Análisis-sísmico.docx

ANÁLISIS SÍSMICO Edificio multifamiliar (17 niveles)

DICIEMBRE 2018 UNIVERSIDAD CONTINENTAL INGENIERÍA SISMO RESISTENTE

“Año del dialogo y reconciliación Nacional”

UNIVERSIDAD CONTINENTAL

ANÁLISIS SÍSMICO SEGÚN LA NORMA DE UN EDIFICIO DE 17 PISOS ESPECIALIDAD: INGENIERÍA CIVIL CURSO: INGENIERÍA SISMO RESISTENTE SECCIÓN: 3617 PRESENTADO A: ING. VALERIO JACOBO PRESENTADO POR:  CHINCHAY CHAVEZ CRISTHIAN  DOBLADILLO ALEJANDRO MABEL  ESTRELLA ZANABRIA ARTURO  MANRIQUE DÁVILA RENZO  VILA CANCHARI MIGUEL SEMESTRE: X SEMESTRE

DEDICATORIA Los resultados de este proyecto, están dedicados a todas aquellas personas que, de alguna forma, son parte de su culminación.

Nuestros sinceros

agradecimientos están dirigidos hacia el Ing. Alfredo Di Jordi Espinoza Pacahuala, quien, con su ayuda desinteresada, nos brindó información relevante.

INTRODUCCIÓN El análisis sísmico permite estimar el posible comportamiento de una edificación ante un evento sísmico. Este análisis se realiza de acuerdo a la Norma de Diseño Sismorresistente E-030, la cual pide dos tipos de análisis: estático y dinámico. En base al análisis realizado se obtendrán las fuerzas internas de los elementos. Ambos análisis se hacen para las dos direcciones principales X e Y. La norma nos exige que el edificio cumpla algunos requisitos, el primero es controlar la deriva máxima por lo cual el edificio debe tener una adecuada rigidez en las dos direcciones. Además, nos pide calcular la junta separación sísmica con el fin de disminuir la probabilidad de choque con una edificación vecina. El modelo tridimensional del programa Etabs considera la rigidez y propiedades inerciales del edificio. Todo se realiza en el estado elástico, por lo cual se toman rigideces e inercias brutas. Se consideran diafragmas en cada piso con tres grados de libertad, los que corresponden a dos traslacionales y uno rotacional. Mediante el programa se obtiene el peso de la edificación en base a las cargas aplicadas y el peso de los elementos estructurales y no estructurales.

Importancia del Proyecto: La presente trabajo se basa en el diseño estructural de un edificio de 17 pisos sobre un suelo de caliche (suelo muy rígido), típico del distrito del tambo, en el Departamento Junín, cuya importancia radica en los siguientes aspectos:  Permite poner en práctica los conceptos de análisis sísmico y diseño estructural aprendidos en la como estudiante de la Universidad Continental, Huancayo, Perú.  Permite mostrar que en Huancayo es posible desarrollar estructuras de edificios de altura importantes.  Permite aplicar herramientas computacionales de análisis y diseño estructural del edificio en estudio para la solución de las fuerzas y deformaciones que se generan en los diferentes estados de carga: Carga muerta (CM), carga viva (CV), carga sísmica (CS) .

1.2.-OBJETIVO GENERAL:  Analizar y diseñar una edificación de 17 niveles en la ciudad de HUANCAYO que cumpla con las condiciones establecidas en la filosofía de diseño sismorresistente de las normas peruanas E.030

1.3.-OBJETIVOS ESPECIFICOS:  Analizar el comportamiento de la edificación de concreto armado frente a sismos en la ciudad de Huancayo según las normas E.030 (diseño sismoresistente).  Diseñar los elementos estructurales de la edificación aplicando la metodología de diseño por resistencia teniendo en cuenta los parámetros indicados en la norma E.060 (Concreto Armado).     

Determinar los Desplazamientos y Derivas de casa piso del edificio. Evaluar los periodos y porcentajes de participación modal Analizar el cortante estático y dinámico Calcular las excentricidades del edificio. Determinar el porcentaje de fuerza cortante que absorbe cada elemento estructural.

1.3.- Aspectos del Diseño Sísmico: Huancayo es una ciudad que se encuentra en la zona III del Mapa Sísmico del Perú por lo que los conceptos de diseño sismorresistente son los predominantes; por lo tanto, se trata de brindar a los usuarios una protección sísmica a través de:  Un sistema de protección estructural.  Un sistema de reducción de vibraciones.  Un sistema de construcción segura.  Un sistema de protección no estructural.  Un sistema de protección de los contenidos.

Para ello se brinda a la estructura:



Simplicidad.



Simetría.



Uniformidad.



Redundancia.



Resistencia y rigidez bidireccional.



Resistencia y rigidez torsional.



Comportamiento de diafragma en cada nivel.



Una cimentación adecuada.

1.4.- Procedimiento general de Diseño Estructural: El procedimiento empleado en el presente trabajo radica en cuatro pasos principales: Modelaje estructural: Definición de ejes estructurales, distribución de elementos verticales (columnas y placas), distribución de vigas y losas, definición del estado de cargas (CM, CV, CS y ES). Análisis estructural por computadora: Emplear programa comerciales como: ETABS, dependiendo de los elementos en estudio. Interpretación de resultados con fines de diseño: Aplicar conceptos de análisis sísmico y diseño estructural aprendidos. Diseño estructural: Realizado en base a las normas E-060 de Concreto Armado y E-030 de Diseño Sismorresistente, traducidos finalmente en planos de estructuras desarrollados en CAD.

MARCO TEÓRICO Según la Norma Peruana de Estructuras señala que las estructuras deben ser clasificadas como regulares e irregulares con el fin de determinar el procedimiento adecuado de análisis y los valores apropiados del factor de reducción de fuerza sísmica; en el proyecto se ha considerado como una estructura regular por ser de estructuración simple. El análisis de una estructura ante una excitación sísmica debe tener en cuenta todos los grados de libertad necesarios para representar completamente los posibles modos de deformación y las fuerzas de inercia significativas. Los métodos dinámicos pueden utilizarse para el análisis de toda estructura, cualesquiera que sean sus características, mientras que el método estático se utiliza para analizar estructuras regulares; de altura no mayor de 30 m, y estructuras irregulares de no más de 20 m. El método de análisis Estático consta esencialmente de los siguientes pasos: 1 Calcular fuerzas laterales aplicadas en los centros de masa de los pisos que produzcan efectos equivalentes en la acción sísmica. 2 Distribuir las fuerzas laterales del paso 1 a los momentos torsionantes asociados a dichas fuerzas entre los sistemas resistentes a carga lateral que conforman la estructura. 3 Analizar cada sistema resistente ante las cargas laterales que correspondan. Para ello se puede realizar la valuación de fuerzas sísmicas con o sin estimar el periodo fundamental de la estructura. Para un Análisis dinámico los grados de libertad se puede reducir a tres dos desplazamientos laterales y un giro alrededor del eje vertical considerando los pisos como diafragmas rígidos

2

1 3

El método de análisis dinámico consta de los mismos pasos básicos del estático, solo que las fuerzas laterales aplicadas en los centros de masa de los pisos se determinan a partir de la respuesta dinámica de la estructura. A diferencia del estático, este tipo de análisis puede realizarse en base al análisis modal espectral o análisis pasó a paso, considerando para este último que la respuesta total se encuentre mediante la superposición en el tiempo de las respuestas modales para cada uno de los modos de vibración. En caso de realizar un análisis modal espectral, se deben incluir todos los modos de vibración con periodo mayor o igual a 0.6 segundos, pero en ningún caso podrán considerarse menos que los tres primeros modos de traslación en cada dirección de análisis. Para la determinación del momento de volteo se realizará de igual manera que en el análisis estático. Para el análisis sísmico del proyecto se usará el programa ETABS, software que modela la edificación para su consiguiente análisis. Usando un análisis sísmico dinámico. Con la facilidad y practicidad de utilizar el análisis dinámico modal espectral con la ayuda de un software especializado, es claramente obvia su aceptación para llevar a cabo el análisis sísmico. Una de las grandes ventajas de este método es la reducción en el tiempo de análisis y obtención de resultandos confiables, al utilizar formulas sencillas y efectivas, evitando así el sobre diseño de los elementos principales de nuestras estructuras. Los resultados de este análisis son para corroborar las irregularidades que podría tener la edificación y para amplificar según los valores correspondientes. Los desplazamientos y deformaciones que tendrá la estructura también son parte de los resultados de hacer correr el programa. Cabe resaltar que existen irregularidades por planta y por altura, sin embargo, para el proyecto propuesto se solicita que no tenga irregularidades, esto se debe a la categoría y zona en la que se encuentra la estructura. Para este análisis se deberá de utilizar un espectro de pseudo aceleración para obtener el factor de amplificación sísmico respecto a un periodo variable para el análisis.

MEMORIA DE CÁLCULO 2.- REQUISITOS PARA EL DESARROLLO DEL PROYECTO: 2.1.-Normas empleadas:  Norma E-020: Cargas  Norma E-030: Diseño Sismorresistente  Norma E-060: Diseño en Concreto Armado  Norma E-070: Albañilería

2.2.-Requisitos fundamentales de diseño sismorresistente:  Que la estructura tenga suficiente rigidez para reducir los desplazamientos laterales a niveles tolerables  Que la estructura tenga suficiente resistencia para resistir las fuerzas inerciales impuestas por el movimiento del suelo  Que el detallado del edificio sea el adecuado para garantizar un nivel de tenacidad que sea capaz de retener una porción sustancial de su resistencia respondiendo en el rango no lineal bajo desplazamientos de carga y descarga.

2.3.-Materiales: 

Concreto: Resistencia a la compresión (f’c) = 420 kgf/cm2 Peso específico = 2400 kgf/cm2 Módulo de elasticidad (Ec) = 2195 kgf/mm2

Relación de Poisson = 0.20 Curva característica del concreto:

Fig.001. Curva característica del Concreto 

Acero de refuerzo: Esfuerzo de fluencia (fy) = 4200 kgf/cm2 Peso específico = 7849 kgf/m3 Módulo de elasticidad = 20 389.02 kgf/mm2

Curva de característica del acero:

Fig.002. Curva característica del Acero

2.4.- Combinaciones de carga: 

1.4D + 1.7L



1.25(D+L) ± SX



1.25 (D+L) ± SY



0.9D ± SX



0.9D ± SY

ESTRUCTURACIÓN:

El sistema estructural sismo resistente es de Muros Estructurales en las dos direcciones principales de la estructura.

Presenta vigas peraltadas de 30 centímetros por 70 centímetros en las direcciones principales de la estructura.

Presenta losa nervada bidireccional y unidireccional en los diversos paños de la estructura.

3.1.-Cargas:  Acabados

= 100 kgf/m2

 Tabiquería

= 200 kgf/m2

 Sobrecarga

= 200 kgf/m2 (Viviendas)

3.2.-Análisis sísmico:

3.2.1.-Analisis estático: 3.2.1.1 Peso del edificio:

3.2.1.2.-Coeficiente sísmico La fuerza cortante en la base, correspondiente a cada dirección, se calcula mediante la siguiente expresión:

3.3.-Parámetros sísmicos:

Factor de zona (Z) = 0.35

(Huancayo)

Factor de uso (U)

= 1.00

Factor de suelos (S)= 1.00

(Común)

(Perfil S1)

Factor de amplificación sísmica (C)= 2.5

Factor de reducción (R)= 6

(Muros estructurales)

 𝑉𝑥 = 0.051395 ∗ 𝑊  𝑉𝑦 = 0.064315 ∗ 𝑊 W = peso sísmico de la edificación. Se definió considerando el 100% de la carga permanente y el 25% de la carga viva. Así:

Vx ESTÁTICO = 640.27 tonf Vy ESTÁTICO = 511.65 tonf

Definición del sismo estático:

Tanto para el sismo en la dirección XX como en la dirección YY, se considera un 5% de excentricidad.

3.2.2.-Análisis dinámico: En la presente tesis, por tratarse de una edificación común, se realizará un análisis de combinación espectral.

3.2.2.2.-Aceleración espectral Para el presente trabajo, el análisis dinámico se define por el siguiente espectro inelástico de pseudo aceleraciones:

Aceleración espectral:

g = 9.81

Espectro de pseudo-aceleraciones:

T

Espec. Elast ZUCS*G

C 0.00 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 1.05 1.10 1.15 1.20 1.25 1.30 1.35

2.50 2.50 2.50 2.50 2.50 2.50 2.50 2.50 2.50 2.50 2.50 2.50 2.31 2.14 2.00 1.88 1.76 1.67 1.58 1.50 1.43 1.36 1.30 1.25 1.20 1.15 1.11

SA XX 14.81 14.81 14.81 14.81 14.81 14.81 14.81 14.81 14.81 14.81 14.81 14.81 13.67 12.69 11.85 11.11 10.45 9.87 9.35 8.88 8.46 8.08 7.73 7.40 7.11 6.83 6.58

Espec. Inelast. SAYY 2.47 2.47 2.47 2.47 2.47 2.47 2.47 2.47 2.47 2.47 2.47 2.47 2.28 2.12 1.97 1.85 1.74 1.65 1.56 1.48 1.41 1.35 1.29 1.23 1.18 1.14 1.10

2.47 2.47 2.47 2.47 2.47 2.47 2.47 2.47 2.47 2.47 2.47 2.47 2.28 2.12 1.97 1.85 1.74 1.65 1.56 1.48 1.41 1.35 1.29 1.23 1.18 1.14 1.10

1.40 1.45 1.50 1.55 1.60 1.65 1.70 1.75 1.80 1.85 1.90 1.95 2.00 2.05 2.10 2.15 2.20 2.25 2.30 2.35 2.40 2.45 2.50 2.55 2.60 2.65 2.70 2.75 2.80 2.85 2.90 2.95 3.00 3.05 3.10 3.15 3.20 3.25 3.30 3.35 3.40

1.07 1.03 1.00 0.97 0.94 0.91 0.88 0.86 0.83 0.81 0.79 0.77 0.75 0.71 0.68 0.65 0.62 0.59 0.57 0.54 0.52 0.50 0.48 0.46 0.44 0.43 0.41 0.40 0.38 0.37 0.36 0.34 0.33 0.32 0.31 0.30 0.29 0.28 0.28 0.27 0.26

6.35 6.13 5.92 5.73 5.55 5.38 5.23 5.08 4.94 4.80 4.68 4.56 4.44 4.23 4.03 3.84 3.67 3.51 3.36 3.22 3.08 2.96 2.84 2.73 2.63 2.53 2.44 2.35 2.27 2.19 2.11 2.04 1.97 1.91 1.85 1.79 1.74 1.68 1.63 1.58 1.54

1.06 1.02 0.99 0.96 0.93 0.90 0.87 0.85 0.82 0.80 0.78 0.76 0.74 0.70 0.67 0.64 0.61 0.58 0.56 0.54 0.51 0.49 0.47 0.46 0.44 0.42 0.41 0.39 0.38 0.36 0.35 0.34 0.33 0.32 0.31 0.30 0.29 0.28 0.27 0.26 0.26

1.06 1.02 0.99 0.96 0.93 0.90 0.87 0.85 0.82 0.80 0.78 0.76 0.74 0.70 0.67 0.64 0.61 0.58 0.56 0.54 0.51 0.49 0.47 0.46 0.44 0.42 0.41 0.39 0.38 0.36 0.35 0.34 0.33 0.32 0.31 0.30 0.29 0.28 0.27 0.26 0.26

3.45 3.50

0.25 0.24

1.49 1.45

0.25 0.24

ESPECTRO ELASTICO

ESPECTRO INELASTICO

0.25 0.24

Modos propios:

Vx DINÁMICO = 521.89 tonf Vy DINÁMICO = 439.68 tonf

Derivas de entrepiso en XX:

No se excede el límite impuesto por la norma E.030 (0.007). El edificio es rígido en la dirección XX.

Derivas de entrepiso en YY:

No se excede el límite impuesto por la norma E.030 (0.007). El edificio es rígido en la dirección YY.

Desplazamientos en la dirección XX:

Se observa que el máximo desplazamiento se produce a nivel de azotea y es igual a 9.45 cm. Desplazamientos en la dirección YY:

Se observa que el máximo desplazamiento se produce a nivel de azotea y es igual a 12.01 cm.

Definición del sismo dinámico:

Porcentaje del cortante basal actuante en columnas y placas: o Sismo XX: TABLE: Pier Forces Story

Pier

Story1 Story1 Story1 Story1 Story1 Story1

PW1 PW2 PW3 PW4 PW9 PW10

Load Case/Combo SX DYN Max SX DYN Max SX DYN Max SX DYN Max SX DYN Max SX DYN Max

Locación Bottom Bottom Bottom Bottom Bottom Bottom

P tonf 0.4194 0.4194 0.0119 0.0119 93.2534 96.152

V2 tonf 74.9293 74.9293 69.7988 69.7988 24.5131 24.5269

V3 T M2 tonf tonf-m tonf-m 0.0006 0.14 0.0043 0.0006 0.14 0.0043 0.0015 0.2424 0.0057 0.0015 0.2424 0.0057 0.1118 0.2413 0.3473 0.0985 0.2859 0.3179

M3 tonf-m 811.8066 811.8065 777.4109 777.4108 208.9111 208.9215

Story1 Story1 Story1 Story1 Story1 Story1

PW11 PW12 PW13 PW14 PW15 PW16

SX DYN Max SX DYN Max SX DYN Max SX DYN Max SX DYN Max SX DYN Max

Bottom Bottom Bottom Bottom Bottom Bottom

96.152 93.2534 33.7627 33.7627 34.6313 34.6313

24.5269 24.5131 34.9299 34.9299 34.899 34.899

0.0985 0.1118 0.2559 0.2559 0.2456 0.2457

0.2859 0.2413 0.3256 0.3256 0.3486 0.3486

0.3179 0.3473 0.4093 0.4093 0.3949 0.3949

208.9215 208.9111 195.2564 195.2564 195.2404 195.2404

527.194 tonf

Entonces las placas absorben el 99% del cortante basal y las columnas tan sólo 1%. Entonces el sistema es De muros estructurales. o Sismo YY: TABLE: Pier Forces Story

Pier

Story1 Story1 Story1 Story1 Story1 Story1 Story1 Story1

PW5 PW6 PW7 PW8 PW17 PW18 PW19 PW20

Load Case/Combo SY DYN Max SY DYN Max SY DYN Max SY DYN Max SY DYN Max SY DYN Max SY DYN Max SY DYN Max

Location Bottom Bottom Bottom Bottom Bottom Bottom Bottom Bottom

P tonf 195.8305 195.8306 186.5051 186.5052 76.0567 76.0567 76.6323 76.6323

V2 tonf 97.1216 97.1216 98.7015 98.7015 6.9849 6.9849 7.2562 7.2562

V3 T tonf tonf-m 0.3137 0.3448 0.3137 0.3448 0.4121 0.3596 0.4121 0.3596 0.3004 0.2533 0.3004 0.2533 0.2358 0.2124 0.2358 0.2124

M2 tonf-m 0.7701 0.7701 0.9771 0.9771 0.3519 0.3519 0.2917 0.2917

420.1284 tonf

Entonces las placas absorben el 95.5% del cortante basal y las columnas tan sólo 4.5%. Entonces el sistema es De muros estructurales.

M3 tonf-m 1016.8594 1016.8594 1046.6854 1046.6854 31.5105 31.5105 33.2838 33.2838

RESULTADOS:  Diagrama de momentos flectores en vigas (tonf-m):

 Diagrama de fuerzas cortantes en vigas (tonf):

CONCLUSIONES

 El edificio está estructurado predominantemente por muros de corte de concreto armado, así como por losas macizas y losas nervadas que actúan como diafragmas rígidos horizontales. En la estructura, los muros de corte aportan casi el total de resistencia lateral en ambos sentidos.  En la dirección (x-x) los muros estructurales absorben el 99% de la cortante por lo tanto podemos decir que en esa dirección debemos tomar un factor de reducción R=6 (muros estructurales).  En la dirección (x-x) los muros estructurales absorben el 95% de la cortante por lo tanto podemos decir que en esa dirección debemos tomar un factor de reducción R=6 (muros estructurales).  Para corregir las deformaciones de los elementos verticales, producto de la aplicación de cargas, se utilizó la opción del programa ETABS de corrección por proceso constructivo.  Para hallar el peso del edificio al realizar el análisis sísmico es correcta pues al hallar el peso total de la estructura se tiene: Del Piso 1 al Piso 17: 12457.83 ton  Los valores de deriva máximo EN (X-X) es igual a 0.00229 y cumplen los límites impuestos en la norma ya que son menores a 0.007, por lo tanto podemos decir que el edificio es rígido en la dirección (X-X).  Las valores de deriva máximo EN (Y-Y) es igual a 0.002849 y cumplen los límites impuestos en la norma ya que son menores a 0.007, por lo tanto podemos decir que el edificio es rígido en la dirección (Y-Y)  Al realizar el análisis modal con el programa ETABS se obtuvieron periodos fundamentales de 0.907 s para la dirección X-X y de 1.135 s para la dirección Y-Y.  En las losas macizas y las vigas, gobernó el diseño por las cargas de gravedad.

RECOMENDACIONES  Es necesario al momento de planear un edificio que los diseñadores de este (Arquitectos e Ingenieros), estén en constante comunicación para así poder tener una adecuada distribución de ambientes que permitan tener una adecuada distribución de elementos resistentes.  Se debe tener mucho cuidado al ingresar los valores, dimensiones, materiales, cargas, etc., en el programa a utilizar, ya que si bien es cierto el uso de programas facilita el análisis estructural y nos ayuda a darle una mayor precisión y nos permite observar de manera más real los efectos de los sismos sobre las estructuras, la incorrecta utilización nos podría ocasionar graves problemas en el diseño.  Se debe buscar dar más capacidad por cortante en los elementos sometidos a flexión y corte (vigas), y en los elementos sometidos a flexo compresión y cortantes (placas), de tal manera que se evite una falla frágil y se de una falla dúctil.