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CAPITULO 2

ESTRUCTURACION Y PREDIMENSIONAMIENTO

2.1 CRITERIOS DE ESTRUCTURACION SISMO-RESISTENTELos principales criterios que son necesarios tomar en cuenta para lograr una

estructura sismo-resistente, son:

SIMPLICIDAD Y SIMETRIALa experiencia ha demostrado repetidamente que las estructuras simples se

comportan mejor durante los sismos. Hay dos razones principales para que esto seaas. Primero, nuestra habilidad para predecir el comportamiento ssmico de una

estructura es marcadamente mayor para las estructuras simples que para las

complejas; y segundo, nuestra habilidad para idealizar los elementos estructurales es

mayor para las estructuras simples que para las complicadas.

La simetra de la estructura en dos direcciones es deseable por las mismas

razones; la falta de simetra produce efectos torsionales que son difciles de evaluar y

pueden ser muy destructivos.

RESISTENCIA Y DUCTILIDAD

Las estructuras deben tener resistencia ssmica adecuada por lo menos en dosdirecciones ortogonales o aproximadamente ortogonales, de tal manera que se

garantice la estabilidad tanto de la estructura como un todo, como de cada una de sus

elementos.

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aporticados a fin de tener una combinacin de elementos rgidos y flexibles. Con esto

se consigue que el muro limite la flexibilidad del prtico, disminuyendo las

deformaciones, en tanto que el prtico le confiere la hiperestaticidad al muro,

otorgndole mejor posibilidad de disipacin de energa ssmica.

EXISTENCIA DE LOSAS QUE PERMITEN CONSIDERAR A LAESTRUCTURA COMO UNA UNIDAD ( Diafragma rgido )En los anlisis es usual considerar como hiptesis bsica la existencia de una

losa rgida en su plano, que permite la idealizacin de la estructura como una unidad,

donde las fuerzas horizontales aplicadas pueden distribuirse en las columnas y placas

de acuerdo a su rigidez lateral, manteniendo todas una misma deformacin lateral

para un determinado nivel.

Debe tenerse especial cuidado en las reducciones de planta con zonas tipo

puente. Las estructuras alargadas en planta tienen mayor posibilidad de sufrir

diferentes movimientos ssmicos aplicados en sus extremos, situacin que puede

producir resultados indeseables. Una solucin a este problema es independizar el

edificio en dos o ms secciones, mediante juntas de separacin ssmica, que deben ser

debidamente detallada y construidas para evitar el choque de dos edificaciones

vecinas.

ELEMENTOS NO ESTRUCTURALESOtro aspecto que debe ser tomado en cuenta en una estructuracin es la

influencia de los elementos secundarios.

Si la estructura est conformada bsicamente por prticos, con abundancia de

tabiquera, esta no se podr despreciar en el anlisis, pues su rigidez ser apreciable.Si la estructura es rgida, estando conformada por muros de concreto (placas) y

prticos es probable que la rigidez de los tabiques de ladrillo sea pequea en

comparacin con la de los elementos de concreto armado; en estos casos, despreciar

en el anlisis los tabiques no ser tan importante.

SUB - ESTRUCTURA O CIMENTACIONLa regla bsica respecto a la resistencia ssmica de la sub-estructura es que se

debe obtener una accin integral de la misma durante un sismo; adems de las cargas

verticales que actan, los siguiente factores debern considerarse respecto al diseo

de la cimentacin:

a) Transmisin del corte basal de estructura al suelo.b) Provisin para los momentos volcantes.

c) Posibilidad de los movimientos diferenciales de los elementos de la

cimentacin.

d) Licuefaccin de suelos.

Otro aspecto que debe considerarse en el anlisis estructural es la posibilidad

de giro de la cimentacin; normalmente los ingenieros estn acostumbrados a

considerar un empotramiento en la base de las columnas y muros, lo cual no es cierto

en la mayora de los casos.

Mientras menos duros sean los terrenos de cimentacin es mayor la

importancia de considerar la posibilidad de giro de la cimentacin, el cual afecta

desde la determinacin del perodo de vibracin, el coeficiente ssmico, ladistribucin de fuerzas entre placas y prticos y la distribucin de esfuerzos en altura

hasta los diseos de los diferentes elementos estructurales.

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2.2 ESTRUCTURACINSe ha buscado una disposicin apropiada de los distintos elementos resistentes

, de tal forma que la estructura sea capaz de soportar todas las solicitaciones a lasque sea sujeta en su vida til y a la vez sea tambin esttica, funcional y econmica.

Se eligi usar losas aligeradas que son las ms usadas en el Per, por las

siguientes razones:

-El hecho de empotrar las tuberas de desage en la losa, lo cual obliga a usar

como mnimo espesores de 17 y/o 20 cm. Una losa maciza de este peralte es

demasiado cara y pesada.

-El hecho que la mano de obra sea relativamente econmica hace que el costo

de la colocacin del ladrillo hueco no influya en el costo total de la obra.

-El menor costo de un encofrado para losas aligeradas en relacin a los

encofrados de las dems losas.

-El criterio prctico y la experiencia adquirida por muchos expertos en diseo

de concreto armado indica que una losa aligerada es econmica hasta una luz de 7 m.

aproximadamente.

Se ha techado en la direccin de menor longitud, con la finalidad de evitar que

los esfuerzos por flexin y cortante y las deformaciones sean de gran magnitud.

En los ductos las viguetas son continuas, se han eliminado los ladrillos y la

losita.

Debido a la diversidad de peraltes que presentaran las vigas, se uniformiz el

peralte de stas para facilitar el anclaje del acero y la colocacin del encofrado.

Las vigas principales, las que cargarn el aligerado, estarn en la direccin de

los ejes de letras y sern las ms peraltadas como se ver en la parte depredimensionamiento.

Las vigas secundarias, las que no cargan el aligerado, estarn en la direccin

de los ejes de los nmeros y sern menos peraltadas.

En el presente proyecto , el peralte mayor de las columnas estar en la

direccin de los ejes principales, para resistir los efectos de las cargas de gravedad de

la losa trasmitidas por las vigas.

Uno de los principales problemas que ocasionan las fuerzas horizontales de

sismo sobre una estructura, son las deformaciones horizontales excesivas. Ante esto

para limitar los desplazamientos laterales de la edificacin durante un sismo, se

recurri al uso de muros o placas en ambas direcciones, los cuales proporcionan una

gran rigidez lateral, superior a la que puede proporcionar un prtico formado porcolumnas y vigas; este criterio en la actualidad es el ms usado en el diseo sismo-

resistente.

En una estructura muy flexible, es decir aquella que tiene deformaciones

laterales importantes, se produciran mayores problemas durante un sismo, como son

un mayor efecto de pnico entre sus ocupantes, posibles choques con edificaciones

vecinas, mayor probabilidad de rotura de vidrios, mayores efectos de esbeltez de

columnas, etc.

Se han ubicado las placas de tal manera que guarden simetra para as no

crear efectos de torsin.

2.3 PREDIMENSIONAMIENTO2.3.1 ALIGERADOSEl Reglamento Nacional de Construcciones da peraltes mnimos para no

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verificar deflexiones: En losas aligeradas continuas conformadas por viguetas de

10 cm. de ancho, bloques de ladrillo de 30 cm. de ancho y losa superior de 5 cm., con

sobrecargas menores a 300 Kg/cm2

y luces menores de 7.5 m. , el peralte debe

cumplir : h L / 25 (1)As tenemos :

h 492.5

25

h 19.7 cm.

Se debera usar un peralte total de 20 cm. pero al disear el aligerado se

obtienen cuantas de acero muy altas y adems como los esfuerzos de corte son altos

obliga a retirar muchos ladrillos para aumentar la resistencia de corte de la vigueta,por lo que se opt por un peralte de 25 cm.

En los tramos donde la sobrecarga es mayor de 300 Kg/cm2

, como es el caso

de los corredores se tendr que verificar las deflexiones.

2.3.2 VIGASAl predimensionar las vigas ,se tiene que considerar la accin de cargas de

gravedad y de sismo. Hay criterios prcticos que, de alguna manera, toman en cuenta

la accin de combinada de cargas verticales y de sismo, a continuacin se muestra

alguno de estos criterios.

h = L / 12 @ L / 10h = L / 10 ( criterio prctico frente a sismos )

b = 0.3 h @ 0.5 h

De acuerdo a los criterios anteriores:

Vigas principales : h = 550/10 ; h = 60 cm ; b = 25 cmVigas secundarias : h = 470/10 ; h = 50 cm ; b = 25 cm

2.3.3 COLUMNASSe sigui el criterio de dimensionamiento por carga vertical, pues en la

edificacin se ha usado el sistema mixto de prticos y muros de corte, el cual permite

que los momentos en las columnas debido a sismo se reduzcan muyconsiderablemente.

Para este tipo de edificio se recomiendan los siguientes criterios de

predimensionamiento:

a) Columnas Centrales :

b) Columnas Exteriores o Esquineras :

(1)NTE E.60 Concreto Armado. Acpite 10.4.1.1

1920

P ( servicio )

0.45 * fcArea =

P ( servicio )

0.35 * fcArea =

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Mostramos un ejemplo del predimensionamiento:

- se supone un peso por piso de 1 ton / m2

.

- Columna interior C4:Nmero de pisos = 9

Area tributaria : ( 4.85 * 5.00 ) = 24.25 m2

Peso total ( ton ) = 1.0 ton / m2

* 24.25 m2

* 9 pisos = 218.25

Area de la columna = 2309.5 cm2

Se escoge columna de seccin 40 * 60 cm2

40 * 60 = 2400 > 2310 OK !

2.3.4 PLACAS

Es difcil poder fijar un dimensionamiento para las placas puesto que, como su

principal funcin es absorber las fuerzas de sismo, mientras ms abundantes o

importantes sean tomarn un mayor porcentaje del cortante ssmico total, aliviando

ms a los prticos.

Se han considerado placas de 25 cm. de espesor por ser ste el ancho de las

vigas.

La evaluacin final de la longitud de las placas se hizo despus de realizar el

anlisis ssmico, en donde se busc una adecuada rigidez lateral en ambas

direcciones.

2.3.5 CISTERNA Y TANQUE ELEVADOLa cisterna ser construida en concreto armado en su totalidad, con paredes deespesor de 20 cm. , y estar ubicada en la parte baja del edificio.

El tanque elevado ser tambin de concreto armado en su totalidad y estar

ubicado encima de la escalera, las dimensiones sern calculadas de acuerdo a lo

estipulado en el Ttulo X del Reglamento Nacional de Construcciones.

Se evalu la dotacin de agua fra y el almacenamiento contra incendios que

requiere el proyecto de acuerdo al Reglamento de Instalaciones Sanitarias para

Edificaciones.(2)

Dotacin de agua fraLa dotacin de agua para oficinas se calcular a razn de 6 litros/da por m 2 de reatil del local.(3)

- Nmero de pisos = 9

- Area til = 552.47 m2

- Consumo diario = 6 * 552.47 * 9 = 29833.4 lts. = 29.83 m3

Demanda contra incendiosEl clculo se hace considerando que 2 mangueras estn funcionando

simultneamente a una velocidad de 3 lit / seg. durante 30 minutos; tiempo en el cual

arrojan aproximadamente 11 m3. volumen considerado para el diseo de edificios de

(2) RNC Instalaciones Sanitarias. Ttulo X(3)

RNC Ttulo X - S.222.2.08

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oficinas o departamentos.

El volumen de la cisterna no ser menor de las 3/4 partes del consumo diario y

el volumen del tanque elevado no menor de 1/3 de dicho consumo; cada uno de ellos

con un mnimo de 1000 litros.(4)As tenemos:

Dimensionamiento del tanque elevadoVolumen de tanque elevado : Vte

Vte = 1/3 consumo diario + demanda contra incendio

Vte = 1/3 * 29.83 + 11

Vte = 20.94 m3

Largo = 4.2 m.

Ancho = 3.8 m.

- Tirante de agua = 20.94 / ( 4.20 * 3.80 ) = 1.31 m

- Altura libre = 0.45 m (5)

- Altura total = 1.80 m

2.3.6 CUARTO DE MAQUINASEl cuarto de mquinas estar ubicado sobre el ascensor, el cual tendr piso y

techo de losa maciza de concreto armado.

El RNC da ciertas medidas referenciales para los cuartos de mquinas en las

cuales el proyectista puede apoyarse para predimensionar de acuerdo a las

necesidades del proyecto.

Las dimensiones adoptadas se muestran en la figura 2.1

(4) RNC Ttulo X - S.222.4.05(5)

LUIS PITA . Diseo de Instalaciones Sanitarias. pg. 73.

2122

3.0

1.80

Fig. 2.1 ._ pozo y cuarto de mquinas.

SALA DE MAQUINAS

6.0

2.302.0

2.60

2.00

caja

de