Manual Sismorresistente -Safe

DISEÑO SISMORESISTENTE DE UN EDIFICIO DE 5 PISOS Manual de cálculo con Safe 2014

DISEÑO DE ZAPATAS NTE E.050

Safe 2014

ING. ALEXANDER GUARDIA SUPANTA

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PRESENTACION El presente trabajo tiene por objetivo servir al profesional y estudiante dedicados a la construcción civil y carreras afines para el correcto uso del programa Safe en su versión 2014. Se calcula la capacidad portante basado en el estudio de suelos y requisitos de cimentación establecidos en la NTE E.050 de Suelos y Cimentaciones, además se determinan los asentamientos máximos tolerables e inmediatos, asimismo contar con el módulo de balasto del suelo, dato indispensable en el programa SAFE 2014.

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PRESENTACION El presente trabajo tiene por objetivo servir al profesional y estudiante dedicados a la construcción civil y carreras afines para el correcto uso del programa Safe en su versión 2014. Se calcula la capacidad portante basado en el estudio de suelos y requisitos de cimentación establecidos en la NTE E.050 de Suelos y Cimentaciones, además se determinan los asentamientos máximos tolerables e inmediatos, asimismo contar con el módulo de balasto del suelo, dato indispensable en el programa SAFE 2014.

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INDICE 1.

DESCRIPCION DEL PROYECTO DE ETABS A SAFE ........................................................ .......... 4

2.

INGRESAMOS AL PROGRAMA SAFE 2014 .............................................. ............................. 9 2.1

DEFINICION DE LOS MATERIALES: ................ .................. ................. ................. ................. 12

2.2

CREAMOS SUS PROPIEDADES PROPIEDADE S DE LOS MATERIALES ............... .................. .................. ....... 13

2.3

CREAMOS LA PROPIEDAD PROPIEDA D DE LA ZAPATA ................. ................. .................. ................. ..... 14

2.4

CREAMOS LA PROPIEDAD PROPIEDA D DE VIGA DE CIMENTACION ................ ................. .................. .. 15

2.5

CREAMOS LA PROPIEDAD PROPIEDA D DE LAS BARRAS DE ACERO ................. ................. .................. .. 17

2.6

CREAMOS LAS PROPIEDADES PROPIEDA DES DEL SUELO: .................. ................. .................. ................. .. 18

2.7

CREAMOS LAS PROPIEDADES PROPIEDA DES LA VIGA DE CIMENTACION ................. ................. .............. 20

2.8

VER FUERZAS EN PLANTA .................. ................. ................. .................. .................. .......... 21

2.9

DIBUJAMOS LA ZAPATA..................... ZAPATA... .................. ................. ................. .................. .................. .......... 23

2.10

INGRESAMOS LAS PROPIEDADES PROPIEDA DES DEL SUELO A LA ZAPATA .................. ................. ........... 25

2.11

INGRESAMOS SUS PROPIEDADES PROPIEDAD ES A LA VIGA DE CIMENTACION ................. ................. ..... 27

2.12

ASIGNAMOS RESTRICCIONES A LA ZAPATA ................ ................. .................. ................. .. 28

2.13

CREAMOS LAS COMBINACIONES DE SERVICIO ................. ................. .................. ............. 28

2.14

CAMBIAMOS LAS CARACTERISTICAS CARACTERISTICA S DE LA NORMA ................. .................. .................. .... 30

2.15

CREAMOS ELEMENTOS FINITOS A LAS ZAPATAS ZAPATA S ................ .................. .................. .......... 31

2.16

CORREMOS EL PROGRAMA Y VERIFICAMOS LOS RESULTADOS ................. ................. ..... 32

3.

CALCULO DEL ACERO PARA ZAPATAS .................................................... ........................... 36

4.

CALCULO DEL ACERO PARA VIGA DE CIMENTACION ................................................. ........ 40

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1. DESCRIPCION DEL PROYECTO DE ETABS A SAFE Cuando modelamos la estructura en el programa Etabs, se tiene que transformar las fuerzas sísmicas en fuerzas puntuales estáticas, si no realizamos dicho procedimiento, tendremos que volver a realizar las combinaciones de carga en el programa Safe.

De esta manera se transforma las fuerzas sísmicas, producto del espectro de respuesta a fuerzas horizontales estáticas en el Etabs.

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Ingresamos al programa Etabs: Show Tables – Structure Results – Story Forces.

Dichas fuerzas producto del sismo lo exportamos al programa Excel y seleccionamos las fuerzas en X-Y: TABLE: Story Forces Story Load Case/Combo Location

P

VX

tonf

tonf

VY tonf  

TECHO

X-Y

Bottom

0

19.8641

21.7275

PISO 4

X-Y

Bottom

0

46.4087

49.3473

PISO 3

X-Y

Bottom

0

69.2677

72.464

PISO 2

X-Y

Bottom

0

85.1036

88.2166

PISO 1

X-Y

Bottom

0

92.7599

95.6379

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Ahora restamos las fuerzas Inferiores menos superiores:

TABLE: Story Forces Story Load Case/Combo Location

P

VX

VY

tonf

tonf

tonf

SX-SAFE

SX-SAFE

TECHO

X-Y

Bottom

0

19.8641

21.7275

19.86

21.73

PISO 4

X-Y

Bottom

0

46.4087

49.3473

26.54

27.62

PISO 3

X-Y

Bottom

0

69.2677

72.464

42.72

44.84

PISO 2

X-Y

Bottom

0

85.1036

88.2166

42.38

43.37

PISO 1

X-Y

Bottom

0

92.7599

95.6379

50.38

52.27

Continuamos en el programa Etabs donde crearemos las fuerzas sísmicas estáticas en LOAD PATTERNS:

Una vez creado las nomenclaturas con sus respectivos códigos de fuerzas, las ingresamos.

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Volvemos a correr el programa Etabs con las nuevas fuerzas incluidas en X-Y:

Exportamos las nuevas fuerzas del programa Etabs al SAFE:

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Seleccionamos la base de la estructura y en combinaciones, no seleccionamos nada.

Y por último guardamos en una carpeta el archivo generado.

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2. INGRESAMOS AL PROGRAMA SAFE 2014 SAFE es la última herramienta para el diseño de sistemas de piso de concreto y fundaciones. Desde la elaboración, hasta los dibujo, SAFE integra todos los aspectos del proceso de diseño de ingeniería en un entorno fácil e intuitivo. SAFE ofrece beneficios incomparables para el ingeniero con sus combinaciones, capacidades y facilidad de uso. Teniendo conceptos básicos del curso de cimentaciones procederemos a ingresar al programa, pero antes de ello describiremos los tipos de zapata:

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Zapata conectada.

Platea de cimentación.

Zapata con pilotes.

Con estos conceptos básicos y ya teniendo varias propuestas para nuestro diseño de zapatas del proyecto, ingresamos al programa y lo primero que realizaremos es Importar el archivo del Etabs.

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Teniendo importado las fuerzas, el programa automáticamente importa también los ejes del proyecto generado en el Etabs, luego realizamos el cambio de unidades:

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2.1

DEFINICION DE LOS MATERIALES:

Concreto Armado: Es el concreto que tiene acero de refuerzo distribuido en el elemento, para que pueda resistir los esfuerzos a los que se encuentre sometido. Las propiedades varían de acuerdo al tipo de concreto y acero, para este edificio se utilizó: Peso del concreto armado:

Pm = 2 400 kg/m3

Resistencia a la compresión:

f'c = 210 kg/cm2

Módulo de Poisson:

ν = 0.15 ó 0.20

Módulo de Elasticidad:

Ec = 15,000 √f'c kg/cm2 =217,371kg/cm2

 Acero de Refuerzo:  Debido a que el concreto tiene poca resistencia a la tracción, se coloca acero en el concreto para que soporte estas tracciones, además contribuye a resistir la compresión y corte. El acero que se usa son barras de acero corrugado de Grado 60. Las principales propiedades de estas barras son las siguientes: Peso del acero de refuerzo:

Pa = 7 800 kg/m3

Límite de Fluencia:

Fy = 4,200 kg/cm2

Módulo de Elasticidad:

Es = 2'000,000 kg/cm2

Adicional:

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2.2

CREAMOS SUS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

El programa Safe tiene incorporado automáticamente sus propiedades de concreto y acero, donde todo el proceso de cálculo están relacionados a estos materiales del Safe, es recomendable solo modificar esos materiales para evitar tener errores en el proyecto. Para ello ingresamos a:

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2.3

CREAMOS LA PROPIEDAD DE LA ZAPATA

Según estudios realizados, el peralte mínimo de la zapata de las estructuras debe ser >= 30cm. Creamos esas propiedades en el programa:

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2.4

CREAMOS LA PROPIEDAD DE VIGA DE CIMENTACION

El ancho de las vigas de cimentación debe tener simetría con el ancho de las columnas, por lo general, ya que el acero de la viga de cimentación se acomoda al espaciamiento que tiene la columna.

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Visualizamos el las características de sus dimensiones de las columnas.

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2.5

CREAMOS LA PROPIEDAD DE LAS BARRAS DE ACERO

Configuramos las barras de acero:

Nos vamos a:

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2.6

CREAMOS LAS PROPIEDADES DEL SUELO:

Según los estudios de suelo, obtendremos la capacidad admisible o capacidad portante del suelo según su profundidad y se obtendrá diferentes resultados. Donde interpolaremos con el estudio de suelos según BALASTO O WINKLER, que se muestra a continuación:

Si el valor del estudio de suelos no es exacto al de la tabla, interpolamos los valores.

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Asumimos valores:

Cabe recalcar que el estudio de WINKLER funciona para edificios hasta 8-10 pisos, mayores a estos pisos se tendrá que realizar los estudios de suelos para obtener el valor de BALASTO O WINKLER. Para nuestro proyecto usaremos una Capacidad Portante: Ga = 2.10 kg/cm2 W = 4.20 kg/cm3

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2.7

CREAMOS LAS PROPIEDADES LA VIGA DE CIMENTACION

De acuerdo valor que nos arrojara el estudio de WINKLER, lo multiplicaremos por el ancho de la viga de cimentación.

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2.8

VER FUERZAS EN PLANTA

Para ello nos vamos a:

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2.9

DIBUJAMOS LA ZAPATA

Con los comandos rápidos del SAFE, dibujamos las diferentes zapatas como: Zapatas Aisladas, Zapatas Combinadas, Zapata Conectada, Zapatas Irregulares.

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Se tiene que analizar y verificar si en el proyecto hay límite de propiedad y acomodar de acuerdo a ello, las zapatas que serán propuestas. Con este comando se puede mover las zapatas.

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Con el siguiente comando dibujaremos las vigas de cimentaciones:

2.10 INGRESAMOS LAS PROPIEDADES DEL SUELO A LA ZAPATA Antes de seleccionar las zapatas, si tenemos vigas de cimentación ocultamos sus propiedades, ya que las vigas tienen otras propiedades y seleccionamos las zapatas:

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2.11 INGRESAMOS SUS PROPIEDADES A LA VIGA DE CIMENTACION Seleccionamos las vigas de cimentación y asignamos las propiedades a la viga:

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2.12  ASIGNAMOS RESTRICCIONES A LA ZAPATA Para ello ocultamos la viga de cimentación y seleccionamos la zapata:

2.13 CREAMOS LAS COMBINACIONES DE SERVICIO Mediante las siguientes combinaciones, podremos verificar las presiones en el suelo de las cimentaciones: SERVICIO 1 = 1.00 CM + 1.00 CV SERVICIO 2 = 1.00 CM + 1.00 CV + 0.8 SXX SERVICIO 3 = 1.00 CM + 1.00 CV - 0.8 SXX SERVICIO 4 = 1.00 CM + 1.00 CV + 0.8 SYY SERVICIO 5 = 1.00 CM + 1.00 CV - 0.8 SYY

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Para poder verificar en el programa SAFE 2014, según la norma indica que: SERVICIO 1 < capacidad portante del suelo. SERVICIOS con SISMOS < capacidad portante + 30%

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2.14 CAMBIAMOS LAS CARACTERISTICAS DE LA NORMA Cambiamos las propiedades de los códigos de la norma de A.C.I, a la norma peruana.

Luego para el diseño de acero o chequeo, seleccionamos nuestra combinación de diseño:

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2.15 CREAMOS ELEMENTOS FINITOS A LAS ZAPATAS Para una mejor distribución de las fuerzas en la zapata y uniformizar sus presiones, colocamos al elemento losa elementos finitos: Seleccionamos las losas

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La malla de elementos finitos se observara una vez que corramos el programa.

2.16 CORREMOS EL PROGRAMA Y VERIFICAMOS LOS RESULTADOS Para el diseño de la cimentación se consideraran las cargas de gravedad y sísmicas. Según la Norma E-060, las cargas sísmicas de servicio se obtienen reduciendo al 80% las obtenidas mediante el análisis dinámico. Para la acción de cargas sísmicas, en concordancia con el Artículo 15.2.4, se considerara un incremento 30% de la capacidad portante del suelo. Se realizara el pre-dimensionamiento considerando las cargas de gravedad y sísmicas actuando simultáneamente y se realizara la verificación de las presiones del suelo mediante el programa SAFE 2014. ING. ALEXANDER GUARDIA SUPANTA

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Para poder verificar en el programa SAFE, según la norma indica que:

SERVICIO 1 < capacidad portante del suelo. SERVICIOS con SISMOS < capacidad portante + 30% Corremos el programa con el comando RUN.

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Debemos verificar que las presiones del suelo sean menores que el esfuerzo admisible o la capacidad portante del suelo.

En este caso no cumple!!...por tanto debemos aumentar sección a las zapatas. Verificamos por punzonamiento la zapata, si cumple el peralte que asumimos.

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Los valores de punzonamiento no deben ser mayores a “1”. Caso contrario debemos aumentar el peralte de la zapata “Hz”.

Cumple, las presiones son menores que la capacidad portante del suelo.

Cumple y pasa el peralte de la zapata.

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3. CALCULO DEL ACERO PARA ZAPATAS Mediante el programa SAFE verificaremos la cantidad de acero que se requiere por direcciones X-Y. Cabe recalcar que la cuantía mínima según la norma es 0.0018 bxh.

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Otro método de diseño del cálculo de acero para zapata

Acotamos las zapatas luego hallamos el lado medio de la dirección X”A”, Y”B”:

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Para ver el espaciamiento del strips seleccionamos:

Luego corremos el programa para ver los resultados:

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4. CALCULO DEL ACERO PARA VIGA DE CIMENTACION Mediante el programa SAFE verificaremos la cantidad de acero que se requiere para la viga de cimentación, en su acero longitudinal y transversal- estribos.

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A su vez apreciamos los momentos de la viga:

Fuerza cortante de la viga:

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DISEÑO DE ZAPATA AISLADA: PABELLON -A

Z-1

PROYECTO :  DISEÑO SISMORRESISTENTE PARA UN EDIFICI O DE 5

NIVELES, EN EL DISTRITO: EL TAMBO, PROVINCIA: DE HUANCAYO, DEPARTAMENTO: JUNIN.

SE DISEÑARA CON LA CUANTIA MINIMA S=

2.10

USAR : CUANTIA

T= P =

0.0018

H=

60

cm

1/2"

SELECCIONAR EL TIPO DE ACERO A USAR : Area de acero

As = p x b x d As = 0.0018 As = 21.17 n = Asf

=

Aφ

n= Espaciamiento : s = 2.10

-

17.00

-

USAR :

16.67

17

2 ( 0.075 )

X cm2

210.00

X

- 0.0127

=

0.1117

1 φ 1/2" @

0.0018 21.17

n = Asf

=

Aφ

n= s=

USAR :

16.67

2.10

-

17.00

-

56

21.17 1.27 17

0.10 m

1/2"

SELECCIONAR EL TIPO DE ACERO TRANSVERSAL : Asf = Asf =

2.10

2 ( 0.075 )

X

210.00

X

56

cm2 21.17 1.27 17 - 0.0127

=

0.112

1

17 φ 1/2" @ 0.10 m

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Distribución del acero: 17

17

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φ 1/2" @

φ 1/2" @

0.10 m

0.10 m

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ZAPATA COMBIN ADA ZC-1

PROYECTO : DISEÑO SISMORRESISTENTE PARA UN EDIFICIO DE 5 NIVELES, EN EL DISTRITO: EL TAMBO, PROVINCIA: DE HUANCAYO, DEPARTAMENTO: JUNIN.

DISEÑO EN LA BASE S=

2.10

USAR : CUANTIA

T= P =

0.0018

H=

60

As = p x b x d As = 0.0018 As = 21.17 n = Asf

=

Aφ

n= Espaciamiento : s = 2.10

-

11.00

-

USAR :

10.69

11

2 ( 0.075 )

X cm2

210.00

X

- 0.0159

=

0.18

1 φ 5/8" @

0.0018 40.32

n = Asf

=

Aφ

n= s=

USAR :

20.36

4.00

-

20.00

-

56

21.17 1.98 11

0.175 m

5/8"

SELECCIONAR EL TIPO DE ACERO TRANSVERSAL : Asf = Asf =

cm

5/8"

SELECCIONAR EL TIPO DE ACERO A USAR : Area de acero

4.00

2 ( 0.075 )

X

400.00

X

56

cm2 40.32 1.98 20 - 0.0159

=

0.19

1

20 φ 5/8" @ 0.175 m

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11 φ 5/8" @

0.175 m

20 φ 5/8" @ 0.175 m

ACERO POR TEMPERATURA

S=

2.10

USAR : CUANTIA

T= P =

0.0018

H=

60

cm

5/8"

SELECCIONAR EL TIPO DE ACERO A USAR : Area de acero

As = p x b x d As = 0.0018 As = 21.17

n = Asf Aφ n= Espaciamiento : s = 2.10 11.00 USAR :

11

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= 10.69 2 ( 0.075 )

X cm2

4.00

210.00

X

56

21.17 1.98 11 - 0.0159

=

0.18

1 φ 5/8" @

0.175 m

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