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Maestría en Ingeniería Civil - Mención en Estructuras Comportamiento y Diseño de Estructuras de Concreto Armado TALLE 01: Análisis Sísmico Estático y Dinámico de un edificio de Concreto Armado de 10 Pisos con ETABS En la figura 1 se muestra la planta arquitectónica típica de un edificio de oficinas de 10 niveles.

Figura 1. Planta Arquitectónica del piso típico

El edificio cuenta con las siguientes características: -

Placas de concreto armado de 25 cm de espesor. Concreto en columnas, vigas, losas y placas: f’c = 210 kg/cm2. Losas aligeradas armadas en una dirección, de 17 cm y losas macizas armadas en dos direcciones de 15 cm de espesor. Parapetos de concreto de 1.2 m de altura y 0.10 m de espesor. Altura de piso a piso = 2.65 m. Ubicado en la costa, suelo flexible, destinado a oficinas. Vigas de sección rectangular de 25 x 50 cm. 2 escaleras y 1 ascensor.

En la figura 2 se muestra el esquema estructural de acuerdo con las columnas y placas de concreto armado propuestas.

M.I. José Velásquez - [email protected]

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Maestría en Ingeniería Civil - Mención en Estructuras Comportamiento y Diseño de Estructuras de Concreto Armado

Figura 2. Esquema estructural de planta

Las cargas a considerar para el edificio son: Carga -

Muerta: Losa aligerada, h = 0.17 m. Losa maciza, h = 0.15 m. Piso terminado.

Carga Viva: - Piso Típico. - Azotea.

280 kg/m2. 360 kg/m2. 100 kg/m2. 300 kg/m2. 100 kg/m2.

Realizar el análisis y diseño estructural de acuerdo con los lineamientos de la Norma de Diseño Sismorresistente NTE.E030.

M.I. José Velásquez - [email protected]

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Maestría en Ingeniería Civil - Mención en Estructuras Comportamiento y Diseño de Estructuras de Concreto Armado MODELAMIENTO EN ETABS Edición de Líneas Guía

File ~ New Model ~ Use Settings from a Model File… Seleccionar un archivo *EDB que contenga props. Secc., espectros, etc.

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Maestría en Ingeniería Civil - Mención en Estructuras Comportamiento y Diseño de Estructuras de Concreto Armado En el recuadro anterior se deben ingresar las coordenadas de las líneas guía para el modelo. Estas líneas guía corresponden a los ejes de muros y el inicio y el final de los muros. X Grid Data 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0.000 1.200 7.575 10.050 11.375 12.725 15.525 16.675 17.825 19.150 21.825 28.500 29.700

Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary

Show Show Show Show Show Show Show Show Show Show Show Show Show

Top Top Top Top Top Top Top Top Top Top Top Top Top

0.000 2.250 3.725 5.100 6.300 8.025 8.600 11.175 12.650 14.900

Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary

Show Show Show Show Show Show Show Show Show Show

Left Left Left Left Left Left Left Left Left Left

Y Grid Data 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

A B

C D E

También hay que proporcionar la información de pisos (Story) con el comando Edit ~ Edit Story Data ~ Edit Story… tal como se muestra en la figura siguiente.

M.I. José Velásquez - [email protected]

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Maestría en Ingeniería Civil - Mención en Estructuras Comportamiento y Diseño de Estructuras de Concreto Armado Definición de Características de los Materiales

Define ~ Material Properties...

Definición de las Propiedades Geométricas de las Secciones de Barras M.I. José Velásquez - [email protected]

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Maestría en Ingeniería Civil - Mención en Estructuras Comportamiento y Diseño de Estructuras de Concreto Armado Define ~ Section Properties ~ Frame Sections...

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Maestría en Ingeniería Civil - Mención en Estructuras Comportamiento y Diseño de Estructuras de Concreto Armado Definición de las Propiedades Geométricas de las Secciones de Placas y de Losas

Define ~ Section Properties ~ Wall Sections

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Maestría en Ingeniería Civil - Mención en Estructuras Comportamiento y Diseño de Estructuras de Concreto Armado Define ~ Section Properties ~ Slab Sections

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Maestría en Ingeniería Civil - Mención en Estructuras Comportamiento y Diseño de Estructuras de Concreto Armado Modelo de Análisis – Dibujando los Muros En una vista de planta del primer piso se procederá a dibujar los muros mediante la herramienta:

Draw ~ Draw Floor/Wall Objects... ~ Draw Walls (Plan)...

Figura 3 – Vista en planta del modelo estructural (solo muros)

Modelo de Análisis – Dibujando las Vigas y Columnas. En una vista de planta del primer piso se procederá a dibujar las vigas mediante la herramienta:

Draw ~Draw Beam/Column/Brace Objects...~Draw Beam…(Plan,Elev,3D)... En una vista de planta del primer columnas mediante la herramienta:

piso

se

procederá

a

dibujar

las

Draw ~Draw Beam/Column/Brace Objects...~Quick Draw Columns…(Plan,3D)...

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Figura 4 – Vista en planta del modelo estructural (vigas)

Asignación de brazos rígidos en vigas

Select ~ By Object Type... ~ Beam Assign ~ Frame/Line ~ End (Length) Offset...

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Maestría en Ingeniería Civil - Mención en Estructuras Comportamiento y Diseño de Estructuras de Concreto Armado Modelo de Análisis – Dibujando las Losas. En una vista de planta del primer piso se procederá a dibujar las losas mediante las herramientas:

Draw ~ Draw Elev)..

Floor/Wall

Objects...~Draw

Rectangular

Floor/Wall

(Plan,

Draw ~ Draw Floor/Wall Objects...~Draw Floor/Wall (Plan, Elev, 3D)..

Figura 5 – Vista en planta del modelo estructural (losas)

Edición del Modelo Replicando el primer piso ya modelado, se puede completar los siguientes niveles:

Select ~ Select All... Edit ~ Replicate...

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Figura 6 – Vista en planta (izquierda) y 3d (derecha) del modelo estructural

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Maestría en Ingeniería Civil - Mención en Estructuras Comportamiento y Diseño de Estructuras de Concreto Armado Definición de las Cargas a Aplicar al Modelo Cargas de Gravedad

Define ~ Load Patterns...

Para poder seleccionar las losas (de manera aislada) a las que se les aplicará las cargas de gravedad. Se recomienda el comando de visualización que permite ocultar algunos elementos estructurales:

View ~ Set Display Options...

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Maestría en Ingeniería Civil - Mención en Estructuras Comportamiento y Diseño de Estructuras de Concreto Armado Aplicación de las cargas de gravedad

Assign ~ Shell Loads ~ Uniform... En la losa aligerada (Peso propio + piso terminado)

En la losa maciza (Peso propio + piso terminado)

En losas tipicas (sobrecarga tipica)

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Maestría en Ingeniería Civil - Mención en Estructuras Comportamiento y Diseño de Estructuras de Concreto Armado En la azotea (sobrecarga en techo)

Figura 7 – Asignación de cargas en losas del piso típico: carga muerta (izquierda) y carga viva (derecha)

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Figura 8 – Asignación de cargas en losas de la azotea: carga muerta (izquierda) y viva (derecha)

Cargas en tabiques y parapetos

Assign ~ Frame Loads ~ Distributed...

Mediante esta herramienta se asignan las cargas correspondientes a los parapetos (CM = 288 kgf/m)

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Figura 9 – Asignación de cargas en vigas del piso típico: parapetos.

Edición del Modelo Se procederá a identificar cada muro como una pila (Pier Label) de manera de tener las fuerzas internas de estos elementos. Para poder seleccionar muros en todos los niveles, se empleará:

View ~ Set Display Options...

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Maestría en Ingeniería Civil - Mención en Estructuras Comportamiento y Diseño de Estructuras de Concreto Armado En una vista en planta y con el modo de edición en “All Stories” se seleccionarán los muros a los que se les asignarán los nombres de pila (pier label).

Assign ~ Shell/Area ~ Pier Label...

Figura 10 – Asignación de nombres de pila (Pier Label) a los muros

Por simetría se han elementos simétricos.

colocado

nombres

de

pila

similares

(A

y

B)

a

Asignación de diafragmas de entrepisos

Assign ~ Shell ~ Diaphragms...

Figura 12 – Asignación de diafragmas rígidos

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Maestría en Ingeniería Civil - Mención en Estructuras Comportamiento y Diseño de Estructuras de Concreto Armado Definición de las masas Se procederá a indicar a partir de qué cargas se calculará la masa para los procedimientos de análisis de cargas sísmicas.

Define ~ Mass Source...

Analyze ~ Set Active Degrees of Freedom...

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Maestría en Ingeniería Civil - Mención en Estructuras Comportamiento y Diseño de Estructuras de Concreto Armado Análisis Dinámico Definición del Espectro de Pseudoaceleración A partir de las indicaciones de la Norma Peruana, se define el espectro: Parámetros Generales Factor de zona, Z Factor de Suelo, S Factor de Importancia, U Factores de Reducción, R Coeficiente sísmico, C

: 0.45 : 1.10; : 1.00 : RX = (0.90) (6) = 5.40 RY = (0.90) (6) = 5.40 : 2.50; : 2.50 x (Tp/T) : 2.50 x (Tp x Tl) / T2

(Zona 4) Tp = 1.00 seg y Tl = 1.60 seg. (Edificación Común) (placas de concreto armado *) (placas de concreto armado *) para períodos menores a Tp para períodos entre Tp y Tl para períodos mayores a Tl (* Considerado como una estructura irregular) (* Irregularidad de esquina entrante Ip = 0.90)

Define ~ Response Spectrum Functions...

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Maestría en Ingeniería Civil - Mención en Estructuras Comportamiento y Diseño de Estructuras de Concreto Armado Define ~ Load Cases... Add New Case Load Case Type = “Response Spectrum”

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Maestría en Ingeniería Civil - Mención en Estructuras Comportamiento y Diseño de Estructuras de Concreto Armado Combinaciones de Cargas Definición de las Combinaciones de Cargas A partir de las cargas combinaciones de diseño:

aplicadas

se

definieron

las

siguientes

Define ~ Load Combinations...

CU1

=

1,4 CM + 1,7 CV

CU2x

=

1,25 CM + 1,25 CV + (FEXX) .CSx

CU2y

=

1,25 CM + 1,25 CV + (FEYY).CSy

CU3x

=

0,90 CM + (FEXX) CSx.

CU3y

=

0,90 CM + (FEYY).CSy

NOTA: de acuerdo con la comparación entre el análisis estático y dinámico se determinará el factor de escala por el que hay que multiplicar los casos de carga sísmica (CSx y CSy)

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Maestría en Ingeniería Civil - Mención en Estructuras Comportamiento y Diseño de Estructuras de Concreto Armado División (interna) de todos los muros Para una mejor predicción de los esfuerzos se recomienda dividir internamente todos los muros (Object Wall) con elementos finitos rectangulares de lados no mayores a 1m. En los pisos no es necesaria hacer esta división.

Select ~ Select ~ Object Type ~ Walls... Assign ~ Shell ~ Wall Auto Mesh Options ...

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Maestría en Ingeniería Civil - Mención en Estructuras Comportamiento y Diseño de Estructuras de Concreto Armado Proceso Constructivo Para definir la secuencia constructiva se deberá emplear:

Define ~ Add Construction Sequence Case...

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Maestría en Ingeniería Civil - Mención en Estructuras Comportamiento y Diseño de Estructuras de Concreto Armado Manejo de Resultados Los resultados del análisis del edificio se pueden visualizar en pantalla o mostrarlos en hojas de cálculo. Desplazamientos de los Centros de Masa Se recomienda cambiar temporalmente las unidades a ton-cm

Display ~ Show Tables...

~ Export To Excel... Los resultados de los desplazamientos se copian a una hoja de excel y se editan para verificar los desplazamientos permitidos por la norma. Cortante Basal en el Edificio Los resultados de cortante basal para los casos de carga dinámica para el edificio son:

Display ~ Show Tables...

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Maestría en Ingeniería Civil - Mención en Estructuras Comportamiento y Diseño de Estructuras de Concreto Armado

Fuerzas Internas en las Placas Para obtener las fuerzas internas en las placas se seleccionan estos elementos:

Select ~ Label ~ Pier Label... Se escogen las pilas que se van a diseñar:

Display ~ Show Tables... Los resultados de fuerzas internas de las placas se copian a una hoja de excel y se editan para realizar los procedimientos de diseño. Verificación del Cortante Basal Primero se obtienen las masas en cada piso del edificio para calcular el cortante basal estático: M.I. José Velásquez - [email protected]

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Maestría en Ingeniería Civil - Mención en Estructuras Comportamiento y Diseño de Estructuras de Concreto Armado Display show tables ~ Model ~ Structure Data Mass Summary ~ Mass Summary By Story Las masas del edificio se copian a un archivo de Excel para poder estimar El cortante basal estático. Por ejemplo, si el cortante en la base para ambas direcciones se ha estimado en: Vest = 842.25 ton. Como la estructura es irregular, el Vdín debe ser mayor o igual al 90 % del cortante estático. 90 % Vest = 758.03 ton. Los cortantes dinámicos en el primer piso son: VdinXX = 538.94 ton VdinYY = 651.58 ton Por lo que los factores de escala que se deben emplear son: F.E. XX = 1.41 F.E. YY = 1.16

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Maestría en Ingeniería Civil - Mención en Estructuras Comportamiento y Diseño de Estructuras de Concreto Armado Diseño y Detallado de Elementos Estructurales

Design ~ Concrete Frame Design ~ View/Revise Preferences

Design ~ Concrete Frame Design ~ Select Design Combinations

Design ~ Concrete Frame Design ~ Start Design/Check

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Maestría en Ingeniería Civil - Mención en Estructuras Comportamiento y Diseño de Estructuras de Concreto Armado Design ~ Shear Wall Design ~ View/Revise Preferences

Design ~ Shear Wall Design ~ Select Design Combinations

Design ~ Shear Wall Design ~ Start Design/Check

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