Instituto Tecnolgico De Oaxaca

ANLISIS DE UN EDIFICIO A BASE DE MARCOS RGIDOS DE CONCRETO REFORZADO

CATEDRTICO:ING. JULIO CESAR OSORIO SANTIAGOALUMNOS:JOSE LUIS CABRERA LOPEZSAL CRUZ CRUZ

ESTRUCTURAS DE CONCRETO

GRUPO: ICA HORARIO: 11:00 A 12:00

AULA: LC1

Oaxaca De Jurez Centro A 8 de Marzo del 2015.NDICE Pg. INTRODUCCIN3JUSTIFICACIN4OBJETIVOS Y ALCANCES51. DESCRIPCIN DEL PROYECTO61.1. LOCALIZACIN Y USO DE LA ESTRUCTURA62. ESTRUCTURACIN82.1. ELECCIN DEL SISTEMA ESTRUCTURAL82.2. ANLISIS DE CARGAS122.2.1 Cargas permanentes122.2.2. Cargas variables132.2.3 Cargas accidentales143. ANLISIS SMICO153.1 MTODO ESTTICO153.2 ANLISIS DE MASAS16

INTRODUCCIN

Los edificios altos han tenido gran auge desde principios del siglo XX debido a la funcionalidad que representan, ofrecen un gran espacio en su interior, utilizando relativamente superficies de terreno muy pequeas. Es ms comn encontrarlas en las grandes ciudades, en donde el espacio es muy reducido y el que escasamente existe es muy costoso. Siendo stas las causas principales que hacen de los edificios altos una necesidad ms que una excentricidad por parte de quienes poseen el capital para construirlos.Para la construccin de estos edificios se cuenta con materiales de diversas caractersticas como lo son el concreto y el acero, teniendo cada uno ventajas y desventajas las cuales entran en juego a la hora de seleccionar el material que se usara en la construccin.Ambos materiales han mostrado ser excelentes aliados en la construccin de edificios altos y la eleccin de uno de ellos esta principalmente en funcin del costo y el tipo de cimentacin que se dispondr en tal edificio.Aunque el concreto ofrece tambin una gran resistencia y mayor rigidez ante cargas horizontales, su uso se est dejando a edificios de altura baja y mediana debido a que es un material muy pesado y su empleo en edificios altos implicara una cimentacin de dimensiones grandes y por lo tanto costosas.La clasificacin de los edificios en funcin al nmero de niveles es relativa, sin embargo, algunos ingenieros consideran la siguiente: Edificios bajos.De 1 a 5 niveles Edificios medianos. De 6 a 10 niveles. Edificios altos.De 11 niveles en adelante.En este caso se estudiar el anlisis y diseo de un edificio bajo ubicado en el municipio de Santa Mara Huatulco, ms conocido como Huatulco aproximadamente a ocho horas de la capital del estado de Oaxaca.

JUSTIFICACIN

El proyecto a presentar consiste principalmente en realizar un diseo estructural a base de marcos rgidos de concreto reforzado de acuerdo con el Reglamento de Construccin y Seguridad Estructural del estado de Oaxaca (RECSEO 1998), las Normas Tcnicas Complementarias para Diseo de Concreto (NTCC 2004), las Normas Tcnicas Complementarias para Diseo por Sismo (NTCS 2004) y las Normas Tcnicas Complementarias para Diseo por viento (NTCV 2004), es de vital importancia para el ingeniero civil contar con informacin clara y eficiente a fin de salvaguardar la vida de los usuarios y garantizar que se cumpla con los estados lmites de servicio, este trabajo se podr tomar como base para un diseo de un edificio tomando a referencia la normativa en el que se consulte.

OBJETIVOS Y ALCANCES

El objetivo en estudio es presentar en base a los reglamentos y normativas un anlisis y diseo de un edificio estructurado a base de marcos rgidos de concreto reforzado contemplando cargas permanentes variables y accidentales.El proceso de estructuracin se bas principalmente en el proyecto arquitectnico presentado, se realiz primeramente un Predimensionamiento aproximado de los elementos estructurales, posteriormente se efectu clculos de pesos propios de los elementos estructurales y no estructurales para as poder determinar un anlisis de masas, se tuvo cuidado en generar clculos cercanos a los valores reales con el fin de que los clculos subsecuentes no fueran desechados por el cambio de dimensin de los elementos, el diseo definitivo consiste en obtener las secciones reales de los elementos que integraran la estructura en base a las condiciones de servicio.Se procedi a efectuar un anlisis ssmico por el mtodo esttico, el cual permiti determinar que fuerzas actan sobre el edificio durante un evento ssmico y que elementos mecnicos se generan, se aplica este mtodo segn las NTCS 2004 como se muestra en el captulo 3.Posteriormente se aplic a la estructura un anlisis por viento segn lo descrito en las NTCV 2004 y la Norma para Diseo por Viento de la Comisin Federal de Electricidad (CFE).Consecuentemente se presenta un anlisis estructural con las combinaciones de carga presentes en el RECSEO, obteniendo as la pauta para el diseo estructural, al final de este se presenta la memoria de clculo en el anexo 2 y planos estructurales en el anexo 1.

1. DESCRIPCIN DEL PROYECTO

1.1. LOCALIZACIN Y USO DE LA ESTRUCTURA

El edificio en estudio tiene geomtricamente, en planta, una forma similar a una c como se muestra en la figura 1.1, est destinado a diferente tipo de usos y actividades, fue proyectado a principios del ao 2015, se encuentra ubicado en el municipio de Santa Mara Huatulco en el estado de Oaxaca de Jurez Oax, este cuenta con cuatro niveles, la planta baja est integrada con locales comerciales, as como para habitaciones a partir de los niveles dos, tres y cuatro, la estructura se encuentra dividida por un ncleo que genera as la perspectiva de dos edificios, en un lado se establecen oficinas mientras que en el otro habitaciones, la planta baja cuenta con 42 muros, en las plantas subsecuentes con 54 manteniendo la simetra, en la azotea con 14 muros y 26 pretiles en total se tienen 177.67 metros cuadrados de construccin, se cuenta con una placa de concreto reforzado a lo largo de la fachada consecuente en todos los niveles como se muestra en el plano arquitectnico presente en el anexo 1, de esta manera se pensara en un sistema estructural en base de mampostera reforzada o confinada, sin embargo se opt por considerar el uso de marcos de concreto reforzado por rdenes del cliente, est integrado por columnas, trabes principales, trabes secundarias, sistemas de piso en base de concreto reforzado y muros de mampostera, el detallado de los espacios se encuentran en el proyecto arquitectnico.Las Bahas de Huatulco se localizan en la costa del Estado de Oaxaca, en la parte final de la Sierra Madre del Sur. Abarcan 35 kilmetros del Litoral Pacfico Mexicano, entre los ros de Coyula y Copalita. Situado a 277 km de la capital de Oaxaca y a 50 minutos de laciudad de Mxicopor va area. Cuenta tambin con vas de acceso terrestres y martimas. El clima clido permite disfrutar de 365 das soleados al ao y solamente 40 das lluviosos.La agresiva belleza de la zona es resultado de su ubicacin en las estribaciones de la Sierra Madre del Sur, de topografa accidentada de montaas, laderas y valles, adornada por los ros Coyula, San Agustn y Copalita.Agrega atractivo a la zona el hecho de contar en sus alrededores con puertos tradicionales como son:puerto ngela 52 kilmetros, adems de pintorescos poblados como la cabecera municipal a 34 km yPochutlaa 40kmde distancia del desarrollo turstico.De acuerdo con el RECSEO, en su versin 1998, la estructura en estudio se clasifica dentro del grupo B construcciones comunes destinadas a viviendas, oficinas y locales comerciales, hoteles y construcciones comerciales e industriales no incluidas en el grupo A, con base en el estudio de mecnica de suelos se determin un suelo tipo jsja, con una capacidad de carga de sdss, consecuentemente se determina que el edificio en anlisis se encuentra en la zona de acuerdo con la divisin de zonas ssmicas del RECSEO como se muestra en la figura 1.2.

Figura 1.1 Planta baja del edificio

Figura 1.2 Zonas ssmicas para el estado de Oaxaca

2. ESTRUCTURACIN

2.1. ELECCIN DEL SISTEMA ESTRUCTURAL

En base a las exigencias del cliente se gener una primera estructuracin a base de marcos rgidos de concreto reforzado colocando columnas y trabes predimensionadas a cada 4 metros, observndose as que se poda ampliar este rango tenindose as el claro ms grande de 6 metros, se colocaron columnas que se prolongaban a lo largo de cada nivel con dimensiones segn la figura 2.2 a), esta primer estructuracin se bas en la experiencia del ingeniero estructural, para trabes y cadenas se utiliz la tabla del Instituto Americano del Concreto (ACI) como se muestra en la tabla 2.1, utilizando la seccin de bordes continuos utilizando la longitud, teniendo as dos secciones como se muestra la figura 2.2 a).

a)

b)

c)

Figura 2.1 Predimensionamiento de elementos estructurales

Para el anlisis de los muros de mampostera se determin usar tabique rojo recocido con dimensiones como se muestra en la figura 2.1 c), respetando as el espesor del proyecto arquitectnico, generando as castillos de dimensiones como se muestran en la figura 2.1 b). La primera planta tiene una altura efectiva de 3 metros, las plantas subsecuentes miden 2.75 metros (como se muestra en el proyecto arquitectnico), por lo cual el anlisis a las alturas efectivas de muros se us la analoga de esta altura menos la altura efectiva calculada de la trabe o cadena correspondiente al muro.El Predimensionamiento de la losa fue efectuado mediante el anlisis de carga permanente y variable segn el RECSEO, proponiendo un espesor inicial de 12 centmetros, posteriormente tomando el tablero de la dimensin ms crtica y aplicando lo presente en las NTCC 2004 se determin que la losa de azotea y entrepiso seria de 11 centmetros de espesor, la distribucin de tablero se puede observar en la figura 2.2. En lo que respecta a la azotea en esta se ubicaron estratgicamente seis tinacos de 2500 litros con sus respectivas bases, con el uso de una lavandera en la azotea, se colocaron pretiles en el permetro con castillos anclados a la losa, a la altura de 1.1 metros.La estructuracin del edificio por planta se muestra en la figura 2.3, siendo el primer nivel diferente a los subsecuentes.

Tabla 2.1 Espesor mnimo h de vigas no pres forzadas o losas en una direccin a menos que se calculen deflexiones

Figura 2.2 b) Tableros en 2 y 3 planta

Figura 2.2 a) Tableros en planta baja

Figura 2.2 c) Tableros en 4 planta

Figura 2.2 d) Tableros en Azotea

Planta baja

Nivel 2, 3 y 4

Figura 2.3 Estructuracin de planta baja y subsecuentes

2.2. ANLISIS DE CARGAS

El anlisis de cargas gravitacionales, consiste en identificar todos los pesos que estn actuando en la estructura, cargas muertas, vivas y cargas de corta duracin (accidentales), para el anlisis de cargas en el edificio se efectu haciendo clculos de pesos propios de los elementos estructurales y no estructurales, entre estos elementos se encuentran:1) Muros2) Trabes y cadenas3) Columnas4) Castillos5) Losas de entrepiso y azotea6) EscaleraDe los cuales se calcularon sus cargas por unidad de rea obteniendo los datos mostrados en la tabla 2.2 que es un resumen. En el anlisis de cargas de muros, se realiz el estudio y clculo de los pesos de diferentes tipos de espesores de muros por unidad de rea, formado por ladrillo de dimensiones de: 27 X 14 X 6 centmetros mostrado en la figura 2.1 c), Incluyendo los diferentes acabados requeridos en los muros para el proyecto, de esta manera se obtuvieron los pesos de las diferentes combinaciones.El anlisis de cargas en trabes, as como en castillos y columnas se realiz por unidad de metro lineal, el anlisis de la escalera se realiz por unidad de rea presentndose los resultados en la memoria de clculo presente en el anexo 2, de igual forma el anlisis de losas de entrepiso y de azote se realiz por unidad de rea, en donde se consideraron y calcularon los diferentes materiales que lo forman, para posteriormente sumarlos y obtener la carga muerta.2.2.1 Cargas permanentes

El RECSEO en su versin 1998 en su artculo 214 define a las cargas permanentes en:Son aquellas que obran en forma continua sobre la estructura y cuya intensidad varia poco con el tiempo, las principales son: la carga muerta, el empuje esttico de tierras y lquidos y la deformacin y desplazamiento impuestos a la estructura como los debidos a preesfuerzos o a movimientos diferenciales permanentes de los apoyos.En este mismo en su artculo 226 define a las cargas muertas como:El peso de todos los elementos constructivos de los acabados y los elementos que ocupan una posicin permanente y que tienen un peso que no cambian sustancialmente con el tiempo.

Tabla 2.2 Resumen de cargas W para muros estructurales y no estructurales

2.2.2. Cargas variables

El RECSEO en su versin 1998 artculo 215 define a las cargas variables en:Son aquellas que obran sobre la estructura con intensidad que vara significativamente con el tiempo, las principales acciones que entran en esta categora son: la carga viva, el efecto de la temperatura, la deformacin impuesta, los hundimientos diferenciales que tengan una intensidad variable con el tiempo, y las acciones debidas al funcionamiento de maquinaria y equipo, incluyendo los efectos dinmicos que puede presentarse debido a vibraciones, impacto y frenaje.En este mismo en su artculo 229 define a las cargas vivas como:Las fuerzas que se producen por el uso u ocupacin de las construcciones y que no tienen carcter permanente, a menos que se justifique racionalmente otros valores.Las cargas ocupadas para el clculo de las masas fue la carga instantnea Wa, mientras que para el clculo del dimensionamiento de losas de entrepiso y azotea su ocupo la carga viva mxima Wm, el valor de estas cargas se muestran en la tabla 2.3 que se encuentra en el RECSEO segn el uso de la estructura.

CargaCarga carga viva

Destino de piso mediainstantneamxima

CubiertaWWaWm

Habitacin7090170

Oficinas100180250

comunicacin p/ peatn4015035

Estudios y lugares de reunin sin asientos4035045

Otros lugares de reunin4025035

Comercios, fabricas bodegas.8W.9WW

Cubiertas y azoteas con pendiente no mayor < 5%1570100

Cubiertas y azoteas con pendiente mayor 5%52040

Volados en va publica157030

Garajes y estacionamiento p/v 4010025

Tabla 2.3 Tabla de cargas vivas para diferentes uso en una edificacin (RECSEO 1998)

2.2.3 Cargas accidentales

El RECSEO en su versin 1998 define a las cargas accidentales en:Son aquellas no causadas por el funcionamiento normal de la construccin y que alcanzan intensidades significativas pero durante lapsos breves, estas son: la accin ssmica, el efecto del viento, el efecto de explosiones, incendios y otros fenmenos que pueden presentarse en casos extraordinarios, es necesario prever y tomar precauciones sobre la estructuracin y los detalles constructivos, para evitar un comportamiento catastrfico.

Figura 2.3 Tableros en 2 y 3 planta

Figura 2.3 Tableros en planta baja

3. ANLISIS SMICO

Los criterios de diseo ssmico se presentan en el RECSEO 1998 y NTCS 2004, en lo referente al reglamento en su captulo VI denominado Diseo por sismo se establecen las bases y requisitos de diseo para que las estructuras tengan una adecuada seguridad ante un evento ssmico, especifica la divisin del estado de Oaxaca en cuanto a zonas de peligro ssmico las divide en B, C y D, estas nos especifican el factor de coeficiente ssmico que se utilizara posteriormente, en las NTCS se consideran 3 mtodos de anlisis smico:a) Mtodo Simplificadob) Mtodo Estticoc) Mtodo DinmicoSegn sean las caractersticas de la estructura en anlisis, esta podr analizarse mediante cualquiera de estos mtodos, en este trabajo se optara por realizar un anlisis esttico.

3.1 MTODO ESTTICO

En las NTCS 2004 se establece que puede utilizarse el mtodo esttico presente en el captulo 8 para analizar estructuras regulares, segn se define en su captulo 6, con requisitos como la altura no mayor de 30 metros en estructuras regulares y en irregulares 20 metros, en su captulo 4 nos menciona que se empleara un factor de reduccin de fuerzas ssmicas (Q) que se considerara de esta forma:

T se tomara igual al periodo fundamental de vibracin de la estructura cuando se utilice este mtodo, cuando la estructura sea fuertemente irregular Q se modificara como se estipula en su captulo 6, la forma de un edificio determina el comportamiento que se tendr en un evento ssmico que cualquier grado, en estos anlisis generalmente se estudia los elementos que componen el edificio y que le dan resistencia ante este tipo de fenmenos.

3.2 ANLISIS DE MASAS

En base al anlisis ssmico descrito en las NTCS 2004, se procedi a determinar las masas actuantes en cada nivel de la edificacin, contando con el peso por metro cuadrado de los materiales componentes de cada elemento participante, para as determinar la contribucin de cada nivel mediante un factor de participacin. La determinacin de estas masas se presenta en la memoria de clculo presente en el anexo dos, se determin individualmente la posicin de esa masa actuante mediante de un sistema coordenado, el origen de dicho sistema se ubica en el punto A mostrado en la figura 3.1, esto con el fin de conocer cul ser el centro de masa de cada nivel, el clculo se realiz por medio de la esttica con las siguientes expresiones:

Dnde:

Es la coordenada en X de la posicin de la masa de los elementos actuantes en el nivel. Es la coordenada en Y de la posicin de la masa de los elementos actuantes en el nivel. Es la sumatoria de la multiplicacin del peso individual del miembro y su coordenada individual del mismo en el eje x. Es la sumatoria de la multiplicacin del peso individual del miembro y su coordenada individual del mismo en el eje y. Es la sumatoria de todo el peso de los elementos actuante en el nivel.

Primeramente se obtuvo las masas de los muros en la planta baja conociendo el peso de materiales y acabados presentes en la tabla resumen 2.2, se obtuvo el rea efectiva de cada muro y su condicin dentro del nivel para que posteriormente se multiplicara por su peso y as obtener la masa actuante, lo mismo se realiz para los muros de panel w, la placa de concreto, pretiles en azotea as como muros de lavandera, en la tabla 3.1 se muestra un resumen de ese peso por nivel.

Tabla 3.1 Resumen de pesos y coordenadas en muros

Del mismo modo se calcul las masas en trabes y cadenas (tabla 3.2) ya que se tena el peso por metro lineal de componentes, columnas, castillos, dinteles en puertas y ventanas, antepechos (tablas 3.3, 3.4, 3.5, 3.6, 3.7 respectivamente), haciendo mencin que el RECSEO no proporciona cargas variables para estos, sin embargo en losas y escaleras (tablas 3.8 y 3.9) se utiliz la carga variable de la tabla 2.3 en el anlisis, teniendo as las siguientes tablas:

Tabla 3.3 Resumen de pesos y coordenadas en columnas

Tabla 3.2 Resumen de pesos y coordenadas en trabes y cadenas

Tabla 3.4 Resumen de pesos y coordenadas en castillos

Tabla 3.5 Resumen de pesos y coordenadas en dinteles en puertas

Tabla 3.6 Resumen de pesos y coordenadas en dinteles en Ventanas

Tabla 3.7 Resumen de pesos y coordenadas en antepechos

Tabla 3.8 Resumen de pesos y coordenadas en losas

Tabla 3.9 Resumen de pesos y coordenadas en escalera

Una vez calculado las masas por nivel de cada elemento y su posicin de su masa se calcul el centro de masa y su posicin total por cada nivel considerando para cada masa un factor de participacin segn la figura 3.1.

Figura 3.1 Anlisis de masas

En base a la figura 3.1 podemos ver que el 50 % de las masas actuante de elementos del nivel 1 y 50 % del nivel 2 conformaran la masa 1, sin embargo algunos elementos quedan justo en la lnea de accin de la masa 1 por lo cual en esto el factor de participacin no es 50 % si no el 100%, tal es el caso de losas, trabes, dinteles dependiendo de su ubicacin en la figura, en la memoria de clculo se especifica que porcentaje de participacin real interviene en los elementos de cada nivel y en la tabla 3.10 se muestra un resumen de las masas totales por nivel y sus coordenadas.

Tabla 3.1 Resumen de pesos y coordenadas en NIVELES (masas)