FACULTAD DE ARQUITECTURA Y URBANISMO DE LA UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES
Estructuras III
CÁTEDRA: ARQ. ALICIA CISTERNAS
APUNTE TEÓRICO
ACCIONES HORIZONTALES
AÑO 2017
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Typology: Exams
2020/2021
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FACULTAD DE ARQUITECTURA Y URBANISMO DE LA UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES
Estructuras III
CÁTEDRA: ARQ. ALICIA CISTERNAS
APUNTE TEÓRICO
ACCIONES HORIZONTALES
AÑO 2017
CONTENIDO
Introducción pag 3
Determinación de la Carga de Viento. Reglamento CIRSOC 102 (2005) pag 4
Sismología.
De "Diseño sísmico de edificios" Bazán/ Meli - Ed. Limusa – 1998.
pag 3 4
Criterios de diseño sísmico.
De "Diseño sísmico de edificios" Bazán/ Meli; Ed. Limusa – 1998.
pag 42
Criterios de diseño sísmico. Láminas UNSJ. pag 56
Determinación de acciones sísmicas – Norma CIRSOC 103. pag 66
Anexo - Tablas y Diagramas correspondientes al Reglamento Inpres – CIRSOC 103 pag 75
Verificaciones previas en edificios de gran altura. pag 86
Bibliografía pag 92
DETERMINACION DE LA CARGA DE VIENTO
Según nuevo Reglamento CIRSOC 102 (2005)
Se determinarán las cargas de viento sobre la construcción dada mediante el nuevo Reglamento Argentino de Acción del viento sobre las Construcciones ( 2005 ), según el Método Analítico establecido en el Capítulo 5.
DATOS:
DESTINO: Apart- Hotel UBICACIÓN : Ushuaia TOPOGRAFÍA: plana TERRENO: suburbano PLANTA : 3 0 x 20 m ALTURA: 45m. (14 PISOS + P.B.) + 1m de parapeto. Cubierta plana NIVEL DE FUNDACIÓN: - 3m. ALTURA DE ENTREPISO: 3m ESTRUCTURA: Losas y entrepisos rígidos en su plano Estructura mixta Edificio rígido f > 1Hz;
Se considera que dada la relación: rígido
m
m
REVESTIMIENTOS: paneles vidriados de 1,5m x 1,65 m de altura. h = 45m b = 20m a = 30m b = 20m
MÉTODO DE CÁLCULO
Las ecuaciones para la determinación de cargas de viento usando procedimientos analíticos están especificadas en el artículo 5.12 del reglamento en base al tipo y altura de la construcción. El reglamento reconoce edificios de todas las alturas rígidos y flexibles. Definiciones y conceptos importantes Componentes y revestimientos ( C&R ): elementos que no forman parte del sistema principal resistente a la fuerza de viento. Edificio abierto : el que tiene cada pared abierta al menos en un 80 %. A 0 ≥ 0,80 Ag A 0 (m^2 ): área total de aberturas en una pared que recibe presión externa positiva. Ag (m^2 ): área total de una pared. Edificio cerrado : el que no cumple con la condición anterior. Edificio de baja altura : aquellos edificios cerrados o parcialmente cerrados que cumplen con las siguientes condiciones:
- la altura media de cubierta h es menor o igual a 20m.
- la altura media de cubierta h no excede la menor dimensión horizontal. Edificio flexible : estructuras esbeltas cuya frecuencia natural es menor que 1Hz. Edificios rígidos : estructuras cuya frecuencia natural es mayor o igual a 1Hz. Factor de importancia , I : tiene en cuenta el grado de riesgo para la vida humana y daños a la propiedad. Fuerza de diseño , F : fuerza estática equivalente que se usa en la determinación de cargas de viento para edificios abiertos y otras estructuras. Presión de diseño , p : presión estática equivalente que se usa en la determinación de cargas de viento para edificios. Sistema Principal Resistente a Fuerzas de Viento , SPRFV : el conjunto de elementos estructurales destinado a brindar apoyo y estabilidad a la estructura en su totalidad. Velocidad básica de viento , V : velocidad de ráfaga par un intervalo de 3 seg., a 10 m sobre el terreno, en exposición c (según 5.6.1) y asociada con una probabilidad anual de 0,02 de ser igualada o excedida (intervalo de recurrencia de 50 años).
4 - Cálculo de las Presiones de diseño para SPRFV (p)
Las ecuaciones para determinar las presiones de diseño en edificios están dadas en el artículo 5.12 del Reglamento. Para el caso de edificios rígidos (5.12.2.1), la expresión es:
p = q x GCp – qi x (GCpi)
donde:
G:
factor de efecto de ráfaga (art. 5.8) Cp: coeficie nte de presión externa (Figura 3 o Tabla 8) GCpi: coeficiente de presión interna (Tabla 7)
4.1 - Obtención de los coeficientes
a) De acuerdo con el artículo 5.8, para estructuras rígidas el factor de efecto de ráfaga G = 0, b) Coeficientes de presión externa para paredes (Cp): Los valores de estos coeficientes se obtienen de la Figura 3 y se resumen en la siguiente tabla: Superficie Dirección del viento L/B Cp Pared a barlovento Todas Todas 0, Pared a sotavento Normal a la cara de 30 m 0,67 - 0, Paralela a la cara de 30m 1,5 - 0, Paredes laterales Todas Todas - 0, c) Coeficientes de presión externa Cp para cubierta (viento normal a la cara de 30m). Para H/L = 45/20 = 2.25 > 1 y < 10º, se especifican dos zonas: 0 a H/2 Cp = - 1,3 (**)
H/2 Cp= - 0, (**) este coeficiente se puede reducir en relación al área expuesta a la acción del viento: q art. 5.6.2. Figura 3
qi: presión
dinámica interna
q: presión
dinámica
qh qz qih qiz Para paredes a barlovento a la altura z con respecto al terreno Para paredes a sotavento, paredes laterales y cubierta a la altura h (altura media) Para evaluación de presión interna positiva a la altura z en edificios parcialmente cerrados Para paredes a barlovento, a sotavento, paredes laterales y cubierta de edificios cerrados y para la evaluación de la presión interna negativa en edificios semi-cerrados
Área expuesta = 30m x H/2 = 30m x 22,5m = 675 m^2 > 100 Factor de reducción = 0, Cp reducido (0 a H/2) = - 1,3 x 0,8 = - 1, Tabla resumen Distancia desde el borde de referencia Cp 0 a H/2 - 1.
H/2 - 0, d) Coeficientes de presión externa Cp para cubierta (viento paralelo a la cara de 30m). Para H/L = 45/30 = 1.5 > 1 0 a H/2 Cp = - 1,3 () H/2 Cp= - 0, _() este coeficiente se puede reducir en relación al área expuesta a la acción del viento:_ Área expuesta = 20m x H/2 = 20m x 22,5m = 450 m^2 > 100 Factor de reducción = 0, Cp reducido ( 0 a H/2) = - 1,3 x 0,8 = - 1, Tabla resumen (igual a la dirección normal) Distancia desde el borde de referencia Cp 0 a H/2 - 1. H/2 - 0, e) Coeficientes de presión interna GCpi Estos valores se obtienen de la Tabla 7. Para edificios cerrados: GCpi = 0,
4.2 – Cálculo de las presiones netas para el SPRFV
(dirección normal a la cara de 30 m) Retomando la ecuación:
p = q x GCp – qi x (GCpi)
Detalle de cálculo para: A) Pared a barlovento s/ 2do piso (9m) y viento normal a la cara de 30 m. p = 1766 x 0,85 x 0,80 - 2792 x (0,18) p (^) mín = 698 N/m^2 con presión interna positiva (+0,18) p (^) max = 1703 N/m^2 con presión interna negativa (-0,18) B) Cubierta entre 0 y H/2 desde el borde, viento normal a la cara de 60 m. p = 2792 x 0,85 x (-1,04) - 2792 x (0,18) p (^) max = - 2971 N/m^2 con presión interna positiva (+0,18) p (^) min = - 1966 N/m^2 con presión interna negativa (-0,18)
4.3 - Diagramas de presiones netas y totales (dirección normal a la cara de 30 m) Presi ones netas para viento normal a la cara de 30 m con presi ón i nterna posi ti va 45 m 20 m 515 N /m 2 568 N /m 2 698 N /m 2 809 N /m 2 895N /m 2 960 N /m 2 1037 N /m 2 1088 N / m 2 1136 N /m 2 1188 N / m 2 1240 N /m 2 1288 N /m 2 1330 N / m 2 1364 N / m 2 1396 N / m 2
- 1690 N / m 2 b a r l o v e n t o s o t a v e n t o Presiones netas totales (b + s) para viento normal a la cara de 30 m con presión i nterna positiva 2205 N/m 2 2258 N/m 2 2388 N/m 2 2499 N/m 2 2650 N/m 2 2727 N/m 2 2778 N/m 2 2826 N/m 2 2878 N/m 2 2930 N/m 2 2978 N/m 2 3020 N/m 2 3054 N/m 2 3086 N/m (^22585) N/m 2
4.4 - Diagramas de acciones y solicitaciones Dirección normal a la cara de 30 m (cara mayor) Ejemplo de obtención de las acciones puntuales sobre los entrepisos a partir del diagrama de presiones totales. a) para s/PB 0,2205 t/m^2 x 30m (^) x 3m + 0,2258 t/m^2 x 30m (^) x 1,5 m ≈ 30 t b) para s/6º 0,2727 t/m^2 x 30m (^) x 1,5m + 0,2778 t/m^2 x 30m (^) x 1,5 m ≈ 25 t c) para s/14º 0,3086 t/m^2 x 30m (^) x 1,5 m ≈ 14 t Obtención de las solicitaciones de Q y M para cada nivel de entrepiso:
entrepiso
di Fi Vi Mi
H - hi (m) t t tm
s/14 0 14 14 0
s/13 3 28 42 42
s/12 6 27 69 168
s/11 9 27 96 375
s/10 12 27 123 663
s/9 15 26 149 1032
s/8 18 26 175 1479
s/7 21 25 200 2004
s/6 24 25 225 2604
s/5 27 24 249 3279
s/4 30 24 273 4026
s/3 33 23 296 4845
s/2 36 22 318 5733
s/1 39 21 339 6687
s/PB 42 30 369 7704
4.5 – Cálculo de las presiones netas para el SPRFV
dirección paralela a la cara de 30 m (Cara menor) Tabla: presiones netas para el SPRFV, viento paralelo a la cara de 30m
Superficie z (m) q (N/m^2 ) Cp
Presión externa (qz x G x Cp) Presión neta (N/m^2 ) con:
+GCpi - GCpi
Pared a barlovento
Pared a sotavento Todas
(qh)
Paredes laterales Todas
(qh)
Cubierta
(qh)
(qh)
4.6 - Diagramas de presiones netas y totales (dirección paralela a la cara de 30 m) 2303 N /m^2 45 m 30 m b a r l o v e n t o s o t a v e n t o Presiones netas para vi ento paralelo a la cara de 30 m con presi ón i nterna positi va Presiones netas totales (b + s) para viento paralelo a la cara de 30 m con presi ón interna positiva 1396 N/m^2 1364 N/m^2 1330 N/m^2 1288 N/m^2 1240 N/m^2 1188 N/m^2 1136 N/m^2 1088 N/m^2 1037 N/m^2 960 N/m^2 895 N/m^2 809 N/m^2 698N/m^2 568N/m^2 515 N/m^2 -1215 N/m^2 30 m PB 1 3 2 5 4 7 6 9 8 11 10 13 12 2611 N /m^214 2579 N /m^2 2545 N /m^2 2503 N /m^2 2455 N /m^2 2403 N / m^2 2351 N/ m^2 2252 N/ m^2 2175 N /m^2 2110 N / m^2 2024 N /m^2 1913 N/ m^2 1783 N / m^2 1730 N/ m^2
Ejemplo de obtención de las acciones puntuales sobre los entrepisos a partir del diagrama de presiones totales. d) para s/PB 0,1730 t/m^2 x 20m (^) x 3m + 0,1783 t/m^2 x 20m (^) x 1,5 m ≈ 16t e) para s/7º 0,2252 t/m^2 x 20 m (^) x 1,5m + 0,2303 t/m^2 x 2 0m (^) x 1,5 m ≈ 13,5 t f) para s/14º 0,2611 t/m^2 x 20m (^) x 1,5 m ≈ 8 t
5 – Verificación al volcamiento del edificio según la dirección más desfavorable
(dirección normal al lado de 30 m).
Esquema que representa el mecanismo de vuelco del edificio (alrededor del punto A):
A
20 m 26 m 45m d viento =27 m dg=13 m Fvien to=369t G = 7200t
5.1 - Cálculo de los Fi x di y del Momento volcador (MV):
entrepiso
Fi di Mv
t m tm
s/14 14 48 672
s/13 28 45 1260
s/12 27 42 1134
s/11 27 39 1053
s/10 27 36 972
s/9 26 33 858
s/ 8 26 30 780
s/7 25 27 675
s/6 25 24 600
s/5 24 21 504
s/4 24 18 432
s/3 23 15 345
s/2 22 12 264
s/1 21 9 189
s/PB 30 6 180
NF (Fi x di) 0 9918
5.2 - Ubicación de la resultante de viento normal a la cara de 30m:
F viento x^ dviento Fix di 15 1 de donde: m t tm F F x d d viento i i viento^27 369 9918 15 ^1
5.3 - Cálculo de la Carga Estabilizante (G)
Se calcula la carga estabilizante en las condiciones más desfavorables del edificio: en este caso será la carga "g", o sea con el edificio vacío. G = g x a x b x N pisos G = 0,8 t / m^2 x 30 m x 20 m x 15 plantas G = 7200 t
5.4 - Cálculo del Momento Estabilizante
Llamamos " Me" al par equilibrante que estará materializado por la carga gravitacional del peso propio del edificio "G" y la distancia "dg" respecto del punto de giro "A", en el borde opuesto al de aplicación de la carga horizontal, de la fundación.
Me = G x (ancho/2 + 3m)
Me = 7200 t x (10m + 3m)
Me = 93600 tm
5.5 - Verificación al Vuelco
tm
tm
M M v e