Trabajo N°01 PROYECTO N01 DIPLOMADO DE ESPECAILIZACION EN INGENIERIA ESTRUCTURAL ANALSIS DE UN CENTRO EDUCATIVO
PRIMER TRABAJO SOBRE MODELAMIENTO Y ANALISIS DE UN CENTRO EDUCATIVO En esta primera parte el participante deberá modelar y encontrar el Peso de la Estructura de acuerdo a la norma peruana (Peso = 100% del peso propio + 25% de las cargas vivas), también deberá encontrar el periodo fundamental de dicha estructura. La guía lo ayudara a desarrollar el modelo bajo una base teórica para el pre dimensionamiento de los elementos estructurales y aplicación de la herramienta ETABS, el participante deberá entregar su trabajo dentro de los próximos 07 días. Nota: 1.- El participante podrá incluir o considerar algún dato adicional que crea conveniente para completar el modelo. 2.- Este mismo modelo se usara en el Modulo sobre Diseño Sísmico y en el Diseño para los elementos estructurales.
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Ing. Jorge Cabanillas Rodriguez
ANALISIS Y DISEÑO DE UN CENTRO EDUCATIVO En este capítulo vamos a analizar y diseñar una estructura en sistema Mixto pórticos de concreto armado y muros de albañilería confinada, en ETABS, las cargas impuesta será por el peso propio tomados desde los elementos estructurales que el programa computa por la edición de los materiales; la sobrecarga viva estará asignada directamente a las losas y el techo. La geometría en planta, y elevación es como se muestra a continuación 1.- MODELO MATEMATICO En esta primera sección se tiene que fijar la disposición y tamaño inicial de los elementos que configuran la estructura principal, de tal manera que después de incluir las cargas nos permita iniciar un análisis interactivo hasta la optimización de los elementos en el proceso de Diseño. Seleccionar las unidades en el sistema métrico M.K.S.; luego generar las grillas de dibujo según la geometría en planos de distribución en planta y elevación; así tenemos:
Plantilla con los ejes del modelo
Editar solo grillas con estos datos, la altura de entrepiso es 3.50m en los dos niveles
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2.- DEFINICION DE LOS MATERIALES - ISOTROPICOS Concreto: √
Coeficiente de deformación transversal (coef. poisson)
Albañilería:
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3.- PREDIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES 3.1 VIGAS PRINCIPALES.a) PREDIMENSIONAMIENTO DE LA VIGA V-101 Ubicada en la paralela al eje Y-Y en los ejes B, y D:
Ancho b.- Se utilizara la siguiente expresión:
Usaremos b=0.30m Peralte efectivo d.- Tomamos un valor para la cuantía de acero de la viga, dentro de la cuantía mínima y de la máxima: Cuantía mínima: √
o
Cuantía balanceada: (
Cuantía máxima:
Cuantía a usar:
)
, entonces la cuantía mecánica será
Finalmente para una sección rectangular con acero solo en tracción, de acuerdo al ACI 318-11 es: …………………………………………………………………..…(1)
Por otro lado el momento flector último de una sección cualquiera puede expresarse como: ………………………………………………………………........…………(2) Donde:
(depende de la ubicación de la sección y de las restricciones en el apoyo de acuerdo al Método de los coeficientes ACI)
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De (1) y (2) el peralte efectivo será:
……………………………………………………… (3)
√
Considerando la sección de momento positivo máximo, asumimos:
En (3):
(
√
)
........................................................................................(4)
Aplicaciones de las vigas que soportan losas armadas en una dirección: i.
Viviendas S/C= 200 Calculo de Wu: Peso de la losa aligerada = 350 Peso de acabados = 100 Tabiquería Móvil = 150 W dead = W live = 200 Usaremos: En (4):
ii.
Oficinas, Apartamentos S/C= 250 Calculo de Wu: Peso de la losa aligerada = 350 Peso de acabados = 100 Tabiquería Móvil = 150 W dead = W live = 250 Usaremos : En (4):
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iii.
Garajes, Tiendas, Centros Públicos (Educativo, Comercial, etc) S/C= 500 Calculo de Wu: Peso de la losa aligerada = 350 Peso de acabados = 100 W dead = W live = 500 Usaremos: En (4): Por lo tanto:
Resumimos: La viga V101 será (30x60)
Definir la sección de viga V101 (30x60)
b) PREDIMENSIONAMIENTO DE LA VIGA V-102 Ubicada en la paralela al eje Y-Y entre los ejes 1 y 2, en el volado (para todos los ejes) Ancho b.- Se utilizara la siguiente expresión:
Usaremos b=0.30m Peralte total h: ( )
(
)
(
)
Resumimos: La viga V102 será variable inicia (30x60) y termina (30x45) en el volado
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Definir la sección de viga V102 (variable para el vuelo), usar la definición Variación no primatica para ensamblar este tipo de viga (antes se debe definir la viga VF(30x45))
c)
PREDIMENSIONAMIENTO DE LA VIGA V-103 Ubicada en la paralela al eje Y-Y entre los ejes A, C, E y F, sobre los muros de albañilería maciza. Influencia de una carga repartida directamente sobre una viga = carga por metro (vigas perimétricas, parapetos, muros, etc). Se considera el ancho tributario añadiendo un ancho adicional de Ancho b.- Se utilizara la siguiente expresión:
Calculamos el peso del muro de albañilería sobre la viga V-103
Entonces el Por lo tanto Y el peralte h será:
Resumimos: La viga V103 será (30x60), se modela con la misma viga V101 (30x60) que se definió en el ítem a), no hay necesidad de volver a crear esta viga con el nombre V103.
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3.2 VIGAS SECUNDARIAS.a) PREDIMENSIONAMIENTO V-104 Se considera el criterio dimensionamiento de la viga de luz libre menor que corresponde a una losa aligerada reforzada en dos direcciones. Ancho b.- Se utilizara la siguiente expresión:
Usaremos b=0.25 m Peralte total h:
Resumimos: La viga V104 será (25x50).
Definir viga V104 (25x50)
3.3 COLUMNAS.Consideraciones para zonas de alto riesgo sísmico: a) Según algunos resultados de investigación en Japón debido al sismo de TOKACHI 1968 donde muchas columnas colapsaron por: Fuerza cortante Deficiencia en el anclaje del acero en las vigas Deficiencia de los empalmes del acero en las columnas Aplastamiento Refuerzo en el encuentro de la viga y la columna. De los resultados se tiene:
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Si: Columna extremadamente corta no se admiten en zonas de alto riesgo Si: Si: b) Según algunos ensayos experimentales en Japón
Si: Si: Las columnas se pre dimensionan con:
;
Donde: D= dimensión de la sección en la dirección del análisis sísmico de la columna d= la otra dimensión de la sección de la columna Calculo de P: Tipo de C1 Columna interior (para los primeros pisos) N< 3 pisos Tipo de C1 (para los 4 últimos pisos sup.)
Columna interior N> 4 pisos
Tipo de C2, C3
Columna extremas de pórticos interiores
Tipo de 4
Columna de esquina de pórticos interiores
Nota: se considera primeros pisos a los restantes de los 4 últimos pisos.
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3(proyectado ampliación) Pisos Aligerado Acabados P.P vigas P.P colum Colegio S/C Peso (W) C1
Por lo tanto: b= 0.30m C1: (30x60)
Definir COLUMNAS C1 y C2 (C2 se debe hacer con section designer)
4.- PREDIMENSIONAMIENTO DE AREAS; LOSAS ALEGERADAS Y MACIZA (ESCALERA) Y MUROS DE ALBAÑILERIA El peralte del aligerado será:
a) b) c) d)
Usaremos losa aligerada de espesor = 0.25m Las losa macizas serán de 0.25m La rampa de la escalera será de 0.15m Los muros de albañilería será de 0.25m
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Definir a) losa aligerada como membrana un una dirección con un espesor equivalente (10cm), b)losa maciza 20cm
Definir c) losa para la escalera Shell e=15cm - garganta, d) muro de albañilería confinada – shell e=25cm
5.- MODELAMIENTO FINAL
Hacer el modelo con según se muestra en el esquema
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Hacer el modelo con según se muestra en el esquema, puede completar la información.
6.- CARGAS Encontrar el Peso de la estructura asumiendo una sobrecarga en el Aligerado = 250kg/m2; en pasillo y escalera = 400kg/m2 y en el techo =150kg/m2 Carga viva = 250kg/cm2 en el aligerado y 400kg/cm2 en el pasillo; Carga de techo = 150kg/cm2
Carga en la escalera = 400kg/m2
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7.- RESPUESTAS A ENCONTRAR
Respuesta: Peso de la estructura = 319.35 Tn ; Periodo fundamental t1=0.32seg
5.- Calcule el coeficiente basal de su primer trabajo bajo los siguientes parámetros: Zona 3, el Uso considere Común, el tipo de suelo es S2 y el periodo de la estructura es Tx=0.33seg Ty=0.1 seg. Nota.- La estructura es aporticada en dirección X-X y dual en dirección Y-Y Respuesta: a) Cbx=ZUSC/Rx Z=0.4 ; U=1; S=1.2 Tp=0.6s C=2.5x(Tp/Tx)
