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Title: Diseño de programa para el cálculo de mamposteria estructural y espesores de losas.
Author: Muñoz Montoya, Fabio
Ballesteros, Hegel
Issue Date: 6-Jun-2009
Advisor / Validator: Martínez Sinitavé, Omar
Keywords: Mampostería
Estructuras
Description: El buen comportamiento de una estructura, ante cargas verticales y horizontales, depende en gran parte, de que en su planteamiento estructural se sigan algunos criterios generales apropiados, entre los cuales, el más relevante, como considerar el sistema de resistencia sísmica, que incluye el comportamiento de todos los elementos de la estructura, ante las diferentes formas de fuerzas que implique deformaciones en sus respectivos elementos. En una edificación de mampostería estructural y para su eficiente desempeño hay que considerar unas series de concepto estructurales que conserven la integridad del sistema estructural como son. La mampostería es un material ampliamente utilizado para la construcción de viviendas en Colombia. Desafortunadamente, el uso de los espacios urbanos requiere, en muchos casos, que las configuraciones estructurales de las edificaciones dependan más de las necesidades arquitectónicas del proyecto que de un buen juicio de estructuración. Bajo estas circunstancias, los métodos de diseño basados en resistencia pueden dar lugar a sistemas sismo resistente con un bajo nivel de seguridad estructural. Dado el gran número de edificaciones de mampostería ubicadas en zonas de alto peligro sísmico de la República Colombia, resulta relevante entender su comportamiento esperado ante solicitaciones sísmicas intensas. Esto requiere del planteamiento de nuevos criterios de análisis y diseño sísmico, cuyo principal objetivo sea reducir su vulnerabilidad a través del control explícito del daño estructural esperado durante los movimientos sísmicos de diseño. Una opción atractiva debido a su relativa simplicidad es el diseño sísmico basado en el control del desplazamiento lateral. Parte fundamental de este esquema radica en la posibilidad de evaluar la máxima demanda de desplazamiento lateral en la estructura, y de compararla con umbrales de desplazamiento asociados a diferentes estados límite. En los EE.UU. se han desarrollado una serie de lineamientos para una evaluación estructural basada en desplazamientos. Entre ellos pueden mencionarse los incluidos en el documento FEMA 273 (Federal Emergency Management Agency 1997), y su versión práctica, el FEMA 356 (Federal Emergency Management Agency 2000). Recientemente se ha publicado en ese mismo país el documento FEMA 440 (Applied Technology Council 2005), que constituye un intento por refinar y mejorar los métodos de evaluación propuestos en los FEMA 273 y 356. La figura 1 muestra esquemáticamente la curva de desplazamiento global contra cortante basal de una estructura (conocida como curva de capacidad), la cual se obtiene al sujetarla a un estado de desplazamiento lateral monótonamente creciente. La curva refleja los umbrales de desplazamiento lateral asociados a tres estados límite que plantean las recomendaciones FEMA. Para establecer dichos umbrales, se requiere establecer para diferentes desplazamientos de azotea, el nivel de daño que corresponde a los elementos estructurales en función de las demandas no lineales que exhiben. Con base en la definición que se haga para los diferentes estados límite en función del daño aceptable a nivel local, se establecen los umbrales de desplazamiento de azotea. La evaluación del desempeño de la edificación se hace al contrastar la demanda de desplazamiento lateral esperada en la estructura durante las excitaciones sísmicas de diseño con los diferentes umbrales de desplazamiento.
Abstract: Con el fin de optimizar los cálculos que se realizan sobre mampostería estructural y para complementar la modelación que hace el programa de diseño SAP2000, en un tipo de obra de hasta dos niveles en mampostería; se diseñó una aplicación en Excel, que permite determinar con exactitud y rapidez el espesor de losa adecuado, espesor y tipo de mampostería, peso propio de la estructura, cargas sísmicas, reacciones internas de la mampostería y análisis de refuerzo en caso de que fuera mampostería reforzada. Con ese propósito se desarrolló el siguiente procedimiento: identificar las bases técnicas propias de la NSR-2009, realizar el programa aplicativo para cálculos con su tutorial, formular conclusiones y recomendaciones que faciliten su manejo. Se espera que esta herramienta sea de gran utilidad, no solo para el ingeniero civil, sino también para las personas que se están formando como profesionales en el medio, con el fin de que analicen utilicen y hasta mejoren esta ayuda de Excel. Cuando se habla de un programa que ayude a calcular mampostería, surgen entonces miles de incógnitas como ¿Por qué lado lo hago más aplicativo para el servicio del ser humano?, ¿Qué puedo yo, con mi ingenio, aportar para hacer más útil y des complicado esta herramienta?; éstos y otros puntos serán abordados desde una perspectiva ingeniosa, técnica y creativa de la ingeniería civil. El investigativo aborda la problemática desde la necesidad misma, donde se plantea como sugerencia primordial la creación de una ayuda en Excel, que, a manera, pueda ser utilizada por personas no expertas en el tema y que su utilidad sea beneficiosa, tanto económica, como técnicamente. Eventos sísmicos recientes han evidenciado la alta vulnerabilidad de edificaciones destinadas a vivienda, principalmente en aquellas ubicadas en regiones cercanas a la fuente sísmica. Por ello, los autores se encuentran desarrollando un amplio programa de investigación encaminado a estudiar el comportamiento sísmico de edificaciones de mampostería. A la fecha se han desarrollado tres etapas. En la primera etapa se evaluó la capacidad de desplazamiento lateral de muros de mampostería ensayados en laboratorio y sujetos a cargas laterales cíclicas reversibles del tipo sísmico. En la segunda etapa, evaluaron analíticamente las demandas de desplazamiento lateral en sistemas de un grado de libertad (S1GL), representativos de estructuras de mampostería, sujetos a un conjunto de 60 acelero-gramas. Finalmente, en la tercera etapa se han desarrollado un programa con la ayuda de E elementos finitos para estudiar la respuesta ante cargas laterales de muros construidos con piezas extruidas y muros con aberturas. Para llevar a cabo la presente investigación se ha obtenido materiales de mucha actualidad como la norma sismo resistente del 2009 (NSR -2009), de Internet así como otros que son consulta obligada dentro del tema en cuestión. Asimismo el método empleado para poder estudiar el tema ha sido la revisión y supervisión de notas de clase, realizando un análisis sintético de todo el marco teórico de nuestra investigación.
Table Of Contents: Resumen 10 Glosario 12 Introducción 15 1. Planteamiento del problema 20 2. Delimitación 22 3. Justificación 23 4. Objetivo 25 4.1 Objetivos generales 25 4.2 Objetivos específicos 25 5. Marco teórico 26 5.1 Antecedentes 26 5.2. Estructuración de los cimentos 32 5.3 Requisitos generales de diseño 34 5.3.1 Metodología de diseño. 34 5.3.2 Resistencia requerida. 34 5.3.3 Resistencia de diseño 35 5.3.5. Fuerzas paralela al plano del muro. 35 5.3.5.1. Valores de ø 36 5.3.6. Suposiciones de diseño. 36 5.4. Módulo de elasticidad y cortante 37 5.4.1. Módulos de elasticidad 37 5.5 Módulo de cortante. 39 5.6. Carga. 39 5.6.2. Distribución 40 5.6.3. Cargas concentradas. 41 5.6.4. Carga excéntrica 41 5.6.5. Características dimensionales efectivas. 42 5.7. Resistencia para carga axial de compresión 46 5.7.2. Reducción de resistencia axial por esbeltez. 46 5.7.3. Resistencia nominal para carga axial 46 5.7.4. Máxima resistencia de diseño para carga axial. 46 5.8. Resistencia a flexión sin carga axial 47 5.8.1 Secciones solo con refuerzo a tracción. 47 5.8.2. Secciones con refuerzo a compresión 47 5.9. Diseño de muro en la dirección perpendicular a su plano 48 5.9.1. Resistencia a flexión para muros con cargas axial menor que; 48 5.9.2. Resistencia a flexión para muro con carga axial mayor que; 49 5.9.3. Resistencia a cortante en la dirección perpendicular al plano del muro. 49 5.10. Diseño del muro en la dirección paralela a su plano. 49 5.10.1. Resistencia mínima a flexión. 50 5.10.2. Resistencia a flexo-compresión. 51 5.10.3.1. Verificación de articulación plástica. 52 6. Metodología 55 6.1 Tipo de estudio 55 6.2 Método de investigación 55 6.3 Fuentes primarias, secundarias y tecnicas de recolección de información 56 6.3.1 Fuentes primarias 56 6.3.2 Fuentes secundarias 56 6.3.3 Fuentes técnicas. 56 7. Recursos 58 7.1 Recursos humanos 58 7.1.1 Investigadores. 58 7.1.2 Docentes y asesores 58 7.2 Recursos institucionales. 59 7 3 Recursos materiales. 59 7.4 Recursos económicos . 60 8. Cronograma de actividades 61 9. Informacion nsr2009 62 9.1.1 Metodología de diseño. 62 9.1.2 Resistencia requerida. 62 9.1.3 Resistencia de diseño. 62 9.1.4. Fuerzas perpendiculares al plano del muro 63 9.1.6. Suposiciones de diseño 64 9.2. Módulo de elasticidad y de cortante 65 9.2.1. Módulos de elasticidad. 65 9.3 Módulo de cortante. 66 9.4. Cargas. 67 9.4.1. Solicitaciones a emplear. 67 9.4.2. Combinaciones de las solicitaciones. 67 9.4.3. Distribución de fuerzas laterales 68 9.4.4. Cargas concentradas. 68 9.4.5. Carga excéntrica 69 9.4.6. Características dimensionales efectivas 69 9.5. Resistencia para carga axial de compresión 74 9.5.1 Máxima resistencia axial teórica 74 9.5.2. Reducción de resistencia axial por esbeltez. 74 9.5.3. Resistencia nominal para carga axial. 74 9.5.4. Máxima resistencia de diseño para carga axial 75 9.6. Resistencia a flexión sin carga axial 75 9.6.1 Secciones solo con refuerzo a tracción. 75 9.7.2. Secciones con refuerzo a compresión. 75 9.7. Diseño de muro en la dirección perpendinculara su plano 76 9.7.1. Resistencia a flexión para muros con cargas axial menor que 76 9.7.2. Resistencia a flexión para muro con carga axial mayor que 77 9.7.3. Resistencia a cortante en la dirección perpendicular al plano del muro. 77 9.8. Diseño del muro en la dirección paralela a su plano 78 9.8.1. Resistencia mínima a flexión. 78 9.8.2. Resistencia a flexo-compresión. 79 10. Aplicacion 83 Conclusión 94 Recomendación 97 Bibliografía 98
Program: Ingeniería Civil
Headquarters: Medellín
Publisher: Universidad Cooperativa de Colombia, Facultad de Ingenierías, Ingeniería Civil, Medellín y Envigado
Type: Trabajos de grado - Pregrado
Citation: Muñoz Montoya, F. & Ballesteros, H. (2009). Diseño de programa para el cálculo de mamposteria estructural y espesores de losas. (Tesis no publicada). Universidad Cooperativa de Colombia. Medellín, Colombia
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