….....12
LISTA DE FIGURAS
Pág.
Figura 1. Curva de Cortante Basal…………………………………………...……...13
Figura 2. Curva de Cortante Basal Sistema Gravitacional………………………….13
Figura 3. Dispositivos Disipadores de energía sísmica……………………………..14
Figura 4. Mapa Sísmico del Ecuador…………………………………………….....14
Figura 5. Cinturón de Fuego del Pacífico…………………………………………..15
Figura 6. Sistema Tradicional de Pórticos………………………………………….15
Figura 7. Vivienda modelo San Patricio……………………………………...…….16
Figura 8. Sistema de Muros Portantes………………………………………….......16
Figura 9. Enmallado de la estructura Ciudad Palmeras………………………...…..17
Figura 10. Viviendas Modelo Ciudad Palmeras………………………………...….17
LISTA DE TABLAS
Pág.
Tabla 1. Factor de reducción de respuesta estructural R …………………………....18
Tabla 2. Valor de Factor Z …………………………………………..……………....19
Tabla 3. Normas Municipales de una vivienda zona Intermedia……………..……. 19
Tabla 4. Cargas Mínimas uniformemente distribuidas……………………………...20
Tabla 5. Coeficiente de Respuesta Sísmica……………………………….………...20
Tabla 6. Sistemas estructurales de viviendas resistentes a cargas sísmicas………...20
Tabla 7. Sistemas estructurales de viviendas resistentes a cargas sísmicas………....21
LISTA DE ANEXOS
Pág.
Anexo 1. Sistema Aporticado Tradicional visto en planta………………………….... 22
Anexo 2. Sistema Aporticado visto en elevación…………………………………….. 23
Anexo 3. Metrado de cargas sistema tradicional……………………………………... 24
Anexo 4. Distribución del cortante Basal pórtico tradicional……………………….…25
Anexo 5. Modelamiento de la estructura Etabs 2015……………………………….... 25
Anexo 6. Sistema de Muros Portantes visto en planta……………………………….. 26
Anexo 7. Sistema de muros portantes visto en elevación……………………………. 27
Anexo 8. Metrado de cargas muros portantes………………………………………... 28
Anexo 9. Distribución del cortante basal cargas muros portantes……………………. 28
Anexo 10. Modelamiento de la estructura Etabs 2015……………………………….. 28
INTRODUCCIÓN
1.1 Antecedentes Los efectos producidos en el devastador terremoto de abril de 2016 en nuestro país,
trajo consigo ciento de pérdidas humanas y materiales, producto de la intensidad
sísmica a gran escala que hizo que colapsaran las estructuras con que fueron diseñadas
las diferentes edificaciones.
Este tipo de evento nos lleva a plantear un mecanismo ideal y a la vez comparativo de
los diferentes diseños estructurales y constructivos en nuestro país. Hay que tener una
idea clara al momento de establecer la comparativa entre un sistema estructural de
pórticos resistentes a momentos y otro respecto a muros portantes, el cual mediante el
análisis comparativo de dichas estructuras nos permita verificar si se cumple con la
Normativa Ecuatoriana de la Construcción NEC-15, que se encuentra vigente en nuestro
país, y por lo tanto hay que determinar que los diseños estructurales cumplan con
respectiva seguridad sísmica durante el proceso constructivo.
La potencial respuesta de una estructura ante un evento sísmico considerable, dependerá
de las características propias de las estructuras y las del sismo, ya que nuestro país se
encuentra ubicado geológicamente en una zona de gran actividad sísmica.
El objetivo del proyecto es comparar la variación sísmica en una vivienda de dos pisos
mediante un software estructural, el respectivo modelamiento se lo realizó en base a las
viviendas que se encuentran ubicadas en la ciudad de Machala, en el cual se podrá
determinar cuál es el mejor diseño estructural en la construcción de viviendas de
hormigón armado, aplicando los conocimientos como futuro Ingeniero Civil.
1.2 Objetivo de la Investigación.
Realizar el análisis sísmico de una vivienda de dos pisos, una con un sistema estructural
de pórtico resistente a momentos v otra de muros portantes, mediante la aplicación de
un software estructural, que permita verificar el resultado del comportamiento de la
estructura en una zona sísmica intermedia según la NEC-15.
1.3. Objetivos Específicos.
· Determinar el software estructural más adecuado que permita realizar el análisis
sísmico a las viviendas en estudio.
· Comparar la respuesta sísmica en ambos sistemas estructurales según la normativa
NEC-15
· Elaborar un informe comparativo que nos permita verificar cuál es el mejor diseño
estructural aplicado a la construcción de viviendas en la zona intermedia de
nuestro país.
1.4. Delimitación de estudio. Para el desarrollo del presente proyecto, la recopilación de datos de las viviendas en
estudio, se obtuvieron de la Urbanización Ciudad Palmeras y en la Urbanización San
Patricio de la Ciudad de Machala.
El respectivo análisis sísmico, lo hemos enfocado en lo referente a la construcción de
viviendas en nuestro país.
Para el modelamiento sismorresistente de las viviendas en estudio, utilizaremos el
software de análisis y diseño estructural ETABS 2015, con los resultados obtenidos se
procederá a la respectiva comparación, conforme con la Norma Ecuatoriana de la
Construcción NEC-15.
DESARROLLO
2.1. Fundamentación Teórica.
2.1.1. Análisis Estructural. “A partir de un análisis del panorama actual de la vivienda,
se destaca la necesidad de desarrollar técnicas de construcción integrales que garanticen
la seguridad estructural y un desarrollo urbano sostenible. [1].”
2.1.2. American Concrete Institute (ACI 318-14). “Este reglamento proporciona
requerimientos mínimos para los materiales, el diseño, construcción y evaluación de la
resistencia de miembros y sistema de concreto estructural de cualquier estructura
diseñada y construida de acuerdo con los requisitos del reglamento general de la
construcción. [2].”
2.1.3. Norma Ecuatoriana de la Construcción NEC-15. Peligro Sísmico / Diseño
Sismo Resistente. “Este capítulo de las Normas Ecuatorianas de la Construcción, se
presentan los requerimientos y metodología que pueden ser aplicados al diseño
sismorresistente de edificios principalmente, y, en segundo lugar, a otras estructuras;
complementadas con normas extranjeras reconocidas. [3].”
2.1.4. Guía práctica de diseño de viviendas de hasta 2 pisos con luces de hasta 5
metros, de conformidad con la Normativa Ecuatoriana de la Construcción NEC-15
“Esta guía tiene por objeto apoyar la realización de estudios de diseño sismorresistentes
de estructuras de conformidad con los requisitos de la Norma Ecuatoriana de la
Construcción NEC-15, a partir de la aplicación de casos prácticos. Forman parte de un
conjunto de siete guías prácticas de implementación de la NEC-15, orientados a la
correcta aplicación de la Normativa. [4].”
2.1.5. Diseño sismorresistente. “Por un lado, es posible ver edificios cuya
estructuración no satisface las condiciones de regularidad que se requieren para
fomentar un desempeño sísmico adecuado. Por el otro lado, empiezan a construirse
edificios que tienen un mayor número de niveles en relación a los que se tenían hace tan
solo una o dos décadas. [5].”
2.1.6. Componentes Estructurales. “los componentes estructurales son elementos
básicos que están diseñados y construidos para soportar y transferir todas las cargas
hacia el suelo sobre el cual se desplanta la estructura. [6].”
2.1.7. Pórticos Resistente a Momentos. Según la NEC-15, “son pórticos de hormigón
armado que resisten momentos, transfieren las cargas actuantes a la cimentación a
través de vigas y columnas. [7].”, “La unión viga-columna tiene gran influencia en el
comportamiento de una estructura debido a que es una de las zonas más afectadas por la
acción de las cargas tanto horizontales como verticales. [8].”
2.1.8. Sistema de Muros Portantes. “Estas estructuras tipo caja comúnmente tienen
gran resistencia y rigidez lateral y, por lo tanto, exhiben bajos desplazamientos laterales
y demandas de cortante. El bajo nivel de respuesta sísmica ha motivado a los
diseñadores a utilizar concretos con resistencia a la compresión de 15 a 25 Mpa, así
como Muros de 100 mm de espesor con cuantías de refuerzo en el alma cercanas a la
mínima estipulada por la mayoría de los reglamentos de diseño. [9].”
2.1.9. Diseño estructural. El diseño estructural es un mecanismo que debe dar la
seguridad a cada uno de elementos que conforman la estructura. “Las estructuras de uso
normal deberán diseñarse para una resistencia tal que puedan soportar los
desplazamientos laterales inducidos por el sismo de diseño, considerando la respuesta
inelástica, la redundancia, la sobre resistencia estructural inherente y la ductilidad de la
estructura. [10].”
2.1.10. Vulnerabilidad sísmica. “Actualmente en las zonas sísmicas existen estructuras
altamente vulnerables, puesto que han sido construidas sin seguir las especificaciones
de las normas de diseño sismorresistentes. Los métodos para evaluar la vulnerabilidad
de las estructuras no tienen en cuenta que su comportamiento sísmico es dinámico y
fuertemente no lineal. [11].”
2.1.11. Cortante basal de diseño. “fuerza total de diseño por cargas laterales, aplicada
en la base de la estructura, resultado de la acción del sismo de diseño con o sin
reducción, de acuerdo a la NEC-15. [12].”
“La aceleración absoluta horizontal en el nivel i del edificio, multiplicada por la masa
del nivel i o por la masa del apéndice rígido define la fuerza horizontal actuante en la
losa del nivel i o en el apéndice, respectivamente. [13]”, (ver figura 1-2).
2.1.12. Definición del factor R. en la NEC. “el factor R permite una reducción de las
fuerzas sísmicas de diseño, lo cual es permitido siempre que las estructuras y sus
conexiones se diseñen para desarrollar un mecanismo de falla previsible y con adecuada
ductilidad, donde el daño se concentre en secciones especiales detalladas para funcionar
como rótulas plásticas. [14].” (ver tabla 1).
2.1.13. Estructuras sismorresistentes. “Para caracterizar las respuestas de estructuras,
los procedimientos de normativa de diseño por sismo hacen énfasis en la definición de
la resistencia lateral de la estructura, con lo que la comparativa de las demandas y
capacidades de distorsiones en la estructura pasan a un segundo plano. [15].”
2.1.14. Sistemas de control de respuesta Sísmica. “Existen diferentes tipos y
clasificaciones de control, siendo una de las usadas las que se basan en el principio del
funcionamiento de los dispositivos empleados: pasivos, activos y semiactivos. Otra
forma de control que ha sido utilizada recientemente es mediante el acoplamiento de
dos o más sistemas estructurales por medio de dispositivos de pasivos. Una de las
ventajas es la distribución de las fuerzas sísmicas entre estructuras y una disminución en
las secciones de los elementos estructurales. [16].” (ver figura.3).
2.2. Viviendas en el Ecuador. “El déficit cualitativo en Ecuador se caracteriza
principalmente por la falta de infraestructura y la baja calidad de los materiales de
construcción. La falta de vivienda social está relacionada a los hogares que alcanzan los
ingresos necesarios para acceder a una vivienda. [17].”
Según naciones unidas con respecto a viviendas de interés social define “espacio
plenamente equipado, donde es posible el desarrollo familiar y personal a todos los
niveles que la sociedad avanzada demanda. Además, debe ser fija y habitable, que
cumpla requisitos básicos de funcionalidad, seguridad, habitabilidad, y accesibilidad,
establecidos en las normas de cada país y con unos mínimos requisitos de confort,
aislamiento climático, seguridad estructural, calidad constructiva, entre otros. [18].”
2.2.1. Plan Nacional del Buen Vivir.
Según “la constitución, en el art. 375, establece como obligación de todos los niveles de
gobierno garantizar el hábitat y vivienda digna; por lo tanto, debe ser ambientalmente
sano y brindar las condiciones necesarias de seguridad para la población. [19].”
2.2.2. Miduvi. Para “Contribuir al desarrollo del país a través de la formulación de
políticas, regulaciones, planes, programas y proyectos, que garanticen un Sistema
Nacional de asentamientos humanos, sustentado en una red de Infraestructura de
vivienda y servicios básicos que consoliden ciudades incluyentes, con altos estándares
de calidad, alineados en las directrices establecidas en la Constitución Nacional y el
Plan nacional de Desarrollo. [20]”.
2.2.3. Gobiernos Autónomos Descentralizados (GAD). Son organismos municipales
encargados de conceder los permisos de construcción, demolición y ejecución de obras
públicas locales, su función es “Implementar el derecho al hábitat y a la vivienda y
desarrollar planes y programas de interés social.” [21].
2.3. Metodología del análisis estructural.
Para la realización del presente proyecto hemos sustentado nuestro análisis estructural,
en relación a la zona sísmica intermedia, ubicada según el mapa sísmico. (ver figura 4).
2.3.1. Actividad sísmica en Ecuador. Nuestro país se encuentra ubicado en el
denominado cinturón de fuego, es un territorio sísmicamente activo, históricamente se
han producido devastadores terremotos entre los que se puede mencionar el de la ciudad
de Esmeraldas en el año 1906, Mw = 8.8, y el devastador terremoto del 16 de abril del
2016 en la Provincia de Manabí, Mw = 7.8, que dejó muchas pérdidas humanas y
materiales. (ver figura 5).
“El litoral de Ecuador se encuentra a unos cincuenta kilómetros de la zona de
convergencia de las placas Sudamericana y Nazca, constituyéndose esta interacción en
la fuente sismogénica más activa e importante del país. [22].”
2.3.2. Zona sísmica intermedia.
La zona sísmica intermedia comprende el nororiente del ecuador teniendo un
coeficiente de 0,15 g, según la NEC-15. (ver tabla 2).
Los requerimientos mínimos para la construcción de viviendas según las normas
Municipales de la zona intermedia. (ver tabla. 3).
Según la zona existen una variedad de suelos tipo “D” de origen volcánico.
2.4. Sistema Tradicional Aporticado.
La vivienda se encuentra ubicada en la Urbanización San Patricio de la Ciudad de
Machala, El área de construcción total de la vivienda es de 120,70 m2, Las medidas de
las columnas de la planta baja serán de 0,15 m x 0,30 m y la planta alta de 0,15 m x 0,25
m. Las medidas de las vigas en ambos sentidos, serán de 0,25 m x 0.15 m, y la
mampostería de bloque alivianado de 8 cm, y la losa nervada de 15 cm. (ver figura 6-7).
Para el análisis sismorresistente se consideraron los elementos estructurales del plano
arquitectónico (anexo 1-2), y para la modelación y análisis sísmico de la estructura se
establecieron las siguientes propiedades de los materiales.
Resistencia a la compresión F'c = 210 Kg/ cm2
Límite de fluencia del acero F'y = 4200 Kg/ cm2
Resistencia a la compresión F'c = 210 Kg/ cm2
Módulo de Elasticidad del concreto Ec = 15100 Kg/cm2 √2 f ´c
Módulo de Elasticidad del hormigón Ec = 2000000 Kg/cm2
Inercia agrietada para vigas I = 0,51 g.
Inercia agrietada para columnas I = 0,81 g.
2.4.1. Cargas vivas. Según la NEC-15 “también llamada sobrecarga de uso, que se
utilizara en el cálculo depende de la ocupación a la que está destinada la edificación y
están conformadas por pesos de personas, muebles, equipos y accesorios móviles o
temporales, mercadería en transición, y otras. [23].” (ver tabla 4).
Para este caso según la tabla de la NEC-15, viviendas unifamiliares 0,2 T /m2.
2.4.2. Cargas Muertas. Según la NEC-15, las cargas muertas o permanentes “Están
constituidas por los pesos de todos los elementos estructurales que actúan
permanentemente sobre la estructura. Son elementos tales como: muros, paredes,
recubrimientos, instalaciones sanitarias, eléctricas, mecánicas, máquinas y todo
artefacto integrado permanentemente a la estructura. [24].”, en relación a lo manifestado
se procede a realizar el metrado de cargas que actúan sobre la estructura. (anexo 3).
2.4.3. Determinación del cortante Basal.
Para el cálculo del cortante basal se deben considerar los siguientes parámetros de
acuerdo a la guía de diseño de viviendas de hasta dos pisos (NEC-15).
V = Z*C* RW
Z = 0,15 g, Factor que depende de la posición geográfica del proyecto y su
correspondiente zona sísmica definida en la NEC-15.
C = 3, Coeficiente de respuesta sísmica (ver tabla 5).
W = Peso sísmico efectivo de la estructura, igual a la carga muerta total de la estructura.
R = 3, Factor de reducción de resistencia sísmica (tabla 6).
Vbase = 0,15 * 3* = 8,68 Ton357,88
2.4.4. Distribución Cortante Basal. (ver anexo 4)
2.4.5. Modelamiento de la Estructura Etabs 2015 (ver anexo 5)
2.5. Sistema de Muros Portantes.
La vivienda se encuentra ubicada en la Urbanización Ciudad Palmeras, el área de
construcción total de la vivienda es de 110 m2. La estructura consta de una malla electro
soldada de 6 mm, el espesor de las paredes en los dos niveles es de 8 cm, y una losa de
espesor de 15 cm., apoyada en dos direcciones, utilizando un encofrado de aluminio
para la armazón de la estructura. (ver figura 8 -9).
Para el análisis sismo resistente se consideraron los elementos estructurales del plano
arquitectónico (ver anexo 6-7), y para la modelación y análisis sísmico de la estructura
se establecieron las siguientes propiedades de los materiales.
Resistencia a la compresión F'c = 210 Kg/ cm2
Límite de fluencia del acero F'y = 4200 Kg/ cm2
Resistencia a la compresión F'c = 210 Kg/ cm2
Módulo de Elasticidad del concreto Ec = 15100 Kg/cm2 √2 f ´c
Módulo de Elasticidad del hormigón Ec = 2000000 Kg/cm2
Inercia agrietada para vigas I = 0,51 g.
Inercia agrietada para columnas I = 0,81 g.
Inercia agrietada para muros estructurales I = 0,6 g.
2.5.1. Cargas Vivas. Para el análisis estructural se hace referencia a la carga
anteriormente propuesta.
Para este caso según la tabla de la NEC- 15, viviendas unifamiliares 0,2 T /m2.
2.5.2. Cargas Muertas. Se considera el peso total de todos los materiales que
componen la vivienda, procediendo a realizar el metrado de cargas que actúan sobre la
estructura (ver anexo 8).
2.5.3. Determinación del cortante Basal.
Para el cálculo del cortante basal se deben considerar los siguientes parámetros de
acuerdo a la guía de diseño de viviendas de hasta dos pisos (NEC-15).
V = Z*C* RW
Z = 0,15 g, Factor que depende de la posición geográfica del proyecto y su
correspondiente zona sísmica definida en la NEC-15.
C = 3, Coeficiente de respuesta sísmica (ver tabla 5).
W = Peso sísmico efectivo de la estructura, igual a la carga muerta total de la estructura.
R = 3, Factor de reducción de resistencia sísmica (tabla 6).
Vbase = 0,15 * 3* = 10,93 Ton372,85
2.5.4. Distribución del cortante Basal. (ver anexo. 9)
2.5.5. Modelamiento de la estructura Etabs 2015. (ver anexo. 10)
CONCLUSIONES
Dentro del modelamiento que se realizó a las viviendas en estudio, se pudo determinar
que el software estructural más adecuado para este tipo de estructuras es el Etabs 2015,
ya que el respectivo análisis determinó que cumple con los parámetros sismorresistentes
propuestos por la NEC-15.
El respectivo modelamiento estructural de pórticos resistente a momentos, determinó un
periodo de 0,5, mientras que el calculado según la NEC-15, debe estar en 0,23. Con
desplazamiento en X de 0,008831 y en Y de 0,00083, Lo que manifiesta que no esta en
los rangos minimos de la NEC-15. El modelamiento de Muros Portantes, determinó un
periodo de 0,14, mientras que el calculado según la NEC-15 debe estar en 0,20. Con
desplazamiento en X de 0,000011 y en Y de -3,760E.08, lo que manifiesta que da las
garantías necesarias ante una respuesta sísmica.
La respectiva comparación determinó que el sistema estructural de muros portantes
cumple con las normativas vigentes, por lo tanto es viable aplicarlo en la zona
intermedia de nuestro país.
RECOMENDACIONES
Se recomienda utilizar el software estructural Etabs 2015, en donde los datos al ingresar
deben ser precisos, con el fin de determinar los valores reales de la modelación.
En el caso de los pórticos tradicionales se debe rediseñar y verificar que todos sus
elementos cumplan con los parámetros mínimos establecidos por la NEC-15, mientras
que los sistemas estructurales de Muros Portantes no se deben modificar ninguno de sus
elementos ya que las cargas actúan sobre las paredes de la estructura.
Dentro proceso constructivo de viviendas en la zona intermedia de nuestro país, se pone
en manifiesto que se deben cumplir con todas las normas de construcción vigentes, ya
que estas garantizarán que la estructura sea estable y segura ante cualquier amenaza
sísmica.
CITAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] Carrillo J., Alcocer S.M.,” Revisión de criterios de sostenibilidad en muros de
concreto para viviendas sismorresistentes.”, Ingeniería Investigación y Tecnología,
vol.13, núm.4, pp.479-487, 2012.
[2] Requisitos de Reglamento para Concreto Estructural (ACI 318 SUS-14), preparado
por el comité ACI 318.
[3] MIDUVI and COMICON, Norma Ecuatoriana de la Construcción NEC-15, peligro
sísmico/diseño sismó resistente.
[4] SGR, MIDUVI, PNUD, ECHO, Guía práctica de diseño de viviendas hasta dos
pisos con luces hasta 5 metros, de conformidad con la Normativa Ecuatoriana de la
construcción NEC-15.
[5] Espinosa, E., Terán Gilmore, A., Zúñiga Cueva, O., Perilliat, Raúl J.,
“Consideraciones para el diseño sísmico de edificios de alta mampostería confinada
ubicados en zonas sísmicas,” Ingeniería sísmica, vol.80, núm.90, pp.88-109, 2014
[6] Juárez García, Hugón; Carlos E.; Gómez Bernal, Alonso; Pelcastre Pérez, Elsa
“Comportamiento de componentes no estructurales ante diferentes escenarios sísmicos,”
Concreto y cemento, Investigación y desarrollo, vol.5, núm. 2, pp.12-25, 2014.
[7] MIDUVI, Guía práctica de Diseño de Viviendas de hasta dos pisos con luces de
hasta 5 metros, de conformidad con la Normativa Ecuatoriana de la Construcción NEC
15.
[8] Martínez Cid, Janet Otmara, Álvarez López, Julia Rosa, Fundora Sautie, Nelson,
“Uniones viga-columna continuas de hormigón armado prefabricado: apuntes sobre su
comportamiento.” Arquitectura y Urbanismo, vol. 36, núm.3, pp.93-103, 2015.
[9] J. Carrillo, F. Echeverría, W. Aperador, “Evaluación de los costos de construcción
de sistemas estructurales para viviendas de baja altura y de interés social”, Ingeniería en
Investigación y Tecnología, vol. 16, núm. 4, pág.479-490, 2015.
[10] MIDUVI and COMICON, “Norma Ecuatoriana de la Construcción NEC-15,
peligro sísmico/diseño sismó resistente.”
[11] Y.F. Vargas, L.G. Pujades, A.H. Barbat, J.E. Hurtado, “Evaluación Probabilística
de la capacidad, fragilidad, y daño sísmico de edificios de hormigón armado.”, Revista
Internacional de Métodos Numéricos para Cálculo y Diseño de Ingeniería, vol. 29,
núm. 2, pp. 63-78. 2013.
[12] MIDUVI and COMICON, “Norma Ecuatoriana de la Construcción NEC-15,
peligro sísmico/diseño sismó resistente.”
[13] Mario E. Rodríguez y José I. Restrepo, “Práctica y diseño sísmico de edificios en
México cambios necesarios.”, Revista de Ingeniería Sísmica, núm. 86, pp. 89-118, 2012
[14] MIDUVI and COMICON, “Norma Ecuatoriana de la Construcción NEC-15,
peligro sísmico/diseño sismó resistente.”
[15] Mario E. Rodríguez, “Una revisión crítica de la práctica de diseño por sismo de
estructuras en México.”, Revista de Ingeniería Sísmica, núm. 94, pp. 27-48, 2016.
[16] Ugarte Lucuy, Luis Bernardo, Ruiz-Sandoval Hernández, Manuel Euripides, y Bill
F. Spencer, “Estudios de Control Semiactivo en Edificios Acoplados.”, Revista concreto
y cemento. Investigación y Desarrollo, vol. 4, núm. 1, pp. 18-39, 2012.
[17] Miño, Isabel, Andrea Lobato, and Jerko Labus, “Simulaciones energéticas como
herramienta para evaluación Térmica de las viviendas sociales del Ecuador. Caso
Yachay.”, pp. 1-8, 2013
[18] Plan Nacional de Desarrollo / Plan Nacional del buen vivir 2013-2017
[19] “Definición de viviendas de interés social Naciones Unidas” p.1
[20] Ministerio de Desarrollo Urbano y Vivienda. “MIDUVI”.
[21] Código Orgánico de organización Territorial, Autonomía y descentralización
(COOTAD), 2010.
[22] M. C. López, “Riesgo de Tsunami en Ecuador”, Revista de Ciencia y Tecnología,
núm. 12, pp. 68-75, 2014.
[23] Norma Ecuatoriana de la Construcción NEC-15, NEC-SE-CG, cargas (no
sísmicas).
[24] Norma ecuatoriana de la Construcción NEC-15, NEC-SE-CG, cargas (no
sísmicas).
FIGURAS
Figura 1. Curva de Cortante basal
Fuente: web
Figura 2. Curva cortante basal, sistema gravitacional
Fuente: web
Figura 3. Dispositivos disipadores de energía sísmica
Fuente: web
Figura 4. Mapa sísmico del Ecuador
Fuente: NEC-15
Figura 5. Cinturón de fuego del pacífico
Fuente: web
Figura 6: Sistema Tradicional de pórticos
Fuente: propia
Figura 7: vivienda modelo tipo portico
Fuente: propia
Figura 8: Sistema de Muros Portantes
Fuente : Urbanizacion Ciudadela Palmeras Fuente
Figura 9. Enmallado de la estructura ciudad palmeras
Fuente: propia Urbanización Ciudadela Palmeras
Figura 10. Viviendas Modelo ciudad palmeras
Fuente: propia Urbanización Ciudad Palmeras
TABLAS
Tabla. 1. Factor de reducción de respuesta estructural R
Fuente: NEC-15
Tabla 2. Valores de factor Z
Fuente: NEC - 15
Tabla 3. Normas municipales de una vivienda en la zona intermedia
Fuente: web
Tabla 4: cargas mínimas uniformemente distribuidas
Fuente: NEC-15
Tabla 5: Coeficiente de respuesta sísmica
Fuente: guía de diseño de viviendas de hasta dos pisos NEC-15
Tabla 6: sistemas estructurales de viviendas resistentes a cargas sísmicas
Fuente: guía de diseño de viviendas de hasta dos pisos NEC-15
Tabla 7: sistemas estructurales de viviendas resistentes a cargas sísmicas
Fuente: guía de diseño de viviendas de hasta dos pisos NEC-15
ANEXOS
Anexo 1: Sistema Aporticado tradicional visto en planta
Anexo 2: sistema aporticado visto en elevación
Anexo 3. Metrado de cargas sistema tradicional
Anexo 4. Distribución del cortante basal pórtico Tradicional
Vbase = 0,15 * 3* = 8,68 Ton357,88
Anexo 5: Modelamiento de la estructura Etabs 2015
Iniciamos nuevo modelo y definimos grillas. (New Model)
Editamos grillas y modificamos alturas de pisos (Edit Story and Grid System Data)
Definimos propiedades de los materiales (Define Materials)
Definimos secciones y propiedades (Frame Properties)
Dibujamos vigas, columnas y losas (beam, column, and slab Properties)
Restringimos los nudos en la estructura (Joint Assignment Restraints)
Definimos las cargas, las mismas que sean determinado en la modelación: carga
muerta, carga viva, sismo estático en X, sismo estático Y. (Define Load Patterns)
Determinamos los diafragmas de la estructura (Shell Assignment-Diaphragms)
Analizamos y determinamos la deformación de la estructura (Run Analysis)
Periodo de vibración y desplazamiento de la estructura
Anexo 6. Sistema de Muros Portantes visto en planta
Fuente: Tesis del Ing. Yaguana Medina Patricio Bolívar
Anexo 7: Sistema de Muros Portantes visto en elevación
Fuente: Tesis del Ing. Yaguana Medina Patricio Bolívar
Anexo 8: Metrado de cargas Muros Portantes
Anexo 9: Distribución cortante Basal Muros Portantes
Vbase = 0,15 * 3* = 10,93 Ton372,85
Anexo 10: Modelamiento de la estructura Etabs 2015.
Iniciamos un nuevo modelo estructural (New Model)
Editamos las grillas y altura de pisos (Edit Story and Grid System Data)
Definimos la propiedad de los materiales (Frame Properties)
definimos las propiedades de los muros estructurales (Wall Properties Data)
restringimos los nudos de la estructura (Joint Assignment Restraints)
definimos cargas y el coeficiente según zona sísmica (Define Load Patterns)
Definimos el centro de diafragmas (Shell Assignment-Diaphragms)
Analizamos la estructura mediante (Run Analysis)
Periodo de vibración y desplazamiento de la estructura