proyecto de grado edificio camilo torres
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PROYECTO DE GRADO
EDIFICIO CAMILO TORRES
PRESENTADO POR: DANIEL SANTIAGO PÁEZ MORENO
CÓDIGO 201212247
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL
MAESTRÍA EN INGENIERÍA CIVIL
BOGOTÁ D.C. COLOMBIA
2018
TABLA DE CONTENIDO RESUMEN ................................................................................................................................................... 6 ABSTRACT ................................................................................................................................................. 7 1. INTRODUCCIÓN .............................................................................................................................. 8 2. GENERALIDADES ........................................................................................................................ 10
2.1. Justificación del material y del sistema estructural ....................................... 10
2.2. Protección contra el fuego ....................................................................................... 11
3. CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL .......................................................................................... 12 4. ANÁLISIS ESTRUCTURAL ......................................................................................................... 14
4.1. Irregularidad de la estructura y verificación de derivas. ............................. 14
4.2. Avalúo de cargas .......................................................................................................... 16
4.3. Modelación de la estructura .................................................................................... 18
5. DISEÑO ESTRUCTURAL ............................................................................................................ 21 5.1. Diseño de losa de entrepiso ..................................................................................... 21
5.2. Diseño del diafragma ................................................................................................. 24
5.3. Diseño de muros estructurales .............................................................................. 26
5.4. Diseño de pilotes ......................................................................................................... 30
5.5. Diseño de vigas de cimentación. ............................................................................ 32
5.6. Planta de cimentación ............................................................................................... 33
6. ANÁLISIS NO LINEAL ................................................................................................................. 35 6.1. Modelo no Lineal de la Estructura......................................................................... 35
6.2. Casos de Carga No Lineales Estáticos ................................................................... 36
6.3. Análisis Considerando Propiedades No Lineales de los Materiales ......... 37
6.4. Análisis Considerando Propiedades No Lineales Geométricas de los Elementos
39
6.5. Flexibilidad de la Cimentación ............................................................................... 40
7. RESULTADOS ............................................................................................................................... 42 7.1. Curva de Capacidad Dirección X ............................................................................ 43
7.2. Curva de Capacidad Dirección Y ............................................................................ 44
7.3. Punto de Comportamiento ....................................................................................... 45
3 TABLA DE CONTENIDO
7.4. Limitaciones y Verificaciones Procedimiento de Análisis No Lineal Estático.
46
7.5. Nivel de Desempeño y Mecanismo de Colapso. ................................................ 48
7.6. Modificaciones al diseño inicial ............................................................................. 53
8. PRESUPUESTO Y CANTIDADES DE OBRA. .......................................................................... 55 9. CONCLUSIONES ............................................................................................................................ 57 REFERENCIAS ........................................................................................................................................ 59
LISTA DE ILUSTRACIONES
Ilustración 1. Planta estructural del proyecto. ............................................................................. 12
Ilustración 2: Alzado esquemático de la estructura ................................................................... 13
Ilustración 3. Corte Típico de Placa .................................................................................................. 13
Ilustración 4: Avalúo de cargas .......................................................................................................... 16
Ilustración 5:Espectro de Diseño ....................................................................................................... 17
Ilustración 6 Vista tridimensional del modelo de la estructura del edificio Camilo Torres realizada en el software ETABS. .......................................................................................... 18
Ilustración 7. Dimensiones del panel de estudio. ........................................................................ 21
Ilustración 8. Planta de Refuerzo Piso Tipo. .................................................................................. 23
Ilustración 9: Esquema de solicitaciones de diseño del diafragma (ACI 318-14)l ......... 25
Ilustración 10:Fuerzas de diseño del diafragma.......................................................................... 26
Ilustración 11:Despiece de muro típico .......................................................................................... 29
Ilustración 12: Modelo del pilote con resortes ............................................................................. 31
Ilustración 13: Diagrama de Interacción Pilote 50cm de diámetro. .................................... 31
Ilustración 14. Despiece Pilote Diámetro = 50cm ....................................................................... 32
Ilustración 15: Requisitos mínimos y diseño para un vano representativo ..................... 33
Ilustración 16: Despiece viga de cimentación VC-13 ................................................................. 33
Ilustración 17:Planta de cimentación .............................................................................................. 34
Ilustración 18: Comportamiento no lineal de un muro esbelto (Moehle 2011) ............ 36
Ilustración 19. Relación fuerza – deformación acero de refuerzo (Moehle 2011) ......... 37
Ilustración 20. Curva Esfuerzo - Deformación Acero de Refuerzo ...................................... 38
Ilustración 21. Curva Esfuerzo-Deformación concreto simple y confinado (Mander et al 1988) ........................................................................................................................................................ 38
Ilustración 22:Curvas esfuerzo-deformación para concreto confinado y no confinado ......................................................................................................................................................................... 39
Ilustración 23. Modelo equivalente - flexibilidad de la cimentación (ASCE 4113, Sección 8.4) ................................................................................................................................................ 40
Ilustración 24: Curva de Capacidad Dirección X. ......................................................................... 43
Ilustración 25. Curva de capacidad. Dirección Y. ......................................................................... 44
Ilustración 26: Nivel de desempeño muros con elemento de borde. Dirección X. ......... 50
Ilustración 27: Nivel de desempeño muros con elemento de borde. Dirección Y. ......... 50
Ilustración 28. Nivel de desempeño muros sin considerar confinamiento . Dirección X ......................................................................................................................................................................... 51
Ilustración 29. Nivel de desempeño muros sin considerar confinamiento. Dirección Y ......................................................................................................................................................................... 51
Ilustración 30. Límites de desempeño obtenidos a partir de la curva pushover. Dirección X.................................................................................................................................................. 52
Ilustración 31. Límites de desempeño obtenidos a partir de la curva pushover. Dirección Y.................................................................................................................................................. 52
Ilustración 32: Relación demanda-capacidad en dirección X ................................................. 53
Ilustración 33: Relación demanda-capacidad en dirección Y ................................................. 53
5 TABLA DE CONTENIDO
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Resumen Proyecto Camilo Torres .................................................................................... 10
Tabla 2. Sistema estructural. ............................................................................................................... 11
Tabla 3: Verificación de derivas de piso ......................................................................................... 14
Tabla 4: Irregularidades en planta .................................................................................................... 15
Tabla 5: Irregularidades en altura .................................................................................................... 15
Tabla 6: Irregularidad por ausencia de redundancia ................................................................ 15
Tabla 7. Coeficiente R y de sobre resistencia ................................................................................ 15
Tabla 8: Parámetros Método FH ........................................................................................................ 17
Tabla 9. Resultados obtenidos al aplicar el Método de la fuerza horizontal equivalente. ......................................................................................................................................................................... 17
Tabla 10. Resultados Método Fuerza Horizontal Equivalente en Etabs ............................. 19
Tabla 11. Modos de Vibración y % de Masa Participante por Modo ................................... 20
Tabla 12: Cuadro de Mallas Electrosoldadas. ............................................................................... 24
Tabla 13. Evaluación de las fuerzas de diseño del diafragma ............................................... 25
Tabla 14: Refuerzo calculado de los muros estructurales primer piso .............................. 28
Tabla 15: Parámetros de los modelos evaluados en la dirección X ...................................... 44
Tabla 16: Parámetros de los modelos evaluados en la dirección Y ...................................... 45
Tabla 17: Cálculo punto de comportamiento ................................................................................ 46
Tabla 18:Validación de aplicabilidad de análisis no lineal ...................................................... 47
Tabla 19: Participación de modos altos .......................................................................................... 48
Tabla 20:Valores admisibles de rotación plástica según el nivel de desempeño (Tabla 10-19) ........................................................................................................................................................... 49
Tabla 21: Relación demanda-capacidad de cortarte en muros .............................................. 54
Tabla 22: Presupuesto Estructura Proyecto Camilo Torres.................................................... 55
Tabla 23: Cuantías Proyecto Camilo Torres .................................................................................. 55
RESUMEN
El presente documento expone el proceso de análisis y diseño estructural basado en los
lineamientos del reglamento NSR-10 del Edificio Camilo Torres, que emplea muros de concreto
reforzado con capacidad especial de disipación de energía como sistema estructural de
resistencia sísmica. El proyecto destinado a uso residencial consta de diez pisos con un área
aproximada de 290m2 y se encuentra localizado en zona de amenaza sísmica alta, en la ciudad
de Duitama, Boyacá.
El análisis se desarrolla en tres fases: en la primera sección, se presentan las generalidades de
la estructura, el planteamiento arquitectónico y consideraciones para la selección del material
y sistema estructural. Adicionalmente, se describe el modelo tridimensional desarrollado en el
software de análisis, a partir del cual se obtienen desplazamientos y fuerzas internas por medio
de las cargas incluidas en el análisis.
En la segunda fase se expone el diseño de elementos estructurales, siguiendo los lineamientos
descritos en el titulo C de la normativa sismorresistente para muros estructurales, losas de
entrepiso, cimentación, entre otros. Finalmente, se adapta el modelo tridimensional de análisis
para estimar el comportamiento no lineal de la estructura de manera global bajo la aplicación
de una fuerza lateral incremental de acuerdo con el procedimiento y recomendaciones
presentes en el documento ASCE 41-13.
Todo lo anterior se realiza en el marco del cumplimiento de los requisitos propios de la
asignatura Proyecto de grado en la línea de profundización de la maestría en ingeniería civil de
la Universidad de los Andes.
PALABRAS CLAVES
Diseño estructural; muros estructurales de concreto; comportamiento inelástico; pushover.
7 PROYECTO DE GRADO EDIFICIO CAMILO TORRES
ABSTRACT
This document presents the analysis and structural design process based on the guidelines of
the NSR-10 regulation of the Camilo Torres Building, which uses reinforced concrete walls with
special energy dissipation capacity as a structural system of seismic resistance. The project
intended for residential use consists of ten floors with an approximate area of 290m2 and is
located in a high seismic hazard zone, in the city of Duitama, Boyacá.
The analysis is developed in three phases: in the first section, the generalities of the structure,
the architectural approach and considerations for the selection of the material and structural
system are presented. Additionally, the three-dimensional model developed in the analysis
software is described, from which displacements and internal forces are obtained by the loads
included in the analysis.
In the second phase, the design of structural elements is exposed, following the guidelines
described in title C of the NSR-10 for structural walls, floor slabs, foundations, among others.
Finally, the three-dimensional analysis model is adapted to estimate the non-linear behavior of
the structure under the application of an incremental lateral force according to the procedures
and recommendations presented in document ASCE 41-13.
All of the above is done in compliance with the requirements of the Grade Project subject of the
master's degree in civil engineering from the Universidad de los Andes.
KEY WORDS
Structural design; concrete walls; inelastic behavior; push over.
1. INTRODUCCIÓN
En el contexto nacional, la reglamentación colombiana de construcción sismo resistente
vigente, en adelante NSR-10, establece una serie de requisitos mínimos de diseño para
elementos estructurales en función del sistema estructural, los materiales empleados, el
desempeño sísmico esperado de la edificación, tipo de ocupación y uso, tipo de suelo y el nivel
de amenaza sísmica. Lo anterior, con el propósito de garantizar la integridad de las
edificaciones ante la ocurrencia de eventos sísmicos y de este modo reducir las pérdidas
humanas y materiales.
De acuerdo con estudios demográficos, cerca del 40% de la población nacional se encuentra
localizada en zonas de amenaza sísmica alta, por tal motivo, la evaluación del comportamiento
de estructuras con mayor probabilidad de ser sometidas a movimientos de origen sísmico
recobra particular importancia desde la perspectiva del nivel de desempeño y capacidad de
disipación de energía del sistema estructural utilizado en la edificación.
La normativa sismorresistente colombiana señala que para el diseño de muros estructurales de
concreto reforzado, se puede optar por uno de los tres posibles grados de capacidad de
disipación de energía (mínima-DMI, moderada-DMO y especial-DES). En la práctica se puede
observar que lo usual es adoptar el menor grado acorde a la amenaza sísmica, ya que el
incremento del grado de capacidad de disipación de energía se hace, principalmente, mediante
mayores restricciones en el detallado del refuerzo (Benjumea, J.M., 2016).
No obstante, para el caso de amenaza sísmica alta, únicamente se puede optar por el grado
especial de disipación de energía. En los muros de concreto reforzado, la normativa establece
un coeficiente de disipación de energía R0 de 5 para edificaciones con altura máxima de 50m
localizadas en esta categoría de zonas, el cual se relaciona con la ductilidad esperada para la
estructura, y se asocia con un coeficiente de 2.5 para tener en cuenta la sobrerresistencia del
sistema.
En la actualidad, los muros estructurales de concreto reforzado son uno de los sistemas de
resistencia a la fuerza lateral más comunes en edificios de mediana altura, especialmente en
países latinoamericanos, gracias a su rigidez y su fácil incorporación a los diseños
arquitectónicos (Birely, A.C., 2012). Las investigaciones en torno a los muros delgados de
concreto reforzado se han enfocado en estudios analíticos y experimentales que destacan la
necesidad de mejorar la comprensión del desempeño del muro.
El objetivo de la presente investigación consiste en realizar el análisis y diseño estructural
elástico (realizado en la práctica común de edificaciones en el contexto colombiano), seguido
del análisis no lineal estático (push over) con el propósito de estudiar y evaluar el
comportamiento de la estructura en el rango inelástico.
9 PROYECTO DE GRADO EDIFICIO CAMILO TORRES
El análisis no lineal ha permitido llegar a una mejor comprensión y medición de conceptos como
ductilidad, sobrerresistencia, disipación de energía, plastificación de elementos, entre otros,
contribuyendo a una mejor evaluación y estudio de las edificaciones a través de sus
propiedades y la comparación con las demandas impuestas por los efectos sísmicos.
La metodología a implementar inicia con el proceso de pre-dimensionamiento de las secciones
de los muros estructurales, para lo cual se siguió la recomendación presente en el reglamento
ACI 318-14, donde se especifica un límite dado por el cociente entre la altura de entrepiso (hu)
sobre 16, con el propósito de no afectar de manera significativa el planteamiento arquitectónico
inicial. Como paso siguiente se realiza el análisis estructural de la edificación por medio del
avalúo de cargas verticales y empleo del método de la fuerza horizontal equivalente, para
calcular desplazamientos y fuerzas internas en los elementos estructurales, y se establece el
cumplimiento de los requisitos de resistencia, funcionamiento y estabilidad de la edificación.
En seguida, se realiza el diseño estructural siguiendo los lineamientos para el cálculo del
refuerzo requerido por los elementos ante la aplicación de las combinaciones especificadas en
el título B del código NSR 10.
Por último, se desarrolla el análisis no lineal estático, comprendiendo los efectos no lineales del
material, efectos no lineales geométricos y flexibilidad en la cimentación con base en los
lineamientos del documento ASCE 41-13, capítulo VII. Finalmente, se caracteriza el desempeño
del edificio en el punto de comportamiento y se proponen modificaciones a su diseño
estructural que permitan mejorar su comportamiento y funcionalidad bajo la acción de fuerzas
de origen sísmico.
2. GENERALIDADES
El proyecto “Camilo Torres” se localiza en la zona central de la ciudad de Duitama, Boyacá, y
está destinado al uso residencial (Grupo de uso I según NSR-10) Se encuentra ubicado en un
predio de 83.70 m X 59.30 m aproximadamente. Sus características principales se resumen en
la Tabla 1.
Tabla 1. Resumen Proyecto Camilo Torres
CAMILO TORRES
PROPIETARIO JCQ CONSTRUCCIIONES S.A.S, Duitama, Colombia.
TIPO Residencial
USO DEL PROYECTO Residencial (Grupo de Uso I) Tabla A.2.5-1
UBICACIÓN Duitama, Boyacá
NIVEL DE AMENAZA SISMICA Alta (Apéndice A-4)
NÚMERO DE PISOS 10 pisos
ALTURA ENTREPISO 2.30 m
CARGAS C.V Vivienda: 180 Kg/m2 (B.4.2.1)
NORMATIVA APLICADA NSR-10
ESTUDIO DE SUELOS S.I. SERINCO LTDA
PERFIL Y CALIDAD DEL
SUELO
Tipo D. Véase anexo 12: Estudio de Suelos
El planteamiento arquitectónico inicial contempla la construcción de tres torres iguales de diez
pisos en una configuración estructural compuesta por un sistema de muros de concreto
reforzado, con área de construcción aproximada de 2950 m2 por torre. La configuración en
altura de las torres consiste en 10 pisos y cubierta liviana con altura de entrepiso típica de
2.30m para todos los niveles, llegando al nivel N+24.25.
Cada piso cuenta con 4 unidades de vivienda con un área aproximada de 64 m2 por unidad, para
un total de 40 unidades por torre. Los espacios propuestos en los planos arquitectónicos
presentan módulos con luces aproximadas de 3 a 3.5 m en los dos sentidos principales de la
planta. Por otra parte, cabe señalar que debido a que la ciudad de Duitama no cuenta con
estudios de microzonificación sísmica, el espectro de diseño del proyecto será definido a partir
de los parámetros descritos por el Reglamento NSR- 10 según la ubicación y el tipo de suelo del
proyecto.
2.1. Justificación del material y del sistema estructural De acuerdo con la ubicación y características particulares del proyecto, y considerando además
la cercanía de Acerías Paz del Río, canteras y fuentes de materiales cercanas que facilitan el
transporte y en esta medida reducen los costos, se concluye que el uso de concreto reforzado
contribuye a la reducción de los costos de construcción y del manejo de materiales, además de
11 PROYECTO DE GRADO EDIFICIO CAMILO TORRES
presentar mayores ventajas en comparación con el empleo de un sistema estructural en acero
o en muros de mampostería, por lo cual se considera que es el material estructural más
conveniente.
Por otra parte, con base en el planteamiento arquitectónico inicial, la distribución de los
apartamentos del proyecto está basada en espacios conformados por módulos en los que los
muros divisorios coinciden de manera general con los muros estructurales. Por tal motivo, el
sistema estructural de resistencia sísmica más conveniente a emplear en este proyecto es el
sistema estructural de muros de carga en concreto reforzado con capacidad especial de
disipación de energía, ya que permite conservar los espacios y la distribución planteada por la
arquitectura, y además se aprovechan las áreas destinadas para muros divisorios como parte
del sistema de resistencia sísmica (Véase Tabla 2).
Tabla 2. Sistema estructural.
Sistema de Muros en concreto reforzado con especial disipación de energía (DES)
Sentido X Muros de Concreto DES
Sentido Y Muros de Concreto DES
2.2. Protección contra el fuego
De acuerdo con la clasificación presente en el capítulo J.3.3.1, la edificación se clasifica en la
Categoría III de Riesgo, la cual requiere una resistencia al fuego de una hora para los elementos
estructurales. Según J.3.5.2.2 y J.3.5.2.3, para el tiempo de resistencia al fuego de la estructura
el espesor mínimo de los muros y la losa maciza no deben ser menores a 80 mm. Por tanto, los
espesores para la placa y los muros planteados de forma inicial cumplen con lo establecido en
los literales del capítulo J.3 y los requisitos de protección de concreto para el refuerzo
consignados en C.7.7.1, contando con un recubrimiento mínimo del concreto de 20 mm para los
muros y la placa maciza.
3. CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL
La configuración estructural del piso tipo de la edificación cuenta con 4 unidades de vivienda
con un área aproximada de 64 m2 por unidad, distribuida en módulos con luces aproximadas
de 3 a 3.5 m en los dos sentidos principales. La zona del punto fijo, escalera y corredores, se
ubica en la zona central de la planta, como es común encontrarlo en edificaciones de tipo
residencial. Adicionalmente, en las dos direcciones principales de la planta, se presenta una
simetría parcial debido a los muros ubicados en la zona del foso del ascensor. Este
planteamiento estructural aplica desde el primer piso hasta el décimo, con una placa maciza de
12.5 cm de espesor, como se puede apreciar en las siguientes ilustraciones ( Ilustración 1,
Ilustración 2 e Ilustración 3).
Ilustración 1. Planta estructural del proyecto.
13 PROYECTO DE GRADO EDIFICIO CAMILO TORRES
Ilustración 2: Alzado esquemático de la estructura
Ilustración 3. Corte Típico de Placa
4. ANÁLISIS ESTRUCTURAL
4.1. Irregularidad de la estructura y verificación de derivas. Con base en los parámetros establecidos en el capítulo A.6 se determinaron las derivas máximas
por piso, utilizando las secciones sin fisurar, con lo cual se tiene un límite de 1% de la altura de
entrepiso, el cual se evalúa en la Tabla 3.
Tabla 3: Verificación de derivas de piso
Piso Caso de carga Desplazamiento X Desplazamiento Y Deriva X Deriva Y
m m % %
PISO 11 FX Max 0,2121 0,0074 0,93% 0,04%
PISO 11 FY Max 0,1442 0,1646 0,82% 0,74%
PISO 10 FX Max 0,1897 0,0064 0,92% 0,04%
PISO 10 FY Max 0,1244 0,1577 0,81% 0,70%
PISO 09 FX Max 0,1575 0,0054 0,90% 0,04%
PISO 09 FY Max 0,1048 0,1408 0,80% 0,69%
PISO 08 FX Max 0,1257 0,0044 0,87% 0,04%
PISO 08 FY Max 0,0855 0,1242 0,77% 0,66%
PISO 07 FX Max 0,1047 0,0034 0,81% 0,04%
PISO 07 FY Max 0,0669 0,0982 0,72% 0,62%
PISO 06 FX Max 0,0850 0,0025 0,73% 0,03%
PISO 06 FY Max 0,0494 0,0731 0,65% 0,56%
PISO 05 FX Max 0,0674 0,0017 0,62% 0,03%
PISO 05 FY Max 0,0336 0,0494 0,56% 0,48%
PISO 04 FX Max 0,0223 0,0010 0,49% 0,02%
PISO 04 FY Max 0,0200 0,0177 0,44% 0,38%
PISO 03 FX Max 0,0105 0,0005 0,32% 0,01%
PISO 03 FY Max 0,0095 0,0085 0,29% 0,25%
PISO 02 FX Max 0,0028 0,0001 0,12% 0,01%
PISO 02 FY Max 0,0025 0,0024 0,11% 0,10%
∆𝒎𝒂𝒙𝑿= 𝟎. 𝟗𝟑% ∆𝒎𝒂𝒙𝒀= 𝟎. 𝟕𝟒%
∆𝒎𝒂𝒙𝑿 ; ∆𝒎𝒂𝒙𝒀 < 𝟏%
De acuerdo con lo establecido en la sección A.3.3, se evalúan las irregularidades en planta en
altura y por ausencia de redundancia. En la Tabla 4, Tabla 5 y Tabla 6 se presenta un resumen
de los chequeos realizados para cada tipo de irregularidad:
15 PROYECTO DE GRADO EDIFICIO CAMILO TORRES
Tabla 4: Irregularidades en planta
Tipo Irregularidad en planta ΦP
1aP Irregularidad torsional NO 1
1bP Irregularidad torsional
extrema NO 1
2P Retrocesos excesivos
en las esquinas NO 1
3P Discontinuidades en el
diafragma NO 1
4P Desplazamiento de los
planos de acción NO 1
5P Sistemas no paralelos NO 1
Tabla 5: Irregularidades en altura
Tipo Irregularidad en altura Φa
1aA Piso flexible (Irregularidad en
rigidez) NO 1
1bA Piso flexible (Irregularidad
extrema) NO 1
2A Irregularidad en la distribución de
masas NO 1
3A Irregularidad geométria NO 1
4A Desplazamiento dentro del plano
de acción NO 1
5aA Piso débil (Discontinuidad
extrema) NO 1
5bA Piso débil (Discontinuidad en
resistencia) NO 1
Tabla 6: Irregularidad por ausencia de redundancia
Irregularidad por ausencia de redundancia Φr
Ausencia de redundancia NO 1
Con base en los chequeos definidos en A.3-3 del reglamento NSR-10, la estructura se considera Regular, por tanto, se tienen los siguientes resultados (Véase Tabla 7):
Tabla 7. Coeficiente R y de sobre resistencia
Rox 5.00
Roy 5.00
Factor de Sobrerresistencia (Ω0) 2.50
16 ANÁLISIS ESTRUCTURAL
4.2. Avalúo de cargas En la Ilustración 4 se presenta el avalúo de cargas por metro cuadrado para el piso tipo de la
edificación Camilo Torres. Dentro del avalúo de la carga muerta sobreimpuesta, se consideró el
tipo de acabado de piso y los muros divisorios en mampostería. Adicionalmente, dado que el
uso de la edificación es residencial, la carga viva corresponde a 1.8 kN/m2 en cuartos privados
y corredores, y 3 kN/m2 para la zona de escaleras. Para la cubierta liviana, siguiendo lo
consignado en la tabla B.4.2.1-2 del reglamento NSR-10, se tiene un valor de 0,18 kN/m2.
Considerando la ubicación en planta de los antepechos propuestos en la arquitectura, la carga
de los mismos se distribuyó de manera lineal en las vigas de borde que van a soportar estos
elementos y por tal razón esta carga no se consideró en el avalúo por metro cuadrado expuesto.
Ilustración 4: Avalúo de cargas
4.2.1. Cargas sísmicas
Teniendo en cuenta los lineamientos prescritos en A.3.4.2.1, la estructura hace parte de la
siguiente clasificación: “estructuras regular, de 20 niveles o menos, y 60m de altura o menos
medidos desde la base, localizadas en cualquier zona de amenaza sísmica”, por tanto, el método
de la fuerza horizontal equivalente es aplicable como método de análisis de la estructura (Véase
Tabla 8 e Ilustración 5).
AVALUO DE CARGAS PISO TIPO PISO TIPO Altura de placa (h)= 0.125
Torta superior (s)= 0.10
Torta inferior (i)= 0.00
Viguetas (e)= 0.00
Separación (S)= 2.00
SISTEMA INTERNACIONAL M.K.S
DE UNIDADES
PLACA MACIZA 24.0 x (h) 3.0 kN/m2 0.30 T/m2
ACABADOS 1.00 kN/m2 0.10 T/m2
MUROS DIVISORIOS y/o PARTICIONES 0.20 kN/m2 0.02 T/m2
CARGA MUERTA (CM)= 4.20 kN/m2 0.42 T/m2
CARGA VIVA (CV) = 1.80 kN/m2 0.18 T/m2
CARGA TOTAL (CT)= 6.00 kN/m2 0.60 T/m2
CARGA ULTIMA (CU) = 7.9 kN/m2 0.79 T/m2
CARGA REAL A CIMENTACIÓN (CRC) = CT + dvigas + dmuros
dvigas = 0.1 kN/m2 0.01 T/m2
dmuros= 4.1 kN/m2 0.41 T/m2
CRC= 10.2 kN/m2 1.02 T/m2
CARGA SISMICA (CS)= CRC - CV
CS= 8.4 kN/m2 0.84 T/m2
17 PROYECTO DE GRADO EDIFICIO CAMILO TORRES
Tabla 8: Parámetros Método FH
Ilustración 5:Espectro de Diseño
El cálculo de las fuerzas sísmicas se realiza de acuerdo con los lineamientos prescritos en el
capítulo A.4.3 mediante el método de la fuerza horizontal equivalente. El cortante basal
producido por los efectos inerciales horizontales causados por los movimientos sísmicos de
diseño, y su respectiva distribución en altura se presentan en Tabla 9.
Tabla 9. Resultados obtenidos al aplicar el Método de la fuerza horizontal equivalente.
Tabla 1. Datos Espectro de Diseño
Figura 1. Espectro de Diseño Suelo Tipo D.
Tabla 1. Datos Espectro de Diseño
Figura 1. Espectro de Diseño Suelo Tipo D.
CORTANTE SÍSMICO EN LA BASE
Distribución de la masa por niveles
Coeficiente relacionado con el Periodo fundamental k (A.4.3.2)
k = 1.00
2429
2429
23579
2429Piso 9
Piso 10 290
290
8.4
8.4
5.9 1719 Cubierta 290
Área Piso q FHE Total
(m2) (kN/m2) (kN)
Piso 3 290 8.4 2429
Piso 2 290 8.4 2429
ΣW
2429Piso4
Piso 5
Piso 6
Piso 7
290
290
242924292429
Piso 8 8.48.48.48.4
8.4
290290290
2357.86
18 ANÁLISIS ESTRUCTURAL
4.2.2. Cargas de viento
De acuerdo con el procedimiento expuesto en el capítulo B.6.4, mediante el método analítico,
se obtiene que los efectos de la carga de las presiones de viento no son predominantes para la
condición de diseño de la estructura localizada en amenaza sísmica alta, por tal motivo, se
corrobora que la carga sísmica presenta una condición más crítica que cargas de viento.
4.3. Modelación de la estructura
Ilustración 6 Vista tridimensional del modelo de la estructura del edificio Camilo Torres realizada en el software
ETABS.
Para el desarrollo del modelo tridimensional elástico se utilizó el software ETABS, especializado
en la modelación de edificios, de este modo se generó la geometría de la edificación y se
definieron todas las secciones de los elementos, así como de los materiales (Véase Ilustración
6).
MÉTODO DE LA FUERZA HORIZONTAL EQUIVALENTE
Σ
0.17
0.15
Cubierta
2534.7
fx
2247.6
Piso 9
Piso 10 2428.8
2428.8 19.4
21.8
306191.77 1.000 16505
Piso 2 2428.8
17633.1Piso 4
Piso 5
2.4
Piso 3 2428.8 4.8 11755.4
Nivel W (kN) Altura h (m) Whk vx
2428.8
1719.4 24.3 41695.5 0.14
5877.7 0.02 316.8
633.70.04
7.3
9.7
Piso 6
Piso 7
Piso 8 16.9
14.5
12.1
2428.8
2428.8
2428.8
23510.8
2428.8
41143.9
35266.2
29388.5
0.13
0.12
0.10
0.08
950.5
52899.3
47021.6
cvx
2851.5
0.06
2217.8
1901.0
1584.2
1267.3 14604.0
15554.5
16188.2
16505.0
2247.6
5099.1
7633.7
9851.5
11752.5
13336.7
19 PROYECTO DE GRADO EDIFICIO CAMILO TORRES
El modelo se realizó considerando empotramiento en la base de los muros, teniendo en cuenta
la condición de apoyo que representa de forma más adecuada la interacción con la cimentación.
La placa de piso se modeló utilizando el elemento tipo Solid Slab, en el cual fueron aplicadas las
cargas vivas y muertas presentadas en el avalúo, y la fuente de masa para el análisis modal fue
definida para que el programa tomara de manera automática el peso propio de los elementos y
adicionalmente considerara el patrón de carga sobreimpuesta asignada al modelo.
De igual forma, se asignó a las placas la dirección de la carga según las dimensiones de cada
panel de la placa. Se realizó análisis dinámico y se consideró el número de modos necesarios
para movilizar el 90% de la masa de la estructura. En casos estáticos de carga lateral se
definieron 2 casos de sismo (uno por cada dirección) con los parámetros encontrados en el
método de la fuerza horizontal equivalente.
Adicionalmente, siguiendo los lineamientos prescritos en A.3.6.8 y el procedimiento
presentado en el capítulo 12.3 del ASCE 7-10, según el cual, si la deflexión máxima lateral de la
placa sometida a cargas horizontales es mayor a dos veces la deriva promedio de los elementos
verticales adyacentes del piso anterior, que hacen parte del sistema de resistencia sísmica, el
diafragma se considera flexible. Se realizó el procedimiento mencionado previamente, y se
obtuvo como resultado que la deflexión de la placa no superaba el límite establecido, por tanto,
es posible considerar en el modelo matemático el sistema como un diafragma rígido en su
propio plano.
La carga vertical proveniente del avaluó inicial, fue aplicada a la placa como una carga
distribuida por unidad de área, teniendo en cuenta la variación de carga viva en la zona de
escaleras. En el modelo tridimensional, la aplicación de fuerzas laterales se realizó con base en
los parámetros del método Fuerza horizontal equivalente y adicionalmente se realizó la
verificación del análisis modal generado por el modelo matemático (Tabla 10). Se verificó la
coincidencia de los valores calculados de forma automática, con los resultados obtenidos
manualmente. Tabla 10. Resultados Método Fuerza Horizontal Equivalente en Etabs
En la Tabla 11 se presentan lo periodos de vibración para los primeros 17 modos empleados
en el análisis, y el porcentaje de masa participante por modo:
FX FY FZ
kN kN kN kN %
SXEST 16640 0 0
SYEST 0 16640 0
Caso de
Carga
ETABS V
Basal(FHE)Error
16505 0.8%
20 ANÁLISIS ESTRUCTURAL
Tabla 11. Modos de Vibración y % de Masa Participante por Modo
Tal como se observa en la Tabla 11, se da cumplimiento a la verificación presente en A.5.4.2, puesto que, en cada una de las direcciones de análisis, participa por lo menos el 90% de la masa de la estructura.
5. DISEÑO ESTRUCTURAL
5.1. Diseño de losa de entrepiso De acuerdo con las luces típicas y la distribución en planta de los muros estructurales, los
paneles de la losa trabajan en dos direcciones, por tanto, el diseño se realiza con base en el
procedimiento estipulado en la sección C.13.9 del reglamento NSR-10.
A continuación, se evalúa una zona representativa de la losa de entrepiso (Ilustración 7):
Ilustración 7. Dimensiones del panel de estudio.
La memoria de cálculo de diseño de la losa se expone a continuación:
De acuerdo con los casos establecidos en la sección C.13.9 del reglamento NSR-10, el panel
típico de diseño corresponde al caso 9. A continuación, se presenta el cálculo del refuerzo
requerido:
22 DISEÑO ESTRUCTURAL
23 PROYECTO DE GRADO EDIFICIO CAMILO TORRES
Realizando el procedimiento expuesto previamente, se calculó el refuerzo requerido por cargas
gravitacionales para el resto de las franjas según su condición de apoyo. El resultado de las
mallas electrosoldadas dispuestas en la totalidad de la planta se presenta a continuación
(Ilustración 8 y Tabla 12):
Ilustración 8. Planta de Refuerzo Piso Tipo.
24 DISEÑO ESTRUCTURAL
Tabla 12: Cuadro de Mallas Electrosoldadas.
5.2. Diseño del diafragma El diseño de la losa de entrepiso para transferir las fuerzas laterales a los elementos verticales
del sistema de resistencia ante fuerzas sísmicas se realizó considerando los requisitos mínimos
estipulados en C.21.11 del reglamento NSR-10. Las fuerzas y requisitos de diseño de este
elemento se calcularon con base en lo presentado en los capítulos 12.10 y 14 de los documentos
ASCE 7-10 y ACI 318-14 respectivamente. Adicionalmente, para la modelación y análisis del
diafragma, se contemplaron las recomendaciones presentes en el documento NEHRP- Seismic
Design of Cast-in-Place Concrete Diaphagms, Chords, and Collectors.
Las fuerzas de diseño sísmico para el diafragma de piso según el capítulo 12.10 del ASCE 7-10
se determinan como el mayor valor entre (a) y (b):
(a) Fuerzas (Fx) de diseño sísmico obtenidas del análisis estructural para cada piso,
mediante el método de la fuerza horizontal equivalente.
(b) Fuerza de diseño del diafragma (Fpx) donde:
𝑾𝑷𝑿:𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑑𝑖𝑎𝑓𝑟𝑎𝑔𝑚𝑎 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑛𝑖𝑣𝑒𝑙 𝑥
𝑽𝒙 = ∑𝑭𝒊
𝒏
𝒙=𝒊
: 𝐶𝑜𝑟𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑝𝑖𝑠𝑜 𝑎𝑙 𝑛𝑖𝑣𝑒𝑙 𝑥 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑟 𝑒𝑙 𝑚𝑒𝑡𝑜𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝐹𝐻𝐸
En la Tabla 13, se presenta la evaluación de las fuerzas a través de la comparación realizada
entre (a) y (b):
25 PROYECTO DE GRADO EDIFICIO CAMILO TORRES
Tabla 13. Evaluación de las fuerzas de diseño del diafragma
Las fuerzas obtenidas por piso se aplicaron como carga distribuida al diafragma en cada
dirección principal (siguiendo el modelo equivalente de una viga de gran peralte), con
dimensiones correspondientes a la sección en planta para la losa. La representación
esquemática de las solicitaciones a las que está sometido el diafragma se presenta a
continuación en la Ilustración 14:
Ilustración 9: Esquema de solicitaciones de diseño del diafragma (ACI 318-14)l
Asumiendo que secciones planas permanecen planas, las demandas por flexión en el diafragma
son resistidas por cuerdas a tensión y compresión localizadas en los bordes externos. Las
solicitaciones por cortante en el diafragma, de forma equivalente se analizan como el cortante
actuante en una viga. Los resultados para la dirección crítica de análisis son los siguientes:
Fi (kN) Wi (kN) Fi/Wi Fpx (kN) Fx(kN/m2)
16505 23579 0.70 1203.6 7.8
14257 21859 0.65 1584.2 9.8
11406 19430 0.59 1425.7 8.7
8871 17002 0.52 1267.3 7.6
6653 14573 0.46 1108.9 6.6
4752 12144 0.39 950.5 5.5
3168 9715 0.33 792.1 4.4
1901 7286 0.26 633.7 3.3
950 4858 0.20 475.2 2.2
317 2429 0.13 316.8 1.1
Cubierta
2534.7
fx
2247.6
Piso 9
Piso 10
19.4
21.8
Piso 2
17633.1Piso 4
Piso 5
2.4
Piso 3 4.8 11755.4
Nivel Altura h (m) Whk
24.3 41695.5
5877.7 316.8
633.7
7.3
9.7
Piso 6
Piso 7
Piso 8 16.9
14.5
12.1
23510.8
41143.9
35266.2
29388.5
950.5
52899.3
47021.6
2851.5
2217.8
1901.0
1584.2
1267.3
26 DISEÑO ESTRUCTURAL
Con las solicitaciones obtenidas y considerando que todo el refuerzo longitudinal dispuesto en
el diafragma contribuye a la resistencia a flexión y el refuerzo transversal contribuye a la
resistencia a cortante, se dispone el área adicional requerida de refuerzo longitudinal
concentrado cerca del borde del diafragma y el refuerzo requerido por los colectores en las
conexiones con los elementos verticales. Tal como se presenta en la Ilustración 10:
Ilustración 10:Fuerzas de diseño del diafragma
5.3. Diseño de muros estructurales Las combinaciones de carga utilizadas corresponden a las prescritas en las secciones B.2.4-1 A
B.2.4-7 (Combinaciones de carga mayoradas – Método de la Resistencia Última). Se realizó la
27 PROYECTO DE GRADO EDIFICIO CAMILO TORRES
evaluación de las solicitaciones resultantes por combinación en cada elemento, con el fin de
determinar la condición de diseño crítica en cada caso.
A continuación , se expone el diseño de un muro representativo en el primer nivel según los
requisitos presentes en los capítulos C.14 y C.21.9 del reglamento NSR-10:
C.21.9.2
fy 420 Mpa ρt
f´c 28 MPa ρl
λ Smax 45 cm
C.21.9.3
Lw 2.8 m Pu 1093.5 kN
hw 2.3 m Mu 612 kN
Hw 24.21 m Vu* 218 kN
bw 0.15 m C.14.3
Acv 0.420 m² ρt
Ag 0.345 m² ρl
Ig 0.274 m4
Hw/Lw
CUANTIA MINIMA
8.64
1
0.0025
0.0025
0.002
0.0012
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
GEOMETRIA
CUANTIA MINIMA
FUERZAS DE DISEÑO
REDUCCIÓN CUANTIA MINIMA
173.3 kN
Vn1<Vu
VERIFICACIÓN DE DOS CAPAS DE REFUERZO
354.9 kN
Vn2<Vu
RESISTENCIA AL CORTANTE
α
414.7 kN
φ
φVn 311.1 kN
0.25
0.75
C.21.9.2
NO
NO
C.21.9.2.3
C.21.9.4
= . 𝑓 𝑐
= . 𝑓 𝑐
= 𝑓 𝑐 𝑓
C.21.9.5 C.21.9.6
φ COMPRESIÓN
(Estribos)
φ TENSIÓN 20% f´c 5.6 Mpa
Resistencia Axial P/A 2.60 Mpa
ρl dispuesta MC/I 3.12 Mpa
Pn 5890.9 kN P/A+MC/I 5.73 Mpa
φ Pn 3829.1 kN Requiere Elemento de Borde
Pu 1093.5 kN
As mínimo 10.5 cm2 δu 4.6 cm
As por capa de
refuerzo 5.3 cm2 δu/hw > 0.007
Separación Barras
Longitudinales 15 cm c (limite) 0.233 m
#Barras / L muro c (calculado) 0.555 m
φBarras / φMalla
Electrosoldada0.26 cm2 Requiere Elemento de Borde
Refuerzo Adoptado Requerimientos Dimensionales Elemento de
Borde
max( Mu/4Vu; lw) 2.8 m
max(c/2; c-0.1lw) 0.28 m
Lbz 0.45 m
tbz 0.15 m
Refuerzo Transversal en Elemento de Borde
min(Lbz,tbz)/3 5 cm
6 db (Diametro de la barra de longitudinal menor) 7.6 cm
So (No debe ser mayor a 15cm ni menor a 10cm) 10 cm
Ash = (0.09 s*bc*f´c / fyt) 1.35 cm2
C.21.9.6.4 (c.)
20
6.5 mm c/.15
ELEMENTOS DE BORDE PARA MUROS ESTRUCTURALES
ESPECIALES
Diseño Basado en Esfuerzos
Diseño Basado en Desplazamientos
SI
SI
0.02
C.21.9.6.4
DISEÑO A FLEXION Y CARGA
AXIAL
0.65
0.9
0.75
0.0025
28 DISEÑO ESTRUCTURAL
El despiece del muro representativo, acorde con la memoria de diseño presentada previamente
y la tabla resumen con el refuerzo dispuesto en la totalidad de los muros, se presentan en la
Tabla 14 e Ilustración 11 :
Tabla 14: Refuerzo calculado de los muros estructurales primer piso
Cantidad Designación Tipo As mallas
(cm2)
Cuantía
mallasCantidad Designación
As barras
(cm2)
M1 0.15 1.3 0.0104 2 M-262 7.0 mm c/.15 6.7 0.0034 12 #5 23.9 30.6 0.0157 OK 128.1 5.1
M2 0.15 1.6 0.0107 2 M-221 6.5 mm c/.15 7.1 0.0029 12 #5 23.9 31.0 0.0129 OK 190.5 4.4
M3 0.15 2.9 0.0120 2 M-262 7.0 mm c/.15 14.9 0.0034 16 #6 45.4 60.3 0.0139 OK 345.3 5.1
M4 0.15 2.9 0.0103 2 M-221 6.5 mm c/.15 13.0 0.0029 16 #6 45.4 58.4 0.0133 OK 345.3 4.4
M5 0.15 2.8 0.0094 2 M-295 7.5 mm c/.15 16.8 0.0039 16 #5 31.8 48.6 0.0114 OK 338.2 5.9
M6 0.15 1.2 0.0095 2 M-262 7.0 mm c/.15 6.2 0.0034 12 #5 23.9 30.0 0.0167 OK 104.8 5.1
M7 0.15 1.7 0.0088 2 M-221 6.5 mm c/.15 7.5 0.0029 12 #5 23.9 31.4 0.0123 OK 202.4 4.4
M8 0.15 2.25 0.0063 2 M-221 6.5 mm c/.15 9.9 0.0029 12 #5 23.9 33.8 0.0100 OK 267.8 4.4
M9 0.15 1.6 0.0079 2 M-221 6.5 mm c/.15 7.1 0.0029 12 #5 23.9 31.0 0.0129 OK 190.5 4.4
M10 0.15 2.05 0.0093 2 M-221 6.5 mm c/.15 9.1 0.0029 12 #6 34.1 43.1 0.0140 OK 244.1 4.4
M11 0.15 2.25 0.0098 2 M-262 7.0 mm c/.15 11.6 0.0034 16 #6 45.4 57.0 0.0169 OK 267.8 5.1
DIRECCIÓN X Chequeo por flexocompresión Chequeo cortante
MURO e (m) L (m)Cuantía
Requerida
As suministrado mallas (cm2) As suministrado barras (cm2) As total
Sum.
(cm2)
¿Cumple As
requerido?ØVc (kN)
As tv. Sum
(cm2/m)
Cuantía
Final Sum
Cantidad Designación Tipo As mallas
(cm2)
Cuantía
mallasCantidad Designación
As barras
(cm2)
MA 0.15 2.35 0.0085 2 M-221 6.5 mm c/.15 10.4 0.0029 12 #5 23.9 34.3 0.0097 OK 279.8 4.4
MB 0.15 4.00 0.0068 2 M-188 6.0 mm c/.15 15.1 0.0025 16 #5 31.8 47.0 0.0078 OK 476.2 3.8
MC 0.15 3.35 0.0107 2 M-295 7.5 mm c/.15 19.8 0.0039 16 #6 45.4 65.2 0.0130 OK 398.8 5.9
MD 0.15 2.0 0.0073 2 M-221 6.5 mm c/.15 8.8 0.0029 12 #5 23.9 32.7 0.0109 OK 238.1 4.4
ME 0.15 3.0 0.0094 2 M-221 6.5 mm c/.15 13.3 0.0029 16 #6 45.4 58.7 0.0130 OK 357.2 4.4
MF 0.15 2.82 0.0081 2 M-221 6.5 mm c/.15 12.5 0.0029 12 #5 23.9 36.3 0.0086 OK 335.7 4.4
MG 0.15 2.8 0.0098 2 M-262 7.0 mm c/.15 14.4 0.0034 16 #6 45.4 59.8 0.0142 OK 333.4 5.1
MH 0.15 4.15 0.0091 2 M-262 7.0 mm c/.15 21.3 0.0034 20 #6 56.8 78.1 0.0126 OK 494.1 5.1
MI 0.15 2.15 0.0143 2 M-262 7.0 mm c/.15 11.1 0.0034 16 #6 45.4 56.5 0.0175 OK 256.0 5.1
DIRECCIÓN Y Chequeo por flexocompresión Chequeo cortante
MURO e (m) L (m)Cuantía
Requerida
As suministrado mallas (cm2) As suministrado barras (cm2) As total
Sum.
(cm2)
Cuantía
Final Sum
¿Cumple As
requerido?ØVc (kN)
As tv. Sum
(cm2/m)
29 PROYECTO DE GRADO EDIFICIO CAMILO TORRES
Ilustración 11:Despiece de muro típico
30 DISEÑO ESTRUCTURAL
5.4. Diseño de pilotes De acuerdo con las demandas obtenidas en la cimentación y siguiendo las recomendaciones del
estudio geotécnico, el sistema más conveniente para la edificación consiste en una cimentación
profunda conformada por pilotes pre-excavados y fundidos in situ, de 30m de longitud,
verificando que en ningún caso se exceda la capacidad de soporte de estos elementos. A
continuación, se presenta el diseño de un pilote típico de 50cm de diámetro de acuerdo con los
requisitos presentes en las secciones C.15.11 y C.21.12.4:
31 PROYECTO DE GRADO EDIFICIO CAMILO TORRES
La modelación del pilote se realizó considerando las demandas provenientes de la estructura,
y representando el suelo mediante resortes horizontales (de acuerdo con el estrato) y verticales
a compresión. Los resultados se presentan en la Ilustración 12,Ilustración 13 e Ilustración 14:
Ilustración 12: Modelo del pilote con resortes
Ilustración 13: Diagrama de Interacción Pilote 50cm de diámetro.
32 DISEÑO ESTRUCTURAL
Ilustración 14. Despiece Pilote Diámetro = 50cm
5.5. Diseño de vigas de cimentación. De acuerdo con C.15.13.1 y A.3.6.4.2, las fuerzas de diseño producto de las combinaciones
cargas verticales y efectos sísmicos, que deben resistir las vigas que cumplen la función de
enlazar los pilotes, estarán dadas por solicitaciones de tensión y compresión por lo menos de
0.25 Aa veces la carga vertical del elemento que tenga la mayor carga entre los que interconecta,
y de flexión cuando se presenten excentricidades entre el centro de aplicación de la carga y el
pilote.
La modelación de estos elementos de acople horizontal se realizó bajo el supuesto que en cada
punto donde estaba dispuesto un pilote, la viga de amarre iba a contar con un apoyo de segundo
grado, de tal manera que las máximas solicitaciones se ubicaban principalmente en los vanos
entre muros, donde resultó una alta concentración de fuerza cortante demandada. A
continuación, se presentan los resultados obtenidos con base en los requerimientos mínimos
33 PROYECTO DE GRADO EDIFICIO CAMILO TORRES
establecidos en C.21.12.3 y la memoria de cálculo de una viga de cimentación representativa
(Véase: Ilustración 15 e Ilustración 16).
Ilustración 15: Requisitos mínimos y diseño para un vano representativo
Ilustración 16: Despiece viga de cimentación VC-13
5.6. Planta de cimentación La planta de cimentación propuesta a partir del diseño realizado para los elementos
principales se presenta en la Ilustración 17:
34 DISEÑO ESTRUCTURAL
Ilustración 17:Planta de cimentación
6. ANÁLISIS NO LINEAL
De acuerdo con lo expuesto en la sección 7.3.1.2 del documento ASCE 41-13, procedimientos
no lineales proveen una representación más precisa de la respuesta de la estructura y menos
conservadora que los procedimientos lineales. Por tanto, desarrollar un análisis no lineal
estático permite evidenciar si la estructura se encuentra sobre-diseñada, eliminar o disminuir
refuerzo excesivo en elementos, y evaluar si el grado de desempeño es adecuado, mediante la
evaluación de demandas no lineales y criterios de aceptación en muros estructurales.
A partir del modelo tridimensional utilizado en el análisis y diseño elástico de la estructura, se
pretende desarrollar en el software de análisis un procedimiento no lineal estático, para evaluar
el comportamiento en términos de ductilidad, de la estructura de análisis ante la aplicación de
una fuerza lateral incremental.
Siguiendo las provisiones que presenta el documento ASCE 41-13 en la sección 10.3.1, en el
desarrollo de procedimientos no lineales, la rigidez efectiva a flexión en muros debe ser
reducida por un factor de 0.5. Para considerar la rigidez efectiva de cada muro en la definición
de la sección en el software de análisis, el coeficiente de reducción establecido en la tabla 10-5,
es aplicado a los factores que representan la rigidez en el sentido fuerte del muro.
6.1. Modelo no Lineal de la Estructura
El software de análisis permite incluir el comportamiento inelástico en elementos verticales
tipo Shell (Shear Wall Elements) mediante un modelo de fibras discretizando la sección del muro
en los materiales que lo conforman y definiendo sus respectivas curvas de fuerza- deformación,
con el objetivo de estimar el comportamiento en la fluencia y post-fluencia bajo la aplicación de
un caso de carga lateral incremental.
El modelo adoptado para la estructura, correspondiente a un modelo de fibras P-M3, representa
el comportamiento acoplado entre los efectos de carga axial y flexión en el plano fuerte del
muro, que coincide con el comportamiento predominante en muros esbeltos, los cuales
presentan una relación de aspecto mayor a 3, según lo define el documento ASCE 41-13 y que
es la condición que presentan la totalidad de los muros en la estructura de estudio.
Según se establece en CSI Análisis Reference Manual (2017), las rótulas tipo Fiber P-M3 actúan
siempre en la mitad del elemento Shell y cuando son asignadas al muro, el comportamiento
vertical tipo membrana es gobernado por dicha rótula Fiber P-M3, mientras que el
36 ANÁLISIS NO LINEAL
comportamiento a cortante y el comportamiento a flexión fuera del plano están gobernados por
las propiedades lineales del elemento Shell. La Ilustración 18 representa la condición que se
pretende evaluar en los muros sometidos a cargas laterales, desarrollando su capacidad no
lineal en los primeros niveles, donde se presentan las mayores solicitaciones.
Ilustración 18: Comportamiento no lineal de un muro esbelto (Moehle 2011)
Teniendo en cuenta las limitaciones que presenta el software utilizado y alcance del presente
análisis, se considerará el comportamiento no lineal de los muros en su plano y se asumirá un
comportamiento elástico para cortante y para la flexión en el plano débil.
Con respecto a la longitud de plastificación, según lo presentado en la sección 10.7.2. 2 la
longitud de la región plástica de un muro esbelto donde su respuesta inelástica está gobernada
por la flexión, debe calcularse en función de la longitud del muro, sin exceder en ningún caso la
altura de piso, tal como se presenta a continuación:
𝐿𝑝 = .5 𝑝𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎 𝑓𝑙𝑒𝑥𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑢𝑟𝑜 < ℎ 𝑝𝑖𝑠𝑜.
A partir del procedimiento establecido en la sección 7.4.3. del estándar ASCE41-13 se procede
a evaluar 3 modelos de análisis no lineal estático en cada dirección principal, teniendo en
cuenta sus limitaciones y requerimientos, lo anterior con el propósito de obtener las curvas de
capacidad (Push Over) en las dos direcciones principales de la estructura.
6.2. Casos de Carga No Lineales Estáticos Siguiendo las recomendaciones presentadas en la sección 7.2.2 del manual ASCE 41-13 las
acciones causadas por la carga vertical Qg corresponden a la combinación de la totalidad de la
carga muerta más el 25% de la carga viva, de allí que, en el software se define un primer caso
de carga no lineal, a partir del cual iniciará la aplicación de carga lateral.
Tal y como se estipula en el capítulo 7.4.3.2.3, los casos no lineales de carga lateral se aplican al
modelo considerando una distribución de fuerzas proporcional al modo fundamental en cada
dirección de análisis, partiendo del caso de carga gravitacional definido previamente. Para
evaluar el desplazamiento generado por las fuerzas laterales aplicadas, se establece un nodo de
control en la cubierta.
37 PROYECTO DE GRADO EDIFICIO CAMILO TORRES
6.3. Análisis Considerando Propiedades No Lineales de los
Materiales
Cuando se excede un límite proporcional de deformación en un material, su relación esfuerzo –
deformación deja de ser lineal y su respuesta en el rango no lineal afecta el comportamiento
global de la estructura. De acuerdo con lo anterior, es necesario definir mediante curvas
específicas para cada material, el modelo de comportamiento que será empleado en la
discretización de la sección transversal del muro, donde se representa el comportamiento no
lineal de la estructura basado en las curvas esfuerzo – deformación del acero de refuerzo, el
concreto no confinado, y el efecto del confinamiento en el concreto a través del modelo de
Mander.
6.3.1. Acero de Refuerzo (A615gr60)
La relación esfuerzo- deformación para el acero de refuerzo A615gr60, tal como se muestra en
la Ilustración 19 (Moehle, 2011), corresponde al ensayo a tensión de un espécimen midiendo
la elongación a medida que se aplica carga monotónica hasta llegar a la falla.
Ilustración 19. Relación fuerza – deformación acero de refuerzo (Moehle 2011)
La curva presentada en la Ilustración 20 representa el comportamiento típico del acero a
tensión en tres rangos a estudiar: el primero corresponde a un comportamiento lineal hasta
una deformación unitaria aproximada de 0.0021 (Ey) donde ocurre la fluencia del acero; el
segundo corresponde a una caída leve en resistencia, la cual usualmente se mantiene constante
en un rango pequeño de deformación; por último, se presenta el endurecimiento por
deformación que refleja la ductilidad esperada para el material.
En el modelo matemático de la estructura, donde a través de la integración de las
deformaciones en las fibras, se obtiene la rigidez y resistencia del modelo no lineal, se emplean
los siguientes valores en la definición de la curva esfuerzo – deformación del material (véase
Ilustración 20):
• Límite inferior de fluencia = 420 MPa
38 ANÁLISIS NO LINEAL
• Límite inferior de resistencia a la tensión = 620 MPa
• Factor de equivalencia a resistencia esperada = 1.25
• Límite superior deformación unitaria del acero en compresión =0.02
• Límite superior deformación unitaria del acero en tensión =0.05
Ilustración 20. Curva Esfuerzo - Deformación Acero de Refuerzo
6.3.2. Concreto
El modelo adoptado para evaluar la relación esfuerzo – deformación concreto simple y el efecto
del confinamiento de los flejes en la capacidad a compresión y la ductilidad del material,
corresponde al modelo desarrollado por Mander et al (1988), tal como se evidencia en la
Ilustración 21:
Ilustración 21. Curva Esfuerzo-Deformación concreto simple y confinado (Mander et al 1988)
De acuerdo con la disposición de elementos de borde y su correspondiente distribución de
ramas en cada dirección, separación de las barras longitudinales, diámetro del refuerzo
longitudinal y transversal, tipo de acero de refuerzo empleado, entre otros, se calculan a
continuación las curvas para el concreto confinado y no confinado de los muros (Véase
Ilustración 22):
39 PROYECTO DE GRADO EDIFICIO CAMILO TORRES
Ilustración 22:Curvas esfuerzo-deformación para concreto confinado y no confinado
Siguiendo lo expuesto en la sección 10.2.2.2, se establece que los elementos controlados por
deformaciones deben caracterizar de manera adecuada el desempeño de la estructura en el
análisis sísmico, para lo cual se recomienda utilizar las resistencias esperadas de los materiales,
asociadas a los factores de 1.5 para la resistencia a compresión del concreto y de 1.25 para la
resistencia de fluencia del acero de refuerzo.
6.4. Análisis Considerando Propiedades No Lineales Geométricas de los
Elementos
Partiendo del modelo de análisis de la etapa desarrollada en el capítulo anterior, se pretende
evaluar la respuesta de la estructura incluyendo los efectos de segundo orden, bajo la
formulación P-Delta, asociados la condición generada por la carga vertical en la estructura
deformada. Tal como lo establece Wilson et al (1987), la formulación P-Delta constituye una
aproximación analítica razonable empleando la matriz geométrica de la estructura, cuando las
solicitaciones adicionales generadas por la carga vertical tras la aplicación de cargas laterales
conllevan a una disminución de la rigidez lateral global.
Para introducir los efectos geométricos no lineales en el modelo de análisis, el manual del
software (CSI Analisys Reference manual) recomienda utilizar la misma configuración de no
linealidad geométrica en los casos no lineales que continúan a partir de otro caso no lineal, con
el propósito de iniciar la aplicación de la fuerza lateral, con la rigidez afectada por la inclusión
de efectos de segundo orden. De esta manera, este análisis se desarrolla iniciando con la
aplicación de la caga gravitacional (D+0.25L) a la estructura no deformada, incluyendo los
efectos P-Delta, y continuando con el subsecuente caso de carga lateral, que incluye la misma
formulación del caso inicial.
40 ANÁLISIS NO LINEAL
6.5. Flexibilidad de la Cimentación
El tercer modelo de estudio corresponde a la estructura apoyada sobre resortes, siguiendo los
lineamientos expuestos en el capítulo 8.4.3.1 del ASCE 41-13, donde se establecen los
parámetros y el procedimiento de modelación equivalente del suelo y la estructura. En la
Ilustración 23, se muestra un esquema simplificado de la condición que se pretende evaluar:
Ilustración 23. Modelo equivalente - flexibilidad de la cimentación (ASCE 4113, Sección 8.4)
Con base en la cimentación profunda conformada por pilotes pre-excavados y fundidos in situ,
las constantes equivalentes de los resortes para representar la rigidez vertical y lateral de los
pilotes se obtienen mediante las siguientes expresiones:
𝑘𝑠 =𝐴𝐸𝑝
𝐿𝑝 𝑘𝑠ℎ = 𝜒 𝐸𝑠 𝛷
La rigidez axial del pilote se calcula en función de su geometría y módulo de elasticidad,
mientras que la rigidez rotacional depende de la rigidez axial y la separación entre pilotes,
cuando estos se consideran en grupo. La constante horizontal del resorte se obtiene mediante
las ecuaciones presentadas en el capítulo 2.3.1 del documento NIST GCR (2012) considerando
el efecto de las propiedades del suelo que interactúa con la cimentación. Las constantes
previamente descritas se calculan a continuación:
41 PROYECTO DE GRADO EDIFICIO CAMILO TORRES
7. RESULTADOS
De acuerdo con las bases teóricas y la descripción específica de los modelos de análisis
empleados, y con el propósito de interpretar la curva de capacidad, la cual se revisará en detalle
para los modelos 5 y 6 que incluyen la totalidad de los factores evaluados. A continuación, se
presenta un resumen con las características más relevantes de cada uno de estos:
Para cada una de las curvas obtenidas a partir de los modelos descritos, se calculan los
coeficientes de ductilidad y sobrerresistencia efectivos a partir de relaciones entre el cortante
correspondiente a la aparición de la primera plastificación en un elemento, el cortante cuando
se alcanza la plastificación completa de los elementos, el cortante basal elástico y el cortante
basal de diseño. Los parámetros y relaciones que se empleados son los siguientes:
Coeficientes norma sismo resistente NSR-10 según sistema estructural (Tabla A.3-1
sistema estructural muros de carga):
𝑅𝑁𝑆𝑅− 0 = 5 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑖𝑝𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎
Ω𝑁𝑆𝑅− 0 = 2.5 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑏𝑟𝑒𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎
𝑒: 𝐶𝑜𝑟𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑏𝑎𝑠𝑎𝑙 𝑒𝑙á𝑠𝑡𝑖𝑐𝑜
𝑠: 𝐶𝑜𝑟𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑏𝑎𝑠𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜
𝑅𝑁𝑆𝑅− 0 = 𝑒/ 𝑆
43 PROYECTO DE GRADO EDIFICIO CAMILO TORRES
Parámetros y relaciones para el cálculo del coeficiente de disipación y
sobrerresistencia a partir de las curvas de capacidad obtenida:
: 𝐶𝑜𝑟𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑏𝑎𝑠𝑎𝑙 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑐𝑢𝑎𝑙 𝑠𝑒 𝑎𝑙𝑐𝑎𝑛𝑧𝑎 𝑙𝑎 𝑝𝑟𝑖𝑚𝑒𝑟𝑎 𝑝𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑛 𝑢𝑛 𝑚𝑢𝑟𝑜.
: 𝐶𝑜𝑟𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑏𝑎𝑠𝑎𝑙 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑐𝑢𝑎𝑙 𝑠𝑒 𝑎𝑙𝑐𝑎𝑛𝑧𝑎 𝑙𝑎 𝑝𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑙𝑒𝑡𝑎 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑒𝑠𝑡𝑟𝑢𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎.
Ω𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 =
𝑆𝑜𝑏𝑟𝑒𝑟𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑢𝑟𝑣𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑
𝑅𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 = 𝑠
𝑅𝑁𝑆𝑅− 0
Para las curvas de capacidad que se presentan a continuación se establecen los siguientes
términos:
NLM: Modelo considerando los efectos no lineales de los materiales (Modelos 1y2).
NLG: Modelo considerando los efectos no lineales de los materiales y los efectos no
lineales geométricos (Modelos 3y4).
FC: Modelo considerando los efectos no lineales de los materiales, los efectos no
lineales geométricos y la flexibilidad en la cimentación. (Modelos 5y6).
7.1. Curva de Capacidad Dirección X
Ilustración 24: Curva de Capacidad Dirección X.
En la Ilustración 24 se observa la coincidencia en el comportamiento de las curvas con base fija,
considerando y sin considerar los efectos geométricos no lineales hasta el punto donde ocurre
la primera plastificación de un elemento en el primer piso. Posteriormente, en la zona donde es
alcanzada la máxima capacidad, se evidencia que la inclusión de los efectos no lineales
geométricos no presenta una variación significativa en comparación con el modelo inicial
donde no los contempla. El modelo apoyado sobre resortes presenta una variación importante
44 RESULTADOS
de la rigidez inicial, la cual se asocia con un mayor amortiguamiento y mayores deformaciones
horizontales generadas al considerar la base flexible de la estructura.
Los parámetros calculados a partir de la curva de capacidad para los tres modelos evaluados en
la dirección X, se presentan en la Tabla 15:
Tabla 15: Parámetros de los modelos evaluados en la dirección X
A partir de los valores calculados para la dirección X, es posible anotar que: el cortante en el
que ocurre la primera plastificación es superior al cortante de diseño en un rango aproximado
del 14 al 23%, indicando que, desde la perspectiva del diseño, ningún elemento va a incursionar
en el rango no lineal en el nivel de solicitaciones asociadas al cortante de diseño, lo cual se
refleja en los valores calculados para el coeficiente R, siendo en los 3 modelos, menores al valor
estipulado en el código de diseño.
Por otra parte, el coeficiente de sobrerresistencia calculado mediante la curva de capacidad, es
menor en el caso del modelo con cimentación flexible, considerando que la inclusión de este
parámetro genera un comportamiento más dúctil y una disminución global de la rigidez de la
estructura, afectada en función de las constantes de rigidez calculadas para los resortes que
representan los apoyos de la estructura.
7.2. Curva de Capacidad Dirección Y
Ilustración 25. Curva de capacidad. Dirección Y.
45 PROYECTO DE GRADO EDIFICIO CAMILO TORRES
A diferencia del comportamiento en el sentido X, se observa en la dirección Y una amplia
sobrerresistencia, desde el punto de vista del diseño, que es acorde con una rigidez mayor
producto de una densidad más alta de muros y de mayor longitud en la dirección de análisis, lo
cual se ve reflejado en una reducción en los desplazamientos de la estructura (Véase Ilustración
25).
Por otro lado, de forma comparable a como ocurre en la dirección X, los efectos geométricos no
lineales, no presentan una reducción significativa de la capacidad obtenida del modelo que
considera únicamente los efectos no lineales de los materiales.
En cuanto al modelo con cimentación flexible, se observa una rigidez inicial menor al inicio de
la curva, sin embargo, la máxima capacidad alcanzada por la estructura excede en un 12%
aproximadamente, la obtenida por la estructura sobre base fija. Este fenómeno puede
interpretarse en términos de un endurecimiento causado por la redistribución local de fuerzas,
después de la fluencia, en la que elementos con mayor rigidez dispuestos en la zona central de
la planta (Muros MH) , asumen porcentualmente una mayor cantidad de fuerza demandada, en
comparación con el modelo de base empotrada.
Los parámetros calculados a partir de la curva de capacidad para los tres modelos evaluados en
la dirección Y, se presentan en la Tabla 16:
Tabla 16: Parámetros de los modelos evaluados en la dirección Y
Con base en los valores calculados con las ecuaciones presentadas en la sección 7 para los
coeficientes de sobrerresistencia y de disipación de energía, se evidencia un valor de
sobrerresistencia cercano a 2 en el modelo con base flexible, comparable con el valor de 2.5
establecido en el reglamento NSR-10. El coeficiente de disipación de energía Rdiseño calculado,
desde el punto de vista de diseño, muestra que la capacidad de la estructura de estudio es
acorde con un nivel fuerzas mayor al que se esperaría obtener utilizando el coeficiente dado en
la sección A.3-1.
7.3. Punto de Comportamiento
7.3.1. Desplazamiento Objetivo - Procedimiento ASCE 41-13
De acuerdo con la sección 7.4.3.3.2 el desplazamiento objetivo δt, es posible calcularlo con
base en la siguiente ecuación:
46 RESULTADOS
Los valores calculados para los parámetros expuestos en las secciones 7.3.1 y 7.3.2 para cada
dirección de análisis, se exponen en la Tabla 17:
Tabla 17: Cálculo punto de comportamiento
7.4. Limitaciones y Verificaciones Procedimiento de Análisis No Lineal
Estático.
Según se establece en la sección 7.3.2.1, los procedimientos no lineales estáticos son permitidos
en estructuras donde el efecto de los modos altos no sea significativo, y estructuras en las que
el punto de comportamiento no se encuentre en la zona descendente de la curva de capacidad.
Para validar el cumplimiento de dichas características, a continuación, se presentan las
verificaciones correspondientes.
7.4.1. Ductilidad Requerida
Se desea comparar el valor de μstrenght obtenido en la sección 7.3.2, referente a la demanda de
ductilidad, con la máxima capacidad de ductilidad representada a través del parámetro μmax,
calculado por medio de la siguiente expresión:
47 PROYECTO DE GRADO EDIFICIO CAMILO TORRES
Si el parámetro μmax,, que hace referencia a la degradación de resistencia en la curva, excede
μstrengh, es recomendable emplear un análisis dinámico no lineal, para evaluar la estabilidad
dinámica del edificio (Véase
Tabla 18) .
Tabla 18:Validación de aplicabilidad de análisis no lineal
7.4.2. Participación de Modos Altos
La comprobación de la importancia de los modos altos en la respuesta de la estructura se evalúa
mediante dos análisis de forma independiente. El primero corresponde a un análisis modal
espectral considerando solo la participación del primer modo de vibración y, el segundo
consiste en un análisis modal espectral teniendo el número de modos necesarios para movilizar
el 90% de la masa participante en la respuesta modal. Los resultados de la verificación para
cada dirección son los siguientes (Tabla 19):
Parametros X Y
μstrenght 2.8 2.0
Δd 0.4 0.36
Δd* 0.5 0.54
Δy 0.18 0.12
λ 0.2 0.2
αP-Δ 0.94 0.91
α2 (kN/m) 1365 1763
|αe| (kN/m) 274 353
h 0.99 1.05
(|αe |-h)/4 0.00071 0.00075
μmax 2.3 3.0
μmax* 2.9 4.5
VERIFICACIÓN DUCTILIDAD
48 RESULTADOS
Tabla 19: Participación de modos altos
De acuerdo con el chequeo realizado, se obtiene como resultado el cumplimiento en la totalidad
de los pisos de la estructura, evaluados en cada una de las direcciones principales, verificando
que en ningún caso el cortante obtenido mediante el análisis modal espectral considerando 13
modos (número mínimo en el que se alcanza una participación mayor al 90% de la masa),
excede en más del 130% del valor obtenido para ese piso en el análisis modal espectral teniendo
en cuenta únicamente el modo fundamental en la dirección de estudio.
7.5. Nivel de Desempeño y Mecanismo de Colapso.
Los niveles de desempeño y criterios de aceptación establecidos para la estructura de análisis,
relacionados con el comportamiento de los elementos en puntos clave de curva de capacidad,
según se establece en la sección 2.2 del manual ASCE 41-13, se definen con base a las
características de la edificación y considerando tres rangos para categorizar el nivel de daño
después de la ocurrencia de un evento sísmico. A continuación, se presenta una descripción
general de las categorías mencionadas, haciendo especial énfasis en características propias del
sistema estructural de muros de concreto:
Ocupación Inmediata (IO): Esencialmente se mantiene la resistencia y rigidez de la estructura
previa al evento sísmico, se presentan fisuras menores, no se evidencia daño considerable en
elementos, la deriva permanente puede considerarse despreciable, la estructura se conserva
segura para ocupar.
Seguridad de la vida (LS): Presencia de agrietamiento y aplastamiento en zonas de borde de
los muros, se presenta deriva permanente y daños notables en elementos no estructurales. Se
conserva un margen de seguridad ante el colapso parcial o total.
49 PROYECTO DE GRADO EDIFICIO CAMILO TORRES
Prevención del colapso (CP): Daños severos en zonas de borde de los muros, presencia de
grietas, aplastamiento excesivo y pandeo del refuerzo longitudinal, deriva substancial y
permanente. Afectación considerable y generalizada en elementos estructurales, degradación
importante de resistencia y rigidez. La estructura está en capacidad de soportar cargas
gravitacionales, pero no se conserva un margen de seguridad ante el colapso.
El nivel de desempeño esperado para la estructura se asocia con criterios de aceptación
establecidos con base en la capacidad de rotación plástica en los elementos estructurales que,
para el caso de muros estructurales, tal como se evidencia en la
Tabla 20 corresponde al giro obtenido después de deformarse linealmente, causado por la
aplicación de la carga lateral monotónica.
Los valores límite que se establecen para cada nivel de desempeño en los elementos, están
definidos en función de características geométricas del muro, la resistencia de los materiales,
la presencia de elementos de borde, entre otros. Teniendo en cuenta la condición particular de
los muros de estudio, y como referencia para establecer la discusión de resultados, se evalúan
los límites de desempeño para el caso en que el muro no presenta confinamiento y, para cuando
se considere confinado en sus extremos.
Tabla 20:Valores admisibles de rotación plástica según el nivel de desempeño (Tabla 10-19)
En el caso en el que se considere que el muro cuenta con elementos de borde en sus extremos,
se presentan los resultados obtenidos para evaluar el estado de desempeño en función del
número de elementos correspondientes en la Ilustración 26 e Ilustración 27:
50 RESULTADOS
Ilustración 26: Nivel de desempeño muros con elemento de borde. Dirección X.
Ilustración 27: Nivel de desempeño muros con elemento de borde. Dirección Y.
En el escenario en el cual no son considerados los elementos de borde dispuestos en los muros,
atendiendo al volumen de concreto que queda confinado en un espesor de 15cm, se evalúa el
estado de los elementos en el punto de comportamiento asociados a esta condición, como se
presenta en la Ilustración 28 e Ilustración 29:
51 PROYECTO DE GRADO EDIFICIO CAMILO TORRES
Ilustración 28. Nivel de desempeño muros sin considerar confinamiento . Dirección X
Ilustración 29. Nivel de desempeño muros sin considerar confinamiento. Dirección Y
En la dirección X, en la que la estructura presenta una menor densidad de muros y una menor
rigidez, se evidencia que la rotación plástica al considerar el confinamiento de los elementos de
borde se encuentra cercano al límite de seguridad de la vida, sin excederlo en ningún caso. En
contraste, para la dirección Y, se presentan rotaciones considerablemente menores, a causa de
un mayor número de muros con longitud superior a los dispuestos en la dirección ortogonal,
generando una mayor rigidez global en la estructura.
Después de que un elemento agota su capacidad de rotación plástica, y excede el limite dado
para prevención del colapso, el comportamiento obtenido estará ampliamente afectado por
efectos asociados al pandeo del refuerzo longitudinal, fluencia y fractura del refuerzo
transversal, entre otros estados límite que no se han modelado explícitamente en el modelo no
lineal de la estructura. La comparación establecida previamente, se presenta en las curvas de
52 RESULTADOS
capacidad, donde se identifican los límites considerados en los dos escenarios evaluados
previamente (Ilustración 30 e Ilustración 31):
Ilustración 30. Límites de desempeño obtenidos a partir de la curva pushover. Dirección X
Ilustración 31. Límites de desempeño obtenidos a partir de la curva pushover. Dirección Y
53 PROYECTO DE GRADO EDIFICIO CAMILO TORRES
7.6. Modificaciones al diseño inicial Tal como se mencionó previamente, dada la relación de esbeltez que presentan los muros del
edificio, se asumió un comportamiento elástico a cortante, considerando que la respuesta de la
edificación en el rango no lineal está gobernada por la flexión alrededor del eje principal del
muro. Sin embargo, con el fin de verificar este supuesto, se evalúa la capacidad de cada uno de
los muros acorde con el refuerzo dispuesto en la etapa de diseño, ante la demanda obtenida en
el punto de comportamiento calculado previamente. La relación demanda/capacidad en cada
dirección de análisis para los muros en el punto de comportamiento se presenta en las
Ilustración 32 e Ilustración 33:
Ilustración 32: Relación demanda-capacidad en dirección X
Ilustración 33: Relación demanda-capacidad en dirección Y
De acuerdo con la relación obtenida, se encuentra que en la dirección X, los muros M3 y M5,
presentan una relación mayor a la unidad en el primer piso, por lo cual se considera pertinente
disponer una cuantía de refuerzo horizontal mayor que proporcione la resistencia a cortante
54 RESULTADOS
requerida en el punto de comportamiento en los primeros pisos, donde se alcanzan las mayores
solicitaciones.
La resistencia nominal a cortante para los muros está dada por la siguiente expresión, la cual
se abordó con mayor amplitud en la sección 5.3, donde se definieron cada uno de sus
parámetros:
Tabla 21: Relación demanda-capacidad de cortarte en muros
De acuerdo con los resultados obtenidos en la
Tabla 21, se propone un aumento en la cuantía transversal, en los dos primeros pisos de los dos
tipos de muros en donde se obtiene una relación demanda/capacidad superior a 1.0, los
resultados de la modificación se presentan en los planos anexos.
Cortante Parametros M3 M5
Relación Demanda / Capacidad DCR 1.11 1.24
Cuantía transversal dispuesta ρtdisp 0.0029 0.0029
Cuantía transversal requerida en el P.C ρtreq 0.0032 0.0036
8. PRESUPUESTO Y CANTIDADES DE OBRA.
A continuación, se presenta el presupuesto por capítulos derivados de la estructura con el
objetivo de obtener un orden de magnitud del valor por metro cuadrado para el sistema
constructivo industrializado. Los precios unitarios expuestos están basados en valores
promedio del contexto local y en el sistema de contratación de precios unitarios (Véase Tabla
22 y
Tabla 23). Tabla 22: Presupuesto Estructura Proyecto Camilo Torres
ÍTEM DESCRIPCIÓNUNIDAD DE
MEDIDACANTIDAD
VALOR
UNITARIOVALOR TOTAL
1 PRELIMINARES
1.1 Localización y Replanteo m2 369.2 $ 13,496 $4,982,155
1.2 Movimiento de Tierras m3 320.0 $ 9,833 $3,146,667
1.3 Cerramiento en lamina galvanizada (h=2.5m) m 88 $ 19,820 $1,744,160
2 CIMENTACIÓN Y EXCAVACIONES
2.1 Excavaciones y Rellenos
2.1.1 Excavaciones generales m3 265.8 $ 43,964 $ 11,685,612
2.1.2 Suminstro, Transporte, Colocación y Compactación Relleno m3 160.5 $ 75,961 $ 12,191,783
2.2 Cimentación
2.2.1Concreto 4000 Psi (28MPa) para vigas de cimentación y pilotes
(incluye acero de refuerzo 60000 psi y bomba de concreto)m3 502.6 $835,000 $ 419,679,472
2.2.2Construcción de Pilotes D=0,5m en concreto 4000 Psi (28MPa) incluye
excavación de pilotes y transporte de equipo de perforaciónml 1550.0 $226,621 $ 351,263,040
3 ESTRUCTURA
3.1
Concreto 4000 Psi (28MPa) para Placas y Muros (incluye acero de
refuerzo 60000 psi y bomba de concreto)m
3 942.9 $835,000 787,288,100$
COSTOS DIRECTOS 1,591,980,990$
COSTOS / m2 528,546$
Proyecto Camilo Torres- Duitama, Boyacá
Presupuesto Estructura
9,872,982$
794,819,907$
787,288,100$
56 PRESUPUESTO Y CANTIDADES DE OBRA
Tabla 23: Cuantías Proyecto Camilo Torres
De acuerdo con los valores obtenidos, es posible evidenciar que, en proyectos realizados en
sistema constructivo industrializado, destinado a vivienda de interés social en el entorno local,
el costo directo por metro cuadrado de construcción oscila entre $1.500.000 y $1.800.000, del
cual aproximadamente entre el 30% y el 35 % corresponde a los costos relacionados con la
estructura.
Para el proyecto Camilo Torres se obtiene un valor cercano a los $530.000 por metro cuadrado,
lo cual se encuentra dentro del rango esperado y, adicionalmente representa una alternativa
competitiva, en términos de desempeño sísmico, funcionalidad constructiva y costos, para la
construcción de vivienda de interés social.
9. CONCLUSIONES
En el proyecto de estudio se adoptó como criterio de diseño la evaluación de la capacidad de
cada elemento de manera independiente, ya que al considerarlo como una sección compuesta
se alejaría de representar el comportamiento y estado límite esperado para el sistema de muros
delgados, teniendo en cuenta el detallado tradicional que se realiza en obra para este sistema
constructivo.
Partiendo del diseño inicial en el cual el muro fue dimensionado en términos de secciones y
refuerzo, para resistir una combinación de fuerza axial, momento y cortante, se evidenció que
las mayores demandas están asociadas con un modo de falla predominante de carga axial y
flexión alrededor de su eje principal.
De acuerdo con las curvas de capacidad obtenidas y los parámetros calculados en el punto de
comportamiento, se valida el diseño realizado con base en los lineamientos del título C del
reglamento NSR-10, obteniéndose una respuesta controlada por las deformaciones y no por las
fuerzas internas en los elementos.
Los efectos geométricos no lineales en la respuesta de la estructura presentan una reducción
no mayor al 10% en términos de capacidad con respecto a los efectos causados por las
propiedades no lineales de los materiales. Lo anterior está vinculado directamente con el índice
de estabilidad Q, que relaciona el peso de la estructura con la fuerza cortante de piso.
El desplazamiento objetivo asociado al punto de desempeño para el espectro de diseño en las
dos direcciones principales de análisis, es muy cercano al máximo desplazamiento elástico
obtenido en la cubierta, evidenciándose que la demanda de ductilidad inelástica en edificios
flexibles es similar a la demanda elástica.
Modificando los apoyos de la estructura por resortes en el modelo analizado, se genera un
aumento en el periodo fundamental y en las deflexiones horizontales, causados por una menor
rigidez de los elementos en comparación con el modelo con apoyos fijos, lo que se ve reflejado
directamente en la pendiente de inicio de la curva de capacidad calculada.
A partir de los resultados obtenidos mediante la plastificación progresiva de la estructura, en
términos de ductilidad, es posible anotar que en la dirección X, en la cual la deriva máxima está
próxima al límite del 1%, el punto de comportamiento se aleja significativamente de la primera
plastificación en la estructura, incursionando ampliamente en el rango no lineal.
Se evidencia una mayor ductilidad en la dirección longitudinal (sentido X), que para la dirección
Y, consistente con un mayor nivel de disipación de energía, aproximándose en un 88% al valor
estipulado en el código sismorresistente.
58 CONCLUSIONES
Ante la ocurrencia del sismo de diseño, el código sismorresistente establece como objetivo la
protección de la vida, el cual fue evaluado a partir de los criterios de aceptación establecidos
en el documento ASCE 41-13, tomando como base de comparación el efecto del confinamiento
en los bordes del muro.
Finalmente, teniendo en cuenta el grado de confinamiento que se logra alcanzar en elementos
con espesores de 15 cm, se consideró conveniente evaluar los límites de desempeño dados para
un sistema de muros sin confinamiento y para un sistema de muros con elementos de borde,
encontrándose que el detallado dispuesto en los bordes de los muros de estudio permite
alcanzar un desplazamiento objetivo cercano al desplazamiento de diseño.
REFERENCIAS
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