universidad nacional de san agustín de arequipa facultad de ingeniería civil escuela profesional

151 Pages·2013·6.57 MB·Spanish

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN
DE AREQUIPA
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

“ANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL DE EDIFICIO DE
CONCRETO ARMADO Y COMPARACIÓN DE LA NORMA DE
DISEÑO SÍSMICO E030-2006 Y LA PROPUESTA DE NORMA
E030-2014”

Tesis presentada por el bachiller:
CCAMA CASAS JHOSEMAR
Para obtener el Título Profesional de
INGENIERO CIVIL.

AREQUIPA – PERÚ
2017
“ANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL DE EDIFICIO DE CONCRETO ARMADO Y COMPARACIÓN DE LA
NORMA DE DISEÑO SÍSMICO E030-2006 Y LA PROPUESTA DE NORMA E030-2014”
“ANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL DE EDIFICIO DE CONCRETO ARMADO Y COMPARACIÓN DE LA
NORMA DE DISEÑO SÍSMICO E030-2006 Y LA PROPUESTA DE NORMA E030-2014”

Agradecimientos

Agradezco a mi asesor, el ingeniero John Aragon Brousset , persona a la cual respeto,
por brindarme su apoyo y tiempo en el desarrollo de este trabajo.

Agradezco a mis profesores, que durante los años de estudio en esta querida facultad
supieron inculcar en mí el gusto por trabajar y mejorar cada día más, teniendo siempre
presente al actuar correctamente ante las situaciones de la vida.

Agradezco a mis amigos de la promoción con los que pase una época especial de mi
vida, la cual siempre quedara dentro de mis mejores recuerdos.

Finalmente agradezco a la gran Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad Nacional
de San Agustín de Arequipa, porque dentro de sus aulas se me brindaron las
herramientas académicas y científicas, las mismas que forman ingenieros de calidad.
“ANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL DE EDIFICIO DE CONCRETO ARMADO Y COMPARACIÓN DE LA
NORMA DE DISEÑO SÍSMICO E030-2006 Y LA PROPUESTA DE NORMA E030-2014”

Resumen

En la actualidad el estudio del análisis sísmico en edificaciones se encuentra
desarrollándose a gran velocidad, lo cual implica la mejora de nuestros códigos y
normas de análisis y diseño estructural, es por ello que se viene trabajando en nuestro
país en la implementación y actualización de nuestra norma de diseño sísmico E030,
por lo que ya se presentó un proyecto de esta nueva norma la cual será revisada y
aplicada en la presente tesis.

Este trabajo mostrara las mejoras que muestra este proyecto de norma de análisis
sísmico, a través de su aplicación a un proyecto de nuestra localidad y posterior
comparación de resultados con la norma E030 2006.

La estructura en estudio consta de 1 semisótano y 7 niveles de departamentos, además
de contener en la azotea un área destinada a jardines, esta estructura se proyectara
construir en concreto armado estructurada principalmente con pórticos resistentes a
momentos y placas o muros de concreto armado, todo esto en las dos direcciones
principales.

La aplicación de este proyecto de norma E030 busca primero mostrar las variaciones en
cuanto a la implementación del control de irregularidades, considerando que esta
verificación es parte fundamental en el trabajo de predimensionado y posterior análisis,
por influir transcendentalmente el en coeficiente de reducción de la fuerza sísmica.
Seguidamente se trabajó en mostrar las diferencias en cuanto a la definición y
aplicación de los parámetros sísmicos para la estructura, mostrando las diferencias que
presentaron tanto en valores y como estos influyen en los resultados del análisis.

A continuación se hizo una comparación de resultados obtenidos para los análisis
dinámicos y estáticos, comparando sus fuerzas y definiendo porcentualmente cuanto
crecen o disminuyen según la configuración y la aplicación de las normas,
seguidamente se hizo también la comparación de los desplazamientos y derivas que
presenta la estructura para cada una de las normas.

Finalmente se procedió a realizar el diseño de la estructura utilizando la norma vigente,
considerando los procesos y normas para cada uno de los materiales involucrados en el
proyecto.
“ANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL DE EDIFICIO DE CONCRETO ARMADO Y COMPARACIÓN DE LA
NORMA DE DISEÑO SÍSMICO E030-2006 Y LA PROPUESTA DE NORMA E030-2014”

ABSTRACT

At present the study of seismic analysis in buildings is developing at a high speed,
which implies the improvement of our codes and standards of analysis and structural
design, that is why we have been working in our country in the implementation and
updating of our E030 seismic design standard, so a draft of this new standard has
already been presented and will be reviewed and applied in this thesis.

This work will show the improvements shown in this draft seismic analysis standard,
through its application to a project of our locality and subsequent comparison of results
with the E030 2006 standard.

The structure under study consists of 1 basement and 7 levels of departments, in
addition to containing on the roof an area intended for gardens, this structure will be
projected to build on reinforced concrete structured mainly with frames resistant to
moments and plates or walls of reinforced concrete, all This in the two main directions.

The application of this draft standard E030 seeks first to show the variations in the
implementation of the control of irregularities, considering that this verification is
fundamental in the work of predimension and subsequent analysis, by influencing
transcendentally the coefficient of reduction of the force Seismic Next, we worked to
show the differences in the definition and application of the seismic parameters for the
structure, showing the differences that presented both values and as they influence the
results of the analysis.

Then a comparison of the results obtained for the dynamic and static analyzes was
made, comparing their forces and defining percentage as they grow or decrease
according to the configuration and the application of the norms, followed by a
comparison of the displacements and drifts presented by the Structure for each of the
standards.

Finally, the design of the structure was performed using the current standard,
considering the processes and standards for each of the materials involved in the project.
“ANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL DE EDIFICIO DE CONCRETO ARMADO Y COMPARACIÓN DE LA NORMA DE DISEÑO SÍSMICO
E030-2006 Y LA PROPUESTA DE NORMA E030-2014”

CONTENIDO
Índice de Tablas ........................................................................................................................... 4
Índice de Figuras .......................................................................................................................... 6
CAPITULO 1 ............................................................................................................................... 8
1.1. OBJETIVOS DEL PROYECTO ............................................................................... 8
1.2. ARQUITECTURA ...................................................................................................... 8
1.3. NORMAS EMPLEADAS ......................................................................................... 11
CAPITULO 2 ............................................................................................................................. 12
2.1. ESTRUCTURACIÓN DEL EDIFICIO .................................................................. 12
a) CARACTERISTICAS RELEVANTES DEL COMPORTAMIENTO SISMICO 12
b) CRITERIOS DE ESTRUCTURACION Y DISEÑO ............................................... 13
c) ESTRUCTURACION DEL PROYECTO ................................................................ 16
2.2. PRE DIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES ........... 17
a) PREDIMENSIONAMIENTO DE LOSAS................................................................ 18
b) PREDIMENSIONAMIENTO DE VIGAS. ............................................................... 18
c) PREDIMENSIONAMIENTO DE COLUMNAS. .................................................... 18
d) PREDIMENSIONADO DEL PROYECTO. ............................................................. 20
2.3. IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES EN ALTURA ................................ 23
 IRREGULARIDADES DE RIGIDEZ – PISO BLANDO ................................................ 23
 IRREGULARIDAD DE MASA ...................................................................................... 23
 IRREGULARIDAD GEOMETRICA VERTICAL ........................................................... 24
 DISCONTINUIDAD EN LOS SISTEMAS RESISTENTES ........................................... 24
2.4. IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES EN PLANTA ................................. 25
 IRREGULARIDAD TORSIONAL ................................................................................. 25
 IRREGULARIDAD POR ESQUINAS ENTRANTES .................................................... 25
 DISCONTINUDAD DEL DIAFRAGMA ........................................................................ 26
CAPITULO 3 ............................................................................................................................. 27
3.1. GENERALIDADES .................................................................................................. 27
1) Pesos Unitarios Usados. ............................................................................................... 27
2) Calculo de la Carga Viva de Techo. ........................................................................... 28
3.2. LOSAS ....................................................................................................................... 29
3.3. VIGAS ........................................................................................................................ 30
3.4. COLUMNAS ............................................................................................................. 32
3.5. PLACAS..................................................................................................................... 32
3.6. ESCALERAS............................................................................................................. 33
1
“ANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL DE EDIFICIO DE CONCRETO ARMADO Y COMPARACIÓN DE LA NORMA DE DISEÑO SÍSMICO
E030-2006 Y LA PROPUESTA DE NORMA E030-2014”

CAPITULO 4 ............................................................................................................................. 36
4.1. CONSIDERACIONES PARA EL MODELADO ESTRUCTURAL .................. 36
4.2. PARÁMETROS DEL ANÁLISIS DINÁMICO POR SUPERPOSICIÓN
MODAL ESPECTRAL. ....................................................................................................... 38
a) Definición de patrones de Carga. ......................................................................... 38
b) Cargas Asignadas a la Estructura. ...................................................................... 39
c) Calculo del Peso Sísmico Efectivo. ..................................................................... 39
d) Definición de los Factores Sísmicos. .................................................................. 40
e) Análisis Estático. ...................................................................................................... 41
f) Verificación del Coeficiente de Reducción Sísmica. ...................................... 43
g) Análisis Dinámico. .................................................................................................... 43
4.3. MODOS DE VIBRACIÓN Y CONTROL DE MASAS PARTICIPANTES ...... 48
a) Análisis Modal. .......................................................................................................... 48
b) Resultados del Análisis Modal. ............................................................................. 48
4.4. CONTROL DE DESPLAZAMIENTOS LATERALES ....................................... 51
4.5. JUNTAS DE SEPARACIÓN SÍSMICA ................................................................. 53
4.6. COMPARACIÓN CON EL PROYECTO DE NORMA E030-2014 ................... 53
a) Calculo del Peso Sísmico Efectivo. ............................................................................. 54
b) Análisis Modal. ............................................................................................................. 54
c) Parámetros Sísmicos. ................................................................................................... 54
d) Irregularidad Estructural. .......................................................................................... 58
e) Coeficiente de reducción de Fuerza Sísmica. ............................................................ 59
f) Factor de Amplificación Sísmica. ............................................................................... 60
g) Análisis Estático. .......................................................................................................... 61
h) Análisis Dinámico. ....................................................................................................... 61
i) Control de Desplazamientos. ...................................................................................... 63
4.7. RESUMEN DE LA COMPARACIÓN DE NORMAS .......................................... 66
CAPÍTULO 5 ............................................................................................................................. 71
5.1. ESTUDIO DE SUELOS ........................................................................................... 71
5.2. METODOLOGÍA DEL DISEÑO ........................................................................... 73
5.3. DISEÑO DE LOSAS ALIGERADAS ..................................................................... 74
1) Ejemplo de Diseño. .................................................................................................. 74
5.4. DISEÑO DE VIGAS ................................................................................................. 84
1) Diseño por Flexión. .................................................................................................. 84
2) Diseño por Cortante. ................................................................................................ 87
3) Ejemplo de diseño de Viga. .................................................................................... 90
2
“ANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL DE EDIFICIO DE CONCRETO ARMADO Y COMPARACIÓN DE LA NORMA DE DISEÑO SÍSMICO
E030-2006 Y LA PROPUESTA DE NORMA E030-2014”

5.5. DISEÑO DE COLUMNAS ...................................................................................... 93
1) Diagrama de Interacción ......................................................................................... 93
2) Flexión Biaxial en Columnas ............................................................................... 103
3) Diseño por Cortante ............................................................................................... 104
4) Flexo tracción .......................................................................................................... 108
5) Aplastamiento .......................................................................................................... 109
6) Corte por fricción .................................................................................................... 109
7) Resultados del Diseño .......................................................................................... 110
5.6. DISEÑO DE PLACAS ............................................................................................ 111
1) Diseño por Flexocompresión. ............................................................................. 111
2) Diseño por Cortante. .............................................................................................. 115
3) Verificación por Corte por Fricción o Deslizamiento. ................................... 118
4) Dimensionado de los Elementos de Borde. .................................................... 118
5) Resultados de Diseño. .......................................................................................... 121
5.7. DISEÑO DE CIMENTACIÓN .............................................................................. 121
1) Diseño de Zapata Aislada. .................................................................................... 121
2) Diseño de Zapata Combinada. ............................................................................ 124
3) Diseño por Flexión. ................................................................................................ 130
4) Diseño por Cortante. .............................................................................................. 133
5) Verificación de la Conexión Columna – Zapata o Muro – Zapata. ............. 136
5.8. DISEÑO DE ESCALERA ...................................................................................... 138
1) Modelo de Calculo .................................................................................................. 138
2) Proceso de Diseño ................................................................................................. 138
3) Ejemplo de Diseño.................................................................................................. 140
CAPÍTULO 6 ............................................................................. ¡Error! Marcador no definido.
PLANOS Y ANEXOS ................................................................ ¡Error! Marcador no definido.
CONCLUCIONES ..................................................................... ¡Error! Marcador no definido.
RECOMENDACIONES ......................................................................................................... 144
BIBLIOGRAFIA........................................................................ ¡Error! Marcador no definido.

3
“ANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL DE EDIFICIO DE CONCRETO ARMADO Y COMPARACIÓN DE LA NORMA DE DISEÑO SÍSMICO
E030-2006 Y LA PROPUESTA DE NORMA E030-2014”

Índice de Tablas

Tabla 1.1 – Detallado de áreas por departamento y piso………………………... 9
Tabla 2.1 – Predimensionado de Vigas peraltadas……………….…..….……… 20
Tabla 2.2 – Predimensionado de losas aligeradas……………….….….….……. 21
Tabla 2.3 – Predimensionado de Columnas……………………….….….…...… 22
Tabla 2.4 – Cálculo de Irregularidades por piso Blando……….…….….……… 23
Tabla 2.5 – Cálculo de Irregularidades de Masa……………….………..……… 23
Tabla 2.6 – Cálculo de Irregularidad Geométrica Vertical………….…..……… 24
Tabla 2.7 – Cálculo de Irregularidad Torsional………….………….…..……… 25
Tabla 2.8 – Cálculo de Irregularidad por Esquinas entrantes……..……….…… 25
Tabla 2.9 – Cálculo de Irregularidad de Discontinuidad del Diafragma.…….… 26
Tabla 3.1 – Cargas muertas y vivas distribuidas………………………..…….… 29
Tabla 3.2 – Cálculo del Metrado de cargas en aligerados………..……..…….… 30
Tabla 3.3 – Cálculo del Metrado en tabiques ………..……..…….…………….. 31
Tabla 3.4 – Cálculo del cargas por área tributaria en columnas…..…………….. 32
Tabla 3.5 – Cálculo del cargas por área tributaria en placas….…..…………….. 33
Tabla 3.6 – Cálculo del cargas en escaleras……………….….…..…………….. 33
Tabla 4.1 – Cálculo del cortante en la Dirección X…………………………….. 41
Tabla 4.2 - Cálculo del cortante en la Dirección Y……………………………... 41
Tabla 4.3 - Cálculo de cortantes y momentos dinámicos – Dirección X……….. 45
Tabla 4.4 - Cálculo de cortantes y momentos dinámicos – Dirección Y……..… 46
Tabla 4.5 – Porcentaje de masa participante por periodo………………………. 49
Tabla 4.6 – Tabla de factores de suelo por zona sísmica……………………….. 55
Tabla 4.7 – Tabla de periodos por tipo se suelo………………………………… 55
4
“ANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL DE EDIFICIO DE CONCRETO ARMADO Y COMPARACIÓN DE LA NORMA DE DISEÑO SÍSMICO
E030-2006 Y LA PROPUESTA DE NORMA E030-2014”

Tabla 4.8 – Cálculo de derivas en la dirección X………………………………. 62
Tabla 4.9 - Cálculo de derivas en la dirección Y.………………………………. 63

5