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UNIVERSIDAD CATLICA DESANTA MARA
FACULTAD DE ARQUITECTURA E INGENIERACIVIL Y DEL AMBIENTE
PROGRAMA PROFESIONAL DE INGENIERA CIVIL
TESIS:COMPARACIN DEL COMPORTAMIENTO SSMICO
LINEAL Y NO-LINEAL, EN EL ANLISIS Y DISEOESTRUCTURAL DE UN
EDIFICIO ALTO, CON
DISIPADORES DE ENERGA E INTERACCIN SUELO-ESTRUCTURA.
Presentado por:
Bachiller en Ingeniera CivilGustavo Vladimir, Condori Uchiri
Para optar el Titulo Profesional de:
INGENIERO CIVIL
Arequipa-Per2014
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iPOEMA INVICTUSHOMENAJE A NELSON MNDELA
En la noche que me envuelve,negra, como un pozo insondable,
doy gracias al Dios que fuerepor mi alma inconquistable.
En las garras de las circunstanciasno he gemido, ni llorado.
Ante las pualadas del azar,si bien he sangrado, jams me he
postrado.
Ms all de este lugar de ira y llantosacecha la oscuridad con su
horror.
No obstante, la amenaza de los aos me halla,y me hallar, sin
temor.
Ya no importa cuan recto haya sido el camino,ni cuantos castigos
lleve a la espalda:
Soy el amo de mi destino, soy el capitn de mi alma.
-
ii
DEDICATORIA
Tuve la suerte de criarme con unos padres Zenn y
Mara que siempre creyeron en m, constantemente,
me apoyaron y me hicieron sentir que poda conseguir
todo lo que me propusiera en la vida, a mis hermanos
Paul, Cesar, David, Patricia y Dianita, por su
paciencia y su don de gente. A ellos les dedico esta
Tesis.
Gustavo Vladimir Condori Uchiri.
-
iii
AGRADECIMIENTOS
Doy gracias a Dios, por su presencia a travs de sus extensiones
divinas como
son el: Ing. Genner Villareal Castro (Per), Ing. ngel San
Bartolom (Per),
Ing. Jorge Elas Alva Hurtado (Per), Ing. Mario Ramrez Centeno
(Mxico),
Ing. Marcelo Romo Proao (Ecuador), Ing. Carlos Ricardo Llopiz
(Argentina),
Ing. Orlando Giraldo Bolivar (Colombia), Ing. Roberto Aguiar
Falcon (Ecuador)
y Ing. Rubn Boroschek (Chile), los cuales comparten
desinteresada y
noblemente su material acadmico por internet, pues como Dios
ofrecen su
todo sin nada a cambio, Dios est entre nosotros, slo es cuestin
de
escuchar y ver. Los valores cambian con el tiempo, pero los
principios son
como Dios, perduran en l; gracias maestros de principios.
A mis jurados: Ing. Oscar Chvez, Ing. Milagros Guillen, Ing.
Jorge Rosas, Ing.
Olger Febres, por sus sugerencias y amable atencin.
A mis amigos: Ing. Granvil Prez, Ing. Joseph Huamn, Ing. Ronald
Garca,
Ing. Moiss Herrera, Ing. Cesar Quispe, Ing. Nick Condori, Ing.
Mario Callata,
Ing. Giancarlo Segura (LIVIT), Ing. Hctor Benavente, Ing. Marko
Cancino
(COINSA), Ing. Daniel Chaparro (GyM), Ing. Francisco Vidal
(BISA), Ing. Jose
Dueas (SICGSAC), Ing. Aldo Gmez, Ing. Delio Aguilar y dems
amigos, que
con sus palabras sinceras de buena voluntad, fortalecieron mi
labor en la
elaboracin de la presente Tesis.
-
iv
RESUMEN
El objetivo de este proyecto de tesis acadmico es analizar,
evaluar y comparar
la aplicabilidad de los mtodos simplificados de anlisis ssmicos,
propuestos
por la norma peruana de diseo de edificios. Se desea conocer las
derivas de
entrepiso o distorsiones de cada modelo ssmico y modelos por
accin de
viento, tambin se desea saber si estas metodologas son prcticas
de aplicar
para predecir el comportamiento global de la estructura con
disipadores de
energa sometidos a sismos peruanos y comprobar si las
estimaciones que
entrega, son lo suficientemente precisas cuando se analiza una
estructura real.
Se eligi como estructura un edificio alto de concreto armado de
23 niveles, se
construy un modelo en ETABS de la estructura sismo-resistente y
de los
sistemas disipadores, representando la distribucin espacial de
las propiedades
de masa, rigidez y amortiguamiento, la estructura se model con
el anlisis
ssmico modal tiempo historia lineal, para luego analizar el
comportamiento
no lineal con los disipadores fluido-viscosos (dmper).
-
vCOMPARACIN DEL COMPORTAMIENTO SSMICO LINEAL Y NO-LINEAL, EN EL
ANLISIS Y DISEO ESTRUCTURAL DE UN EDIFICIO
ALTO, CON DISIPADORES DE ENERGA E INTERACCIN
SUELO-ESTRUCTURA.
NDICE
DEDICATORIA iiAGRADECIMIENTOS iiiRESUMEN iv
CAPITULO IGENERALIDADES DEL PROYECTO
1.1 Descripcin del Proyecto. 11.2 Objetivo del proyecto. 21.2.1
Identificacin del problema. 21.2.2 Objetivo Principal. 21.2.3
Objetivos Especficos. 21.3 Justificacin. 31.4 Hiptesis. 31.5
Limitaciones. 31.6 Normas y Reglamentos. 31.7 Estructuracin. 41.8
Especificaciones y materiales empleados. 61.9 Cargas unitarias
(Segn Norma E-030). 6
CAPITULO IICONFIGURACION ESTRUCTURAL DEL EDIFICIO
2.1 Flujograma para el anlisis y diseo estructural. 72.2
Criterios de modelacin estructural. 7
a. Brazo rgido. 8b. Diafragma rgido. 8c. Clculo del centro de
masa. 8d. Centro de rigidez. 9e. Excentricidad accidental. 10f.
Peso ssmico. 10g. Transferencia de cargas en una estructura. 11h.
Verificacin de irregularidades de la edificacin. 12
2.3 Pre-dimensionamiento. 13
a. Losa maciza. 13b. Vigas. 13c. Columnas. 13
-
vi
d. Zapatas. 15e. Losa de cimentacin. 15
2.4 Modelo estructural 3D. 16
2.5 Metrado de cargas ssmicas. 17
a. Metrado manual, 17b. Metrado Etabs. 18
CAPITULO IIIANLISIS SSMICO
3.1Anlisis Ssmico Esttico con base empotrada. 20a. Periodo
Fundamental. 20b. Verificacin de irregularidad de la estructura.
20c. Fuerza cortante en la base. 21d. Distribucin de la fuerza
ssmica en altura. 21e. Excentricidad Accidental. 23f.
Desplazamientos laterales y control de derivas (ETABS). 23g.
Anlisis de resultados (anlisis ssmico esttico). 26
3.2Anlisis Modal. 26
a. Masas. 27b. Modelo para el anlisis. 28c. Anlisis de
resultados (modos de vibracin). 29
3.3 Anlisis Ssmico Esttico con Interaccin Suelo-Estructura
(balasto) 29
a. Coeficiente de balasto vertical. 29b. Desplazamientos
laterales y control de derivas. 32c. Anlisis de resultados (anlisis
esttico con balasto). 32
3.4 Anlisis Ssmico Dinmico Modal-Espectral con base empotrada
33
a. Espectro de respuesta (amortiguacin =5%). 33 b.
Desplazamientos laterales y control de derivas (ETABS). 36c.
Anlisis de resultados. 37
3.5 Anlisis Ssmico Dinmico Modal-Espectral con Interaccin
Suelo-Estructura (modelo Barkan-Savinov). 37
a. Coeficientes de rigidez. 40b. Desplazamientos laterales y
control de derivas (ETABS). 42c. Anlisis de resultados. 42
3.6 Anlisis Ssmico Dinmico modal espectral con interaccin
suelo-estructura (modelo norma rusa). 42
-
vii
a. Coeficientes de rigidez. 44b. Desplazamientos laterales y
control de derivas (ETABS). 46c. Anlisis de resultados. 47
3.7 Anlisis Ssmico Dinmico Tiempo-Historia (lineal) con
InteraccinSuelo-Estructura (Modelo Norma Rusa). 47
a. Registro de sismo real. 49b. Desplazamientos laterales y
control de derivas (ETABS). 50c. Anlisis de resultados. 51
3.8Anlisis Ssmico Dinmico no-lineal Tiempo-Historia con
InteraccinSuelo-Estructura (Norma Rusa) y Disipadores Ssmicos
(Dmper). 52
a. Sistemas de proteccin ssmica. 52b. Objetivos de desempeo.
53c. Objetivos de diseo. 55d. Distribucin de los amortiguadores.
58e. Parmetros del sistema de amortiguamiento. 58f. Desplazamientos
laterales y control de derivas (ETABS). 62g. Anlisis de resultados.
63
CAPITULO IV:ANALISIS POR VIENTO
4.1Anlisis Esttico y Dinmico por Viento (Norma Mexicana 2008)
conInteraccin Suelo-Estructura (Norma Rusa). 67
a. Accin del viento en edificios altos. 67b. Descripcin del
edificio. 68c. Tipo de exposicin y clasificacin del edificio. 68d.
Velocidad de diseo. 68e. Presin de diseo. 71f. Factor de rfaga
(anlisis dinmico). 71g. Presin dinmica. 73h. Fuerzas laterales.
73
4.2Anlisis Dinmico por Viento (Norma Peruana) con Interaccin
Suelo-Estructura (Norma Rusa). 76
a. Clasificacin de la edificacin. 76b. Velocidad de diseo. 76c.
Carga exterior dinmica del viento. 76d. Fuerzas laterales. 76
4.3Anlisis Dinmico por Viento (Norma ASCE7-10 Chapter 26, 27)
conInteraccin Suelo-Estructura (Norma Rusa). 78
a. Descripcin del edificio. 78b. Categora de ocupacin. 78
-
viii
c. Categora de exposicin. 78d. Velocidad de viento bsica
regional V. 79e. Presin ocasionada por la velocidad del viento qz.
79f. Factor de rfaga G. 82g. Presin de diseo P. 83h. Fuerzas
laterales. 84i. Anlisis de resultados de distribucin de fuerzas en
los tres modelos
anteriores. 86
4.4Anlisis Dinmico por Viento (Norma ASCE7-05) con Interaccin
Suelo-Estructura (Norma Rusa), en ETABS Utilizando la Velocidad
Regional de(V=85km/H) en Arequipa. 87
a. Modelo en ETABS. 87b. Derivas de entrepiso o distorsin de
entrepiso. 89
4.5Anlisis Dinmico por Viento (Norma ASCE7-05) con Interaccin
Suelo-Estructura (Norma Rusa), en ETABS Utilizando la Velocidad
Regional de(V=130km/H) En Arequipa. 90
a. Modelo en ETABS. 90b. Derivas de entrepiso o distorsin de
entrepiso. 91c. Anlisis de resultados. 91
CAPITULO V:ANALISIS DE RESULTADOS
5.1Comparacin de Desplazamientos. 92
a. Desplazamiento Debido al Sismo en +X y Viento. 92b.
Desplazamiento Debido al Sismo en +Y y Viento. 93
CAPITULO VI:DISEO EN CONCRETO ARMADO
6.1 Diseo de losa maciza. 94
a. Caractersticas y propiedades. 94b. Anlisis estructural. 95c.
Diseo por flexin. 96d. Diseo por corte. 98e. Armado de losa maciza.
99
6.2 Diseo de vigas. 100
a. Anlisis estructural. 100b. Diseo por flexin. 101c. Diseo por
corte. 102d. Longitud de desarrollo o anclaje. 103
-
ix
6.3 Diseo de columna. 107
a. Anlisis estructural. 107b. Diseo con cuanta propuesta de
3.35%. 107c. Efectos de esbeltez. 107d. Diseo por flexo compresin
uniaxial (con CSI -COL). 108e. Diseo por corte. 113f. Diseo final.
115
6.4 Diseo de cimentaciones. 116
6.4.1 Diseo de zapata aislada. 116
a. Caractersticas y propiedades. 116b. Anlisis estructural
cargas de servicio. 116c. Amplificacin o mayoracin de cargas. 116d.
Determinar el valor de la presin neta del suelo qn. 116e. Estimar
el tamao o la dimensin de la superficie de contacto de la
zapata con el suelo de soporte. 117f. Chequeo de las
excentricidades. 118g. Chequeo de la presin de contacto, para
modificar el rea de
contacto. 119h. Calculo estructural de la zapata (presiones en
3d). 119i. Chequeo a cortante del peralte efectivo por flexin
(accin viga).120j. Chequeo a cortante del peralte efectivo por
punzonamiento (accin
losa). 122k. Diseo para la transmisin de la fuerza en la base de
la columna.
124l. Diseo a flexin del refuerzo de la zapata. 124m.
Verificacin de adherencia, controlando la longitud de
desarrollo
para barras corrugadas. 127
6.4.2 Diseo de platea de cimentacin en concreto armado con CSI
SAFE
a. Caractersticas y propiedades. 129b. Caractersticas del
terreno. 129c. Modulo de balasto. 131d. Modelamiento en CSI SAFE,
importando platea de CSI ETABS. 141e. Chequeo de presin del suelo
(comparar con la capacidad portante
neta del suelo). 144f. Chequeo por punzamiento. 144g. Diseo en
concreto armado. 145h. Detalle de armado de platea de cimentacin.
148
CONCLUSIONES. 149RECOMENDACIONES. 149BIBLIOGRAFIA. 150
-
xANEXOS. 141- Planos de Arquitectura.
NDICE DE FIGURAS
Pg.
Figura N 01: Edificio
alto..............................................................................
01Figura N 02: Ubicacin del edificio
alto........................................................
01Figura N 03: Vista en planta del
stano.......................................................
04Figura N 04: Vista en planta del primer
piso................................................ 04Figura N 05:
Vista en planta del quinto piso (tpico).
................................... 05Figura N 06: Vista del corte
en elevacin (edificio alto) ...............................
05Figura N 07: Flujograma para el anlisis
estructural.................................... 07Figura N 08:
Brazo
rgido.............................................................................
07Figura N 09: Diafragma rgido
.....................................................................
08Figura N 10: Centro de masa
......................................................................
08Figura N 11: Centro de
rigidez.....................................................................
09Figura N 12: Torsin.
...................................................................................
09Figura N 13: Excentricidad accidental
......................................................... 10Figura
N 14: Peso
ssmico...........................................................................
10Figura N 15: Cargas muertas y
vivas...........................................................
11Figura N 16: Transferencia de cargas en una
estructura............................. 11Figura N 17: Verificacin
de irregularidades en la edificacin ..................... 12Figura
N 18: Irregularidad en altura
.............................................................
12Figura N 19: Predimensionamiento de elementos estructurales
................. 13Figura N 20: Modelo estructural 3D en ETABS
........................................... 16Figura N 21:
Distribucin de la fuerza ssmica esttica en altura. ...............
22Figura N 22: Vista 3D. Aplicacin de la carga ssmica en con
una
excentricidad del
5%...............................................................
23Figura N 23: Menu define Static load cases de
ETABS............................ 24Figura N 24: Casos de carga
esttica (Define static load case names)....... 24Figura N 25:
Coeficiente de corte basal (User
coefficient)........................... 24Figura N 26:
Desplazamientos laterales de entrepiso para anlisis
ssmico esttico empotrado en la
base................................... 25Figura N 27: Anlisis
modal (Modos de vibracin).......................................
26Figura N 27.1: Esquema de Anlisis modal, edificio alto. Asignacin
de
masas por nivel
.......................................................................
27Figura N 28: Curva esfuerzo-deformacin, coeficiente de balasto
.............. 29Figura N 29: Ensayo de placa de
carga.......................................................
30Figura N 30: Desplazamientos laterales de entrepisos para
anlisis
ssmico esttico con balasto vertical
....................................... 32Figura N 31: Esquema
conceptual del anlisis dinmico modal
espectral
.................................................................................
33Figura N 32: Espectro de
pseudo-aceleraciones.........................................
34Figura N 33: Definicin de la funcin sismo C en ETABS
(espectro
de pseudo-aceleraciones o espectro de respuesta.................
35Figura N 33.1: Asignacin de funcin sismo C segn el caso de
aplicacin en X o
Y.............................................................
35Figura N 34: Vista 3D del Anlisis ssmico dinmico
modal-espectral
con base empotrada.
..............................................................
36
-
xi
Figura N 35: Modelo zapata aislada con interaccin suelo
estructura(D.D.Barkan O.A. Savinov)
.................................................. 39
Figura N 36: Modelo platea de cimentacin interaccin
sueloestructura (D.D.Barkan O.A. Savinov)
................................. 39
Figura N 37: Asignacin de los coeficientes de rigideces
equivalentes(D.D.Barkan O.A. Savinov) en cinco grados de
libertaddel cimiento
(ETABS)..............................................................
41
Figura N 37.1: Visualizacin en ETABS de los resortes en
lacimentacin.............................................................................
41
Figura N 38: Modelo zapata aislada con interaccin suelo
estructura(norma rusa)
...........................................................................
43
Figura N 39: Visualizacin en 3D del Anlisis ssmico dinmico
modalespectral con interaccin suelo estructura modelo normarusa.
........................................................................................
45
Figura N 40: Asignacin de rigideces equivalentes en ETABS, en
losseis grados de libertad de la cimentacin
............................... 45
Figura N 41: Visualizacin de los resortes en
ETABS................................. 46Figura N 41.1:
Visualizacin de los desplazamientos o distorsiones de
entrepiso por anlisis ssmico modal espectral coninteraccin suelo
estructura modelo norma rusa .................... 47
Figura N 42: Esquema conceptual del anlisis ssmico dinmicomodal
tiempo-historia..............................................................
47
Figura N 42.1: Sismgrafo o sismmetro.
...................................................... 48Figura N
42.2:
Sismograma............................................................................
48Figura N 42.3: Las ondas ssmicas
................................................................
48Figura N 43: Vista 3D de la asignacin del sismo de lima 1974
.................. 49Figura N 43.1: Definicin de la funcin sismo
LIMA 1974 en ETABS
(Sismograma)
.........................................................................
50Figura N 43.2: Asignacin de la funcin sismo LIMA 1974
.......................... 50Figura N 43.3: Desplazamientos
laterales y control de derivas con
ETABS
....................................................................................
51Figura N 44: Sistemas innovadores para el control de la
respuesta
ssmica....................................................................................
52Figura N 45: Sistemas de disipacin de energa
......................................... 52Figura N 46:
Componentes de un disipador fluido -
viscoso........................ 52Figura N 47: Disipador en
disposicin CHEVRON (FEMA 274) .................. 53Figura N 48:
Distribucin de amortiguadores.
............................................. 58Figura N 49:
Definicin de propiedades del amortiguador fluido-
viscoso (Dmper) en ETABS.
................................................. 62Figura N 49.1:
Asignacin de propiedades del amortiguador fluido-
viscoso (Dmper) en ETABS a lnea nula de apoyo. ..............
63Figura N 50: Tormenta de viento en la ciudad de
Panam.......................... 67Figura N 51: Presin de vientos en
edificios altos ....................................... 67Figura N
52: Mapa de Isotacas del Per.
.................................................... 70Figura N 53:
Presiones de viento en el entrepiso del edificio alto
............... 74Figura N 54: Categoras de exposicin de
estructuras a viento (ASCE
7-10)........................................................................................
78Figura N 55: Velocidad de viento regional en Arequipa, a 10m
sobre
el
suelo....................................................................................
79Figura N 56: Factor por topografa del terreno
............................................ 80
-
xii
Figura N 57: Comparacin de modelos (ASCE7-10, NTC2008 yRNE2009)
...............................................................................
86
Figura N 58: Definicin de casos de carga de viento (ETABS,
ASCE7-05)...........................................................................................
87
Figura N 59: Viento en X (ETABS, ASCE7-05).
.......................................... 88Figura N 60: Viento en
Y (ETABS, ASCE7-05) ...........................................
88Figura N 61: Derivas de entrepiso (ASCE7-05).
.......................................... 89Figura N 62: Viento en
X (V=130km/h, ASCE7-05) .....................................
90Figura N 63: Viento en Y (V=130km/h, ASCE7-05)
..................................... 91Figura N 64:
Desplazamientos debido al sismo en +X y viento.................
92Figura N 65: Desplazamientos debido al sismo en +Y y
viento................. 93Figura N 66: Planta stano 03
.....................................................................
94Figura N 67: Dimensiones de losa a disear
.............................................. 94Figura N 68:
Diagrama de momentos de losa.
............................................ 96Figura N 69: Diseo
por corte de losa
maciza............................................. 98Figura N 70:
Armado de losa
maciza...........................................................
99Figura N 71: Seccin de
viga.....................................................................
100Figura N 72: Diagrama de envolvente de momentos de viga
.................... 101Figura N 73: rea tributarias a viga, eje 6,
stano 03)............................... 102Figura N 74: Carga
ultima que llega a viga eje 6 stano 03) .....................
102Figura N 75: Reacciones en los apoyos, viga eje 6 stano 03.
................. 103Figura N 76: Sismo por la derecha e izquierda
para corte......................... 104Figura N 77: Envolvente de
cortantes........................................................
104Figura N 78: Cortante ltima de diseo
..................................................... 105Figura N
79: Detalle de estribo
..................................................................
105Figura N 80: Armado de viga, acero longitudinal y
estribos....................... 105Figura N 81: Longitud de
desarrollo o anclaje ...........................................
106Figura N 82: Ubicacin de columna a disear, Eje 6-L, Nivel
-11.70m...... 107Figura N 83: Quick de diseo de columnas de
CSI-COL........................... 108Figura N 84: Seccin y acero
de columna final CSI-COL. ......................... 111Figura N 85:
Diagramas de interaccin
..................................................... 113Figura N
86: Armado de columna, Eje 6-L, Nivel -11.70m
........................ 115Figura N 87: Cargas de servicio que
llega a la zapata .............................. 116Figura N 88:
Presin neta del
suelo...........................................................
117Figura N 89: Pre-dimensionamiento de zapata
......................................... 117Figura N 90: Seccin de
zapata propuesta................................................
118Figura N 91: Chequeo de excentricidades en X
........................................ 118Figura N 92: Chequeo de
excentricidades en Y ........................................
119Figura N 93: Presiones en 3D
...................................................................
120Figura N 94: Chequeo a cortante, accin viga 3D
..................................... 120Figura N 95: Fuerza
cortante que acta sobre la seccin crtica ............... 121Figura
N 96: Chequeo a cortante, accin losa 3D
..................................... 122Figura N 97: Fuerza
cortante que acta sobre la seccin crtica ............... 122Figura
N 98: Transmisin de fuerzas en la base de la
zapata................... 124Figura N 99: Diseo a flexin del
refuerzo de la zapata ............................ 125Figura N 100:
Armado de
zapata.................................................................
126Figura N 101: Longitud de desarrollo en traccin sin
gancho...................... 127Figura N 102: Longitud de
desarrollo en traccin con gancho..................... 127Figura N
103: Espectro de Pseudo-aceleraciones
...................................... 130Figura N 104: Importacin
de ETABS a SAFE ............................................
141
-
xiii
Figura N 105: Elementos importados
..........................................................
141Figura N 106: Visualizacin en 3D importados de ETABS
......................... 141Figura N 107: Asignacin de propiedades
a zapata .................................... 142Figura N 108:
Asignacin de mdulo de balasto
......................................... 142Figura N 109: Franjas
de diseo de 1m de platea de cimentacin.............. 143Figura N
110: Combinaciones para diseo en concreto armado.................
143Figura N 111: Chequeo de presin del suelo
.............................................. 144Figura N 112:
Chequeo por
punzonamiento................................................
144Figura N 113: Diseo en concreto armado
.................................................. 145Figura N 114:
Vista en planta de los momentos
flectores............................ 145Figura N 115: Diagrama de
momentos en X en 3D................................... 146Figura N
116: Diagrama de momentos en Y en 3D).
................................ 147Figura N 117: Detalle de armado
de platea de cimentacin ........................ 148
-
xiv
NDICE DE TABLAS
Pg.
Tabla N 01: Categora de edificacin
......................................................... 10Tabla N
02: Predimensionamiento de columnas
........................................ 14Tabla N 03:
Predimensionamiento de
zapatas........................................... 15Tabla N 04:
Predimensionamiento de platea o losa de cimentacin ..........
16Tabla N 05: Metrado de cargas manual
..................................................... 17Tabla N 06:
Resumen de metrados de carga manual
................................ 19Tabla N 07: Metrado de cargas
con ETABS............................................... 19Tabla N
08: Verificacin de irregularidad de la estructura
.......................... 20Tabla N 09: Distribucin de la fuerza
ssmica en altura.............................. 22Tabla N 10:
Desplazamiento lateral o de entrepiso (anlisis esttico
empotrado)..............................................................................
25Tabla N 11: Numero mnimo de modos segn el nmero de
pisos............ 26Tabla N 12: Masas para anlisis
modal...................................................... 28Tabla
N 13: Modos de vibracin
(ETABS).................................................. 28Tabla N
13.1: Modulo de balasto UPC (Nelson
Morrison)............................. 30Tabla N 14: Rigideces para
anlisis smico esttico con balasto
vertical.....................................................................................
31Tabla N 15: Desplazamientos laterales y control de derivas
...................... 32Tabla N 16: Espectro de respuesta
(amortiguacin 5%) ............................ 34Tabla N 17:
Desplazamientos laterales de entrepiso
................................. 36Tabla N 18: Coeficiente C0 a
travs del tipo de suelo de fundacin ........... 38Tabla N 19:
Coeficientes de rigidez, para anlisis ssmico dinmico
modal-espectral con interaccin suelo estructura
modeloBarkan-Savinov.......................................................................
40
Tabla N 20: Desplazamientos laterales, para anlisis
ssmicodinmico modal-espectral con interaccin sueloestructura modelo
Barkan-Savinov ......................................... 42
Tabla N 21: Tipos de fundacin para interaccin suelo
estructuranorma
rusa..............................................................................
43
Tabla N 22: Rigideces para anlisis ssmico dinmico
modal-espectral con interaccin suelo estructura modelo
normarusa.........................................................................................
44
Tabla N 23: Desplazamientos laterales, para anlisis
ssmicodinmico modal-espectral con interaccin sueloestructura modelo
norma rusa ................................................ 46
Tabla N 24: Registro de sismo de Lima
1974............................................. 49Tabla N 25:
Desplazamientos laterales, para anlisis ssmico
dinmico modal tiempo-historia (lineal) con interaccinsuelo
estructura modelo norma rusa.......................................
51
Tabla N 26: Niveles de amenaza ssmica segn la propuesta delSEAOC
...................................................................................
53
Tabla N 27: Niveles de desempeo segn la propuesta del
SEAOC......... 54Tabla N 27.1: Matriz de
desempeo..............................................................
55Tabla N 28: Descripcin de tipos estructurales HAZUS
............................. 55
-
xv
Tabla N 29: Valores de deriva y dao sugerido por HAZUS
paraedificios de concreto
...............................................................
56
Tabla N 30: Amortiguamiento efectivo y viscoso requerido en
ladireccin X y Y
..................................................................
57
Tabla N 31: Propiedades del brazo del amortiguador
................................ 58Tabla N 32: Valores del parmetro
lambda a partir del coeficiente de
velocidad alfa
..........................................................................
59Tabla N 33: Clculo del coeficiente de amortiguamiento C para
amortiguadores fluido-viscosos no lineales en
X.................. 60Tabla N 34: Clculo del coeficiente de
amortiguamiento C para
amortiguadores fluido-viscosos no lineales en
Y.................. 61Tabla N 35: Desplazamientos laterales de
entrepiso, para el anlisis
smico dinmico no lineal tiempo historia con interaccinsuelo
estructura (norma rusa)
................................................. 63
Tabla N 36: Norma mexicana, formas topogrficas locales
yrugosidad del terreno para el factor topogrfico de viento ......
65
Tabla N 37: Norma mexicana, factor de altura de gradiente
yexponente de variacin de velocidad de viento
...................... 66
Tabla N 38: Temperatura promedio para Arequipa (SENAMHI)
................ 66Tabla N 39: Norma mexicana, coeficientes Cp para
construcciones
cerradas.................................................................................
68Tabla N 40: Norma mexicana, baco para obtencin de factor de
excitacin de fondo B
........................................................... 69Tabla
N 41: Norma mexicana, parmetro R, a y n segn la condicin
de exposicin
..........................................................................
69Tabla N 42: Norma mexicana, mtodo esttico por viento
......................... 71Tabla N 43: Anlisis dinmico por viento
(norma mexicana) con
interaccin suelo estructura (norma
rusa)............................... 72Tabla N 44: Norma peruana,
factores de forma C ................................... 73Tabla N
45: Anlisis dinmico por viento (norma peruana) con
interaccin suelo estructura (norma
rusa)............................... 74Tabla N 46: Norma asce7-10,
categoras de ocupacin............................. 75Tabla N 47:
Norma asce7-10, categoras de exposicin ............................
75Tabla N 48: Norma asce7-10, constantes de exposicin de terreno
.......... 77Tabla N 49: Norma asce7-10, parmetros para la
aceleracin sobre
colinas, cerros y acantilados
................................................... 78Tabla N 50:
Norma asce7-10, factor de direccin de viento.......................
78Tabla N 51: Norma asce7-10, constantes de exposicin de terreno
.......... 79Tabla N 52: Norma asce7-10, coeficientes de presin
externa Cp ............ 80Tabla N 53: Norma asce7-10, coeficientes
de presin interna para
edificios
GCpi..........................................................................
80Tabla N 54: Anlisis dinmico por viento (norma ASCE7-10
chapter
26,27) con interaccin suelo estructura (Norma Rusa)...........
82Tabla N 55: Anlisis de resultados de la distribucin de fuerzas
en
los tres modelos anteriores
..................................................... 83Tabla N 56:
Derivas de entrepiso (usando ETABS), ASCE7-05 (V=85
Km/h, Arequipa)
......................................................................
86Tabla N 57: Derivas de entrepiso (usando ETABS), ASCE7-05
(V=130 Km/h, Sur de
Per)..................................................... 88Tabla N
58: Desplazamientos debido al sismo en +X y viento.................
89
-
xvi
Tabla N 59: Desplazamientos debido al sismo en +Y y
viento................. 90Tabla N 60: Ratio de modulo de corte
efectivo......................................... 123
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INGENIERA CIVIL - UCSM 1
COMPARACIN DEL COMPORTAMIENTO SSMICO LINEAL Y NO-LINEAL, EN EL
ANLISIS Y DISEO ESTRUCTURAL DE UN EDIFICIO ALTO, CONDISIPADORES DE
ENERGA E INTERACCIN SUELO-ESTRUCTURA. ELABORADO POR GUSTAVO CONDORI
UCHIRI
CAPITULO IGENERALIDADES DEL PROYECTO
1.1 DESCRIPCIN DEL PROYECTO.
La presente tesis corresponde a una investigacin aplicada y
exploratoriade laboratorio la cual abordar el anlisis ssmico de la
estructura desdeuna perspectiva acadmica, se enfocar en la Torre 01
el cual cuenta con23 niveles (20 niveles superiores, 03 stanos), se
experimenta 05 cambiosde forma de la planta a medida que se
incrementa la altura del edificio.
Estudios recientes (2008-2009) de diseo comparativo muestran que
losedificios de acero an siguen siendo ms caros que los de
concretoarmado. Por otro lado, en el pas an no se cuenta con la
prctica fluidade construcciones en acero como para garantizar
plazos y calidad de laconstruccin a costos razonables.Por las
razones indicadas la estructura del edificio se plantea en
ConcretoArmado, con una resistencia caracterstica que se puede
garantizar.
Datos Del ProyectoUbicacin
Departamento: Arequipa.Provincia: Arequipa.Distrito: Cerro
Colorado.Avenida: Metropolitana s/n.
Figura N 01:Edificio alto
Figura N 02: Ubicacin del edificio alto
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INGENIERA CIVIL - UCSM 2
COMPARACIN DEL COMPORTAMIENTO SSMICO LINEAL Y NO-LINEAL, EN EL
ANLISIS Y DISEO ESTRUCTURAL DE UN EDIFICIO ALTO, CONDISIPADORES DE
ENERGA E INTERACCIN SUELO-ESTRUCTURA. ELABORADO POR GUSTAVO CONDORI
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El Proyecto Comprende:
Stanos, Consta de dos niveles subterrneos para estacionamiento
dehasta 600 vehculos.
Planta Baja, Comercio, restaurantes, casino, cafs, supermercado,
oficinade administracin.
Primer Nivel, Entidades financieras y de seguros, tiendas
vitrina, hotel 5*,comercio, tiendas caf.
Segundo Nivel, Comercio, centro de estudios de postgrado,
consultoriosmdicos.
Tercer Nivel, Oficinas premiun con terraza, empresariales,
profesionales,consultorios mdicos, restaurante.
Cuarto Nivel, Oficinas empresariales y corporativas,
consultorios mdicos. Quinto Nivel, Oficinas premiun con terraza,
empresariales, consultorios
mdicos, club empresarial, gimnasio, spa, amplias terrazas. Sexto
al Dcimo Noveno Nivel, Oficinas empresariales y corporativas,
hotel
5*. Torre 1 - 20 niveles, Bancos, financieras y seguros,
restaurante, club
empresarial, centro de postgrado, comercio, tiendas vitrina,
casino,restaurant, agencias financieras. Del tercero al veinteavo
oficinasprofesionales, empresariales y corporativas de 40 a 530
metros cuadrados.
1.2 OBJETIVO DEL PROYECTO.
1.2.1 IDENTIFICACIN DEL PROBLEMAEl crecimiento descontrolado y
acelerado del sector construccin(ambientes de uso humano), a
obligado a ver a las edificaciones en alturapor la escasez de
espacio y es en tal causa que se plantea edificios altoscomo
solucin a diferentes necesidades (vivienda, oficinas,
comercio,hotel y estacionamiento. etc). Y es en esta necesidad que
si bien seplantea edificios altos estos deben de ser lo
suficientemente segurosfrente a eventos ssmicos importantes, y es
necesario aplicar losconocimientos y tecnologa antissmica adecuada
para que cumpla tal fin,tarea que el tcnico en estructuras a travs
de sus clculos y anlisistendr que garantizar. Y es este trabajo de
investigacin el cual nospermitir identificar el modelo ssmico mas
adecuado que nos de elcomportamiento estructural mas aproximado a
la realidad.
1.2.2 OBJETIVO PRINCIPAL.
El presente trabajo tiene por objeto el anlisis ssmico
estructural de unedificio alto, utilizando las diferentes
metodologas, para su posteriorcomparacin y eleccin del modelo mas
adecuado.
1.2.3 OBJETIVOS ESPECFICOS.
Identificar las derivas de entrepiso o distorsiones de cada
modelo. Determinar el modelo ssmico estructural ms adecuado de
siete
modelos, y el uso de amortiguadores en la disipacin de energa.
Determinar el modelo de anlisis por viento y la norma que exija ms
a
la estructura (cuatro normas a evaluar).
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INGENIERA CIVIL - UCSM 3
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ENERGA E INTERACCIN SUELO-ESTRUCTURA. ELABORADO POR GUSTAVO CONDORI
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1.3 JUSTIFICACIN.
Contribuir con el uso de metodologas para el modelamiento ssmico
deestructuras, tcnicamente aceptable y acorde con la importancia de
lamisma, promoviendo una mejor respuesta antissmica de la
estructura,teniendo como razn de uso que el usuario no se vea
afectado en suintegridad fsica.
1.4 HIPTESIS.
Sera cierto que los modelo ssmicos dan diferentes respuestas, y
el usode anlisis ssmico dinmico (Modal, espectral y
tiempo-historia) coninteraccin suelo-estructura, nos dan un modelo
estructural con unarespuesta ssmica muy aproximada a la realidad, y
ste a su vez podrayudar a los tcnicos a definir la mejor
estructuracin y reforzamiento dela estructura.
1.5 LIMITACIONES.
Alcance.- El presente proyecto de tesis es acadmico, tiene
comoentregables, el anlisis ssmico estructural
Costo.- Al ser un proyecto acadmico, el costo (recursos,
materiales yequipos) de la elaboracin del presente documento, son
asumido por eltitulando.
Tiempo.- El documento final estar sujeto a paquetes de
actividades(entregables) las cuales estn inmersas en un cronograma
deactividades secuenciales con una duracin estimada.
Calidad.- Estar garantizada al proyectarse una estructura
estable concaractersticas sismo-resistentes que cumplan las normas
vigentes E-030 y E-060 del Reglamento Nacional de
Edificaciones.
1.6 NORMAS Y REGLAMENTOS.
Se sigue las disposiciones de los Reglamentos y Normas
Nacionales eInternacionales descritos a continuacin:
-Reglamento Nacional de Edificaciones (Per) Normas Tcnicas
deEdificacin (N.T.E.):-NTE E.020 Cargas-NTE E.060 Concreto
Armado-NTE E.030 Diseno Sismorresistente-NTE E.050 Suelos y
Cimentaciones- A.C.I. 318 2011(American Concrete Institute) -
Building Code
Requirements for Structural Concrete- NTC VIENTO, Norma Tcnica
Complementaria (Mxico), Estado de
Quitana Roo 2008- ASCE/SEI 7-10 Minimun Design loads for
buildigns and other
structures, (Chapter 26-27 wind Loads), EEUU 2010.
Se entiende que todos los Reglamentos y Normas estn en vigencia
y/oson de la ltima edicin.
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INGENIERA CIVIL - UCSM 4
COMPARACIN DEL COMPORTAMIENTO SSMICO LINEAL Y NO-LINEAL, EN EL
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1.7 ESTRUCTURACIN.La estructura del edificio se plantea en
Concreto Armado, con unaresistencia caracterstica.
Los techos se plantean como losas macizas de concreto que
descansansobre prticos y muros de concreto armado.
El sistema sismorresistente se plantea en base al trabajo
conjunto deprticos, ncleos de escaleras y ascensores. Dadas las
caractersticasarquitectnicas del proyecto, el tipo de suelo y la
sismicidad de la zona,se hace necesario incluir muros de corte en
proporcin importante.
El suelo de cimentacin tiene una capacidad portante
estimadapreliminarmente en 3.0 kg/cm2. Por esta razn los edificios
altos se podrncimentar sobre plateas de fundacin (losas de
cimentacin) y zapatasaisladas.
Figura N 03:Vista en planta del stano
Figura N 04: Vista en planta del primer piso
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INGENIERA CIVIL - UCSM 5
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Figura N 05:Vista en plantadel quinto piso (tpico).
Figura N 06: Vista del corte en elevacin (edificio alto)
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1.8 ESPECIFICACIONES Y MATERIALES EMPLEADOSConcreto:
-Resistencia (fc)= 280 Kg/cm2 (todos los elementos)-Mdulo de
Elasticidad (E)= 250998.008 Kg/cm2-Mdulo de Poisson (u)= 0.20-Peso
Especfico (c)= 2400 Kg/m3 (concreto armado).
Acero Corrugado (ASTM A605):-Resistencia a la fluencia (fy)=
4200 Kg/cm2 (Grado60)= 42000 T/cm2-Modulo de Elasticidad (E)=
2100000 Kg/cm2
Recubrimientos Mnimos (R):-Cimientos, zapatas, vigas de
cimentacin 7.50 cm.-Platea de cimentacin: Inferior=7.50 cm,
Superior=4.00 cm.-Columnas = 4.00 cm.-Muros (Cisternas, Tanques)=
4.00 cm.-Vigas Peraltadas: Lateral = 6.00 cm, Superior = 4.00
cm.-Losas macizas, Escaleras 2.50 cm.
1.9 CARGAS UNITARIAS (SEGN NORMA E-030)Sobrecarga:
- Tiendas : 0.50 Tn/m2- Corredores y escaleras : 0.50 Tn/m2-
Azotea : 0.25 Tn/m2- Acabados : 0.10 Tn/m2- Tabiquera mvil : 0.10
Tn/m2
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CAPITULO IICONFIGURACION ESTRUCTURAL DEL EDIFICIO
2.1 FLUJOGRAMA PARA EL ANLISIS Y DISEO ESTRUCTURAL.
2.2 CRITERIOS DE MODELACIN ESTRUCTURAL.
a. BRAZO RGIDO.- los brazos rgidos son los segmentos de viga
ycolumnas que estn embebidas dentro del nudo de unin de
dichoselementos. Esta longitud normalmente no se tiene en cuenta en
elmodelamiento, puesto que los elementos se idealizan por medio de
losejes neutros de los mismos. La longitud del brazo rgido es la
longitud enla que se produce el traslape de las secciones con otros
objetos en elextremo del objeto unidimensional.
Figura N 07: Flujogramapara el anlisis y diseoestructural
Figura N 08: Brazo rgido
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INGENIERA CIVIL - UCSM 8
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b. DIAFRAGMA RGIDO.- Es un elemento losa que se va ha
comportarcomo una estructura rgida que no experimentara deformacin.
todas laspartculas o puntos de la losa se movern simultneamente con
el centrode masa.Losa es un elemento de geometra tridimensional que
recibe las cargasen un plano bidimensional, pero cuyas
deformaciones ocurren en el ejede menor dimensin que es la direccin
de las cargas. O sea que estcargada en el plano de menor inercia.
La palabra losa la podemosasociar con cargas estticas.La losa tiene
mayor rigidez con respecto a los ejes de las dimensionesgrandes y,
viceversa, tiene menor rigidez con respecto al eje dedeformacin que
es el de dimensin menor.
Un diafragma rgido es el que se considera que solo se desplaza
endos direcciones que son las de sus dimensiones grandes en el caso
dediafragmas horizontales y tiene una rotacin sobre la otra
direccin.Cuando el diafragma es vertical, como los muros,
igualmente tiene dosdesplazamientos pero uno de ellos es en el eje
de la dimensin menor.La rotacin ocurre sobre uno de los ejes de la
dimensin mayor.Las cargas estn en la direccin de una de las dos
inercias mayores
c. CENTRO DE MASA.- Para calcular el centro de masas C.M. solo
esnecesario multiplicar el peso de cadaelemento, por su distancia
al ejedividindolo despus por la sumatoriatotal de los pesos.
= = Pi= Peso de los elementos de corte.Xi, Yi= Coordenadas del
cetroide decada elemento de corte.
Figura N 09: Diafragma rgido
Figura N 10: Centro de masa
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d. CENTRO DE RIGIDEZ.- Es un punto terico en la planta del
edificiodonde aplicada una fuerza cortante solo se produce
traslacin. El centrode rigidez C.R. y el centro de masas C.M., lo
ideal es que coincidanpero nunca coinciden porque las cargas
distribuidas nunca son iguales.
= =
El centro de rigidez C.R. se supone que es un punto terico y
alrededorde este se produce una torsin.Generalmente la rigidez se
confunde con resistencia, pero son dosconceptos diferentes, en
tanto la resistencia es la capacidad de cargaque puede soportar un
elemento estructural antes de colapsar, la rigidezmide la capacidad
que un elemento estructural tiene para oponerse a serdeformado.
Figura N 11: Centrode rigidez
Figura N 12:Torsin
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e. EXCENTRICIDAD ACCIDENTAL.- La fuerza en cada nivel (Fi) acta
enle centro de masas C.M. del nivel respectivo y debe
considerarseadems el efecto de excentricidades accidentales en cada
nivel (ei), seconsidera como 0.05 veces la dimensin del edificio en
la direccinperpendicular a la de aplicacin de las fuerzas.
f. PESO SSMICO.- Es la suma de la carga muerta de la
estructuraDead=CM mas un porcentaje de la carga viva Live=CV, la
cual seutiliza para calcular la fuerza cortante basal.
RNE (Norma E.030, artculo 16.3)Categora DeEdificacin
Porcentaje DeCarga Viva
A, B 50%C (Ed. Comunes) 25%
Deposito 80%Azotea, techo. 25%Tanques, silos 100%
Figura N 13: Excentricidadaccidental
Figura N 14:Peso ssmico
Tabla N 01: Categora de edificacin
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g. TRANSFERENCIA DE CARGAS EN UNA ESTRUCTURA.- como semuestra en
la figura siguiente, la transferencia de cargas por
gravedaddesarrollan un camino (camino de las fuerzas). Las losas
distribuyen supeso a las vigas segn su zona de influencia (rea
tributaria), y esta vigaa su vez comparte la carga dividida en las
columnas, las cuales lashacen llegar a la cimentacin (zapata) y al
final estas cargas llegan alterreno, el mismo que le dar a travs de
la reaccin la condicinesttica.
Figura N 15:Cargasmuertas y vivas
Figura N 16: Transferencia de cargas en una estructura
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INGENIERA CIVIL - UCSM 12
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ENERGA E INTERACCIN SUELO-ESTRUCTURA. ELABORADO POR GUSTAVO CONDORI
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h. VERIFICAR IRREGULARIDADES DE LAS EDIFICACIONES.-
Elevacin (4casos): - piso blando.- Piso blando.- Masa mayor al
50% de los pisos adyacentes.- Irregularidad geometra mayor al 30%
del pisos adyacente- Discontinuidad de los elementos
verticales.
Planta (3 casos).- Irregularidad torsional.- Esquinas
entrantes.- Discontinuidad de diafragmas.
Para qu se calcula?Para saber que tipo de anlisis hacer, ya que
se castiga ms quecuando es regular (R= Factor de reduccin
ssmica).
= 34
Figura N 17: Verificacinde irregularidades en laedificacin
Figura N 18: Irregularidad en altura
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2.3 PRE-DIMENSIONAMIENTO.
a. LOSA MACIZA
Propuesta 01
180
h= Altura de losa maciza.L= Luz Libre entre ejes : 8.00mPermetro
: 8.00 x 4 =32mh= Permetro/180 : 0.177m
Propuesta 02
40
h= Altura de losa maciza.L= Luz Libre entre ejes : 8.00mh=L/40 :
0.20m Tomaremos h = 0.20m
b. VIGAS
110 ; 114
h= Peralte de viga.L= Luz Libre entre ejes : 8.00mh= L/12 :
0.666m Tomaremos h = 0.70m
(0.3; 0.5) b= Base de la viga.L= Luz Libre entre ejes : 8.00mb=
h/2 : 0.35m Tomaremos b = 0.35m
c. COLUMNAS
Columna centrada o excntrica
Columna en esquinaACOL= rea de seccin de columna.PU=
1.4PCM+1.7PCV = Carga ltima de la estructura.Fc= Esfuerzo a la
compresin del concreto.
Figura N 19:Predimensionamiento deelementos estructurales
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Tabla N 02: Predimensionamiento de columnas
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d. ZAPATAS
Propuesta 01
=
Comn = 1000 kg/m2Importante = 1250 kg/m2Esencial = 1500
kg/m2
K= 0.9 Suelo rgido.K= 0.8 Suelo intermedioK= 0.7 Suelo
flexible.
Propuesta 02
= ( )Az= rea de seccin de zapata de cimentacin.f= 1.05 @ 1.10,
factor que indica que se tomara de 5% a 10% del pesode la carga de
servicio P=Pcm+Pcv como peso de la zapata, stodebido a su
desconocimiento geomtrico (tomaremos 8%).qadm= Capacidad portante
admisible del suelo.PP= Peso propio de la zapata.
e. LOSA DE CIMENTACIN.- se usa cuando el suelo es flexible y
endiversos sistemas (aporticado, albailera, muros estructurales,
etc.).Una de sus propiedades es reducir y controlar los
asentamientos a unmismo orden.Una de sus condiciones es que la
resultante de las fuerzas debe decoincidir con la capacidad
portante multiplicada por el rea de la platea,ubicada en el centro
geomtrico, si se obtiene esto tendramos una
Tabla N 03: Predimensionamiento de zapatas
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COMPARACIN DEL COMPORTAMIENTO SSMICO LINEAL Y NO-LINEAL, EN EL
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distribucin uniforme de esfuerzos, as como evitar el momento
devolteo.Cuando las secciones de las zapatas pre-dimensionadas se
traslapan,entonces se tiene la posibilidad de usar plateas de
fundacin o losas decimentacin.Formula para predimensionar peralte
de losa de cimentacin:
= 110
2.4 MODELO ESTRUCTURAL 3D (ETABS)
Figura N 20:Modeloestructural 3D en ETABS
Tabla N 04: Pre-dimensionamientode platea o losade
cimentacin
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ANLISIS Y DISEO ESTRUCTURAL DE UN EDIFICIO ALTO, CONDISIPADORES DE
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2.5 METRADO DE CARGAS SSMICASa. METRADO MANUAL
Tabla N 05: Metrado de cargas (manual)
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ENERGA E INTERACCIN SUELO-ESTRUCTURA. ELABORADO POR GUSTAVO CONDORI
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Resumen de cargas manual (pesos)
b. METRADO ETABS
Tabla N 07: Metrado de cargas con ETABS
Tabla N 06: Resumen de metrados decarga manual
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CAPITULO IIIANLISIS SSMICO
3.2 ANLISIS SSMICO ESTTICO CON BASE EMPOTRADA
Este mtodo representa las solicitaciones ssmicas mediante un
conjuntode fuerzas horizontales actuando en cada nivel de la
edificacin.- Aplicable para edificios regulares.- Edificaciones
menores a 45m de altura.Si bien no aplicara el mtodo esttico, ste
se realiza con fines decomparacin. En la presente tesis, asumir que
los supuestos stanosestn encima del nivel de terreno natural (nivel
+00). Esto a fin de esforzarms a la estructura.
a. PERIODO FUNDAMENTAL.- el periodo fundamental para cada
direccinse estimara con la siguiente expresin:
T= 1.87s; Periodo fundamental de la estructura.hn= 84.1 m;
Altura le edificio.CT= 45; Factor dependiente de la configuracin
estructural en X y Y.
Aporticado CT=35Dual (prtico, placas) CT=45Muros estructurales,
albailera CT=60
b. VERIFICACIN DE IRREGULARIDAD DE LA ESTRUCTURA.- Seconsidera
irregular la estructura para efectos de la tesis. El coeficiente
dereduccin ssmica para estructura irregular ser:
Tabla N 08: Verificacin de irregularidad de la estructura
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COMPARACIN DEL COMPORTAMIENTO SSMICO LINEAL Y NO-LINEAL, EN EL
ANLISIS Y DISEO ESTRUCTURAL DE UN EDIFICIO ALTO, CONDISIPADORES DE
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c. FUERZA CORTANTE EN LA BASE.- La fuerza cortante total en la
base dela estructura, correspondiente a la direccin considerada, se
determina porla siguiente expresin.
V = Z U C SR PDebiendo considerarse para C/R el siguiente valor
mnimo:
0.125
hn= 84.10m; Altura del edificio.CT= 45; Factor de configuracin
estructural en el eje X y Y (Prticos y
caja de ascensor).T= 1.87s; Periodo fundamental de la
estructura.
=
Z= 0.4; Factor de zona (Arequipa Zona 3).U=1; Factor de categora
(edificaciones comunes, categora C).S= 1.2; Factor de suelo (suelo
intermedio, Tipo S2).TP= 0.6s; Periodo del suelo.C= 0.8; Factor de
amplificacin ssmica. = 2.5
; 2.5, caso contrario tomar C=2.5.
R= 8; Coeficiente de reduccin ssmica para estructura regular.R=
(3/4)*R= (3/4)*8= 6; Nuevo Coeficiente de reduccin ssmica para
estructura irregular.Chequeo
= .
= 1.333 0.125 cumple!
P= PSISMICO= 24487.45 Tn; Peso ssmico de la estructura.V = 0.4 1
0.8 1.26 24487.453 Tn = 1572.321 TnCoeficiente de corte basal (dato
a ingresar en el programa CSI ETABSpara que distribuya
automticamente las fuerzas en altura).
Z U C SR = 0.064d. DISTRIBUCIN DE LA FUERZA SSMICA EN ALTURA.-
Se distribuye
la cortante ssmica basal en todos niveles y segn se incremente
laaltura, esta fuerza se aplicar en el centro de masa C.M. de cada
losa.(se tomar como nivel de referencia 0.00 la base del stano 03).
; > 0.7; ; = 0.07 0.15 ; = 1.87> 0.7 = 0.07 1.87 1572.321 =
205.695 235.848 = 1366.627 Tn
= ( ) ( ) = 2709.452 3.60799154.495 1366.627 Tn = 16.680Tn =
2709.452 7.20799154.495 1366.627 Tn = 33.361Tn = 2417.0397
11.70799154.495 1366.627 Tn = 48.360Tn
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ANLISIS Y DISEO ESTRUCTURAL DE UN EDIFICIO ALTO, CONDISIPADORES DE
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Figura N 21:
Tabla N 09: Distribucin de la fuerza ssmica en altura
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ANLISIS Y DISEO ESTRUCTURAL DE UN EDIFICIO ALTO, CONDISIPADORES DE
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e. EXCENTRICIDAD ACCIDENTAL (ea)
f. DESPLAZAMIENTOS LATERALES Y CONTROL DE DERIVAS (ETABS).Para
calcular los desplazamientos laterales, segn lo estipula la
NormaE.030 en su inciso 16.4, se multiplican por 0.75R los
desplazamientosobtenidos como respuesta mxima elstica del anlisis
dinmico. Esto sehace para estimar los efectos de la incursin en el
rango inelstico de laestructura durante un sismo severo.
( )
Figura N 22: Vista 3D.
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Figura N 23:Menu Define Static Load Casesde ETABS
Figura N 24: Casos deCarga Esttica (Define StaticLoad Case
Names)
Figura N 25:Coeficiente de CorteBasal (Base Shear Coefficient),
paradistribucin de carga lateral ssmica,en X, con una excentricidad
del5%.
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Figura N 26:
Tabla N 10: Desplazamiento lateral o de entrepiso (anlisis
esttico empotrado)
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g. ANALISIS DE RESULTADOS (ANALISIS ESTTICO).- Como se observael
anlisis, la edificacin no pasara el control de derivas ya que si
bien losstanos cumplen, los dems pisos exceden el lmite de la Norma
E.030.
3.2 ANLISIS MODAL.
El anlisis modal es determinar las frecuencias naturales o
frecuenciaspropias de una estructura, dichas frecuencias son
determinadas cuando nohay cargas actuando (ni el peso propio, pero
s, su propia masa, es decirno depende de la gravedad). Cuando
colocamos un espectro de la norma,lo que hacemos es decir que
existe una fuerza excitadora (generalmenteingresamos aceleraciones
vs periodo como fuerzas), las aceleracionesmultiplicadas por su
matriz de masas dan una fuerza.Antes de realizar el anlisis ssmico
de un edificio es necesario conocer susmodos de vibracin y periodos
fundamentales, ya que de estascaractersticas depender su respuesta
durante un evento ssmico.
Podemos decir del anlisis modal:- Que es la interaccin entre la
rigidez y la masa.- Se estudia las formas o modos de vibracin
libre.- Mnimo tres modos de vibracin.- Debe considerar ms del 90%
de masa participativa en la vibracin.
El siguiente cuadro nos puede dar un alcance del comportamiento
delperiodo, (altura promedio de entrepiso 3.00m)
N PISOS N MINIMO DE MODOS 1er PERIODO 5 3 0.5 s 6 - 7 5 0.6s 1
s11 - 15 8 1.1s 1.5s16 10 1.6
Periodo, es el tiempo necesario para realizar un ciclo de
movimiento.
Figura N 27: Anlisis modal (Modos de vibracin)
Tabla N 11: Numero mnimo de modos segn el numero de pisos
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a. MASAS.- Se calculan para tener las masas de acuerdo a los
tres grados delibertad, dos de traslacin y una de rotacin, estas
masas se colocaran enel centro de masa C.M. calculado
anteriormente.
ESTRUCTURA REGULAR:Masa Traslacional:
= )Masa Rotacional:
= ( )12 )ESTRUCTURA IRREGULAR:Masa Traslacional:
= )Masa Rotacional:
= )
Figura N 27.1: Esquema deAnlisis modal, edificio alto.
Asignacin de masas pornivel.
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b. MODELO PARA EL ANALISIS.
Para analizar el edificio se us el programa ETABS. Este modelo
servirpara realizar el anlisis modal, el anlisis dinmico y el
anlisis estructuraldel edificio. Respecto a la elaboracin del
modelo es importante apuntar:
- Se consider un solo diafragma para cada piso, asignando 3
gradosde libertad a cada piso. Se tendrn 23 diafragmas y 69 modos
en total(dato preliminar).
- Se restringi el movimiento lateral en la base del primer
piso(Empotrado).
- Se consider el edificio como si no tuviera stanos, mas stos se
losubic por encima del nivel de terreno natural (decisin para
esforzarms a la estructura y poder analizar su comportamiento).
Tabla N 12: Masas para anlisis modal
Tabla N 13: Modos de vibracin(ETABS)
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c. ANLISIS DE RESULTADOS.- El primer modo de vibracin es el
queorigina el mayor desplazamiento, la menor frecuencia y el mayor
perodo(Perodo Fundamental T=2.413s), es en el que participa un
29.210% oms de toda la masa estructural.Podra decirse que a medida
que la cantidad de anlisis de Modos deVibracin se incremente, menor
ser la masa aportante en dichosmodos, hasta llegar a un punto en el
que es tan insignificante su aporteen comparacin a los anteriores
que no har falta estudiar modossuperiores.Como se observa bastara
con 31 modos de vibracin(SumUX=90.499%) para analizar la
estructura, ya que con ste secumplira con la norma (mnimo 90% de la
masa total haya participadoen los diferentes modos de
vibracin.Entindase la analoga del gimnasio, modo de vibracin = tipo
deejercicio (rutina), en cada rutina se hace trabajar una cantidad
de masamuscular, la que sin duda ser diferente masa muscular en
otra rutina,esto sin dejar de lado el apoyo colateral mnimo de
otros msculos, loimportante al final de la jornada es que hayas
trabajado mnimo el 90%de toda la masa).
3.3 ANLISIS SSMICO ESTTICO CON INTERACCIN SUELO-ESTRUCTURA
a. COEFICIENTE DE BALASTO VERTICAL.- Este parmetro asocia
elesfuerzo normal de tensin transmitida al terreno por una placa
rgidacon la deformacin o la penetracin de la misma, producida en el
suelo(colchn de resortes en la base).Es tambin conocido como: Mdulo
de Balasto, Mdulo de Reaccindel Suelo (Modulus of Subgrade
Reaction), Coeficiente de Sulzbergero Mdulo de Winkler, fue
estudiado muy en profundidad por Terzaghi.El valor del mdulo de
balasto no es funcin exclusiva del terreno,tambin depende de las
caractersticas geomtricas de la cimentacin yde la estructura que
sta sostiene (interaccin suelo-estructura).El Coeficiente de
Balasto k se define como: La relacin entre la tensinq capaz de
generar una penetracin de la placa en el terreno de 0,05que
equivale a una deformacin o asentamiento de la misma y de0,127cm,
es decir que este coeficiente es la pendiente de la recta queune el
origen de coordenadas con el punto de la curva tensin deformacin
que genera un asentamiento de la placa de 0,127 cm.
Figura N 28: Curvaesfuerzo-deformacin,coeficiente de balasto
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Este mdulo, se obtiene mediante el ensayo de carga sobre el
terreno,que se realiza utilizando una placa metlica rgida de seccin
cuadradade 30,5 cm de lado de seccin circular con un dimetro de
30,5 cm.
En el presente acpite se uso la tabla que se extrajo de la Tesis
de maestraInteraccin Suelo-Estructuras: Semi-espacio de Winkler,
UniversidadPolitcnica de Catalua, Barcelona- Espaa. 1993 (Autor
Nelson Morrison).
Como nuestra capacidad portante admisible (esfuerzo admisible)
del terrenoes:
= 6 = 6000
Figura N 29:Ensayo de
placa decarga.
Tabla N 13.1: Modulo de balasto UPC (Nelson Morrison)
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Clculo de la rigidez equivalente vertical Kz, por coeficiente de
balasto (TablaUPC, Nelson Morrison).
Asignacin de rigideces en ETABS.Tabla N 14: Rigideces para
anlisis smico esttico - balasto vertical
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a. DESPLAZAMIENTOS LATERALES Y CONTROL DE DERIVAS.
b. ANLISIS DE RESULTADOS (ANLISIS ESTTICO CON BALASTO).-Como se
observa el anlisis, la edificacin no pasara el control dederivas ya
que se incrementan an ms las derivas, esta vez ningnpiso cumple con
lo estipulado en la Norma E.030.
Figura N 30:
Tabla N 15: Desplazamientos laterales y control de derivas
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3.4 ANLISIS SSMICO DINMICO MODAL-ESPECTRAL CON BASEEMPOTRADA
El anlisis ssmico dinmico es una perturbacin externa que no
tiene unaley determinada, consecuentemente estaramos en un caso de
un efectode una sumatoria de modos de vibracin (periodos que vamos
a obtener),la interaccin entre la rigidez del edificio y la masa
que se esta induciendo yla perturbacin externa como una vibracin
forzada que vendra a sernetamente el Espectro o el Tiempo-Historia
(Aceleracin Vs Tiempo),entonces estaramos en la sumatoria de los
efectos.Espectro de Respuesta, es cuando se trabaja con los
espectros obtenidosde los registros de aceleracin, combinando los
aportes de cada modo, afin de obtener un valor representativo de la
respuesta, ya que la falta desimultaneidad de las mximas respuestas
en cada modo de vibracinimplica la necesidad de combinarlas
adecuadamente.
a. ESPECTRO DE RESPUESTA (AMORTIGUACIN =5%).- Se va ha trabajar
con un espectro de respuesta el cual es obtenido con los
sismos(registros histricos) mas intensos de la zona.Se utilizar un
espectro inelstico de pseudo-aceleraciones definido por:
= hn= 84.10m; Altura del edificio.T= El periodo fundamental de
la estructura, en el anlisis dinmico
espectral es variable, se tomara un intervalo de (0.1s a 10s)Z=
0.4; Factor de zona (Arequipa Zona 3).U=1; Factor de categora
(edificaciones comunes, categora C).S= 1.2; Factor de suelo (suelo
intermedio, Tipo S2).TP= 0.6s; Periodo del suelo (Suelo
Intermedio).
C= 0.8; Factor de amplificacin ssmica.
, caso contrario tomar C=2.5.
R=8; Coeficiente de reduccin ssmica para estructura regular.
Figura N 31:Esquema conceptualdel anlisis dinmico
modal espectral
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R= (3/4)*R= (3/4)*8= 6; Nuevo Coeficiente de reduccin ssmica
paraestructura irregular.
g= 9.81 m/s2; gravedad.
= 2.5 0.60.1
= 2.5 0.60.6
= 2.5 0.60.7
=
= 6 9.81 = 1.962
= 6 9.81 = 1.962
= 6 9.81 = 1.682
Factor de escala para ETABS.
Z U S gR = 0.7848
Figura N 32: Espectro de pseudo-aceleraciones
Tabla N 16: Espectro derespuesta (amortiguacin 5%)
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Definicin de la funcin sismo C en ETABS (espectro de
pseudo-aceleraciones o espectro de respuesta).
Asignacin de la funcin sismo C segn el caso de aplicacin en X o
Y,con 5% de amortiguamiento por concreto y 5% de excentricidad
accidental.
Vista 3D de la asignacin del espectro de respuesta.
Figura N 33:
Figura N 33.1:
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b. DESPLAZAMIENTOS LATERALES Y CONTROL DE DERIVAS (ETABS).
Figura N 34: Vista 3D delAnlisis ssmico dinmicomodal-espectral
con base
empotrada
Tabla N 17: Distorsiones de entrepiso
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c. ANLISIS DE RESULTADOS.- Como se observa el anlisis
ssmicodinmico espectral est ms acorde con la magnitud y altura del
edificio,pero an con este anlisis el edificio, no estara cumpliendo
con la norma,ya que algunos niveles sobrepasan el 0.007m de
distorsin por piso.
3.5 ANLISIS SSMICO DINMICO MODAL-ESPECTRAL CONINTERACCIN
SUELO-ESTRUCTURA MODELO BARKAN-SAVINOV.
La Interaccin Suelo-Estructura, es un campo nuevo de la
Ingeniera Civil,el cual une a la Ingeniera Geotcnica con la
Ingeniera Estructural. Lanecesidad de esta unificacin ha sido
evidente por el simple hecho de queningn edificio al momento de su
diseo podra aislarse de su interaccincon el suelo de fundacin.La
interaccin suelo-estructura es simplemente considerando el
coeficientede balasto al contacto dinmico entre la base y la
estructura.El efecto de la interaccin suelo-estructura es muy
notorio en el clculo deedificaciones, porque influye en la
determinacin de los modos de vibracinlibre, as como en la
redistribucin de los esfuerzos en el edificio ycimentacin,
cambiando las fuerzas internas en los diferentes
elementosestructurales.El cientfico ruso D.D. Barkan en el ao 1948
propuso utilizar las siguientesexpresiones:
Donde:C x, y = Coeficiente de desplazamiento elstico uniformeC
z, C = Coeficientes de compresin elstica uniforme y no uniformeA =
rea de la base de la cimentacinI = Momento de inercia de la base de
la cimentacin respecto al eje
principal, perpendicular al plano de vibracin.
Donde:C0, D0 = Coeficientes determinados a travs de
experimentosa, b = Dimensiones de la cimentacin en el plano =
Coeficiente emprico, asumido para clculos prcticos igual a =
1m-1
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= Coeficiente de poisson, asumido para clculos =0.3.PCM = Carga
muerta de toda la estructura.Nzap = Nmero de zapatas.Azap = rea de
zapatas.Para el coeficiente D0, como se mostraron en los
experimentos se puedeutilizar la dependencia emprica [2]:
= El valor de C0 cuando 0 = 0.2 kg/cm2 estar en funcin de
acuerdo al tipode suelo de la base de fundacin, a travs de la
siguiente tabla.
Modelo de una zapata aislada (elemento rgido) donde en el
centroide dela misma se concentran las rigideces para cada grado de
libertad con surespectivo amortiguador. Estas rigideces deben estar
en funcin del rea
Tabla N 18: Coeficiente C0 a travs del tipo de suelo de
fundacin
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que se est analizando y la malla, que va a ser la idealizacin
del rea dela zapata, la cual debe ser rgida, despreciando la flexin
de la misma.
Modelo de una platea de cimentacin estar representada por una
mallaflexible. La divisin de la malla ser de acuerdo a la
estructuracin delproyecto, teniendo en cuenta que todo elemento
vertical debe estarintersecndose con el enmallado.En el centroide
de la platea de cimentacin se va a concentrar las masas entodas las
direcciones obtenidas del clculo, En el centroide de la platea
decimentacin se va a concentrar las rigideces Kx, Ky, Kx, ky y los
amortiguamientos (Joint Springs, ETABS), excepto la rigidez
vertical Kz lacual se asigna en el rea modelada en Etabs, sta se
discretisa en reas de unmetro cuadrado, en cada m2 se le coloca un
elemento resorte (rea Springs,ETABS).
Figura N 35:
Figura N 36:
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a. COEFICIENTES DE RIGIDEZ. Tabla N 19:
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Asignacin de los coeficientes de rigidez equivalentes en cinco
grados delibertad del cimiento (ETABS).
Visualizacin en ETABS de los resortes en la cimentacin.
Figura N 37:
Figura N 37.1:
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b. DESPLAZAMIENTOS LATERALES Y CONTROL DE DERIVAS.
c. ANLISIS DE RESULTADOS.- Se sigue observando que al
aplicarinteraccin suelo-estructura las derivas aumentan en el
sentido X.
3.6 ANLISIS SSMICO DINMICO MODAL-ESPECTRAL CONINTERACCIN
SUELO-ESTRUCTURA, MODELO NORMA RUSA.
En ste modelo de anlisis, tambin se consideran los 6 grados de
libertadde la interaccin suelo-estructura. Los coeficientes de
rigidez decompresin elstica uniforme Kz, desplazamiento elstico
uniforme Kx;compresin elstica no uniforme K y desplazamiento
elstico no uniformeK; se calculan con las siguientes frmulas:
Donde:A = rea de la base de fundacinCx = Coeficiente de
desplazamiento elstico uniforme en XCy = Coeficiente de
desplazamiento elstico uniforme en YCz = Coeficiente de compresin
elstica uniformeC = Coeficiente de compresin elstica no uniformeC =
Coeficiente de desplazamiento elstico no uniforme
La principal caracterstica elstica de la cimentacin, es decir el
coeficientede compresin elstica uniforme Cz, se determina por medio
de ensayosexperimentales. En caso que no exista dicha informacin se
puededeterminar por la siguiente frmula:
Tabla N 20:
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Donde:b0 = Coeficiente ( m1 ) asumido mediante la tabla
siguiente.E = Mdulo de deformacin del suelo en la base de la
cimentacin.A10 = 10 m.
Segn las tablas del Libro del Dr. Genner Villarreal Castro
Interaccinssmica suelo-estructura en edificaciones con zapatas
aisladas
Los coeficientes de desplazamiento elstico uniforme, compresin
elsticano uniforme y el de desplazamiento elstico no uniforme, se
determinan porlas siguientes frmulas:
.Figura N 38:
Tabla N 21: Tipos de fundacin para interaccin suelo
estructuranorma rusa.
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a. COEFICIENTES DE RIGIDEZ. Tabla N 22:
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Asignacin de las rigideces equivalentes en ETABS, en los seis
grados delibertad de la cimentacin.
Figura N 39: Visualizacinen 3D del Anlisis ssmico
dinmico modal espectral coninteraccin suelo estructura
modelo norma rusa
Figura N 40:
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Visualizacin de los resortes en ETABS.
b. DESPLAZAMIENTOS LATERALES Y CONTROL DE DERIVAS
Figura N 41: Visualizacinde los resortes en ETABS
Tabla N 23:
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c. ANLISIS DE RESULTADOS.- como se observa las rigideces
calculadaspor a norma Rusa son parecidas, a las rigideces obtenidas
por el modeloBarkan, tanto como similares son los
desplazamientos.
3.7ANLISIS SSMICO DINMICO TIEMPO-HISTORIA (LINEAL) CONINTERACCIN
SUELO-ESTRUCTURA, MODELO NORMA RUSA.
Tiempo Historia, es cuando se usan registros de aceleracin y
lasrespuestas estructurales se conocen a lo largo de toda a duracin
delevento ssmico.
Figura N 41.1:Visualizacin de los
desplazamientos y distorsionesde entrepiso por anlisis
ssmico modal espectral coninteraccin suelo estructura
modelo norma rusa
Figura N 42: Esquemaconceptual del anlisis
ssmico dinmico modaltiempo-historia
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El sismgrafo o sismmetro es un instrumento para medir terremotos
opequeos temblores provocados por el levantamiento de placas en
LaTierra. Fue inventado en 1842 por el fsico escocs James David
Forbes
Un sismograma es un registro delmovimiento del suelo llevado a
cabo porun sismgrafo. La energa medida en unsismograma resulta de
fuentes naturalescomo son los sismos (o terremotos), o defuentes
artificiales como son losexplosivos (sismos inducidos).Las ondas
ssmicas son un tipo de ondaelstica fuerte en la propagacin
deperturbaciones temporales del campo, detensiones que generan
pequeos movimientos en las placas tectnicas,Las ondas ssmicas
pueden ser generadas tambin artificialmente por eluso de
explosivos.
Figura N 42.1:Sismgrafo osismmetro
Figura N 42.2: Sismograma
Figura N 42.3: Las ondas ssmicas
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COMPARACIN DEL COMPORTAMIENTO SSMICO LINEAL Y NO-LINEAL, EN EL
ANLISIS Y DISEO ESTRUCTURAL DE UN EDIFICIO ALTO, CONDISIPADORES DE
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Vista 3D de la asignacin del sismo de Lima 1974.
d. REGISTR DE SISMO REAL.
Figura N 43: Vista 3D
Tabla N 24:
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e. DESPLAZAMIENTOS LATERALES Y CONTROL DE DERIVAS CONETABS.
Definicin de la funcin sismo LIMA 1974 en ETABS
(Sismograma).
Asignacin de la funcin sismo LIMA 1974 segn el caso de aplicacin
enX= acc dir1 o Y= acc dir2, con 5% de amortiguamiento por concreto
y 5%de excentricidad accidental (anlisis lineal).
Figura N 43.1
Figura N 43.2
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f. ANALISIS DE RESULTADOS.- Como se observa las derivas reales
deentrepiso, no cumplen con la Norma (0.007m de distorsin).
Figura N 43.3:Desplazamientos
laterales y control dederivas con ETABS
Tabla N 25:
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3.8 ANLISIS SSMICO DINMICO NO-LINEAL TIEMPO-HISTORIA
CONINTERACCIN SUELO ESTRUCTURA (NORMA RUSA) Y DISIPADORESSSMICOS
(DAMPER).
a. SISTEMAS DE PROTECCIN SSMICA.Los sistemas de Amortiguamiento
de Fluido-Viscoso (SAFV) se usandesde 1968 en la industria militar
y aeronutica como sistemas deabsorcin de impactos. En la actualidad
se utilizan tambin como unaalternativa para el control de
vibraciones en edificios sometidos a laaccin de sismos y viento.
Actualmente existen en el mundo ms de2000 edificios protegidos por
este sistema.
Figura N 44:
Figura N 45:
Figura N 46:
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b. OBJETIVOS DE DESEMPEO.Segn la importancia de la edificacin,
establecido por el SEAOC, nuestraestructura califica como una
edificacin comn. As mismo, elegimos comosismo de diseo un sismo con
475 aos de perodo de retorno (Sismosraros), el cual representa un
nivel de desempeo de resguardo de vida odicho de otra manera, se
acepta un estado de dao moderado.
Niveles de Amenaza Ssmica.- La propuesta del Comit VISION
2000(SEAOC, 1995) establece cuatro niveles de amenaza ssmica en
funcinde su probabilidad de ocurrencia en un perodo de 50 aos de
exposicin,o en funcin del perodo medio de retorno, los cuales se
muestran en latabla.
Niveles de Desempeo.- La propuesta del SEAOC define cinco
niveles dedesempeo en base a tres aspectos fundamentales:
Dao sufrido por el sistema estructural y por las componentes
noestructurales.
Amenaza de la seguridad de los ocupantes a raz de los daos.
Funcionalidad de la edificacin luego del sismo.
La tabla, resume las principales caractersticas de los cinco
niveles dedesempeo propuestos y los relaciona con el dao general de
la estructura.
Figura N 47:
Tabla N 26:
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Importancia de la Edificacin.- De acuerdo al grado de
importancia dela edificacin, durante y despus de un sismo, la
propuesta del ComitVISION 2000 clasifica a las edificaciones en
tres grandes grupos:
- Edificaciones Esenciales. Aquellas cuya funcin no
deberainterrumpirse luego de ocurrido el sismo. En este grupo
tenemos:hospitales, cuarteles de bomberos, polica, etc.
- Edificaciones de Seguridad Crtica. Aquellas que contienen
materialespeligrosos dainos para la poblacin. Aqu se encuentran:
plantasindustriales y centrales nucleares.
- Edificaciones Comunes. En este grupo se encuentran todas
lasedificaciones que no hayan sido incluidas anteriormente:
edificios deviviendas, oficinas, hoteles, entre otras.
Objetivos mltiples de desempeo.- La propuesta establecida por
elComit VISION 2000, seala lo siguiente:Los objetivos del desempeo
Sismorresistente se definen por lacombinacin entre los niveles de
desempeo deseados y los niveles deamenaza ssmica esperada de
acuerdo a la importancia de laedificacin. (SEAOC, 1995)Estos
objetivos se relacionan entre s mediante la denominada matriz
dedesempeo, la cual establece los requerimientos mnimos sobre
eldesempeo ssmico antes los diferentes niveles de amenaza:
Tabla N 27: Niveles de desempeo segn la propuesta del SEAOC
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c. OBJETIVOS DE DISEO.
Valores tpicos de deriva y dao.- Existen valores sugeridos para
laderiva relacionada a cada nivel de dao para diferentes
sistemasestructurales y diferentes niveles de diseo
Sismorresistente.Probablemente el ms difundido sea el preparado por
Hazus [Ref. 7]
Para el caso de edificios de concreto armado, Hazus [Ref. 7]
consideratres tipos de edificios: los edificios de prticos de
concreto armado (C1),los de muros de concreto armado (C2) y los de
prticos de concretoarmado relleno con muros de albailera (C3).Para
cada tipo, Hazus[Ref. 7] hace una distincin en funcin a la alturade
la edificacin: medianos (M), bajos (L) y altos (H) como se muestra
enla tabla que siguiente:Tabla N 28:
Tabla N 27.1:
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En cuanto al nivel de diseo estructural, Hazus considera 4
niveles deexigencia: alto, moderado, bajo y pre-cdigo. Los tipos de
dao sedividen en leve, moderados, severos y completos.Los valores
de deriva y dao sugeridos por Hazus para edificios deconcreto se
presentan a continuacin.De esta se desprende nuestra deriva
objetivo de = 4.3mm.
El amortiguamiento viscoso de la demanda ltima se
obtienedescontando el amortiguamiento inherente de la estructura de
5%. Semuestra, a continuacin, una tabla con los factores hallados
para lograrel desempeo deseado. Adicionalmente se muestra el
amortiguamiento
Tabla N 29:
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objetivo para un estado de dao leve, es decir que nuestra
edificacinlogre un nivel de desempeo operacional.Factor de reduccin
de respuesta ssmica (B).
=
= 0.0140.0043 = 3.2558Ya que se tiene el factor B se iguala a la
siguiente ecuacin y seprocede a despejar el amortiguamiento
efectivo eff.
(5)
Como el concreto tiene un amortiguamiento inherente de 5% 0
sepuede calcular el amortiguamiento viscoso visc.
5%
Tabla N 30: Amortiguamiento efectivo y viscoso requerido en
ladireccin X y Y
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d. DISTRIBUCIN DE LOS AMORTIGUADORES.
e. PARMETROS DEL SISTEMA DE AMORTIGUAMIENTO.
RIGIDEZ DEL BRAZO DEL AMORTIGUADOR (Stiffness K).- Seconsidera
en el modelo inicial un perfil metlico para el brazo quecontiene al
amortiguador Round HSS 20.00 x 0.500, las propiedades semuestran en
la tabla.
Figura N 48:
Tabla N 31: Propiedades del brazo del amortiguador
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Con los datos del perfil se procede a calcular la rigidez del
brazo metlicomediante la siguiente expresin:
Las caractersticas especificadas para el clculo son: Mdulo de
elasticidad del acero:
rea del perfil metlico: = 18.387 10 Longitud de brazo
metlico:
Con ello la rigidez del brazo metlico es:
COEFICIENTE DE AMORTIGUAMIENTO (Damping C).La ecuacin de
amortiguamiento efectivo para un amortiguador viscosono -lineal (
< 1) (FEMA 273) es:
+ ) )
2
( )Donde:: Amortiguamiento efectivo del sistema estructural.:
Amortiguamiento inherente del sistema estructural.: Perodo
fundamental de la estructura: Coeficiente de Amortiguamiento del
disipador j : Masa del nivel i: Angulo de Inclinacin del disipador
j: Desplazamiento del nivel i : Desplazamiento relativo del
disipador j: Desplazamiento del primer modo. : Frecuencia angular.:
Parmetro lambda. : Funcin gamma. : Coeficiente de velocidad.El FEMA
274 facilita una tabla que permite obtener el parmetro
lambdadirectamente con el valor del exponente de velocidad :