Investigacion-analisis-antisismico-7-pisos.pdf

“AÑO DEL DIALOGO Y LA RECONCILIACION NACIONAL” UNIVERSIDAD CATÓLICA SEDES SAPIENTIAE FACULTAD DE INGENIERÍA

TEMA: TEMA:

“ANÁLISIS SÍSMICO DE UNA VIVIENDA DE CUATRO PISOS CON SISTEMA PORTICADO

UTILIZANDO

EL

REGLAMENTO

NACIONAL

DE

EDIFICACIONES EN LA AVENIDA PACHECO, CIUDAD DE TARMA” - 2018

INTEGRANTES:      

ATENCIO ROJAS, Ricardo DIAZ GUTIERREZ, Barry CAMPOS CHAVEZ, Dennis HILARIO BALDEON, Fabian HUAMAN TOLENTINO, Jorge RAMOS SALCEDO, Carina Melina

DOCENTE: ING. DELGADO, Félix

MATERIA: ANÁLISIS SISMICO Y CIMENTACIONES

TARMA – 2018

2

DEDICATORIA El presente trabajo de investigación va dedicado a Universitarios de bachiller, ingenieros civiles y toda la población que ama la ingeniería de la construcción, que busca innovar y ampliar conocimientos acerca de la construcción de viviendas antisísmicas, por la cual este trabajo de investigación ayudara y facilitara a otros profesionales para su posterior aplicación en distintos campos laborales.

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AGRADECIMIENTO

A Dios Por ser la esencia fundamental en nuestras vidas que día a día nos da fuerzas para seguir adelante. A mis Padres Por darnos la oportunidad de ser profesionales, por creer en nosotros y orientarnos en todo este camino para enfrentar los retos de la vida. A nuestros Amigos los cuales de alguna u otra manera nos brindaron su apoyo.

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ÍNDICE GENERAL

DEDICATORIA ............................................................................................................... 2 AGRADECIMIENTO ...................................................................................................... 3 ÍNDICE GENERAL ......................................................................................................... 4 INTRODUCCIÓN ............................................................................................................ 6 Capítulo I .......................................................................................................................... 7 PLANTAMIENTO DEL PROBLEMA ........................................................................... 7 1.1

Formulación del problema ................................................................................. 7

1.1.1.

Problema general ........................................................................................ 7

1.1.2.

Problemas específicos................................................................................. 7

1.2

Objetivos de la investigación ............................................................................. 8

1.2.1

Objetivo principal ....................................................................................... 8

1.2.2

Objetivos secundarios ................................................................................. 8

1.3

Delimitación del área de investigación .............................................................. 8

1.4

Limitaciones de la investigación........................................................................ 8

Capitulo II ......................................................................................................................... 9 MARCO TEÓRICO ......................................................................................................... 9 2.1

Antecedentes Nacionales e Internacionales ....................................................... 9

2.1.1

Antecedentes Internacionales ..................................................................... 9

2.1.2

Antecedentes Nacionales ............................................................................ 9

2.2

BASES TEORICAS ........................................................................................ 10

2.2.1 Origen de los sismos ...................................................................................... 10 2.2.2 Vulnerabilidad Sísmica .................................................................................. 11 2.2.1 Riesgo Sismico ............................................................................................... 11 Capítulo III ..................................................................................................................... 12 DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN ............................................................................. 12 4.1

Diseño Metodológico ....................................................................................... 12

4.2

Método y Técnicas del Proyecto ...................................................................... 12

4.2.1

Tipo de investigación ............................................................................... 12

4.2.2

Nivel de Investigación .............................................................................. 12

4.2.3

Método de Investigación .......................................................................... 12

Referencias ..................................................................................................................... 21

5

6

INTRODUCCIÓN

Nuestro país está ubicado en una zona de alta sismicidad, es por ello que todas las estructuras que se construyen deben estar preparadas para los sismos que podrían ocurrir. Para esto, la ingeniería sismo-resistente se plantea como objetivo la preservación de la vida de los usuarios de las estructuras, y, en la medida de lo posible, de los bienes materiales. Conforme avanza la tecnología, aparecen nuevas técnicas para la protección de los edificios. Una de estas técnicas es el aislamiento basal, que consiste en crear una interface entre el suelo y la estructura, y permite evitar prácticamente todo el daño al edificio y sus contenidos, garantizando el resguardo de la vida y de los bienes materiales. La concepción de las estructuras aisladas basalmente se ha desarrollado desde hace más de 100 años, pero a pesar de ello su aplicación práctica no supera los 40 años. En el Perú el tema del aislamiento basal está en sus inicios y su aplicación aun no es muy difundida. En el Capítulo I, se dará a conocer el planteamiento del problema, donde se explicara el problema principal del motivo de investigación, los problemas secundarios, objetivos de la investigación, justificación delimitación y limitaciones de la investigación. En el capítulo II, se dará a conocer los antecedentes. Bases teóricas y la definición de términos básicos sobre el concreto poroso.

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Capítulo I PLANTAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1 Formulación del problema

El crecimiento de la población peruana ha generado un gran incremento y demanda en la construcción de viviendas y por ende la conformación de nuevos círculos familiares. Debido a que la geografía de la ciudad de Tarma es muy accidentada y se encuentra rodeada por sectores montañosos, esto ha generado que la ciudad no pueda seguir creciendo de forma llana, y como consecuencia han optado por seguir construyendo en pendientes accidentadas. Por ello los pobladores han preferido por la construcción informal de sus viviendas dejando de lado el asesoramiento profesional y por ende, estas se encuentran expuestas a problemas estructurales graves y son sísmicamente muy vulnerables. 1.1.1. Problema general ¿Cuál es el nivel de riesgo sísmico de una vivienda de cuatro pisos con sistema aporticado diseñado con el reglamento nacional de edificaciones en la avenida pacheco – Ciudad de Tarma 2018? 1.1.2. Problemas específicos 

¿Cuál es el índice de vulnerabilidad sísmica de las viviendas de cuatro pisos con sistema aporticado utilizando el reglamento nacional de edificaciones en la avenida pacheco – Ciudad de Tarma 2018?



¿Cuál es el nivel de peligro sísmico de las viviendas de cuatro pisos con sistema aporticado utilizando el reglamento nacional de edificaciones en la avenida pacheco – Ciudad de Tarma 2018?



¿Cuál sería la propuesta de refuerzo sísmico en las viviendas de cuatro pisos con sistema aporticado utilizando el reglamento nacional de edificaciones en la avenida pacheco – Ciudad de Tarma 2018?

8 1.2 Objetivos de la investigación 1.2.1 Objetivo principal Determinar el nivel de riesgo sísmico de las viviendas de cuatro pisos con sistema aporticado utilizando el reglamento nacional de edificaciones en la avenida pacheco – Ciudad de Tarma 2018

1.2.2 Objetivos secundarios 

Analizar la vulnerabilidad sísmica en las viviendas de cuatro pisos con sistema aporticado utilizando el reglamento nacional de edificaciones en la avenida pacheco – Ciudad de Tarma 2018



Estimar el peligro sísmico de una vivienda de cuatro pisos con sistema aporticado utilizando el reglamento nacional de edificaciones en la avenida pacheco – Ciudad de Tarma 2018



Proponer un refuerzo sísmico en las viviendas de cuatro pisos con sistema aporticado utilizando el reglamento nacional de edificaciones en la avenida pacheco – Ciudad de Tarma 2018

1.3 Delimitación del área de investigación 

Delimitación temporal: La presente investigación está delimitado

entre el

periodo setiembre a diciembre 2018 puesto que en este periodo están desarrollados las investigaciones en la que está basado. 

Delimitación espacial: La presente investigación está delimitado en el área donde se harán los estudios correspondientes, en este caso es en la Avenida Pacheco de la ciudad de Tarma.

1.4 Limitaciones de la investigación No se encuentra limitaciones para el siguiente trabajo de investigación.

9

Capitulo II MARCO TEÓRICO

2.1 Antecedentes Nacionales e Internacionales 2.1.1 Antecedentes Internacionales (Tapia, 2015), en su investigación “Terremoto 2010 en Chile y vivienda social”, nos dice que la sociedad chilena no termina de comprender que esos daños, son parte de un desequilibrio de una convivencia armoniosa entre ella y la naturaleza, así entonces cada vez que el territorio y su espacio son remecidos por los seísmos, la naturaleza, manifestada en la sociedad, adquiere nuevos aprendizajes para mejorar la respuesta al próximo evento. (Silva, 2011)nos redacta en “Vulnerabilidad Sísmica Estructural en Viviendas Sociales, y Evaluación preliminar de riesgo Sísmico en la Región Metropolitana”, que la albañilería reforzada ha mostrado un comportamiento satisfactorio en los pasados terremotos, cuando las estructuras han sido apropiadamente diseñadas y construidas, son capaces de soportar los efectos de un sismo de alta magnitud sin colapsar. 2.1.2

Antecedentes Nacionales (Valverde, 2017) en su tesis: “Riesgo sísmico de las viviendas autoconstruidas del distrito de Pueblo Nuevo – Lambayeque en el 2017”, analizó los errores arquitectónicos, constructivos y estructurales de 25 viviendas que fueron autoconstruidas con un sistema estructural de albañilería confinada. En algunos casos las viviendas carecian de un buen diseño arquitectónico y estructural, además de haberse construido con materiales de baja calidad y por los mismos pobladores de la zona que no cuentan con los conocimientos técnicos adecuados, ni los medios económicos. Como resultado de la investigación se obtuvo: la vulnerabilidad sísmica encontrada en el análisis de las viviendas fue Alta

10 con un 72%, media con 16%, siendo los principales factores influyentes la densidad de muros, la calidad de la mano de obra y materiales durante el proceso constructivo. Según (Plasencia & Cueva, 2015), en su tesis “Analisis Sismico comparativo teniendo en cuenta cimentación convencional y aisladores sismicos aplicado al edificio de laboratorios especializados de la escuela de ingeniería en ingeniería en energia de la UNS”nos explica que para aplicar una nueva tendencia de diseño sismorresistente al edificio de laboratorios. 2.2 BASES TEORICAS 2.2.1 Origen de los sismos Para entender el origen de los sismos, es necesario hablar sobre: deriva continental, la composición de la tierra y placas tectónicas y las micro placas, temas que son abordados en el presente apartado. Por otra parte, se indica los países cuya sismicidad está asociada al Cinturón Circunpacífico o Cinturón de Fuego del Pacífico. El Ecuador se halla ubicado en una de las zonas de mayor peligrosidad sísmica del mundo, de tal forma que los proyectistas estructurales tienen que diseñar sus edificios considerando que lo más importante es la acción sísmica. Es importante crear conciencia de que los sismos no matan, lo que matan son las estructuras si es que no han sido diseñadas en forma adecuada. Para tener una verdadera visión del problema se inicia el capítulo estudiando el origen de los sismos, luego de ello se pasa a ver la sismicidad en el Ecuador, luego se indica como se realizan los estudios de peligrosidad sísmica y se presenta el mapa de zonificación del Código Ecuatoriano de la Construcción CEC-2000. Posteriormente se presenta en forma rápida la filosofía de diseño en la forma clásica y en la nueva forma recomendada por el Comité VISION 2000, en la cual se necesita conocer los sismos de diseño para cuatro eventos denominados: frecuente, ocasional, raro y muy raro. Actualmente la mayor parte de las normativas sísmicas establecen un solo sismo de diseño y es el correspondiente al sismo raro, de tal forma que si se desea realizar un análisis y diseño sísmico por desempeño, de acuerdo a la

11 nueva visión se debe empezar por definir la forma que tienen estos cuatro sismos. La forma de los sismos de análisis y de diseño se lo representa mediante espectros, tema que es tratado en el próximo capítulo, donde se presenta una forma de hallar los espectros para los sismos: frecuente, ocasional, raro y muy raro, a partir de los espectros estipulados en las normativas sísmicas (Aguilar, 2008) (Muria & Gonzales, 1995) mencionan en ” Propiedades dinámicas de edificios de la ciudad de Mexico”, establece las recomendaciones basicas para identificar las propiedades dinamicas de los edificios a partir de mediciones de vibracion ambiental y registros sísmicos, y se comentan las ventajas y limitaciones de estas pruebas. Los resultados muestran que los periodos naturales de vibración son sensibles a las características de los suelos y de los sistemas estructurales. Se discute tabién que para diferentes sistemas estructurales, las relaciones obtenidas del periodo fundamental de vibrar en función del número de niveles, altura del edificio y densidad de muros, y se destaca la gran dispersión de los datos. Finalmente, se señalan las consideraciones de análisis generales que deben asumirse para lograr una modelación matemáticas representativa de las estructuras. 2.2.2 Vulnerabilidad Sísmica Según (Yepez, 1995), determinan que vulnerabilidad sísmica de una estructura o grupo de estructuras, se define como el grado de daño debido a la ocurrencia de un movimiento sísmico del terreno de una intensidad determinada. 2.2.1 Riesgo Sismico Según (Kuroiwa, 2002 pág. 127) define el riesgo sísmico como una función de la vulnerabilidad sísmica y del peligro sísmico, esto se determina en la siguiente expresión: Riesgo Sísmico = Vulnerabilidad x Peligro Por tanto, se puede describir al riesgo sísmico como el resultado de la exposición de las construcciones con un grado de vulnerabilidad a un peligro sísmico determinado.

12

Capítulo III DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN 3.1 Diseño Metodológico No experimental: porque solo se observa el fenómeno como se presenta en su situación natural para luego ser estudiado. 3.2 Método y Técnicas del Proyecto 3.2.1 Tipo de investigación Cuantitativo: Porque los problemas que se analizaron están referidos a problemas de ubicación, estructuración, proceso constructivo, calidad de mano de obra, calidad de los materiales empleados que se detallaran Cualitativo: Porque los resultados obtenidos en las fichas de reporte respecto a la vulnerabilidad sísmica de las viviendas, se apreciaran los niveles de vulnerabilidad sísmica. 3.2.2 Nivel de Investigación Descriptivo: dada las características del proyecto, en el cual se hace necesario obtener la información mediante estrategias tales como: revisión bibliográfica y de documentos que permitan describir o detallar en forma escrita y gráfica, el riesgo sísmico en viviendas autoconstruidas. 3.2.3 Método de Investigación Empírico: Según (Kerlinger, 1975), sostiene que: “La investigación científica es un proceso controlado, sistemático, empírico y crítico sobre las presuntas relaciones entre fenómenos naturales”.

13

CAPITULO IV PROCEDIMIENTOS Y RESULTADOS Calculo de fuerzas Horizontales 4.1 factor de zona (Z) A cada zona se asigna un factor Z según se indica en Tabla N° 1. Este factor se interpreta como la aceleración máxima horizontal en suelo rígido con una probabilidad de 10 % de ser excedida en 50 años. El factor Z se expresa como una fracción de la aceleración de la gravedad.

Z=

0.35

Decimos que la ciudad de Tarma se encuentra ubicada en la zona 3.

4.2 Factor de uso U=

1.0

Cada estructura debe ser clasificada de acuerdo con las categorías indicadas en la Tabla N° 5. El factor usará según la clasificación que se haga. Para edificios con aislamiento U = 1.sísmico en la base se podrá considerar.

14 4.3 Factor de suelo (S)

S2 1.15

S=

Perfil tipo S0: Roca dura. Perfil tipo S1: Roca o suelos rígidos. Perfil tipo S2: Suelos intermedios. Perfil tipo S3: Suelos blandos. Perfirl tipo S4: Condiciones excepcionales 4.4 Coeficiente básico de reducción

R=

8

Los sistemas estructurales se clasificarán según los materiales usados y el sistema de estructuración sismorresistente en cada dirección de análisis, tal como se indica en la Tabla N° 7. Cuando en la dirección de análisis, la edificación presente más de un sistema estructural, se tomará el menor coeficiente R que corresponda.

15

4.5 Factor de ampliación sísmica (C) 4.5.1 Periodos Tp y TL: Tipo de suelo= Tp=

0.6

TL=

2.0

S2

4.5.2 periodo fundamental de vibración (T) hn=

10.8

m.

Altura total de la edificación en metros.

CT=

T=

35

0.309

16 4.5.3 Factor de ampliación sísmica (C)

T= Tp= TL=

T

0.309 0.60 2.0

<

Tp

Tp <

T

T

Tp

C=

>

Usar C = 2.5 <

TL

No cumple! No cumple!

2.5

4.6 Estimación de peso (P)

Peso total: CV = Carga viva CM = Carga muerta Peso Total = P + 1.25% CV

Piso

CARGA M UERTA

1 2 3 4 TOTAL

15.14 15.14 15.14 15.14 60.56

CARGA VIVA 1.00 1.00 1.00 0.50 3.5

% CARGA VIVA 1.25 1.25 1.25 1.25 0.625 4.375

PESO TOTAL 16.39 16.39 16.39 15.765 64.935

Peso Total de la Edificació

4.7 Fuerza cortante en la base La fuerza cortante total en la base de la estructura correspondiente a la dirección considerada, se determinará por la siguiente expresión:

El valor de C/R no deberá considerarse menor que: 2.5 8

C/R=

E.030

0.313

Cumple!

17 Finalmente tenemos:

Z= U= C= S= R= P=

0.35 1.00 2.5 1.15 8.00 64.94

V=

8.2

Tn

4.8 Fuerza lateral de cada piso

Piso Peso Total PI 1 16.39 2 16.39 3 16.39 4 15.765

Altura Hi 2.70 5.40 8.10 10.8

Producto Pi*Hi 44.253 88.506 132.759 170.262 435.78

Porcentaje i 0.102 0.203 0.305 0.391 1.00

Cortante Producto V Fi 8.2 0.8 8.2 1.7 8.2 2.5 8.2 3.2 1.0

Vi 0.83 2.49 4.98 8.17

4.8.1 Distribución de fuerza pórtico principal intermedio

1er Piso

=

0.41

Tn

2do Piso

=

0.83

Tn

3er Piso

=

1.24

Tn

4to Piso

=

1.60

Tn

4.08

Tn

Total

4.05 4.05 4.05

4.8.2 Distribución de fuerza pórtico principal frontal 2.7 1er Piso

=

0.28

Tn

2do Piso

=

0.55

Tn

3er Piso

=

0.83

Tn

4to Piso Total

= =

1.06 2.72

Tn Tn

5.4 2.7

18 4.8.3 Pórtico principal 1.06 Tn

F 0.83 Tn

F 0.55 Tn

F 0.28 Tn

4.9 Dimensiones de los elementos Columna

Viga

50 cm

60 cm

50 cm

45 cm

20 cm 80 cm

v

40 cm

20 m 0.6 m 2.1 m m

0.6 m 2.1 m 0.6 m

0.6 m

4.1 m

0.6 m

19

losa area

120 +

m2

area

8.6 -

m2

e 0 .20

111

m2

S/C=

viviendas 200

Kg/m2

4.10 Metrado de Cargas Cuadro de diagramas de masas: Primer, segundo, tercer y cuarto nivel: PRIMER, SEGUNDO , TERCER ,CUARTO

und

UND

seccion

ELM

Nº

BASE (m)

ALTURA (m)

m

m

m2

m3

tn/m3

tn

ESPESOR

LONGITUD

AREA

VOL

P. ESPECIFICO

PESO

C-1

15.00

0.50

0.50

-

2.20

-

0.55

2.40

19.80

LOSA

1.00

-

-

0.20

-

111.39

22.28

2.40

53.47

VP1

3.00

0.45

0.60

-

20.00

-

5.40

2.40

38.88

VP2

10.00

0.45

0.60

-

2.10

-

0.57

2.40

13.61

A

PISO

125.76 masa

Carga viva: CARGA VIVA S/C = 200 kg/cm2S/C

200 kg/m2

1°,2°,3° y 4° PISO

CV=

22278

kg

CV=

22.278

tn

m

2.270948012

Ec 2100000 kg/cm2

Ic 5.20833E+11

cm4

A B = 1.2181E-06 cm 1.384E-07

P L E I

A B 148033.20 134533 kg 300 150 cm 2100000 kg/cm2 5.21E+11 cm4

cm

12.82

20 K1 K2 K3 K4

1E+11 kg/cm 1E+11 Ke 1E+11 1E+12

1.305E+33

K1 2E+06 K2 466667 K3 170068 K4 113932

Formulas a usar de frecuencia natural, frecuencia y periodo:

Cálculo de Wn, f y T: T

f

Wn

Kn

m 13.71

H 12

0.22087011

4.527548

2.882326562

113932.2917

0.18963297

5.2733446

3.357115452

170068.0272

0.11447794

8.7353077

5.5610696

466666.6667

0.05320454

18.79539

11.96551664

2160493.827

15.09

15.09

15.09

B

1.5

A

3

10.5

A

3

7.5

A

3

4.5

1.5

21

Referencias Aguilar, R. (2008). Análisis Sísmico de edificaciones (primera ed.). (C. d. Científicas, Ed.) Quito, Ecuador: Copyright. Muria, D., & Gonzales, R. (1995). "Propiedades dinámicas de edificios de la ciudad de Mexico". Revista de Ingeniería Sísmica. Plasencia, J., & Cueva, E. (2015). “Analisis Sismico comparativo teniendo en cuenta cimentación convencional y aisladores sismicos aplicado al edificio de laboratorios especializados de la escuela de ingeniería en ingeniería en energia de la UNS”. Titulo de Ingeniero Civil. Universidad Nacional del Santa, Chimbote. Silva, N. (2011). Vulneravilidad Sísmica Estructural en Viviendas Sociales y Evaluacion preliminar de riesgo sismico en la Región Metropolitana. Grado de Magister. Universidad de Chile, Santiago. Tapia, R. (2015). Terremoto 2010 en Chile y vivienda Social. doctoral. Universidad Politécnica de Madrid, Madrid, España. Valverde, O. (2017). Riesgo sísmico de las viviendas autoconstruidas del distrito de Pueblo Nuevo – Lambayeque en el 2017. titulo de Ingeniero Civil. Universidad Cesar Vallejo, Lambayeque.