Informe final Analisis Estructural II

FACULTAD DE INGENIERÍACIVIL
Universidad Católica Sedes Sapientiae
“ANÁLISIS ESTRUCTURAL” Semestre – VII
0
24dejuliode2015
Universidad Católica Sedes Sapiantiae
FACULTAD DE INGENIERÍA
INFORME FINAL
DISEÑO DE UN EDIFICIO DE OFICINAS
(TAKABEYA)
Presentado por:
JORGE ONOFRE JOHANNA STEFANIA
TIMOTEO HUANCAYO, HINO JHONATAN
Asignatura:
ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
Docente:
Ing. JOSE REYNALDO TELLO GONZALES
Tarma, Julio de 2015

1
24dejuliode2015
RESUMEN
El objetivode esteproyecto hasidorealizarel diseñoestructural de unedificiode concretoarmado
de tres pisos, destinado al uso de oficinas, ubicado en el distrito de Tarma, en la región Junín.
El edificiose ubicaraenlaciudadde Tarma.Encada unode lostrespisosde laedificaciónse tienen
cuatro oficinas, lo que da un total de doces de ellos. El área de estos es de 66.1125.
El terreno sobre el cual se encontrara el edificio sera una grava arenosa típica de
Tarma (zona 2), cuya capacidad admisible es de 1.08 Kg/cm2 a la profundidad de 2 m.
En cuanto al diseño del edificio, se buscó simplicidad en la estructuración, de tal forma que, al
realizar el análisis sísmico, se obtuvieran resultados más precisos.
También se procuró que la estructura tuviera una adecuada rigidez en ambas direcciones, con la
finalidad de controlar los desplazamientos laterales.
Definido lo anterior, se procedió a predimensionar los elementos estructurales (vigas, losas
aligeradas,columnasyplacas) siguiendoloscriteriosplanteadosenlibrosde diseñoestructural,así
como recomendacionesde ordenpráctico.Una vezpredimensionadosloselementos,se procedió
a realizarel metradodecargasverticalesyposteriormente serealizóelanálisissísmico,procurando
que se cumplacon lo planteadoenlaNorma PeruanaSismorresistenteE.030. Realizadoel análisis
sísmico, se comprobó si la rigidez asignada en cada dirección fue la adecuada.
Posteriormente, se procedió al diseño de todos los elementos estructurales, procurando que se
cumplan los lineamientos de la Norma Peruana de Estructuras E.060.
Los elementos diseñados fueron los siguientes: losas aligeradas, vigas peraltadas y chatas,
columnas.

2
24dejuliode2015
Dedicamos este trabajo a nuestros padres y profesores
de la universidad católica sedes sapiencia de la carrera
profesional de ingeniería civil quienes me inculcaron el
conocimiento y los valores necesarios y por ser
formadores de mí persona.

3
24dejuliode2015
INDICE
TITULO………………………………………………………………………..............…………………………..… 4
1. OBJETIVOS…………………………………………………………….….….……………………….…. 5
2. MARCO TEÓRICO………………………………………………………..………………………...…. 6
CAPITULO 1

4
24dejuliode2015
1. INTRODUCCIÓN
La concepción estructural del presente edificio destinado a oficinas, se realizó con la
finalidad de que los esfuerzos a los que se verán sometidos los diferentes elementos
estructurales del mismo, cumplan con los parámetros de la Norma Peruana de Concreto
Armado(E. 060) Y laNorma(E.030) ArmadoE.060 (combinacionesde carga- requerimiento
de diseño) .
Para el desarrollo del presente trabajo se determinó predimensionamiento de los
elementos estructurales de la edificación a diseñar.
Se realizódosmetradoslas cualessonMetrado de carga para hallarlas cargas distribuidas
en la edificación,el segundometrados de carga para hallar el peso de la edificación y con
esta la fuerza cortante en la base de la estructura.
Utilizandoel métododel Ing. FUKUHEI TAKABEYA lascarga de la estructuracomo la carga
vivayestoalternandolascargasparapoderhallarporcadapórticolosmomentosmáximos
positivos y negativos (envolvente), con lo cual se puede diseñar o calcular el acero de
refuerzo de la sección de la viga, columna.
Se buscó con este trabajo demostrarque losmétodosque se analiza teóricamente enlos
cursos de Análisis estructural son importantes ya que se puede con estos realizar los
cálculosde las estructuras esimportante desarrollaryteneren cuenta prioritariamentes
son las fuerzas sísmicas, Otro de los objetivos en la concepción estructural fue que la
estructura sea uniforme y continua, tanto en elevación como en planta, ya que al
mantenerse uniforme, se evitan los cambios bruscos de rigidez, causa de las
concentraciones de esfuerzos.
Lo que se busca con una buena estructuración, es que la edificación resista sin daños los
sismos leves, pueda experimentar daños dentro de límites aceptables ante un sismo
moderado, y que no colapse ante sismos severos, aunque en este ̇último punto pueda
presentar daños estructurales de consideración.
Lo ideal, es que la estructura tenga un comportamientodúctil y no frágil. Para que eso se
dé,al diseñarloselementosestructuralesse debecumplirconunaserie de parámetros,de
tal modo, que se garantice una adecuada ductilidad de los mismos al ser sometidos a un
sismo.
2. OBJETIVOS

5
24dejuliode2015
 Comprender el procedimiento de predimensionamiento de losas, viga, columnas
(elementos estructurales de una edificación).
 Determinar el metrado de cargas en los pórticos principales y secundarios.
 Utilizarel métododel ing.FUKUHEI TAKABEYA para determinarlosdiagramasde
fuerzas cortantesymomentoflectorparaluegodeterminarlosesfuerzosmáximos
originados por las cargas de gravedad y cargas de sismo (laterales).
3. MARCO TEORICO
3.1. FILOSOFÍA DEL DISEÑO SISMO RESISTENTE.

6
24dejuliode2015
El proyecto "EDIFICIOS PARA OFICINAS" deberá de desarrollarse con la finalidad de
garantizar un comportamiento que haga posible:
a) Resistir sismos leves sin daño.
b) Resistir sismos moderados considerando la posibilidad de daños estructurales
leves.
c) Resistir sismos severos con posibilidad de daños estructurales importantes,
evitando el colapso de la edificación.
3.2. PARÁMETROS DE SITIO.
Zonificación.
El territorio nacional se encuentra dividido en tres zonas, esta zonificaciónse basa en la
distribución espacial de la sismicidad observada, las características generales de los
movimientos sísmicos y la atenuación de éstos con la distancia epicentral, así como en
información neotectónica.
A cada zona se le asigna un factor Z según se indica en la tabla N° 01, este factor se
interpreta como la aceleración máxima del terreno con una probabilidad de 10% de ser
excedida en 50 años.
Tabla N° 01
FACTORES DE ZONA
ZONA
FACTOR DE ZONA - Z
(g)
3
2
1
0.4
0.3
0.15
El presente proyecto se encuentre ubicado en el departamento de Junin, Provincia de
Tarma, Distrito de Lircay en la zona 2 cuyo factor de zona es:
3.3. CONDICIONES LOCALES
Microzonificación Sísmica y Estudios de Sitio
Microzonificación Sísmica.
Son estudios multidisciplinarios, que investigan los efectos de sismo y fenómenos
asociados como licuación de suelos, deslizamientos, tsunamis, etc. Sobre el área de
interés. Los estudios suministran información sobre la posible modificación de las
acciones sísmicas por causa de las condiciones locales y otros fenómenos naturales, así
Z (g)=0.3

7
24dejuliode2015
como las limitaciones y exigencias que como consecuencias de los estudios se considere
para el diseño y construcción de edificaciones y otras obras.
Será requisito la realización de estudios de microzonificación en los siguientes casos:
 Áreas de expansión de ciudades.
 Complejos industriales o similares.
 Reconstrucción de áreas destruidas por sismos y fenómenos asociados.
 Los resultados de estudios de microzonificación serán aprobados por la
autoridad competente, pudiendo ésta solicitar informaciones o justificaciones
complementarias en caso lo considere necesario.
Estudios de Sitio.
 Son estudios similares a los de microzonificación, aunque no necesariamente en
toda su extensión. Estos estudios están limitados al lugar del proyecto y
suministran información sobre la posible modificación de las acciones sísmicas y
otrosfenómenos naturales porlas condicioneslocales, siendo su objetivoprincipal
la determinación de los parámetros de diseño.
 Será necesario realizar estudios de sitio para edificacionesdel grupo A el nivel de
exigencia y de detalle será a criterio del proyectista.
 No se considerará parámetros de diseño inferiores a los indicados en esta norma.
Condiciones Geotécnicas.
Para los efectos de esta Norma, los perfiles de suelo se clasifican tomando en cuenta las
propiedades mecánicas del suelo, el espesor del estrato, el periodo fundamental de
vibración y la velocidad de propagación de las ondas de corte.
Los tipos de perfiles de suelo son cuatro:
 Perfil tipo S1: Roca o suelos muy Rígidos.
A este tipo corresponden las rocas y suelos muy rígidos con velocidades de
propagación de onda de corte similar al de una roca, en los que el periodo
fundamental para vibraciones de baja amplitud no excede de 0.25s.
 Perfil tipo S2: Suelos intermedios.
Se clasifican como de este tipo los sitios con características intermedias entre las
indicadas para los perfiles S1 y S3.
 Perfil tipo S3: Suelos flexibles o con estratos de gran espesor.
Corresponden a este tipo los suelos flexibles o estratos de gran espesor en los que
el periodo fundamental, para vibraciones de baja amplitud, es mayor que 0.6s,
incluyéndose los casosen los que el espesor del estrato de suelo excede los valores
siguientes:
Suelos cohesivos
Resistencia al corte
Típica en condición no
Espesor del estrato
(m)(*)

8
24dejuliode2015
drenada (kPa)
Blandos
Medianamente compactos
Compactos
Muy compactos
< 25
25 - 50
50 - 100
100 - 200
20
25
40
60
Suelos granulares
Valores N típicos en
ensayos de penetración
estándar (SPT)
Espesor del estrato
(m)(*)
Sueltos
Medianamente densos
Densos
4-10
10-30
Mayor que 30
40
45
100
(*) Suelo con velocidad de onda de corte menor que el de una roca.
 Perfil tipo S4: Condiciones excepcionales.
A este tipo corresponden los suelos excepcionalmente flexibles y los sitios donde
las condiciones geologías y/o topográficas sean particularmente desfavorables.
Deberá considerarse el tipo de perfil que mejor describa las condiciones locales,
utilizando los correspondientes valores de T p, Y el factor de amplificacióndel suelo S,
dado en la siguiente tabla N° 02.
En los sitios donde las propiedades del suelo sean poco conocidas se podrán usar los
valores correspondientes al perfil tipo S3. Solo será necesario considerar un perfil tipo
S4 cuando los estudios geotécnicos así lo determinen.
Tabla N° 02
Parámetros de Suelo
Tip
o
Descripción
Tp
(s)
S
S1
S2
S3
Roca o suelos muy rígidos
Suelos intermedios
Suelo flexibles o con estratos de gran espesor
0.4
0.6
0.9
1.0
1.2
1.4

9
24dejuliode2015
S4 Condiciones excepcionales * *
(*) Los valores Tp y S para este caso serán establecidos por el especialista pero en
ningún caso serán menores que a los especificados para el perfil tipo S3.
El suelo donde se realizara la cimentación de la edificación, tiene una capacidad portante
de 1.08 kg/cm2, de acuerdo al estudio de suelo los parámetros de sitio a usar:
Factor de Amplificación Sísmica.
De acuerdo a las características de sitio se define el factorde amplificaciónsísmica (C) por
la siguiente expresión:
C=2.5*(Tp/T) C ≤ 2.5
Este coeficiente se interpreta como el factor de amplificación de la respuesta estructural
respecto a la aceleración en el suelo.
3.4. REQUISITOS GENERALES.
Aspectos Generales.
 Toda la edificación y cada una de sus partes serán diseñadas y construidas para
resistir las solicitaciones sísmicas determinadas en la formaprescrita enlas normas
sismorresistentes.
 Deberá de considerarse el posible efecto de los elementos no estructurales en el
comportamiento sísmico de la estructura y al análisis y detallado del refuerzo de
anclaje deberá hacerse acorde con esta consideración.
 Se considerará que las solicitaciones sísmicas horizontales actúan según las dos
direcciones principales de la estructura o en las direcciones que resulten más
desfavorables.
 La fuerza sísmica vertical se considerará que actúan en los elementos
simultáneamente con la fuerza sísmica horizontal y en el sentido más desfavorable
para el análisis.
 No es necesario considerar simultáneamente los efectos de sismo y viento.
 Cuando un solo elemento de la estructura, muro o pórtico resistente, una fuerza de
30% o más del total de la fuerza horizontal en cualquier nivel, dicho elemento
deberá diseñarse para el 25% de dicha fuerza.
Concepción Estructural Sismorresistente
Tp (s) = 0.9 Y S = 1.4

10
24dejuliode2015
Debe considerarse que el comportamiento sísmico de las edificaciones mejora cuando
se observan las siguientes condiciones:
 Simetría, tanto en la distribución de masas como en las rigideces.
 Peso mínimo, especialmente en los pisos altos.
 Selección y uso adecuado de los materiales de construcción.
 Resistencia adecuada.
 Continuidad en la estructura, tanto en planta como en elevación.
 Ductilidad como requisito indispensable para un comportamiento
satisfactorio.
 Deformación limitada ya que en caso contrario los daños en los elementos
no estructurales podrán ser desproporcionados.
 Ilusión de líneas sucesivas de resistencia.
 Consideración de las condiciones locales de suelo en el proyecto.
 Buena práctica constructiva e inspección estructural rigurosa.
Categoría de las Edificaciones.
Cada estructura debe ser clasificada de acuerdoa las categorías indicadas en la tabla N°
03 de las normas sismo resistente E030.
La edificaciónque se diseñan pertenece a la categoría A (edificacionesEsenciales) cuyo
factor U es 1.5.
Configuración Estructural.
Las estructuras deben ser clasificadas como regulares o irregulares con el fin de
determinar el procedimiento adecuado de análisis y los valores apropiados del factor
de reducción de fuerza sísmica. (Tabla N° 06 de las normas sismorresistentes).
MODULO USO
CONFIGURACION
ESTRUCTURAL
PABELLON A
SERVICIOS
COMPLEMENTARIOS
ESENCIAL ESTRUCTURA REGULAR
PABELLON B SUM. Y
AMBIENTES
PEDAGOGICOA
ESENCIAL ESTRUCTURA IRREGULAR
ESCALERA ESENCIAL ESTRUCTURA REGULAR
PABELLON C
VIVIENDA
ESENCIAL ESTRUCTURA REGULAR

11
24dejuliode2015
Sistema Estructural.
Los sistemas estructurales se clasificarán según los materiales usados y el sistema de
estructuración Sismorresistente predominante en cada dirección tal como se indica en
la tabla N° 06. Para la presente Sistema Estructural le corresponde a:
3.5. DESPLAZAMIENTOS LATERALES.
Desplazamientos laterales Permisibles.
El máximo desplazamiento relativo de entrepiso, calculado con el análisis estructural
realizado con el ETBAS V 9.7.2, esta no deberá exceder la fracción de la altura de
entrepiso que se indica en la tabla N° 08.
Tabla N° 08
Límites para desplazamiento Lateral de Entrepiso
Material Predominante ( i / he¡ )
Concreto Armado
Acero (*)
Albañilería
Madera
0.007
0.010
0.005
0.010
(*) Estos límites no son aplicables a naves industriales.
3.6. CONTROL DE GIROS EN PLANTA.
En cada una de las direcciones de análisis el desplazamiento relativo máximo entre dos
pisos consecutivos, no debe ser mayor que 1.75 veces el desplazamiento relativo de los
centros de masas
3.7. ESTABILIDAD DEL EDIFICIO
Deberá considerarse el efecto de la excentricidad de la carga vertical producida por el
desplazamiento lateral de la edificación, (efecto p-delta).
3.8. ANÁLISIS DE LOS EDIFICIOS.
Solicitaciones Sísmicas y Análisis.
 En concordancia con la filosofía de diseño Sismorresistente se acepta que las
edificaciones tendrán incursiones inelásticas frente a solicitaciones sísmicas severas.
Portanto las solicitaciones sísmicas de diseño se considerarán cornouna fracciónde la
solicitación sísmica máxima elástica.
 El análisis podrá desarrollarse usando las solicitaciones sísmicas reducidas con un
modelo de comportamiento elástico para la estructura.
 El análisis podrá hacerse independientemente en cada dirección y para el total de la
fuerza sísmica en cada caso.

12
24dejuliode2015
Peso de la Edificación.
El peso (P), se calculará adicionando a la carga permanente y total de la edificación un
porcentaje de la carga viva o sobrecarga que se determinará de la siguiente manera:
Del proyecto "EDIFICIO DE OFICINAS" se tomará el 50% de la carga viva., excepto en los
techos.
3.9. ANÁLISIS DINÁMICO
Alcances
El análisis dinámico de las edificaciones podrá realizarse mediante procedimientos de
superposición espectral o pormedio de análisis tiempo historia. Elprograma ETABSv9.5
No lineal, tiene en sus funciones realizar estos casos de análisis para lo que en el anexo
presentamos la explicaciónbásica del análisis Dinámico. Eneste caso la norma específica
que para edificaciones convencionales podrá usarse el procedimiento de superposición
espectral; y para edificacionesespeciales deberá usarse un análisis tiempo - historia. Por
lo que la presente estructura loanalizaremos usando el procedimiento de superposición
espectral usados por el Reglamento Nacional de Edificaciones para los módulos
presentados.
Análisis por Superposición Espectral
 Modos de Vibración
Losperiodos naturales y modosde vibraciónpodrán determinarse porun procedimiento
de análisis que considere apropiadamente las características de rigidez y la distribución
de las masas de la estructura.
 Aceleración Espectral
Para cada una de las direcciones analizadas se utilizará un espectro inelástico de pseudo
- aceleración definido por:
Para el análisis en la dirección vertical podrá usarse un espectro con valores iguales a
los 2/3 del espectro empleado para las direcciones horizontales.
 Criterios de Superposición
Mediante los criterios de superposición que se indican, se podrán obtener la respuesta
máxima esperada (r)tanto para las fuerzas internas en los elementos componentes de la
estructura, como para los parámetros globales del edificio como fuerza cortante en la
base, cortantes de entrepiso, momentos de volteo,desplazamientos totales y relativos de
entrepiso.
La respuesta máxima elástica esperada (r) correspondiente al efecto conjunto de los
diferentes modos de vibración empleados (ri) podrá determinarse usando la siguiente
expresión.
Sa = (ZUSC/R)g

13
24dejuliode2015
𝑟 = 0.25 ∑| 𝑟𝑖|
𝑚
𝑖=1
+ 0.75√∑𝑟2
𝑖
𝑚
𝑖=1
Alternativamente, la respuesta máxima podrá estimarse mediante la combinación
cuadrática completa de los valores calculados para cada modo.
En cada dirección se considerarán aquellos modos de vibración cuya suma de masas
efectivas sea por lo menos el 90% de la masa de la estructura, pero deberá tomarse en
cuenta por lo menos los tres primeros modos predominantes en la dirección de análisis.
 Efectos de Torsión.
La incertidumbre en la localización de los centros de masa de cada nivel, se considerarán
mediante una excentricidad accidental perpendicular a la direccióndel sismo igual a 0.10
veces la dimensión del edificioen la direcciónperpendicular a la dirección de análisis. En
cada caso deberá considerarse el signo más desfavorable.
3.10. ARQUITECTURA:
El edificio destinado para oficinas tiene 3 pisos con cuatro oficinas por nivel.
 Debido a que este un proyecto inicial no se consideran las distribuciones de las áreas.
3.11. PLANTEAMIENTO ESTRUCTURAL
El planteamientoestructuralse hizode lasiguientemanera:
 Las losas, fueron losas aligeradas de 20 cm. de espesor, las cuales se armaron en la
dirección más corta.
 Las vigasfuerondimensionadas,ensumayoría,de 30 x 60 cm. para ladirecciónY, y de
30 x 60 cm, tambiénensumayoría, para la direcciónX(enel capítulode
predimensionamientose muestraunplanodonde se apreciacual esla direcciónXy cual
la Y).
También se tuvieron,porarquitectura,vigasde 30 x 40 cm. en el eje By C. A estaúltima
se le diodicho peralte,ynounomayor, con el finde que la alturadesde el piso
terminadodel sótanohastael fondode laviga fuerade 4.4 m, y no de una dimensión
menor.La dimensión mínimaque exigenlosarquitectosesde 2.05 m.;sinembargo,
tomandoencuentaque por debajode este tramono circularánautos,y que quizá·lo
haga esporádicamentealgunapersona,se vioconvenientedotarlade dichoperalte.
3.11.1. CONSIDERACIONES GENERALES PARA EL DISEÑO
A. DATOS GEOMETRICOS:
DATOS GEOMÉTRICOS :
Largo : 20.50 m
Ancho : 12.9 m
Nº Porticos X-X : 4
Nº Porticos Y-Y 4
Nº Pisos : 3 Pisos + Azotea

14
24dejuliode2015
B. CARACTERISTICAS Y PROPIEDADES DE LOS MATERIALES:
a) CONCRETO
- Peso Específico del Concreto Armado : γ = 2400 Kg./ cm3
- Peso Específico del Concreto Simple : γ = 2000 kg./ cm3
- Resistencia a la Compresión del Concreto : f’c = 210 kg./ cm2
- Módulo De Elasticidad : Ec = 15000 (f’c)1/2
Kg./ cm2
- Módulo de Poison : υ = 0.15
- Deformación Unitaria del Concreto : ε c = 0.003
b) ACERO DE REFUERZO
- Corrugado, Grado 60, Esfuerzo De Fluencia : fy = 2400 Kg./ cm3
- Módulo De Elasticidad : Es = 2*106 Kg./ cm2
- Peso Específico Del Muro De Albañilería: γ = 1800 Kg./ cm3
C. NORMATIVIDAD:
En todo el proceso de análisis y diseño se utilizaran las normas comprendidas en el
reglamento nacional de edificaciones (R.N.E):
- Metrado de cargas norma E- 020
- Diseño Sismo resistente E-030
- Suelos y Cimentaciones E- 050
- Concreto Armado E- 060
- Norma de Albañilería E- 070
Altura Entrepiso (1º,2º y 3º piso) :
3.30 m
3.30 m
4.30 m
Df (Profundidad de Desplante) : 1.20 m

15
24dejuliode2015
Conclusión:
 Los resultadosmáximosdel diagrama de fuerzacortante y diagrama de momentoflector
(envolvente) nos sirven para calcular el detalle de refuerzo de acero en los elementos
estructuralesde unaedificación(columnasyvigas).Asímismonos sirvenpara determinar
lospuntosde inflexión para luego calcular los cortes de acero en cada tramo de pórtico.
 La envolvente del diagrama de momento flector esencialmente es utilizado para
determinación del hacer longitudinal de las columnas y vigas.
 El diagrama de fuerzacortante esencialmente esutilizadoparadeterminarlosestribosde
la columna y vigas.
 En la actualidad se sigue utilizando el método de Takabeya con menos frecuencia por la
aparición (método de elementos finitos) más sofisticados utilizando safwar de
computadorapara cálculos estructuralessinembargoal realizareste trabadoeste método
se puede programar en hojas de Excel facilitando el cálculo.


Informe final Analisis Estructural II

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (20)

Similar a Informe final Analisis Estructural II

Similar a Informe final Analisis Estructural II (20)

Último

Último (20)

Informe final Analisis Estructural II