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DICIEMBRE 2016 ANALISIS ESTRUCTURAL ESCUADRON 201 STAAD. PRO V8i T E S I N A Para obtener el título de: INGENIERO ARQUITECTO PRESENTA: ANA KAREN BELTRAN GOMEZ ASESORES: M. EN C. OSCAR BONILLA MANTEROLA ING. ARQ. GUSTAVO AVILA VAZQUEZ INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA UNIDAD TECAMACHALCO STITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA. UNIDAD TECAMACHALCO ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 2 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA AGRADECIMIENTOS. A mis padres. Que son y serán siempre mi mayor motivación para cumplir todas mis metas. A lo largo del camino hacia este gran logro, ustedes fueron los que siempre me brindaron su apoyo incondicional, confiaron y creyeron en mí en todo momento. Gracias por los consejos y valores que me inculcaron, ya que siempre los tomare en cuenta para ser una persona de la cual se sientan orgullosos y nunca olvidaré de dónde vengo, porque soy afortunada de tener los padres más trabajadores, que luchan día con día por mi bienestar y el de cada uno de mis hermanos y yo sé que darían su vida por nosotros. Los amo con todo mi corazón y todos estos años de esfuerzo y estudio para cumplir esta meta se los dedicó a ustedes. Gracias. A mis hermanos. Espero que este logro sea un buen ejemplo para ustedes y se motiven a cumplir todas las metas que se propongan, que no hay obstáculo que nos detenga cuando nos fijamos una meta. Y nunca se olviden de que tenemos unos padres excepcionales que siempre nos apoyarán en lo que decidamos hacer de nuestra vida y buscaran siempre lo mejor para nosotros. Los quiero mucho. A mis abuelos. Mis segundos padres, gracias por estar siempre conmigo, motivándome, apoyándome y dándome todo su amor y cariño. Los tengo siempre presentes en mis pensamientos. Gracias por todos esos pequeños y grandes detalles que han tenido hacia mí. Espero se sientan orgullosos por esta meta que he logrado y de todas las que me faltan por cumplir. A ti Luis. Mi cómplice durante casi toda la carrera, después de tantos desvelos, entregas, exámenes, preocupaciones y también muchas satisfacciones, cumplimos esta gran meta que compartimos ambos. De aquí en adelante yo sé que lo que nos espera son puros triunfos y éxito en la vida. Te agradezco por estar conmigo cuando pensaba que ya no valía la pena continuar con esto porque tú sabes que eres una persona muy importante para mí. Gracias. ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 3 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA I N D I C E 1.INTRODUCCION 2.OBJETIVO 3.JUSTIFICACION 4.DESCRIPCION DEL PROYECTO ARQUITECTONICO 4.1 Croquis de localización 4.2 Medidas y colindancias. 4.3 Resumen de áreas 4.4 Descripción de áreas 4.4.1 Planta baja 4.4.2 Planta tipo 4.4.3 Planta azotea tanque elevado 5. PLANOS ARQUITECTONICOS 6. DESCRIPCION ESTRUCTURAL 7. NORMATIVIDAD 7.1 Reglamento de Construcciones del Distrito Federal. Título sexto. De la seguridad estructural de las construcciones. 7.1.1 Capítulo I. Generalidades. (Art. 137 – 139). 7.1.2 Capítulo II. De las características generales de las edificaciones. (Art. 140 – 141). 7.1.3 Capítulo III. De los criterios de diseño estructural. (Art. 146 – 159). 7.1.4 Capítulo IV. De las cargas muertas. (Art. 160). 7.1.5 Capítulo V. De las cargas vivas. (Art. 161-163). 7.1.6 Capítulo VI. Diseño por sismo. (Art. 164-166). 7.1.7 Capítulo VIII. De las cimentaciones. (Art. 169-173). 7.2 Normas Técnicas Complementarias. 7.2.1 Acciones permanentes. 7.2.2 Acciones variables. 7.2.3 Acciones accidentales. 7.2.4 Estados Límite. 7.2.5 Cimentación. ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 4 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA 8. ANALISIS DE CARGAS. 8.1 Carga Muerta. 8.1.1 Pesos volumétricos. 8.1.2 Análisis de losas. 8.2 Carga Viva. 8.3 Carga Accidental. 9. MODELO ESTRUCTURAL. 10. PROPIEDADES Y SECCIONES. 10.1 Muros de concreto. 10.2 Muros de tabicón. 10.3 Columnas. 10.4 Contratrabes. Losa de cimentación. 10.5 Trabes. 10.6 Castillos. 11. SOPORTES. 11.1 Soporte losa de cimentación. 11.2 Soporte zapata corrida. 12. ESPECIFICACIONES. 13. CARGAS 13.1 Grupos. 13.2 Aplicación de cargas. 13.2.1 Definitions. 13.2.2 Load Cases Details. 14. RESULTADOS ANALISIS ESTRUCTURAL. 14.1 Desplazamientos de los nodos. 14.2 Momentos críticos 14.3 Cortantes críticos. 14.4 Revisión de placas. ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 5 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA 15. DISEÑO DE CONCRETO. 15.1 Columnas y castillos. 15.2 Contratrabes. 15.3 Trabes Principales. 15.4 Trabes secundarias. 15.5 Trabes de cerramiento. 15.6 Losa de cimentación. 16. CONCLUSIONES. 17. BIBLIOGRAFIA. ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 6 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA 1. INTRODUCCIÓN. La Arquitectura es el arte de diseñar, proyectar y construir edificaciones que satisfagan las necesidades de los seres humanos, ya sean espacios abiertos o cerrados. Pero la Ingeniería y Arquitectura engloba todos y cada uno de los detalles que se tienen que planificar y ejecutar para la correcta construcción de los inmuebles y así estos sean funcionales y a la vez estéticos. Es por esto que el Ingeniero Arquitecto debe estudiar diferentes ramas tales como: diseño, estructura, procesos constructivos, instalaciones, acabados, etc.; para así generar proyectos integrales resueltos desde el diseño en papel, el desarrollo de la obra y la funcionalidad de sus obras de arte. Sin duda, resolver la estructura de un edificio es una de las partes más importantes de un proyecto arquitectónico, hoy en día existen diversos programas de software que facilitan la solución de estos. Específicamente, en esta Tesina se realizará el análisis y diseño de la estructura de un edificio de tipo habitacional de cinco niveles a base de concreto armado, utilizando el programa STAAD.Pro V8i y programas hechos en Excel para el diseño de trabes, columnas y losas. Para poder realizar el análisis de la estructura en los softwares, es fundamental saber la normatividad aplicable para cada uno de los tipos de elementos estructurales que se pretenden integrar al proyecto, así como también es necesario conocer los sistemas constructivos y materiales que se desean utilizar para la solución. Así que en este proyecto se explicara paso a paso como se llega al análisis y diseño de una estructura de concreto armado utilizando el software STAAD. Pro V8i y Excel, además de la normatividad del Reglamento de Construcciones del Distrito Federal y Normas Técnicas Complementarias. ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 7 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA 2. OBJETIVO. Modelar, analizar y diseñar la estructura de un proyecto arquitectónico utilizando el software STAAD.Pro V8i y comprobar mediante la normatividad aplicable del Reglamento de Construcciones del Distrito Federal y Normas Técnicas Complementarias que el cálculo es correcto. 3. JUSTIFICACIÓN. Utilizar nuevas tecnologías, permite conocer nuevas herramientas para realizar diversos trabajos. En el ámbito de la Ingeniería y Arquitectura se han innovado un sin fin de programas para la computadora que nos ayudanen el diseño y análisis de las edificaciones. Tomar decisiones para llegar a la presentación de propuesta de estructura de una edificación es una tarea difícil, pero al existir software que ayuda al cálculo de la estructura, es más fácil definir cómo será realizada, además de que se obtienen resultados exactos y precisos. Entonces, con los conocimientos previos sobre procesos constructivos, propiedades de los materiales, normatividad y el software es más sencillo concretar el diseño de la estructura de un edificio. ANALISIS ESTRUCTURAL ESCUADRON 201 ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 8 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA 4. DESCRIPCION DEL PROYECTO ARQUITECTONICO ANALISIS ESTRUCTURAL ESCUADRON 201 ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 9 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA 4. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO ARQUITECTONICO. Ubicación: Calle Escuadrón 201, Número 45, Colonia Barrio La Purísima Ticomán, en la Delegación Gustavo A. Madero, Distrito Federal, México. 4.1 Croquis de localización: 4.2 Medidas y colindancias: Al Norte 11.00 mts. Al Sur 11.00 mts. Al Oriente 36.05 mts. Al Poniente 35.85 mts. 4.3 Resumen de áreas: ESCUADRON 201 SUP. 395 M2 36.05 12.00 N 10.00 16.00 P L A N D E T U X T E P E C 35.85 11.00 11.00 Terreno Superficie de terreno 395.00 M2 Superficie ocupada 289.65 M2 Superficie libre 105.35 M2 % De área libre 26.67 % ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 10 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA Construcción Superficie total construida 1,463.17 M2 Superficie construida planta baja 289.65 M2 Superficie construida primer nivel 289.65 M2 Superficie construida segundo nivel 289.65 M2 Superficie construida tercer nivel 289.65 M2 Superficie construida cuarto nivel 291.05 M2 Superficie construida azotea tanque elevado 13.52 M2 4.4 Descripción de áreas. El proyecto consiste en una construcción resuelta en planta baja, 4 niveles y azotea tanque elevado; que se describen a continuación con los locales que lo conforman: 4.4.1 Planta baja. Tiene un andador a cubierto por el cual se accede al conjunto, área de estacionamiento con capacidad para 15 automóviles, caseta de vigilancia, cuarto de bombas, cisternas de agua potable, cisterna de agua pluvial y cuarto de basura. 4.4.2 Planta Tipo. (Primero, Segundo, Tercero y Cuarto Nivel). El conjunto tendrá 20 departamentos distribuidos del primer nivel al cuarto nivel, con 5 departamentos por planta. Cada departamento tendrá 2 recámaras con closet, estancia, comedor, cocina, baño completo y área de lavado. Además, cada nivel cuenta con vestíbulo y escaleras. 4.4.3 Planta azotea tanque elevado. Para cumplir con la demanda de agua que necesita por cálculo el edificio se contará con un tanque elevado de 3,000 lts. de capacidad el cual tendrá una escalera marina para poder dar mantenimiento. ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 11 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA 5. PLANOS ARQUITECTONICOS ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 12 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA 5. PLANOS ARQUITECTONICOS. E S T A C IO N A M IE N T O A C C E S O 2 1 4 4 .0 5 4 .0 5 M E D ID O R E S 4 4 .4 3 1 .2 0 A C C E S O 6 3 .6 2 4 .4 2 0 .0 8 3 6 .0 5 3 .9 7 9 C U A R T O 6 0 .3 0 0 .3 0 5 .1 2 0 .3 0 1 2 1 0 .5 4 A C C E S O A C C E S O 4 1 3 0 .3 0 0 .3 0 1 .1 9 4 .7 2 V IG IL A N C IA 3 1 1 .0 0 V A C IO 1 .4 0 7 4 .0 7 4 .3 5 1 0 P E A T O N A L 3 .9 2 1 4 .2 7 4 .7 3 2 .5 7 0 .6 5 0 .0 8 V E H IC U L A R V E H IC U L A R 5 0 .7 5 S U B E 3 FE 8 1 B D C D ' 1 8 .3 0 A 3 5 .8 5 A A ' 9 + 0 .1 4 9 + 1 .8 0 C 1 0 4 2 8 2 .1 0 C ' 1 1 D B ´ Ø 1 0 0 M M T .V . 7 0 .3 0 8 1 .3 5 1 0 .8 4 4 .4 2 4 .0 1 + 0 .0 0 1 5 S U B E V E H IC U L A R 3 1 6 4 .7 2 B A S U R A 5 4 .3 5 2 0 .3 0 1 0 .6 0 0 .0 8 + 0 .4 3 1 1 Ø 1 0 0 M M + 0 .1 4 7 1 1 .2 3 T .V . T .V . 6 5 0 .0 8 Ø 1 0 0 M M 1 a B 0 .3 0 1 0 P L A N T A B A J A ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 13 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA 1 .6 5 1 .2 0 5 4 a D 0 .9 0 3 c 7 b 2 a 1 7 1 .7 3 D 1 1 .0 0 1 .2 9 2 .6 0 + 1 .8 0 2 .5 0 1 9 6 a 0 .5 8 B 1 9 c 1 3 .6 0 3 .1 5 3 b 9 a A 1 .3 5 D ' 1 .8 9 Eb2 1 .1 5 1 .3 5 1 6 1 .8 9 1 .3 9 1 .3 5 1 4 0 .6 0 B ´ 1 .8 8 5 b d 1 6 .8 9 1 8 2 2 .5 1 3 .2 5 0 .5 1 1 a 4 c 0 .4 6 3 7 a 1 .2 0 2 2 b 3 1 .8 0 6 4 b 1 5 b 1 0 .0 8 1 .0 5 C C ' 3 .7 5 2 3 C O C IN A 3 .4 0 6 c 8 a 2 .6 5 6 b 1 .5 4 3 .1 5 2 .4 9 1 .1 5 2 .7 5 1 0 F 2 .7 5 2 .1 5 C 2 1 A b4 1 .0 5 3 a 1 0 .9 4 2 0 B 3 .6 0 A ' 1 .7 4 1 .3 5 R E C A M A R A 1 R E C A M A R A 2 4 .6 8 0 .0 8 1 0 .5 4 1 0 .9 4 3 6 .0 5 3 .6 0 1 0 .9 4 2 .5 4 3 5 .8 5 R E C A M A R A 1 B A Ñ O 2 4 D E P A R T A M E N T O 3 ( A = 5 0 .5 7 M 2 ) Á R E A D E S E R V IC IO E S T A N C IA -C O M E D O R 4 .2 9 1 0 .6 8 2 .5 4 C O C IN A 3 .6 0 3 .0 7 2 .4 9 1 1 .0 0 4 .2 9 3 .0 0 3 .0 0 6 .8 9 1 0 .8 4 Á R E A D E S E R V IC IO R E C A M A R A 1 D E P A R T A M E N T O 2 ( A = 5 1 .9 5 M 2 ) V A C IO E S T A N C IA -C O M E D O R 6 .8 9 1 0 .9 4 R E C A M A R A 2 B A Ñ O B A J A V A C IO C O C IN A E S T A N C IA -C O M E D O R 1 .3 9 R E C A M A R A 2 R E C A M A R A 2 2 5 V A C IO 2 .7 3 2 .1 0 0 .0 8 0 .0 8 E S T A N C IA - C O M E D O R B A Ñ O + 3 .0 0 V A C IO V A C IO D U C T O V A C IO R E C A M A R A 1 S E R V IC IO Á R E A D E S E R V IC IO Á R E A D E S E R V IC IO V A C IO B A Ñ O D E P A R T A M E N T O 1 ( A = 5 1 .7 4 M 2 ) 2 .5 1 D E P A R T A M E N T O 4 ( A = 5 1 .7 4 M 2 ) V A C IO S U B E V E S T IB U L O C O C IN A B A Ñ O E S T A N C IA Á R E A D E S E R V IC IO R E C A M A R A 2 D E P A R T A M E N T O 5 ( A = 5 1 .9 5 M 2 ) C O C IN A R E C A M A R A 1 P L A N T A T IP O (N IV E L 1 -4 ) ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 14 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA B .A .P . Ø 1 0 0 m m A Z O T E A 1 .8 0 3 6 .0 5 3 .0 0 1 0 .0 4 2 .1 0 4 .2 9 2 .5 4 3 5 .8 5 A C ' B 5 a 7 1 + 1 3 .9 5 3 a 1 b 2 6 9 7 3 7 a B A J A A G U A P L U V IA L + 1 3 .9 5 4 c 6 3 1 0 .0 4 + 1 2 .6 0 + 1 2 .8 8 Cb4 6 6 + 1 2 .6 0 + 1 3 .9 5 P E N D . 4 b C 6 b F 2 .5 4 V A C IO + 1 2 .6 0 + 1 2 .8 8 + 1 2 .8 8 A 3 .8 6 + 1 2 .6 0 + 1 2 .8 8 + 1 2 .8 8 7 b + 1 .8 0 D 6 8 5 c + 1 2 .6 0 5 b E 3 b 7 2 D E T A N Q U E E L E V A D O A ' 3 .8 4 + 1 2 .6 0 6 5 B T IN A C O S D E 6 4 P E N D . 7 0 c 1 6 7 D ' 1 1 .0 0 + 1 2 .6 0 D 4 a 1 0 V A C IOB ´ 6 a S E R V IC IO Ø 1 0 0 m m 2 .1 5 4 .5 0 1 1 .0 0 4 .2 0 0 .0 8 3 .0 0 3 .3 9 S U B E A A Z O T E A P E N D . 4 .4 3 2 .9 4 4 .2 0 P E N D . V A C IO P E N D . V A C IO D U C T O B .A .P . V A C IO P E N D . 0 .7 5 4 .2 9 P E N D . V A C IO 2 .7 5 2 .7 5 + 1 2 .9 5 V A C IO 2 .9 4 + 1 2 .8 8 S U P E R F IC IE 2 4 8 .1 6 M 2 3 .1 5 B .A .P . 1 .3 5 1 0 .0 4 P E N D . 1 .1 4 P E N D . 0 .6 0 Ø 1 0 0 m m V A C IO P E N D . V A C IO 3 .4 0 P L A N T A A Z O T E A ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 15 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA b 3 b 2 B 2 .5 0 d 1 1 5 .0 0 E 1 2 .6 0 b 1 F A C b 4 D c 1 1 0 .1 0 C b 4 b 1 F E S T A C IO N A M IE N T O A b 3 1 3 .9 5 b 2 B D c 1 1 5 .0 0 E d 1 1 0 .1 0 F A C H A D A P R IN C IP A L F A C H A D A P O S T E R IO R ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 16 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA 1 3 .6 0 1 2 .8 8 1 0 .6 0 N .P .T . + 0 .0 0 E S T A C IO N A M IE N T O B A Ñ O R E C A M A R A A Z O T E A P e n d . 2 % C O C IN A C U B O D E L U Z P e n d . 2 % 1 a 1 2 2 a 3 3 a 3 b 4 a 3 c 4 b E S T A C IO N A M IE N T O 3 .0 0 N .P .T . + 3 .0 0 N .P .T . + 5 .4 0 N .P .T . + 7 .8 0 R E C A M A R A E S T A N C IA C O M E D O R R E C A M A R A P e n d . 2 % T A N Q U E E L E V A D O A Z O T E A C U B O D E L U Z C O C IN A B A Ñ O P e n d . 2 % P e n d . 2 % A Z O T E A 4 c 5 5 a 5 b 6 a 6 5 c 6 b 6 c 7 a 7 b 8 a N .P .T . + 1 0 .2 0 + 1 2 .6 0 N . S /R E L L E N O 9 9 a 1 0 C O R T E L O N G IT U D IN A L A -A ’ ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 17 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA 1 0 .1 0 1 5 .0 0 2 .5 0 0 .3 0 0 .3 0 0 .3 0 0 .3 0 2 .1 0 2 .1 0 1 .0 0 1 .0 0 1 3 .6 0 2 .1 0 2 .1 0 3 .0 0 C O M E D O R S A N IT A R IO E S T A N C IA C u a rt o E S T A C IO N A M IE N T O E S T A N C IA E S T A N C IA V IG IL A N C IA E S T A N C IA B a s u ra R E C A M A R A R E C A M A R A 7 a 9 a R E C A M A R A C O M E D O R 4 b 4 c N .P .T . + 3 .0 0 C O M E D O R 6 c C O M E D O R 3 c 7 b 8 a 5 6 3 a 9 2 3 2 a 5 b P e n d . 2 % 3 b 4 a 1 0 P e n d . 2 % 6 b N .P .T . + 1 5 .0 0 1 a N .P .T . + 1 0 .2 0 1 5 a 5 c N .P .T . + 5 .4 0 N .P .T . + 7 .8 0 + 1 2 .6 0 6 a E S T A N C IA R E C A M A R A C O M E D O R R E C A M A R A A Z O T E A E S T A C IO N A M IE N T O E S T A N C IA C O M E D O R R E C A M A R A E S T A N C IA C O M E D O R R E C A M A R A R E C A M A R A E S T A N C IA C O M E D O R N . S /R E L L E N O A Z O T E A C O R T E L O N G IT U D IN A L B -B ’ ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 18 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA 1 2 .8 8 1 5 .0 0 1 2 .6 0 2 .3 0 2 .3 0 1 3 .9 5 1 5 .0 0 E S T A C IO N A M IE N T O 2 .3 0 2 .3 7 0 .5 0 2 .3 0 0 .2 8 1 3 .9 5 R E C A M A R A R E C A M A R A R E C A M A R A R E C A M A R A + 1 2 .6 0 N . S /R E L L E N O A Z O T E A A B b 2 b 1 E S T A N C IA E S T A N C IA N .P .T . + 0 .0 0 E S T A N C IA A Z O T E A E S T A N C IA d 1 N .P .T . + 7 .8 0 N .P .T . + 3 .0 0 N .P .T . + 5 .4 0 N .P .T . + 1 5 .0 0 B A Ñ O B A Ñ O B A Ñ O B A Ñ O B A Ñ O B A Ñ O 7 0 + 1 2 .6 0 C O M E D O R C O M E D O R E S T A N C IA E S T A N C IA E S T A N C IA B A Ñ O E S T A N C IA B A Ñ O b 2 b 3 c 1 b 4 C N .P .T . + 1 0 .2 0 E S T A C IO N A M IE N T O N .P .T . + 3 .0 0 N . S /R E L L E N O N .P .T . + 7 .8 0 N .P .T . + 5 .4 0 C O M E D O R C O M E D O R N .P .T . + 1 0 .2 0 N .P .T . + 1 2 .9 5 T A N Q U E E L E V A D O b 3 b 4 D c 1 d 1 F E D b 1 B E F A C 1 5 .0 0 E S T A C IO N A M IE N T O 1 3 .9 5 R E C A M A R A R E C A M A R A R E C A M A R A R E C A M A R A + 1 2 .6 0 N . S /R E L L E N O A Z O T E A A B b 2 b 1 F N .P .T . + 1 5 .0 0 7 0 C O M E D O R C O M E D O R b 3 c 1 b 4 d 1 N .P .T . + 1 2 .9 5 E D C N .P .T . + 3 .0 0 N .P .T . + 7 .8 0 N .P .T . + 5 .4 0 C O M E D O R C O M E D O R N .P .T . + 1 0 .2 0 T A N Q U E E L E V A D O C O R T E T R A N S V E R S A L C -C ’ C O R T E T R A N S V E R S A L D -D ’ ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 19 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA 6. DESCRIPCION ESTRUCTURAL ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 20 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA 6. DESCRIPCIÓN ESTRUCTURAL. El edificio será construido con el sistema tradicional de losas y muros de carga en sus plantas superiores, solo la planta baja se realizará con columnas y trabes de concreto armado. Las losas serán macizas de concreto armado, con un espesor de 10 cm. Tendrán relleno de tezontle en azotea y con plafón falso de tablaroca en los demás niveles. Todas las cargas de los niveles 1 a 4 y tanque elevado se recibirán por medio de muros de tabicón de concreto de 15 x 20 x 40 cms., o hacia muros de concreto armado de 15 cms. de espesor. Estos elementos a su vez transmitirán sus cargas hacia trabes, castillos, dalas de concreto armado, según el diseño propuesto. La cimentación del conjunto se realizará de manera combinada con losas de cimentación, zapatas y contra trabes de concreto armado, ligadas en ambos sentidos. Será necesario retirar y rellenar las zanjas y excavaciones con material de recuperación mejorándose este de manera artificial con tepetate, grava y cemento. Se contará con dos cisternas de agua potable hechas en obra con capacidad de 15,000 lts. Cada una, a base de muros y losas de concreto armado, también se tendrá una cisterna de agua pluvial con cámaras de filtración con capacidad de 7,750 lts. así como trampa de grasas y registros de aguas servidas de tabique y concreto. Para el diseño correcto de los elementos estructurales que conformaran la edificación se tomará como base la normatividad vigente en el Reglamento de Construcciones del Distrito Federal y sus Normas Técnicas Complementarias. También se utilizará el programa STAAD Pro como herramienta para analizar los desplazamientos, los diagramas de cortante y momento de las vigas y columnas que se obtienen por los diferentes límites de falla y servicio. Además de obtener los momentos críticos en la losa de cimentación para así realizar el diseño de este elemento estructural. ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 21 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA 7. NORMATIVIDAD ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONALESCUADRÓN 201 22 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA 7. NORMATIVIDAD. 7.1. Reglamento de Construcciones del Distrito Federal. Título sexto. De la seguridad estructural de las construcciones. 7.1.1 Capítulo I. Generalidades. (Art. 137 – 139). Este capítulo se refiere a los procedimientos que debe llevar a cabo la Secretaría de Obras y Servicios para la revisión y aprobación de la seguridad estructural de las construcciones, clasificándolas en diferentes grupos de acuerdo al uso y al riesgo que puedan representar, estableciendo los requisitos que deben cumplir los materiales para poder garantizar la calidad de la estructura y la resistencia de los efectos de sismo y viento que pueda sufrir la edificación. Por lo tanto, las construcciones son diferenciadas de la siguiente manera: Grupo A. Edificios cuya falla estructural es de mayor riesgo. Hospitales, escuelas, terminales de transporte, estaciones de bomberos, centrales eléctricas y de telecomunicaciones, estadios, depósitos de sustancias flamables y tóxicas, museos y edificios que alojen archivos y registros públicos de particular importancia. Grupo B. Edificios de uso común. Viviendas, oficinas, locales comerciales, hoteles, construcciones comerciales e industriales que no alojen sustancias flamables y tóxicas. Este grupo se subdivide en: Subgrupo B1. • Edificios de más de 30 m de altura o con más de 600 m2 de área total construida, ubicados en Zona I y II. • Edificios de más de 15 m de altura o con más de 300 m2 de área total construida, ubicados en Zona III. ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 23 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA • Edificios que tengan locales de reunión que puedan alojar más de 200 personas. • Salas de espectáculo. • Anuncios autosoportados, anuncios en azotea y estaciones repetidoras de comunicación celular y/o inalámbrica. Subgrupo B2. Las demás edificaciones de este grupo. 7.1.2 Capítulo II. De las características generales de las edificaciones. (Art. 140 – 141). Para comenzar a realizar el análisis de la estructura se debe de considerar si el proyecto es de forma regular o irregular, lo cual tiene que ver con la simetría de la planta, los volados proyectados, la proporción de la altura con la base, etc. También se debe tomar en cuenta la separación de la edificación con los linderos vecinos, que debe ser calculada de acuerdo a la Norma aplicable. 7.1.3 Capítulo III. De los criterios de diseño estructural. (Art. 146 – 159). La estructura debe ser solucionada de tal manera que, al aplicarle las distintas acciones de diseño, las fuerzas generadas sean transmitidas a los diferentes elementos estructurales de una forma equilibrada hasta la cimentación y que a la vez esta contrarreste las fuerzas emitidas al suelo. Por tal motivo se debe analizar el Limite de Falla y el Limite de Servicio de la estructura. Estado Límite de Falla. Se considera como Estado Límite de Falla cualquier situación que corresponda el agotamiento de la capacidad de carga de la estructura, o cualquiera de sus componentes incluyendo la cimentación. ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 24 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA Estado Límite de Servicio. Se considerará como Estado Limite de Servicio la ocurrencia de desplazamientos, agrietamientos, vibraciones o daños que afecten el correcto funcionamiento de la edificación, pero que no perjudiquen su capacidad para soportar cargas. 7.1.4 Capítulo IV. De las cargas muertas. (Art. 160). La carga muerta es el peso propio de la estructura, es decir, el peso de los materiales que en conjunto forman los elementos estructurales de la edificación (losas, trabes, columnas, muros, cimentación) así como los acabados y los elementos que se encuentran permanentemente en el edificio sin que estos cambien de peso. 7.1.5 Capítulo V. De las cargas vivas. (Art. 161-163). La carga viva son las fuerzas que se producen en el edificio que no son permanentes. En las Normas Técnicas Complementarias se especifican los pesos que se deben tomar en cuenta para el cálculo. También se debe considerar que en el momento de la construcción del edificio se almacenan materiales, herramienta, maquinaria y equipo en el sitio, la cimbra y el propio personal, lo cual ocasiona una carga transitoria, es decir, temporal la cual no debe ser menor a 150 kg/m2 y en el punto más desfavorable de la construcción también se le aplica una carga concentrada igualmente de 150 kg. 7.1.6 Capítulo VI. Diseño por sismo. (Art. 164-166). Las construcciones deben estar diseñadas de tal forma que soporten un sismo de 8° en la escala de Richter, entonces se debe calcular de acuerdo a las bases y requisitos que establecen las Normas Técnicas Complementarias. ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 25 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA La estructura se debe analizar bajo la acción de dos componentes horizontales ortogonales no simultáneos del movimiento del terreno. Se reitera que debe existir la separación de la construcción entre linderos, para que en caso de sismo no choquen entre si las edificaciones. 7.1.7 Capítulo VIII. De las cimentaciones. (Art. 169-173). Para poder determinar la cimentación que tendrá un edificio se necesita primeramente saber el tipo de suelo sobre el cual se desplantara la edificación. Los tipos de suelo se clasifican en 3 zonas que son: Zona I. Lomas. Son los terrenos más sólidos formados por rocas o suelos generalmente firmes. Zona II. Transición. Son suelos formados por estratos arenosos y limoarenosos intercalados con capas de arcilla. Zona III. Lacustre. Están constituidos con arcilla intercalada con capas arenosas. Este tipo de terrenos son generalmente cubiertos con relleno artificial y suelos aluviales para mejorar su resistencia. Fig. 1. Zonas geotécnicas del Distrito Federal. ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 26 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA En ningún caso se debe dejar una construcción sin cimentación a menos de que el terreno natural sea firme. Para el diseño de la cimentación se debe de considerar el estado límite de falla y el estado límite de servicio. 7.2 Normas Técnicas Complementarias. 7.2.1 Acciones permanentes. Carga muerta, empuje estático de suelos y de líquidos y deformaciones y desplazamientos impuestos a la estructura que varían poco con el tiempo. Peso muerto de losas de concreto. Cuando las losas sean coladas en el sitio se debe aumentar a la carga muerta 20 kg/m2, y otros 20 kg/m2 cuando la losa lleve una capa de mortero, por lo tanto, el incremento total será una sobrecarga de 40 kg/m2. 7.2.2 Acciones variables. Carga viva, los efectos de temperatura, las deformaciones impuestas y los hundimientos diferenciales que tengan una intensidad variable con el tiempo. Para la aplicación de las cargas vivas unitarias se deberá tomar en consideración las siguientes disposiciones: Carga Viva Máxima (Wm). Se deberá emplear para diseño estructural por fuerzas gravitacionales y para calcular asentamientos inmediatos en suelos, así como para el diseño estructural de los cimientos ante cargas gravitacionales. ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 27 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA Carga Instantánea (Wa). Se deberá usar para diseño sísmico y por viento y cuando se revisan distribuciones de carga másdesfavorables que la uniformemente repartida sobre toda el área. Carga Media (W) Se deberá usar para el cálculo de asentamientos diferidos y para el cálculo de flechas diferidas. Cargas Vivas Unitarias en kg/m2: Destino de piso o cubierta W Wa Wm Habitacional 70 90 170 Oficinas y laboratorios 100 180 250 Aulas 100 180 250 Comunicación para peatones 40 150 250 Estadios 40 350 250 Otros lugares de reunión 40 250 250 Comercios, fábricas y bodegas 0.80 0.90 350 Azoteas con pendiente no mayor de 5% 15 70 100 Azoteas con pendiente no mayor de 5% 5 20 40 Volados en vía publica 15 70 300 Garajes y estacionamientos 40 100 250 7.2.3 Acciones accidentales. Sismo, viento, granizo, los efectos de explosiones, incendios y otros fenómenos que puedan afectar la estabilidad de la estructura. Zonificación. Para fines de diseño de sismo el Distrito Federal se divide en tres zonas descritas anteriormente. La zona III a la vez se subdivide en 4 zonas que se muestran en la Fig. 2. ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 28 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA Coeficiente sísmico. El coeficiente sísmico (c), es el cociente de la fuerza cortante horizontal que debe considerarse que actúa en la base de la edificación por efecto del sismo, entre el peso de la edificación sobre dicho nivel. El coeficiente sísmico varea dependiendo la zona en la que se encuentra el predio tal como se observa en la siguiente tabla: Fig. 2. Zonificación del Distrito Federal para fines de diseño por sismo. ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 29 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA ZONA C A0 Ta Tb r I 0.16 0.04 0.20 1.35 1.00 II 0.32 0.08 0.20 1.35 1.33 IIIa 0.40 0.10 0.53 1.8 2.00 IIIb 0.45 0.11 0.85 3.00 2.00 IIIc 0.40 0.10 1.25 4.20 2.00 IIId 0.30 0.10 0.85 4.20 2.00 Revisión de desplazamientos laterales. Las diferencias entre los desplazamientos laterales de pisos consecutivos producidos por las fuerzas cortantes sísmicas de entrepiso, calculados por cualquier método para sismo, no deben de exceder 0.006 veces la diferencia de elevaciones correspondientes, es decir, no deberán ser mayores a 0.006 multiplicado por la altura total del edificio desde el nivel de banqueta. Separación de edificios colindantes. Todos los predios deben de ser separados de sus linderos por lo menos 5 cm, o en su caso, no debe ser menor al desplazamiento horizontal calculado para el nivel que se trate. Factor de comportamiento sísmico. El comportamiento sísmico Q dependerá de ciertas condiciones en la estructura para que este factor sea más alto y pueda tener una mejor respuesta antes los impactos sísmicos. A) Requisitos para Q=4: La resistencia en todos los entrepisos es suministrada exclusivamente por marcos no contraventeados de acero, concreto reforzado o compuestos de los dos materiales, o bien por marcos contraventeados o con muros de concreto reforzado o de placa de acero o compuestos de los dos ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 30 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA materiales, en los que en cada entrepiso los marcos son capaces de resistir, sin contar muros ni contravientos, cuando menos 50 por ciento de la fuerza sísmica actuante. Si hay muros de mampostería ligados a la estructura en todo el perímetro del muro, se deben considerar en el análisis, pero su contribución a la resistencia ante fuerzas laterales sólo se tomará en cuenta si son de piezas macizas, y los marcos, sean o no contraventeados, y los muros de concreto reforzado, de placa de acero o compuestos de los dos materiales, son capaces de resistir al menos 80% de las fuerzas laterales totales sin la contribución de los muros de mampostería. El mínimo cociente de la capacidad resistente de un entrepiso entre la acción de diseño no difiere en más de 35% del promedio de dichos cocientes para todos los entrepisos. Para verificar el cumplimiento de este requisito, se calculará la capacidad resistente de cada entrepiso teniendo en cuenta todos los elementos que puedan contribuir a la resistencia, en particular los muros que se hallen ligados a la estructura. El último entrepiso queda excluido de este requisito. Los marcos y muros de concreto reforzado cumplen con los requisitos que fijan las Normas correspondientes para marcos y muros dúctiles. Los marcos rígidos de acero satisfacen los requisitos para marcos con ductilidad alta que fijan las Normas correspondientes, o están provistos de contraventeo excéntrico de acuerdo con las mismas Normas. B) Requisitos para Q=3 Se usará Q=3 cuando se satisfacen las condiciones A2 y A4 ó A5 y en cualquier entrepiso dejan de satisfacerse las condiciones A1 ó A3, pero ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 31 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA la resistencia en todos los entrepisos es suministrada por columnas de acero o de concreto reforzado con losas planas, por marcos rígidos de acero, por marcos de concreto reforzado, por muros de concreto o de placa de acero o compuestos de los dos materiales, por combinaciones de éstos y marcos o por diafragmas de madera. Las estructuras con losas planas y las de madera deberán además satisfacer los requisitos que sobre el particular marcan las Normas correspondientes. Los marcos rígidos de acero satisfacen los requisitos para ductilidad alta o están provistos de contraventeo concéntrico dúctil, de acuerdo con las Normas correspondientes. C) Requisitos para Q=2 Se usará Q=2 cuando la resistencia a fuerzas laterales es suministrada por losas planas con columnas de acero o de concreto reforzado, por marcos de acero con ductilidad reducida o provistos de contraventeo con ductilidad normal, o de concreto reforzado que no cumplan con los requisitos para ser considerados dúctiles, o muros de concreto reforzado, de placa de acero o compuestos de acero y concreto, que no cumplen en algún entrepiso lo especificado por las secciones A y B, o por muros de mampostería de piezas macizas confinados por castillos, dalas, columnas o trabes de concreto reforzado o de acero que satisfacen los requisitos de las Normas correspondientes. También se usará Q=2 cuando la resistencia es suministrada por elementos de concreto prefabricado o presforzado, con las excepciones que sobre el particular marcan las Normas correspondientes, o cuando se trate de estructuras de madera con las características que se indican en ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 32 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA las Normas respectivas, o de algunas estructuras de acero que se indican en las Normas correspondientes. D) Requisitos para Q=1.5 Se usará Q=1.5 cuando la resistencia a fuerzas laterales es suministrada en todos los entrepisos por muros de mampostería de piezas huecas, confinados o con refuerzo interior, que satisfacen los requisitos de las Normas correspondientes, o por combinaciones de dichos muros con elementos como los descritos para los casos de las secciones B y C, o por marcos y armaduras de madera, o por algunas estructuras de acero que se indican en las Normas correspondientes. E) Requisitos para Q=1 Se usará Q=1 en estructuras cuya resistencia a fuerzas laterales es suministrada al menos parcialmente por elementos o materiales diferentes de los arriba especificados, a menos que se haga un estudioque demuestre, a satisfacción de la Administración, que se puede emplear un valor más alto que el que aquí se especifica; también en algunas estructuras de acero que se indican en las Normas correspondientes. En todos los casos se usará para toda la estructura, en la dirección de análisis, el valor mínimo de Q que corresponde a los diversos entrepisos de la estructura en dicha dirección. El factor Q puede diferir en las dos direcciones ortogonales en que se analiza la estructura, según sean las propiedades de ésta en dichas direcciones. ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 33 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA Condiciones de regularidad. Para aplicar el sismo las estructuras se deben clasificar de acuerdo a la su forma y pueden ser: A) Regulares: Su planta es simétrica, la proporción de la altura con la base no debe ser mayor a 2.5, la planta no tiene entrantes ni salientes, etc. B) Irregulares: No cumplen con ninguna de las características mencionadas anteriormente. 7.2.4 Estados Límite. Es el comportamiento de la estructura cuando se presenta una combinación de fuerza, desplazamientos, niveles de fatiga, o varios de ellos, que determina el inicio o la ocurrencia de un modo de comportamiento inaceptable de dicha construcción. Existen diferentes estados limites que son los siguientes: Estado límite de falla. Se refieren a modos de comportamiento que ponen en peligro la estabilidad de la construcción o la capacidad de recibir nuevas cargas. Las Normas Técnicas Complementarias sobre Criterios y Acciones para el Diseño Estructural de las Edificaciones establecen los factores de carga según el tipo de combinación de acciones sobre la estructura, estos factores de carga son: Acciones Permanentes + Acciones Variables Grupo A Fc = 1.5 Acciones Permanentes + Acciones Variables Grupo B Fc = 1.4 Acciones Permanentes + Acciones Variables + Acciones Accidentales. Fc = 1.1 ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 34 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA Estado límite de servicio. Ocurrencia de desplazamientos, agrietamientos, vibraciones o daños que afecten el correcto funcionamiento de la edificación, pero que no perjudiquen su capacidad para soportar cargas. Las Normas Técnicas Complementarias sobre Criterios y Acciones para el Diseño Estructural de las Edificaciones establecen el límite de servicio: Para desplazamientos verticales: (Claro critico/204) + 5mm. Siempre y cuando exista apoyo. (Muros de carga) (Claro critico/480) + 5mm. Siempre y cuando no exista apoyo. (Claro critico/480) + 5mm x 2. Voladizos Para desplazamientos horizontales: Altura entrepiso/500. Muros que no resisten desplazamientos. Altura entrepiso/250. Muros que si resisten desplazamientos. 7.2.5 Cimentación. Para diseñar la cimentación se tiene que considerar la resistencia del suelo a la presión de las cargas gravitacionales que actúan sobre él. La resistencia puede varias según la zona donde se encuentre el proyecto. Zona Resistencia Del Suelo Máxima (Ton/M2) Mínima (Ton/M2) Zona I 8 5 Zona II 5 4 Zona III 4 1.5 **Esta normatividad es a grandes rasgos la que se aplicará para el diseño y análisis de la estructura del edificio. En el Reglamento de Construcciones del Distrito Federal y las Normas Técnicas Complementarias (concreto, mampostería, sismo, cimentaciones y edificaciones) se explica detalladamente cada uno de los artículos y normas anteriormente mencionadas. ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 35 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA 8. ANALISIS DE CARGAS ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 36 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA 1. ANALISIS DE CARGAS. Las cargas aplicadas a una estructura se dividen en cargas muertas, cargas vivas y cargas accidentales. 1.1 Carga Muerta. Para obtener la carga muerta que se le aplicará al edificio, se debe de conocer el sistema constructivo que se integrará para la solución de la estructura del proyecto, los pesos volumétricos de los materiales y el espesor de cada uno de los componentes del elemento estructural, tal como se menciona en el Reglamento de Construcciones del Distrito Federal y en las Normas Técnicas Complementarias. 8.1.1 Pesos volumétricos. A continuación, se enlistan los pesos volumétricos de los materiales comúnmente utilizados en la construcción: Pétreos naturales Piedra braza 1,800.00 kg/m3 Mármol 2,500.00 kg/m3 Tepetate 1,300.00 kg/m3 Tepetate saturado 1,900.00 kg/m3 Tezontle saturado 1,100.00 kg/m3 Arena saturada 1,800.00 kg/m3 Granito 2,400.00 kg/m3 Grava 1,750.00 kg/m3 Arcilla 1,400.00 kg/m3 Tierra natural 1,500.00 kg/m3 Petreos artificiales Loseta de barro vitrificado, pieza 60 x 60 cm. 25.00 kg/m2 ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 37 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA Azulejo de barro vitrificado, pieza 30 x 60 cm. 25.00 kg/m2 Tabique hueco vertical de barro, pieza 6 x 12 x 24 96.00 kg/m2 Bloc hueco vertical de barro, pieza 12 x 12 x 24 96.00 kg/m2 Fachaleta de barro, pieza 1.5 x 6 x 24 30.00 kg/m2 Tabique rojo recocido 1,500.00 kg/m3 Ladrillo 1,500.00 kg/m3 Tabicón de concreto ligero 1,200.00 kg/m3 Concretos y morteros Concreto armado 2,400.00 kg/m3 Mortero cemento-cal-arena 2,000.00 kg/m3 Mortero cal-arena 1,600.00 kg/m3 Yeso 1,500.00 kg/m3 Otros Lámina de policarbonato 8 mm 1.50 kg/m2 Plafón de tablaroca de 12.7 mm 9.50 kg/m2 Plafón de tablaroca de 15.9 mm 12.50 kg/m2 Muro de tablaroca con metal, 1 cara, ancho 8.9 cm. 20.50 kg/m2 Muro de tablaroca con metal, 2 caras, ancho 11.4 cm. 38.00 kg/m2 Vidrio de 3 mm 8.00 kg/m2 Vidrio de 6 mm 16.00 kg/m2 Vidrio de 9 mm 24.00 kg/m2 Vidrio de 12 mm 32.00 kg/m2 Alfombra 7.00 kg/m2 Impermeabilizante sistema básico 10.00 kg/m2 Agua 1,000.00 kg/m3 Escombro 1,400.00 kg/m3 ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 38 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA 8.1.2 Análisis de losas. LOSA DE ENTREPISO CON FALSO PLAFON DE TABLAROCA Concreto armado esp. 10 cms 240.00 kg/m2 Plafón de tablaroca de 15.9 mm 15.00 kg/m2 Loseta porcelanato 30.00 kg/m2 Pegazulejo 15.00 kg/m2 Instalaciones 10.00 kg/m2 310.00 kg/m2 Sobrecarga NTCDF 40.00 kg/m2 Carga Muerta (CM) 350.00 kg/m2 LOSA DE AZOTEA CON RELLENO DE PENDIENTE Concreto armado esp. 10 cms 240.00 kg/m2 Impermeabilizante asfaltico sistema membrana 10.00 kg/m2 Entortado nivelador cemento-cal- arena 5cms. 100.00 kg/m2 Relleno de tezontle 15 cms. 165.00 kg/m2 Aplanado de yeso esp. 3 cms. 45.00 kg/m2 560.00 kg/m2 Sobrecarga NTCDF 40.00 kg/m2 Carga Muerta (CM) 600.00 kg/m2 Fig. 3. Croquis losa de entrepiso con falso plafón de tablaroca. ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 39 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA LOSA TANQUE ELEVADO Concreto armado esp. 10 cms 240.00 kg/m2 Impermeabilizante pintura epóxica 5.00 kg/m2 Entortado nivelador cemento-cal- arena 5cms. 100.00 kg/m2 Agua 255.00 kg/m2600.00 kg/m2 Sobrecarga NTCDF 40.00 kg/m2 Carga Muerta (CM) 640.00 kg/m2 LOSA AZOTEA TANQUE ELEVADO Concreto armado esp. 10 cms 240.00 kg/m2 Impermeabilizante asfaltico en rollo 25.00 kg/m2 265.00 kg/m2 Sobrecarga NTCDF 40.00 kg/m2 Carga Muerta (CM) 305.00 kg/m2 Fig. 4. Croquis losa de azotea con relleno de pendiente. Fig. 5. Croquis losa de tanque elevado. ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 40 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA 1.2 Carga Viva. De acuerdo a lo establecido en el Reglamento de Construcciones del Distrito Federal, las Normas Técnicas Complementarias y el uso que tendrá el edificio que se está analizando, se deberá aplicar la carga viva máxima (Wm) de la siguiente manera. No. De nivel Uso de losa (Wm) Planta baja Habitacional 170 kg/m2 Primer nivel Habitacional 170 kg/m2 Segundo nivel Habitacional 170 kg/m2 Tercer nivel Habitacional 170 kg/m2 Cuarto nivel Azotea con pendiente menor al 5% 100 kg/m2 8.3 Carga Accidental. Aplicando el Reglamento de Construcciones del Distrito Federal, las Normas Técnicas Complementarias y el uso que tendrá el edificio que se está analizando, se deberá aplicar la carga viva por sismo (Wa) de la siguiente manera. No. De nivel Uso de losa (Wa) Planta baja Habitacional 90 kg/m2 Primer nivel Habitacional 90 kg/m2 Segundo nivel Habitacional 90 kg/m2 Tercer nivel Habitacional 90 kg/m2 Cuarto nivel Azotea con pendiente menor al 5% 70 kg/m2 ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 41 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA 9. MODELO ESTRUCTURAL ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 42 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA 1. MODELO ESTRUCTURAL. El modelo tridimensional del proyecto es el primer paso para realizar el análisis estructural en el programa STAAD. Pro. Se tomarán como base los planos arquitectónicos para trazar únicamente con líneas simples el modelo, usando como referencia los ejes principales, la apertura de puertas, claros de ventanas, pretiles; para así ubicar columnas, castillos y trabes. En este caso, se utilizó AutoCAD para modelar el edificio, tal como se muestra en las siguientes imágenes. Fig. 6. Planta cimentación modelada en AutoCAD. Fig. 7. Planta baja entrepiso modelada en AutoCAD. ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 43 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA Fig. 8. Planta tipo entrepiso modelada en AutoCAD. Fig. 9. Vista lateral modelada en AutoCAD. Fig. 10. Vista isométrica modelada en AutoCAD. ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 44 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA Una vez teniendo el modelo en AutoCAD, se guarda con extensión .dxf para importarlo a STAAD. Pro. Se inicia un nuevo proyecto en STAAD.Pro seleccionando los parámetros de diseño que se utilizaran para el análisis estructural de la edificación: tales como, las unidades en las que se trabajara, los reglamentos que se manejaran, etc. Como se muestra a continuación. Nuevo proyecto Selección de reglamentos Fig. 11. Interfaz de STAAD.Pro Fig. 12. Ventana de selección de unidades y ubicación de los archivos. Fig. 13. Ventana para elegir de qué forma quieres comenzar a dibujar. ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 45 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA Una vez realizado el procedimiento anterior, ahora sí, se debe importar el modelo de AutoCAD .dxf a STAAD. Pro. Al importar el modelo se debe de verificar que no tenga nodos y vigas duplicadas utilizando el comando “Check Duplicates”. Fig. 14. Ventana importar archivo .dxf a STAAD. Pro. Fig. 15. Modelo importado de AutoCAD a STAAD.Pro ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 46 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA Como este edificio será en su mayoría de mampostería, se deben modelar los muros en STAAD.Pro con placas en secciones pequeñas, aproximadamente de 0.60 x 0.60 m, para así simular la resistencia de la mampostería y los momentos en las trabes de cerramiento y castillos sea nulo. Fig. 16. Planta primer nivel. Los cuadros de color verde son las placas modeladas en STAAD.Pro para el análisis de la mampostería. Fig. 17. Isométrico del edificio en donde se observan las placas (cuadros color verde) en todos los niveles para el análisis correspondiente a la mampostería. ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 47 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA Para modelar la cimentación, que en este caso será por medio de una losa, igualmente se hacen placas, que deben ser pequeñas para que los resultados sean más exactos y precisos. Y así es como se finaliza el modelado del edificio, teniendo columnas, castillos, trabes, muros y en este caso la losa de cimentación, verificando que no haya nodos, vigas o placas duplicadas o fuera del eje, se puede continuar con el siguiente paso que es asignar propiedades y secciones a los elementos estructurales. Fig. 18. Planta losa de cimentación, los tableros generados por las contratrabes se dividieron de tal manera que las placas quedarán de dimensiones relativamente pequeñas. Fig. 19. Planta baja. Se observa la losa de cimentación, las bardas y las columnas. ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 48 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA 10. PROPIEDADES Y SECCIONES ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 49 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA 1. PROPIEDADES Y SECCIONES. Una vez teniendo el modelo se asignan las propiedades y secciones que tendrán los elementros estructurales del edificio. Propiedades se refiere al material, módulo de elasticidad, temperatura, etc. que tendrá cada una de las vigas, columnas y muros; y las secciones se propondrán de acuerdo a un predimensionamiento hecho previamente que cumpla con el Reglamento de Construcciones del Distrito Federal y las Normas Técnicas Complementarias. 1.1 Muros de concreto. Las bardas perimetrales, el muro que sostendrá la escalera, el tanque elevado y el eje que en donde se encuentra el tanque serán de concreto armado de 15 cm de espesor. Fig. 20. Muros del edificio que serán de concreto. ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 50 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA 1.2 Muros de tabicón. Los muros de carga de los departamentos, así como los divisorios serán de tabicón de 15 x 20x 40 cms. junteados con mortero cemento-arena. Cabe mencionar que en el programa STAAD. Pro, no vienen determinadas las propiedades del tabicón, por lo cual se tuvieron que definir creando un nuevo material al cual se le llamo “block”. Fig. 21. Muros del edificio que serán de tabicón. Fig. 22. Propiedadesdefinidas para el material “block.” ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 51 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA 1.3 Columnas. Para las columnas que se encuentran en planta baja se utilizaron diferentes secciones de concreto, de tal manera que no afectarán el diseño del proyecto y que a la vez cumplieran con la normatividad aplicable. Tal como se muestra en la siguiente serie de figuras. Fig. 23. Planta baja. Columnas de concreto con sección de 0.50 x 0.30 m. Fig. 24. Planta baja. Columnas de concreto con sección de 0.50 x 0.50 m. ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 52 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA Fig. 25. Planta baja. Columnas de concreto con sección de 0.30 x 0.50 m. Fig. 26. Planta baja. Columnas de concreto con sección de 0.30 x 0.30 m. ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 53 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA 1.4 Contratrabes. Las contratrabes que formarán parte de la cimentación estarán ligadas de columna a columna y serán de concreto armado con una sección de 0.80 x 0.50 m. 1.5 Losa de cimentación. Por el tipo de suelo que se tiene en la ubicación del proyecto la propuesta es hacer una losa de cimentación con espesor de 25 cms. Fig. 27. Planta baja. Contratrabes de sección 0.80 x 0.50 m. Fig. 28. Planta baja. Losa de cimentación con espesor de 25 cms. ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 54 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA 1.6 Trabes. Trabes principales. Estarán conectadas a las columnas, de acuerdo al predimensionamiento tendrán una sección de 0.50 x 0.30 m y serán de concreto armado. Trabes secundarias. Estarán en los ejes donde hay muros de carga, estarán ligadas a las trabes principales y tendrán una sección de 0.40 x 0.20 m de concreto. Fig. 29. Planta baja. Trabes principales de sección 0.50 x 0.30 m. Fig. 30. Planta baja. Trabes secundarias de sección 0.40 x 0.20 m. ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 55 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA Trabes de cerramiento. Para las trabes de los muros de mampostería, se proponer trabes con sección de concreto de 0.30 x 0.15 m. 1.7 Castillos. Los castillos en planta baja serán de sección de concreto de 0.30 x 0.15 m y castillos en los niveles subsecuentes serán de sección 0.15 x 0.15 m. Como se observa en las siguientes figuras. Fig. 31. Planta baja. Trabes de cerramiento de 0.30 x 0.15m. ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 56 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA Fig. 33. Castillos de 0.15 x 0.15m. Fig. 32. Castillos de 0.35 x 0.15m. ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 57 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA 11. SOPORTES. ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 58 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA 1. SOPORTES. El siguiente parámetro que se debe ejecutar en STAAD. Pro para el análisis estructural del edificio, son los soportes. Se refiere a la simulación de la resistencia del suelo y la reacción que se tendrá sobre la cimentación. Para el conjunto habitacional “Escuadrón 201” se propone hacer una losa de cimentación que contemple los ejes en donde se tendrá mayor carga, es decir, donde se desplantan los 5 niveles del edificio y que la barda perimetral del lado posterior del edificio sea sostenida por una zapata corrida de 1.00 m. Se toma la decisión de realizar una losa de cimentación porque de acuerdo al Reglamento de Construcciones del Distrito Federal, las Normas Técnicas Complementarias y la ubicación del predio; este se encuentra en la Zona II de Transición del mapa de zonificación del Distrito Federal. Esto quiere decir que el tipo de suelo del terreno es un tanto frágil para resistir la carga que se pretende aplicar y por lo tanto se tiene que hacer un mejoramiento de suelo para absorber las cargas. A continuación, se muestran los tipos de soporte que se proyectaron en el modelado para simular la resistencia del suelo. 1.1 Soporte losa de cimentación. En STTAD.Pro este tipo de soporte se debe poner en todos los nodos pertenecientes a las aristas de las placas que conforman la losa de cimentación y se debe de configurar como se observa en la siguiente serie de figuras. Fig. 34. Se presiona el icono soporte y se crea un nuevo soporte de tipo fundation, en este caso es el “support 2” ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 59 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA 1.2 Soporte zapata corrida. Este tipo de soporte se debe poner en los nodos que se encuentren en las trabes donde se pretende hacer zapata corrida como se observa en la siguiente figura. Fig. 35. Se configuran las propiedades del soporte, en este caso el foundation será el “Elastic Mat” por ser losa de cimentación, en dirección “Y” y el “Modulus” será de 3000 MTon/m2/m por ser suelo tipo II. Y finalmente se asigna a los nodos de las placas de la losa. Fig. 36. Se crea el soporte, se configuran sus propiedades , en este caso el foundation será el “Footing L=1 W=1” que se refiere a una zapata de 1 x 1 m, en dirección “Y” y el “Modulus” será de 3000 MTon/m2/m por ser suelo tipo II. Y finalmente se asigna a los nodos de las placas de la losa. ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 60 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA 12. ESPECIFICACIONES ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 61 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA 1. ESPECIFICACIONES. En cuanto al parámetro de especificaciones, que es el siguiente aspecto a configurar en el STAAD.Pro, solamente se aplicará el Nodo Maestro en todos los niveles del edificio, para simular la rigidez de las losas, ya que una de las deficiencias del programa es que no calcula como tal las losas de entrepiso. Para configurar el Nodo Maestro, se realiza el procedimiento que a continuación se menciona. 1. Seleccionar el entrepiso y buscar el centro. 2. Se selecciona el nodo más cercano al centro que será el Nodo maestro, se presiona el icono “Specification page”, se selecciona la opción “Node”, en la ventana “Master Node” se pone el número de nodo que corresponde al seleccionado y se activa únicamente el recuadro de la dirección “ZX”. Fig. 37. Entrepiso planta baja. Acotamiento para buscar el centro y seleccionar el nodo más próximo. Fig. 38. Icono “Specification page”, selección de nodo, propiedades de nodo maestro. ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN201 62 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA 3. Asignar nodos esclavos al Nodo maestro que se creó. Fig.39. Entrepiso planta baja. El nodo marcado en color verde es el nodo maestro y los marcados en color morado son los esclavos. Fig.40. Entrepiso primer nivel. El nodo marcado en color verde es el nodo maestro y los marcados en color morado son los esclavos. Fig.41. Entrepiso segundo nivel. El nodo marcado en color verde es el nodo maestro y los marcados en color morado son los esclavos. ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 63 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA Fig.42. Entrepiso tercer nivel. El nodo marcado en color verde es el nodo maestro y los marcados en color morado son los esclavos. Fig.43. Entrepiso cuarto nivel. El nodo marcado en color verde es el nodo maestro y los marcados en color morado son los esclavos. Fig.44. Losa tanque elevado. El nodo marcado en color verde es el nodo maestro y los marcados en color morado son los esclavos. Fig.45. Losa azotea tanque elevado. El nodo marcado en color verde es el nodo maestro y los marcados en color morado son los esclavos. ANALISIS ESTRUCTURAL ESCUADRON 201 ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 64 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA 13. CARGAS ANALISIS ESTRUCTURAL ESCUADRON 201 ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 65 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA 13. CARGAS. 13.1 Grupos. Para comenzar a asignar las cargas en las losas, lo primero que se tiene que hacer es crear grupos, de tal manera que queden tableros de forma regular, es decir, cuadrados o rectángulos. Por la forma en que se proyectó arquitectónicamente el conjunto habitacional Escuadrón 201, se crearon 2 grupos por nivel, porque en el diseño del edificio se tienen vacíos que se tienen que dejar sin carga. Para crear los grupos, se presionan las teclas “Control+G”, para que aparezca en la pantalla la ventana “Define Group Name”. En la celda “Group Name” se pondrá el nombre que se le asignará al conjunto de trabes que formaran los tableros y en la celda “Select Type”, se selecciona el tipo de grupo que se está realizando, en este caso, será del tipo “Floor”, porque los grupos que se crearán serán las losas del edificio. Ya que se crearon los nombres de los grupos, ahora asignamos el conjunto de trabes que formaran cada uno de los grupos. Para el edificio que se está analizando, los grupos quedaron como se muestra en las siguientes imágenes: Fig.46. Ventana para asignar nombre y tipo de grupo. Fig.47. Entrepiso planta baja. Grupo 1-NIVEL-1. ANALISIS ESTRUCTURAL ESCUADRON 201 ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 66 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA Fig.48. Entrepiso planta baja. Grupo 2-NIVEL-1. Fig.49. Entrepiso primer nivel. Grupo 1-NIVEL-2. ANALISIS ESTRUCTURAL ESCUADRON 201 ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 67 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA Fig.50. Entrepiso primer nivel. Grupo 2-NIVEL-2. Fig.51. Entrepiso segundo nivel. Grupo 1-NIVEL-3. ANALISIS ESTRUCTURAL ESCUADRON 201 ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 68 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA Fig.52. Entrepiso segundo nivel. Grupo 2-NIVEL-3. Fig.53. Entrepiso tercer nivel. Grupo 1-NIVEL-4. ANALISIS ESTRUCTURAL ESCUADRON 201 ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 69 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA Fig.54. Entrepiso tercer nivel. Grupo 2-NIVEL-4. Fig.55. Entrepiso cuarto nivel. Grupo 1-AZOTEA. ANALISIS ESTRUCTURAL ESCUADRON 201 ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 70 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA Fig.56. Entrepiso cuarto nivel. Grupo 2-AZOTEA. Fig.57. Entrepiso Tanque elevado. Grupo TELEV. ANALISIS ESTRUCTURAL ESCUADRON 201 ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 71 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA 13.2 Aplicación de cargas. Este es el último parámetro que se tiene que configurar en el modelo para poder realizar en análisis de la estructura. En el icono “Load Page” se lleva a cabo la asignación de cargas. Para este proyecto aplicaremos las siguientes casos de cargas: 13.2.1 Definitions. Sismo. Tomando en cuenta la normatividad del Reglamento de Construcciones, las Normas Técnicas Complementarias y las Normas de la CFE-1993, el predio se ubica en la zona II del mapa geotécnico del Distrito Federal, el factor de comportamiento sísmico será Q=1.5 por ser mampostería, de acuerdo al riesgo de la construcción es tipo B, por ser de uso habitacional, la zona sísmica que le corresponde a la ubicación también es la II y la estructura por ser simétrica es de tipo regular. Fig.58. Azotea Tanque elevado. Grupo AZTELEV. Fig.59. Icono cargas. ANALISIS ESTRUCTURAL ESCUADRON 201 ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 72 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA Una vez aplicados los parámetros de sismo, se deben asignar las cargas que se deben aplicar por sismo, que en este caso es el peso propio del edificio, la carga muerta y las cargas accidentales que vienen en las Normas Técnicas Complementarias. a) Carga accidental. En los niveles donde se desplantan los departamentos le corresponde una carga accidental de 90 kg/m2 y en la azotea 70 kg/m2. Fig.60. Parámetros de sismo que se aplican en la categoría Definitions en la subcategoría Seismic Definition. Fig.61. Asignación de las cargas accidentales a cada uno de los grupos. ANALISIS ESTRUCTURAL ESCUADRON 201 ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 73 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA b) Carga muerta. Para añadir la carga muerta, se debe tomar en cuenta análisis de cargas realizado y se debe aplicar a cada grupo creado, la carga que le corresponda. c) Peso propio de la estructura. La última instrucción que se debe aplicar para el análisis por sismo es la de “Selfweight” que es el peso propio de la estructura. Fig.62. Asignación de las cargas muerta a cada uno de los grupos. Fig.63. Asignación del peso propio de la estructura. ANALISIS ESTRUCTURAL ESCUADRON 201 ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 74 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA 13.2.2 Load Cases Details. En esta categoría, se deben asignar las cargas gravitacionales y las combinaciones que pueden afectar en determinado momento la estructura, las cuales son: Sismo en X. Es el sismo en la dirección X, tomando como normatividad la CFE. Sismo en Z.Es el sismo en la dirección Z, tomando como normatividad la CFE. Fig.64. Asignación del sismo en X y sismo en Z. ANALISIS ESTRUCTURAL ESCUADRON 201 ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 75 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA Carga Viva Máxima. Se debe aplicar a cada losa de acuerdo a los grupos que se crearon, y la cantidad de carga se define conforme a lo que establece el Reglamento de Construcciones del Distrito Federal y las Normas Técnicas Complementarias, que mencionan que para uso habitacional será de 170 kg/m2 y para azoteas con pendiente menor al 5% debe ser de 90 kg/m2. Fig.65. Definición de carga viva máxima. ANALISIS ESTRUCTURAL ESCUADRON 201 ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 76 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA Carga Viva Sismo. Al igual que la carga viva máxima se asigna la carga viva por sismo, con los pesos que define el Reglamento de Construcciones del Distrito Federal y Normas Técnicas Complementarias como carga viva accidental. Carga Muerta. Se repite el mismo procedimiento que en la carga viva máxima y la carga viva por sismo; pero agregando las cargas obtenidas en el análisis de cargas para cada tipo de losa, también se añade el parámetro de “Selfweight” para el peso propio de la estructura. Fig.66. Definición de carga viva sismo. Fig.61. Isométrico carga viva máxima. ANALISIS ESTRUCTURAL ESCUADRON 201 ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 77 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA PESO PROPIO DE LA ESTRUCTURA Fig.67. Definición de carga muerta. ANALISIS ESTRUCTURAL ESCUADRON 201 ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 78 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA Combinaciones. Para el análisis de la estructural se debe tomar en cuenta el Límite de servicio y el Límite de Falla, aplicando los factores de carga que menciona la normatividad. En el STAAD.Pro se deben agregar como combinaciones y serán las siguientes: a) Límite de servicio. b) Límite de Falla 1. c) Límite de Falla 2. d) Límite de Falla 3. Fig.68. Parámetros para límite de servicio. Fig.69. Parámetros para límite de falla 1. Fig.70. Parámetros para límite de falla 2. Fig.71. Parámetros para límite de falla 3. ANALISIS ESTRUCTURAL ESCUADRON 201 ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 79 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA e) Límite de Falla 4. f) Límite de Falla 5. g) Límite de Falla 6. h) Límite de Falla 7. i) Límite de Falla 8. Fig.72. Parámetros para límite de falla 4. Fig.73. Parámetros para límite de falla 5. Fig.74. Parámetros para límite de falla 6. Fig.75. Parámetros para límite de falla 7. Fig.76. Parámetros para límite de falla 8. ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 80 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA 14. ANALISIS ESTRUCTURAL ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 81 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA 14. RESULTADOS ANALISIS ESTRUCTURAL. Cuando se finaliza el modelado del proyecto, el siguiente paso es analizar la estructura y verificar que la propuesta cumple con la normatividad para poder comenzar a diseñar los armados de las trabes, columnas, cimentación, etc. Por lo tanto, a continuación, se revisarán los resultados. 14.1 Desplazamientos de los nodos. En la tabla, se observa un resumen de los desplazamientos más críticos que pudiera sufrir la estructura en las direcciones X, Y, Z, el desplazamiento más elevado que se tiene es de 36.49 mm en la dirección Z. De acuerdo al Reglamento de Construcciones del Distrito Federal el desplazamiento lateral no debe ser mayor a 0.006 x Altura del edificio; aplicando la formula tenemos que 0.006 x 12.6 m =0.0756 m, es decir, 75.6 mm > 32.12 mm; por lo tanto, la estructura cumple con la normatividad en este punto. Fig.77. Tabla de resumen de desplazamientos en nodos. ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 82 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA Para el desplazamiento vertical, se aplica la fórmula del claro critico / 240 + 5 mm, por lo tanto, tenemos 700 / 240+5 mm = 2.96 cms, es decir 29.6 mm > 12.37mm; entonces este desplazamiento también pasa por reglamento. Las siguientes imágenes muestran los desplazamientos de la estructura según las condiciones de carga que se le aplicaron al modelo. a) Sismo en X. b) Sismo en Z. Fig.78. Vista lateral. Fig.79. Vista lateral. Fig.80. Vista Isométrica. ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 83 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA c) Carga Viva Máxima. d) Carga Viva Sismo. Fig.81. Vista lateral. Fig.82. Vista lateral. ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 84 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA e) Carga Muerta. f) Límite de Servicio. Fig.83. Vista lateral. Fig.84. Vista lateral. ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 85 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA g) Límite de Falla 1. h) Límite de Falla 2. Fig.85. Vista lateral. Fig.86. Vista lateral. ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 86 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA i) Límite de Falla 3. j) Límite de Falla 4. Fig.87. Vista lateral. Fig.88. Vista lateral. ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 87 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA k) Límite de Falla 5. l) Límite de Falla 6. Fig.89. Vista lateral. Fig.90. Vista lateral. ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 88 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA m) Límite de Falla 7. n) Límite de Falla 8. Fig.91. Vista isométrica. Fig.92. Vista isométrica. ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONJUNTO HABITACIONAL ESCUADRÓN 201 89 SEMINARIO DE MÉTODO DE ANÁLISIS Y DISEÑO AVANZADO DE ESTRUCTURAS ASISTIDAS POR COMPUTADORA 1.1 Ubicación de momentos y cortantes críticos Para el diseño del armado las trabes se tomarán los momentos positivos y negativos de los elementos constructivos más críticos de la estructura, es decir, contratrabes, trabe principal, trabe secundaria y trabe de cerramiento con momentos y cortantes más altos. Contratrabes. Esta es la contratrabe crítica del proyecto, se encuentra en el eje 3 y va
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