TRABAJO N°02 APLICACIÓN ALBAÑILERIA CONFINADA USANDO ETABS

En este capítulo el participante realizara el análisis estructural y diseño de un edificio de cinco niveles de albañilería confinada; usando la herramienta Etabs v2013, la cual será comprobada con la teoría aportada por el Ing Abanto y San Bartolomé. Datos del Proyecto: Ubicación:

Lima

Sistema Estructural:

Albañilería Confinada

Pisos:

05

Distribución Arquitectónica:

02 Apartamentos por piso

Uso:

Vivienda

Peso Albañilería:

1,800

Albañilería (f’m): 60

Concreto (f’c):

210

Acero (fy):

Capacidad Portante terreno (

2.5

4,200

Algunos Criterios a ser Considerados:

a) b) c) d) e)

Existen densidad de muros aceptable en ambas direcciones La losa aligerada será de 20cm La losa maciza será también de 20 cm en la zona de entrega de la escalera La escalera tendrá una garganta de 15cm Existe simetría con respecto al eje Y-Y pero con respecto al eje X-X es asimétrico, es por eso que se ha considerado muros de 25cm para lograr la menor excentricidad posible (distancia entre el centro de masa y centro de rigidez) f) Las ventanas de los ambientes han sido ubicados en los extremos de los paños para tener muros de mayor longitud g) La escalera está ubicada en orientación mas critica h) Los muros tendrán una altura de 2.40m y de piso a piso terminado será 2.60m (incluyendo la losa aligerada) i) Los muros confinados tendrán una relación Predimensionamiento de elementos: 1.- Losa Aligerada; al tener luces menores a 4m tenemos 2.- Elementos de confinamiento horizontal (vigas soleras) y verticales (columnas): Vigas Soleras y Columnas: debe cumplir la siguiente relación (

√

)

Donde:

Nota: Inicialmente para determinar la capacidad lateral del sistema estructural no será necesario definir el área de concreto de los confinamientos, pero si se calculara luego de obtener la fuerza cortante de diseño de cada muro. También se debe considerar que la distancia máxima centro a centro ( ) entre elementos de refuerzo verticales sean dos veces la distancia libre entre elementos horizontales ( ), entonces algunos muros tendrán uno o mas confinamientos verticales en un muro. Para Modelar en Etabs la losa aligerada será considerada como elemento área con comportamiento de membrana, (solo distribuirá la carga a los elementos de apoyo), estos elementos de apoyo serán las vigas o los muros (entonces será necesario incluir vigas de apoyo para poder transmitir la carga de los entrepiso) Esta viga será VS (25x40) y VCH (40x20) 3.- Muros; se ha considerado muros con aparejo de soga (15cm) y cabeza (25cm) constituidos por ladrillos K-K de 18 huecos de fabricación industrial (a máquina) cuyas dimensiones son 13x23x9 (ancho x largo x altura). Según la norma RNE E-070 tenemos que aceptables.

⁄

⁄

, por lo tanto los espesores escogidos son

Nota: Es importante recordar que se va establecer muros que van de aparejo de cabeza y otros de soga , hasta lograr que dichos muros pasen por compresión axial y por corte; de no lograr este objetivo es cuando se opta por remplazar algunos muros de ladrillos por placas de concreto armado, que tomarían el cortante del piso analizado.

Proyecto de albañilería en CAD

Preparar el archivo en un archivo dxf, primero solo los ejes en el layer ejes

Nota: ubicar estos ejes en el inicio de coordenadas X,Y (0,0)

Se ha ubicado el eje en el inicio de coordenadas globales x,y(0,0) Luego debemos hacer los ejes de los muros del primer piso en un layer con un nombre por ejemplo primer piso y los del piso típico en otro layer con este nombre, así:

Nota estos ejes también deben empezar en la ubicación x,y (0,0) para poder ser importados en el origen del programa Etabs

Estos ejes superpuesto también estan iniciados desde el origen Guardar el archivo en la extensión .dxf

Trabajando en Etabs; abrir el programa y preparar una hoja en blanco

Luego realizar la importación desde CAD .dxf de la siguiente manera: 1.- Primero debe importar los ejes de la arquitectura, así:

Y así habrá generado los ejes del modelo:

2.- Ahora hay que importar los ejes de los muros del primer piso: similar al proceso anterior pero ahora usando el comando .DXF file or floor plan (esto queda claro que los ejes de arquitectura pueden estar en un archivo y los ejes de los muros en otro)

Se debe seleccionar el layer donde se encuentra los ejes de los muros, lo ubicamos en el piso 1 (story 1) y no olvidar de seleccionar las unidades (m), guardar en el mismo archivo ya creado. La vista sera:

Aprovechamos para extruir de lineas a muros con un z=-2.60 y borramos el objeto fuente (seleccionar los elementos frame)

3.- Ahora hay que importar los ejes de los muros de los pisos típicos, proceso similar al anterior

Repetir el proceso, luego extruir los elementos frame a los 4 pisos inferiores con z=-2.60m

Seleccionar los elementos frame (beams) y extruir de lineas a áreas

4.- Hacer la división de elementos áreas; 4 horizontales, todos los muros

Luego hacer las divisiones con respecto a las grillas y los nodos seleccionado

5.- Propiedades de los materiales: Concreto: √

Coeficiente de deformación transversal (coef. poisson)

Albañilería:

6.- Definición de las secciones a usar: a)

Frames: Para poder usar elementos de área con comportamiento de membrana debemos usar elementos de borde tipo frame para poder capturar la carga de gravedad, así tenemos vigas soleras y vigas con espesor de la losa aligerada.

Viga solera (25x40)

Viga CH Viga solera (25x40 (40x20) b) Areas: Losa Aligerada o nervada en concreto, tipo membrana

c)

Areas: Losa maciza e=20cm shell y área escalera e=15cm

d) Areas: Muro Albañilería e=25cm y e=15cm con comportamiento tipo shell

7.- Asignar las secciones definidas al modelo:

8.- Asignar Diafragma rígido: al diafragma, o el sistema físico de piso en la estructura real, se puede conectar cualquier número de columnas y vigas. En cada nodo del elemento existen 06 grados de libertad para una estructura modelada en 3D antes de introducir las restricciones. Se han verificado que las deformaciones en el plano en sistemas de piso son pequeñas en comparación con los desplazamientos horizontales de piso, así mismo se ha convertido en la práctica asumir que el movimiento en el plano de todos los puntos del diafragma de piso se mueven como una masa rígida. Por lo tanto los desplazamientos en el plano del diafragma pueden expresarse en términos de dos desplazamientos Ux, Uy y una rotación alrededor del eje Z, entonces aplicando las restricciones con el diafragma rígido se tendrá un sistema de 03 GDL, restricciones amo-esclavo.

9.- Cargas Se tiene que pensar, ante todo, que la determinación de las Cargas que actúan no pueden ser exactas en magnitud y en ubicación, aun cuando se conozca la exacta posición de las mismas y su magnitud, la interrogante es como se trasmiten las cargas a los apoyos de los elementos; muchas veces son necesarias las suposiciones que ponen en duda el sentido de la exactitud buscada, de esta manera vamos a definir solo algunas de las cargas más conocidas. 9.1 Carga Muerta, es una carga de gravedad cuya magnitud y ubicación podemos considerarlas fijas; se usara en este proyecto las cargas permanentes tomadas desde los elementos que conforman la estructura definida como DEAD y para las cargas de acabado que se encuentran adheridas sobre los pisos de la estructura será definida como SUPERDEAD. En la práctica los Reglamentos vigentes proporcionan tablas que ayudan al diseñador a cuantificar estas magnitudes. Para la Súper Carga Permanente SUPERDEAD usaremos = 100kg/m2 y será aplicada a la todos los pisos, incluyendo el techo. 9.2 Carga Viva, es aquella carga de gravedad que actúa sobre la estructura cuando esta se encuentra en servicio; puede variar en ubicación como en magnitud a lo largo de la vida útil. LIVE de entrepiso = 250kg/m2 LIVE de techo = 100kg/m2 LIVE en escalera = 400kg/m2 Se usara un Set de cargas uniforme aplicada a las áreas, asi tenemos: -

Set de Entrepiso tendrá: SUPERDEAD 100kg/cm2. LIVE

-

Set de Techo tendrá:

250kg/cm2

SUPERDEAD 100kg/cm2 LIVE 100kg/cm2

Aplicación de las cargas a los entrepisos y techo 9.3 Carga de Sismo, los terremotos producen movimientos horizontales y verticales; los movimientos horizontales son los que generan en las estructuras los efectos más significativos; cuando la interacción suelo estructura se activa, la inercia de la masa de la estructura tiende a resistir este movimiento; la filosofía de este análisis sísmico tiende a estimar la fuerza a partir de un porcentaje del peso de la estructura; este porcentaje es llamado coeficiente basal y la fuerza dependerá de la ductilidad o liberación de energía que se estime o se asigne a este tipo de estructura (según norma Peruana R=6); realizaremos el diseño sísmico basado en dos metodología, análisis símico estático y análisis sísmico dinámico a partir de un análisis espectral-modal. 9.3.1 Datos para Análisis Sísmico Estático Coeficiente Basal Z=0.4 U=1.0 S=1.2 Tp=0.60 seg T estructura X-X = 0.19 seg y T estructura Y-Y = 0.14 seg C= 2.5 (para ambas direcciones) =6 =6 Por lo tanto la fuerza por carga de sismo será

y

9.3.2 Datos para realizar un Analisis Dinámico.-

Espectro de Respuesta usando la Norma Peruana E-030

Ingreso de data al ETABS desde un archivo de texto (from file)

Nota: Criterio de Combinación Alternativamente, la respuesta máxima podrá estimarse mediante la combinación cuadrática completa CQC de los valores calculados para cada modo. (Norma E-030). Analisis Modal.- para capturar las formas de modo de la estructura usaremos la resolución matricial a partir de los eigen vectores.

Tres grados de libertad por cada piso = 15 modos

Usamos la recomendación del Dr. Edward Wilson: Los efectos ortogonales en el análisis espectral, en modelos tridimensionales, para el diseño de edificios y puentes requiere que los elementos sean diseñados para el 100% de

las fuerzas sísmicas prescrito en una dirección, más el 30% de las fuerzas prescritas en la dirección perpendicular. (Analisis Estático y Dinámico; Autor Ed. Wilson, pag. 212) Respuesta Espectral en dirección X-X:

Respuesta Espectral en dirección prescrita X-X al 100% de la gravedad y 30% en la dirección perpendicular

Respuesta Espectral en dirección Y-Y:

Respuesta Espectral en dirección prescrita Y-Y al 100% de la gravedad y 30% en la dirección perpendicular

9.3.3 Fuente de masa.El programa tomara la fuente de masa desde los elementos que componen la estructura y las fuerzas externas de gravedad que se han asignado.

Definición de la fuente de masa a considerar

10.0 ANALISIS 10.1 OPCIONES DE ANALISIS.- Seleccionar la opción Space Frame OK

Analysis Options – Fast DOF’s Space Frame

10.2 FORMAS DE MODO.- periodos fundamentales T1= 0.19seg y T2= 0.14 seg longitudinales

La participación de la masa en cada modo:

Las formas de modo predominante en la estructura es en el modo T1=0.19 seg con 72% de masa participativa en dirección X-X y T2=0.14 seg con 74% de masa en dirección Y-Y (estructura regular)

10.4 Peso de la estructura y Cortante Basal.-

Peso de la estructura Pt=1,031.923 Tn El cortante esperado será por lo menos V=0.20x1,031.923x90%=185.74Tn

Cortante estático 195Tn; Cortante Dinámico 150Tn (si deseamos hacer la evaluación sísmica con el cortante dinámico habrá que llevarlo al cortante esperado)