"Diseño estructural sismo resistente del edificio de docentes de la Facultad de Ciencias Técnicas de la UNESUM" es un trabajo de titulación que se basa en la necesidad de unificar las áreas administrativas y de docentes de las carreras que componen dicha facultad, este presente trabajo se desarrolló recopilando toda la información técnica y de campo necesarias para su elaboración.
Después del sismo ocurrido el 16 de abril de 2016, que afectó a Ecuador en especial a la Provincia de Manabí, donde el colapso de estructuras fue evidente, se puso en consideración la forma en que se aplicaba las normas constructivas que rigen el País, es por esta razón que el cálculo y diseño estructural de la edificación aquí desarrollada, cumple con lo estipulado en el Código Ecuatoriano de la Construcción (NEC-15) y el American Concrete Institute (ACI 318-08), siguiendo cada uno de los lineamientos.
Esta edificación de acuerdo al diseño arquitectónico corresponde a una estructura de tres pisos la cual tendrá módulos y oficinas para el personal de docentes y administrativos de la Facultad de Ciencias Técnicas, desarrollado en hormigón armado y con zapata corrida en dos direcciones la cual es recomendable por el tipo de suelo en el cual se cimentará la estructura.
Mediante la utilización software de diseño estructural ETABS, se modeló la estructura tridimensional en la cual se aplicaron los parámetros de cálculo, obteniendo así datos confiables de la edificación, pudiendo evidenciar el comportamiento del mismo ante fuerzas sísmicas y no sísmicas. Como complemento a este trabajo se presentan los planos arquitectónicos y estructurales de la edificación brindando así un desarrollo de proyecto aplicable cuando se decida realizarlo.
Es muy importante tener en cuenta que el diseño estructural está directamente ligado a las normas que rigen el país donde se diseña una edificación, estas varían de acuerdo a la región donde se implantan los proyectos, puesto que las características del lugar ya sea suelo, clima o peligrosidad sísmica, generan sobre la estructura comportamientos diferentes en cuanto a su funcionamiento, ejemplo de esto es que no se puede concebir el diseño de una edificación sobre un suelo rocoso que sobre un suelo arcilloso o más aún no se comportarán de igual manera dos edificaciones con las mismas características estructurales en dos zonas con suelo muy diferentes.
De un vistazo
- Dos sondeos SPT de seis metros en el emplazamiento
- Modelación tridimensional de la estructura mediante ETABS
- Procedimiento ilustrado paso a paso para modelar en ETABS
- 28 fuentes en la bibliografía
- 32 tablas
Índice
RESUMEN
SUMMARY
1.- INTRODUCCIÓN.
2. OBJETIVOS
2.1.- OBJETIVO GENERAL
2.2.- OBJETIVO ESPECÍFICOS
3. MARCO TEORICO DE LA INVESTIGACION
3.1. DISEÑO ESTRUCTURAL
3.1.1. CONFIGURACION DE ESTRUCTURAS SISMO RESISTENTES
3.2. EDIFICIO DE OFICINAS
3.2.1. DISEÑO DE ESPACIOS EN OFICINAS
3.3. HORMIGON
3.4. PROPIEDADES DEL HORMIGON ENDURECIDO
3.5. ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN ARMADO
3.5.1. COLUMNAS DE HORMIGÓN ARMADO
3.5.2. VIGAS DE HORMIGÓN ARMADO
3.5.3. UNION VIGA COLUMNA
3.5.4. LOSAS
3.5.5. LOSAS CON ALIVIANAMIENTOS
3.5.6. CIMENTACIONES DE HORMIGON ARMADO
3.6. USO DEL SPT (STANDARD PENETRATION TEST) PARA EL ESTUDIO DE SUELOS
3.6.1. DESCRIPCION DEL ENSAYO SPT
3.6.2. EQUIPO Y CARACTERISTICAS SPT
3.6.3. TOMA DE MUESTRA SPT
3.7. SISMISIDAD
3.7.1. DERIVA CONTINENTAL
3.7.2. LAS PLACAS TECTONICAS
3.7.3. SUBDUCCION PLACA NAZCA-SUDAMERICANA
3.7.4. REGISTRO SISMICO DEL ECUADOR
3.8. PELIGROSIDAD SISMICA DEL ECUADOR.
3.8.1. Zonificación sísmica y factor de zona Z.
3.8.2. Tipos de perfil de suelos (A, B, C, D y E) para el diseño sísmico
3.8.3. Tipo de perfil de suelos (F) para el diseño sísmico
3.8.4. Coeficientes de perfil de suelo Fa, Fd y Fs
3.8.5. Espectro elástico de diseño en aceleración (Sa)
3.8.6. Categoría de edificio y coeficiente de importancia I.
3.8.5. Regularidad/configuración estructural
3.8.5.1. Configuración estructural
3.8.5.2. Regularidad en planta y elevación
3.8.5.3. Irregularidades y coeficientes de configuración estructural
3.8.6. Ductilidad y factor de reducción de resistencia sísmica R
3.8.7. Determinación del período de vibración T
3.8.8. Determinación coeficiente k
3.6.9. Carga sísmica reactiva W
3.6.10. Cortante basal de diseño V
4. METODOS Y MATERIALES
4.1. Métodos
4.2. MATERIALES
5. ANÁLISIS DE RESULTADOS
5.1. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO
5.2 SONDEOS EN EL CAMPO
5.2.1 Cálculos del SPT
5.2.2. Calculo de los Ncorr de 1 hasta los 6 (m)
5.2.3. Calculo de los Ncorr. ponderado
5.2.4. Datos diseño de cimentación
5.2.5. Calculo del qadm
5.2.6. Calculo ángulo de rozamiento interno
5.3. Prediseño de elementos estructurales
5.3.1. Prediseño de losa alivianada
3.3.1.1. Peso de losa h=25 cm
5.3.2. Prediseño de vigas
5.3.3. Prediseño de columnas
5.4 Calculo de fuerzas sísmicas
5.4.1. Peso de la edificación (w)
5.4.2. Periodo de vibración de la estructura
5.4.3. Espectro sísmico elástico
5.4.4. Calculo del cortante basal
5.4.5. Calculo fuerzas laterales
5.5. Modelación de la estructura en el programa ETABS
5.5.1. INICIO DE LA MODELACIÓN
5.5.2. DETALLANDO CUALIDADES DE MATERIALES A UTILIZAR
5.5.3. DETALLANDO GEOMETRIA DE ELEMENTOS
5.5.3.1. Columnas
5.5.3.2. Vigas
5.5.3.3. Losas
5.5.4. MODELADO GEOMETRICO DE LA ESTRUCTURA
5.5.5. DEFINICION DE CARGAS GRAVITACIONALES EN EL MODELO
5.5.6. Cargas y sobrecargas
5.5.6.1. Carga muerta adicional
5.5.6.2. Carga viva
5.5.7. Diafragma
5.5.8. ASIGNACIÓN DEL ESPECTRO SÍSMICO DE DISEÑO
5.6. INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS
5.6.1. Control de Derivas
5.6.2. Modos de Vibración
5.6.3. Diseño de la estructura
5.6.3.1. Diseño de Vigas
5.6.3.1.1. Comprobación del diseño de flexión de la viga
5.6.3.1.2. Cálculo y diseño de cortantes en vigas
5.6.3.2. Diseño de Columnas
5.6.3.3. Diseño de Losa
5.6.3.4. Diseño de Cimentación
5.6.3.4.1. Determinación de Dimensiones de Zapata
5.6.3.4.2. Determinación del paso de la resultante
5.6.3.4.3. Revisión de las presiones de contacto.
5.6.3.4.4. Diseño del peralte de la losa por flexión.
5.6.3.4.5. Diseño del peralte de la viga por flexión.
5.6.3.4.6. Acero de Refuerzo en Losa
5.6.3.4.7. Calculo de Acero para la viga o contratrabe
5.6.3.4.8. Cálculo del armado requerido por cortante
6. CONCLUSIONES
7. RECOMENDACIONES
Objetivo y temas
El trabajo tiene como objetivo diseñar una estructura sismorresistente para un edificio de oficinas docentes de la Facultad de Ciencias Técnicas de la Universidad Estatal del Sur de Manabí. Para ello relaciona el estudio del terreno, el dimensionamiento de los elementos de hormigón armado y la modelación de la respuesta estructural ante cargas sísmicas y no sísmicas.
- Características del suelo y ensayo de penetración estándar SPT
- Hormigón armado y configuración estructural sismorresistente
- Peligrosidad sísmica y normativa ecuatoriana de construcción
- Prediseño de losas, vigas y columnas
- Modelación dinámica de la estructura con ETABS
- Diseño de cimentaciones y comprobaciones de los elementos
Extracto del libro
1.- INTRODUCCIÓN.
Es muy importante tener en cuenta que el diseño estructural está directamente ligado a las normas que rigen el país donde se diseña una edificación, estas varían de acuerdo a la región donde se implantan los proyectos, puesto que las características del lugar ya sea suelo, clima o peligrosidad sísmica, generan sobre la estructura comportamientos diferentes en cuanto a su funcionamiento, ejemplo de esto es que no se puede concebir el diseño de una edificación sobre un suelo rocoso que sobre un suelo arcilloso o más aún no se comportarán de igual manera dos edificaciones con las mismas características estructurales en dos zonas con suelo muy diferentes.
El diseño estructural no es un factor separado de la mecánica de suelos, si no, un complemento al diseño. Es de afirmar entonces que las características estructurales influyen en el comportamiento de un suelo y el suelo influye en el desempeño de la estructura, así pues, si analizáramos los factores externos anteriormente mencionados, encontraríamos que cada uno de ellos tiene un efecto directo sobre la estructura es por esta razón que las normativas y códigos abarcan cada uno de esos factores y brindan al diseñador las pautas para realizar edificaciones eficientes, capaces de sortear de buena manera los factores que la afectan.
El diseño estructural ha logrado poner en pie grandes obras que van desde puentes hasta rascacielos que desafían técnicamente la gravedad, imposibles de pensar siglos atrás. Estos avances posibilitan que el comportamiento de las edificaciones ante eventos sísmicos tenga eficiencia y un buen diseño estructural siguiendo todos los parámetros que garantice la vida de los que lo habitan.
Los avances hicieron que el cálculo no fuera solamente un criterio desarrollado por un calculista en el papel, siguiendo las normativas y códigos, fue más adelante logrando que la estructura diseñada pueda ser modelada en programas computacionales arrojando correcciones que se ajustan aún más al diseño planteado en principio, definiendo un funcionamiento unificado de los elementos que componen una estructura.
Resumen de los capítulos
1.- INTRODUCCIÓN.: Sitúa el diseño estructural en relación con las condiciones del terreno, la normativa y la vulnerabilidad sísmica de Manabí.
2. OBJETIVOS: Define el diseño del edificio y las tareas de estudio de suelos, predimensionamiento y modelación dinámica.
3. MARCO TEORICO DE LA INVESTIGACION: Expone conceptos de hormigón armado, cimentaciones, ensayo SPT, tectónica y parámetros de diseño sísmico.
4. METODOS Y MATERIALES: Describe los métodos bibliográfico, lógico deductivo y analítico-sintético, además de los recursos de campo y de cálculo.
5. ANÁLISIS DE RESULTADOS: Desarrolla los sondeos, el prediseño, el cálculo de fuerzas sísmicas, la modelación en ETABS y el diseño de los elementos y la cimentación.
6. CONCLUSIONES: Reúne las consideraciones del autor sobre el terreno y el comportamiento de la estructura analizada.
7. RECOMENDACIONES: Presenta recomendaciones relativas al estudio de suelos, la configuración estructural y el empleo de herramientas de análisis.
Palabras clave
diseño estructural, sismorresistencia, hormigón armado, ensayo SPT, estudio de suelos, peligrosidad sísmica, NEC-2015, ACI 318, ETABS, predimensionamiento, derivas de piso, cimentación, espectro sísmico
Preguntas frecuentes
¿De qué trata la obra?
Del diseño estructural sismorresistente de un edificio de oficinas docentes para la Facultad de Ciencias Técnicas de la UNESUM.
¿Cuáles son sus principales temas?
El estudio del terreno, el hormigón armado, la amenaza sísmica, el dimensionamiento estructural y la modelación mediante ETABS.
¿Cuál es el objetivo principal?
Realizar el diseño estructural sismorresistente del edificio, considerando las características del suelo y las solicitaciones de la estructura.
¿Qué métodos utiliza el autor?
Combina los métodos bibliográfico, lógico deductivo y analítico-sintético con sondeos de campo y modelación computacional.
¿Qué se desarrolla en la parte principal?
Se presentan los cálculos del suelo, el prediseño de elementos, las fuerzas sísmicas, la modelación del edificio y las verificaciones estructurales.
¿Qué palabras clave caracterizan el trabajo?
Entre ellas figuran sismorresistencia, hormigón armado, SPT, NEC-2015, ETABS y cimentación.
¿Cómo se estudia el terreno del proyecto?
Se describen dos sondeos de penetración estándar de seis metros y se utilizan sus datos en cálculos geotécnicos.
¿Para qué se utiliza ETABS?
Se emplea para modelar la estructura tridimensional, asignar cargas y analizar su respuesta, incluyendo derivas y modos de vibración.
¿Qué elementos estructurales se diseñan?
El desarrollo comprende vigas, columnas, losas y una cimentación mediante zapata corrida.
- Quote paper
- Cristian Echeverry (Author), 2017, Diseño estructural sismo resistente del edificio de docentes de la Facultad de Ciencias Técnicas de la Universidad Estatal del Sur de Manabí, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/376730
