UCS Facultad de Ingeniera Comportamiento de edificios de mediana altura ante sismos

UCS Facultad de Ingeniera Comportamiento de edificios de mediana altura ante sismos

ndice: Pag.

CAPITULO 1: Resumen: .8

CAPITULO 2: Introduccin:.. 9

CAPITULO 3: Estado de la cuestin: ....103.1 Antecedentes:..103.2 Anlisis ssmico segn Normas CIRSOC 103: .........103.3 Datos que se tuvieron en cuenta: ....113.4 Fundamentos Tericos: ..123.4.1 Vulnerabilidad ....123.4.2 Definicin del riesgo ssmico .123.4.3Formulacin matemtica del problema de evaluacin del riesgo ssmico ...133.4.4 Vulnerabilidad ssmica y diseo sismorresistente (La relacin vulnerabilidad diseo) ...143.4.5 Formas de cuantificar la vulnerabilidad ssmica ....143.4.6 Formas de cuantificar la vulnerabilidad ssmica segn Mtodos FEMA ...153.5 Metodologas: .153.5.1 Mtodo esttico lineal Fuerza equivalente:... 163.5.2 Mtodo esttico no lineal Anlisis pushover: 163.5.3 Anlisis Dinmico Lineal. .183.5.4 Anlisis Dinmico No Lineal 18

CAPITULO 4: Definicin del problema: ..19

4.1 Objetivo: .194.2 Descripcin de la edificacin: 214.2.1 Caractersticas generales: ....214.2.2 Caractersticas estructurales:.. 214.2.2.1 Fundacin: ...214.2.2.2 Prticos (vigas y columnas):.. 224.2.2.3 Losas: ..22

CAPITULO 5: Solucin propuesta: ...23

5.1. Plan de trabajo: ..235.2 Modelacin: ...235.2.1 Definicin de Materiales:.. 245.2.1.1 Hormign: ..245.2.1.2 Acero para armadura de refuerzos: ....255.2.1.3 Secciones: ...275.2.1.4 Resumen de procedimiento de modelacin: ..29

5.2.2 Modelacin de mampostera: .305.2.2.1 Influencia de los muros: ....305.2.2.2 Resistencia de la Biela Equivalente: ..315.2.2.3 Resumen de resultados: ..355.2.3 Fundacin...415.2.3.1 Interaccin Suelo-Estructura: .....415.2.3.2 Modelacin de la Fundacin:. 415.2.3.2.1 Pasos para su modelacin: ...435.3 Modelo terminado: .475.4 Anlisis ssmico:.... 475.4.1 Anlisis esttico lineal: ...475.4.2 Anlisis esttico no lineal o pushover: ...575.4.2.1 Espectro de capacidad 605.4.2.2 Uso del Espectro de Demanda y Espectro de Capacidad:.. 615.4.2.3Representacin de las solicitaciones ssmicas mediante espectros de demanda: 615.4.2.4 Punto de desempeo: ..615.4.2.5 Datos ingresados en el programa: ..625.4.2.6 Relacin Momento-Curvatura: ...645.4.2.7 Rotula plstica:... 655.4.2.8 Formacin de Rotulas en la estructura: ..66

5.5 ANALISIS DINAMICO NO LINEAL: ...665.5.1 Registros ssmicos: 675.5.2 Acelerogramas:. 675.5.3 Comparacin: Espectro de diseo segn IC103 vs Espectro de respuesta de acelerograma: ..715.5.4 Modelacin: ...72

CAPITULO 6: Presentacin y evaluacin de resultados: ..75

6.1 Resultados del Anlisis Esttico No Lineal:...756.1.1 Direccin Y: .......756.1.2 Direccin X: ...796.1.3 Diagramas: .....826.1.4 Datos que se consideraron: .856.2 Resultados del Anlisis Dinmico No Lineal: ...866.2.1 Anlisis con acelerograma en San Lorenzo: ..866.2.2 Anlisis con acelerograma en San Luis y Lavalle: ....866.2.3 Anlisis con acelerograma en Belgrano: ...87

CAPITULO 7: Conclusiones y perspectivas: ....88

7.1 Conclusiones de acuerdo al mtodo: 887.2 Posibles soluciones ....90

CAPITULO 8: Bibliografa: ..91

CAPITULO 9. Anexos

9.1 Informacin sobre las edificaciones (monoambientes). 949.1.1 Informacin del Proyecto ...949.1.2 Caractersticas generales: ...949.1.3 Ubicacin de las edificaciones: ..949.1.4 Informacin sobre la estructura de las edificaciones .959.1.4.1 Fundacin: ..959.1.4.2 Prticos (vigas y columnas): ..969.2 Clculo de biela ficticia para modelacin de muros:.. 1079.3 Calculo del peso de los elementos. ..1349.4 Planos arquitectnicos .1379.5 Fotografas de las edificaciones en estudio:9.6 Propuesta alternativa ...1459.6.1ANALISIS PUSHOVER DIRECCION Y: .1459.6.2ANALISIS PUSHOVER DIRECCION X: ..1489.7 Anlisis de Fundacin: ....1539.7.1 Resultados obtenidos Conclusin: 156

ndice de Tablas:

Tabla 1: Zonificacin de la Repblica Argentina en funcin del grado de peligrosidad ssmica11Tabla 2: Resistencias de Biela equivalente: prtico 1....35Tabla 3: Resistencias de Biela equivalente: prtico 3....36Tabla 4: Resistencias de Biela equivalente: prtico 6....37Tabla 5: Resistencias de Biela equivalente: prtico 7....37Tabla 6: Resistencias de Biela equivalente: prtico 8....38Tabla 7: Resistencias de Biela equivalente: prtico 12..39Tabla 8: Resistencias de Biela equivalente: prtico 15..39Tabla 9: Resistencias de Biela equivalente: prtico 17..40Tabla 10: Tipos de materiales de mampostera segn resistencia (kg/m2)40Tabla 11: Tipos de Suelos segn Norma....43Tabla 12: Coeficientes para el lmite superior del periodo de clculo ...48Tabla 13: Coeficientes Cr y x de acuerdo al tipo estructural..49Tabla 14: Tipos de Suelos segn Norma....50Tabla 15: Factor de reduccin por disipacin de energa R...50Tabla 16: Valores de as, Ca y Cv para las distintas zonas ssmicas y tipos espectrales.51Tabla 17: Valores del Periodo T3...51Tabla 18: Clasificacin del sitio Influencia del suelo..52Tabla 19: Valores de coeficientes ssmicos (T, Sa)....53Tabla 20: Desplazamientos mximos Anlisis Esttico Lineal...56Tabla 21: Pesos y Fuerzas por piso....58Tabla 22: Parmetros para columnas de Concreto Armado segn FEMA356 ..63Tabla 23: Parmetros para vigas de Concreto Armado segn FEMA356 (Tabla 6-7)...64Tabla 24: desplazamientos y numero de rotulas formadas de acuerdo al desempeo estructural..76Tabla 25: desplazamientos y numero de rotulas formadas de acuerdo al desempeo estructural..80Tabla 26: Secciones de elementos..98Tabla 27: Pesos de los elementos Peso de piso 1,2 y 3.135Tabla 28: Peso total por piso Centro de Masa...135Tabla 29: Centro de Masa piso 1,2 y3 segn Programa...135Tabla 30: Pesos de los elementos Peso de piso 4..136Tabla 31: Centro de Masa piso 4 segn Programa.......136Tabla 32: Esfuerzos y dimensiones de cada zapata producida por el anlisis Pushover Asientos153Tabla 33: Longitud entre zapatas contiguas Asientos de zapatas Distorsin angular....155

ndice de Figuras:

Figura 1: Localizacin del sismo de Salta 27 de Febrero de 2010.....11Figura 2: Distribucin de Fuerzas Grafico Corte basal vs desplazamiento.....16Figura 3: Diagrama Corte Basal vs Desplazamiento Niveles de Desempeo.19Figura 4: Plano corte transversal. ..22 Figura 5: Plano Planta.22Figura 6: Modelos simplificados de hormign no confinado [Aguiar Falconi, 2003]...24Figura 7: Propiedades de clculo del hormign usadas para la estructura. ...... 25Figura 8 Relacin Tensin-Deformacin del Hormign Simple....26Figura 9 Propiedades de clculo de acero de refuerzo....26Figura 10 Relacin Tensin-Deformacin del acero..26Figura 11 Parmetros a definir en una seccin de elemento Frame. Ejemplo de una viga....27Figura 12: Caractersticas para la modelacin de placas delgadas.28Figura 13: Rotura por traccin diagonal 32Figura 14: Rotura por deslizamiento......32Figura 15: Rotura por compresin en ngulos de la biela..33Figura 16: Rotura por compresin diagonal de la biela 33Figura 17. Nomenclatura para clculo de Biela..34Figura 18: Esquemas de clculo de las condiciones de fijacin de la estructura a) Esquema tradicional, b) Esquema considerando la flexibilidad de la base de fundacin.....42Figura 19: Esquema de configuracin de bases para el anlisis Pushover.....42Figura 20: Columna cargada con carga axial..44Figura 21: Columna cargada con fuerzas equivalentes al momento en la base..44Figura 22: Modelamiento de base terminado.45Figura 23: Zona de compresin efectiva. En azul los resortes a compresin.45Figura 24: Configuracin de los resortes coeficiente de balasto y esfuerzos solo de compresin.46Figura 25: Distribucin de tensiones sobre la base aislada46Figura 26: Distribucin de Tensiones sobre la zapata....46Figura 27: Modelacin departamento monoambiente El Huaico Sap2000.....47Figura 28: Espectro elstico de pseudoaceleraciones para zona ssmica 354Figura 29: aplicacin de fuerzas en el centro de masa...57Figura 30: distribucin esquemtica de las fuerzas a diferentes alturas.58Figura 31: Curva de Capacidad......59Figura 32: Transformacin de un diagrama curva de capacidad a espectro de capacidad....60Figura 33: Espectro de demanda vs Espectro de capacidad...61Figura 34: Ubicacin esperada de las rotulas.63Figura 35: Relacin Momento-Curvatura (Visin 2000)...64Figura 36: Diagrama Momento-Rotacin de rotula ubicada en una de las columnas del edificio.65Figura 37: modelo bilineal en funcin de la definicin de Rotula Plstica....66Figura 38: Ubicacin de epicentro del movimiento principal, segn distintas instituciones (en rojo) y estaciones del INPRES (verde)...68Figura 39: Seudoespectros de respuesta. En lnea llena, los espectros correspondientes a las componentes longitudinales (NS) y en lnea punteada, los espectros de las componentes transversales (EO) en cada estacin.....69Figura 40: Espectros de respuesta de acelerogramas registrados en la Estacin AGAS.En lnea llena, los espectros correspondientes a las componentes longitudinales (NS) y en lnea punteada, los espectros de las componentes transversales (EO) en cada estacin.....40Figura 41: Espectros de respuesta de acelerogramas registrados en la Estacin IPV.En lnea llena, los espectros correspondientes a las componentes longitudinales (NS) y en lnea punteada, los espectros de las componentes transversales (EO) en cada estacin.....71Figura 42: Comparacin entre espectros de diseo de IC103 y los espectros de respuesta de acelerogramas registrados en el Valle de Lerma por la red del INPRES...71Figura 43: Registro del Acelerograma San Lorenzo: Direccin Este-Oeste...72Figura 44: Registro del Acelerograma A10LO San Luis y Lavalle.....72Figura 45: Registro del Acelerograma San Lorenzo: Direccin Norte-Sur.73Figura 46: Registro del Acelerograma A10TR San Luis y Lavalle..73Figura 47: Registro del Acelerograma M10LO Belgrano....74Figura 48: Registro del Acelerograma M10TR Belgrano....74Figura 49: Rotulas sobre la Estructura - Steps N 1, 4, 10, 20, 30 y 40 .77Figura 50: Rotulas sobre la Estructura - Steps N 3, 5, 10, 20, 30 y 40 .81Figura 51: Corte basal (ordenada) vs Desplazamiento (abscisa)83Figura 52: Punto de Desempeo.83Figura 53: Corte basal (ordenada) vs Desplazamiento (abscisa)....84Figura 54: Punto de Desempeo.84Figura 55: Similitudes de Curva Terica con Curva obtenida....85Figura 56: Estado de la estructura ante el sismo registrado en San Lorenzo..86Figura 57: Falla de la edificacin segn acelerograma de San Luis y Lavalle...87Figura 58: Falla de la edificacin segn acelerograma de Belgrano al 2300.....87Figura 59: Ubicacin de la estructura en estudio....94Figura 60: Ubicacin monoambientes....95Figura 61: Distribucin de zapatas Monoambientes El Huaico..96Figura 62: Prtico 16..99Figura 63: Prtico 15 .99Figura 64: Prtico 12 .......100Figura 65: Prtico 8..100Figura 66: Prtico 13101Figura 67: Prtico 14....101Figura 68: Prtico 17....102Figura 69: Prtico 11....102Figura 70: Prtico 2..103Figura 71: Prtico 1..103Figura 72: Prtico 3..104Figura 73: Prtico 5..104Figura 74: Prtico 6..105Figura 75: Prtico 7......105Figura 76: Vista en Planta Prticos106Figura 77: Plano Azotea...137Figura 78: Plano Planta Baja....138Figura 79: Plano Planta Piso 1..139Figura 80: Plano Planta Piso 1..140Figura 81: Plano Corte 1...141Figura 82: Plano Corte 2...142Figura 83: Fotografa de fachada Departamento monoambiente El Huaico.143Figura 84: Fotografa Departamentos monoambiente El Huaico......144Figura 85: Fotografa Departamentos monoambiente El Huaico......144Figura 86. Distribucin de cargas analizado direccin Y..146Figura 87 Curva de capacidad, espectro de demanda y curva de demanda direccin X. 146Figura 88 Proceso de formulacin de rotulas a medida que aumenta monotnicamente las fuerzas en cada piso direccin Y estructura propuesta147Figura 89 Deformacin en cm y rotulacin para el punto de falla en planta propuesta direccin Y....148Figura 90. Distribucin de cargas analizado direccin X..149Figura 91 Curva de capacidad direccin X planta propuesta....149Figura 92. Curva de capacidad, espectro de demanda y curva de demanda direccin X Planta propuesta...149Figura 93. Estado de la estructura para el momento que que llega al punto de desempeo- direccin X Planta propuesta.....150Figura 94 Desplazamientos en las direcciones X, Y y Z en el punto de control nudo 31- direccin X Planta.150Figura 95: Proceso de formulacin de rotulas a medida que aumenta monotonicamente las fuerzas en cada piso direccin X estructura propuesta....152Figura 96: Proceso de formulacin de rotulas a medida que aumenta monotonicamente las fuerzas en cada piso direccin X estructura propuesta....154Figura 97:. Plano de Fundaciones Ubicacin y Longitud entre zapatas Diferencia de asentamiento entre zapatas .....156Fig. 98. Desplazamientos en sentidos U1, U2 y U3 de zapata 1 - 1.10m x 1.10 m - rea de compresin de zapata...157Fig.99: Esfuerzos de momentos en la direccin X Zapata 1 - 1.10m x 1.10m .157Fig. 100: Diagrama de los mximos esfuerzos de momentos en la direccin X Zapata q - 1.10m x 1.10m157Fig.101: Desplazamientos en sentidos U1, U2 y U3 de zapata 2 - 1.45 x 1.45 - rea de compresin ......158Fig. 102: Esfuerzos de momentos en la direccin X Zapata 2 - 1.45m x 1.45m...158Fig.103: Diagrama de los mximos esfuerzos de momentos en la direccin X Zapata 2 - 1.45m x 1.45m....158Fig. 104: Desplazamientos en sentidos U1, U2 y U3 de zapata 3 - 1.10m x 1.10m - rea de compresin ...159Fig.105: Esfuerzos de momentos en la direccin X Zapata 3 - 1.10m x 1.10m159Fig.106: Diagrama de los mximos esfuerzos de momentos en la direccin X Zapata 3 - 1.10m x 1.10m159Fig.107: Desplazamientos en sentidos U1, U2 y U3 de zapata 4 - 1.10m x 1.10m - rea de compresin ......160Fig.108: Esfuerzos de momentos en la direccin X Zapata 4 - 1.10m x 1.10m...160Fig.108: Diagrama de los mximos esfuerzos de momentos en la direccin X Zapata 4 - 1.10m x 1.10m....160Fig.109: Diagrama de los mximos esfuerzos de momentos en la direccin X Zapata 4 - 1.10m x 1.10m..160Fig.110: Desplazamientos en sentidos U1, U2 y U3 de zapata 5 - 1.45m x 1.45m - rea de compresin ..161Fig.111: Esfuerzos de momentos en la direccin X Zapata 5 - 1.45m x 1.45m...161Fig.112: Diagrama de los mximos esfuerzos de momentos en la direccin X Zapata 5 - 1.45m x 1.45m....161Fig.113: Desplazamientos en sentidos U1, U2 y U3 de zapata 6 - 1.10m x 1.10m - rea de compresin ..162Fig.114: Esfuerzos de momentos en la direccin X Zapata 6 - 1.10m x 1.10m162Fig.115: Diagrama de los mximos esfuerzos de momentos en la direccin X Zapata 6 - 1.10m x 1.10m162Fig.116: Desplazamientos en sentidos U1, U2 y U3 de zapata 7 - 1.10m x 1.10m - rea de compresin ..163Fig.117: Esfuerzos de momentos en la direccin X Zapata 7 - 1.10m x 1.10m....163Fig.118: Diagrama de los mximos esfuerzos de momentos en la direccin X Zapata 7 - 1.10m x 1.10m163Fig.119: Desplazamientos en sentidos U1, U2 y U3 de zapata 8 - 1.15m x 1.15m - rea de compresin ..164Fig.120: Esfuerzos de momentos en la direccin X Zapata 8 - 1.15m x 1.15m164Fig.121: Diagrama de los mximos esfuerzos de momentos en la direccin X Zapata 8 - 1.15m x 1.15m164Fig.122: Desplazamientos en sentidos U1, U2 y U3 de zapata 9 - 1.20m x 1.20m - rea de compresin ..165Fig.123: Esfuerzos de momentos en la direccin X Zapata 9 - 1.20m x 1.20m...165Fig.124: Diagrama de los mximos esfuerzos de momentos en la direccin X Zapata 9 - 1.20m x 1.20m....165Fig.125: Desplazamientos en sentidos U1, U2 y U3 de zapata 10 - 1.10m x 1.10m - rea de compresin ..166Fig.126: Esfuerzos de momentos en la direccin X Zapata 10 - 1.10m x 1.10m...166Fig.127: Diagrama de los mximos esfuerzos de momentos en la direccin X Zapata 10 - 1.10m x 1.10m....166Fig128: Desplazamientos en sentidos U1, U2 y U3 de zapata 11 - 1.20m x 1.20m - rea de compresin ...167Fig.129: Esfuerzos de momentos en la direccin X Zapata 11 - 1.20m x 1.20m..167Fig.130: Diagrama de los mximos esfuerzos de momentos en la direccin X Zapata 11 - 1.20m x 1.20m167Fig.131: Desplazamientos en sentidos U1, U2 y U3 de zapata 12 - 1.15m x 1.15m - rea de compresin ...168Fig. 132: Esfuerzos de momentos en la direccin X Zapata 12 - 1.15m x 1.15m.168Fig.133: Diagrama de los mximos esfuerzos de momentos en la direccin X Zapata 12- 1.15m x 1.15m168Fig.134: Desplazamientos en sentidos U1, U2 y U3 de zapata 13 - 1.10m x 1.10m - rea de compresin ...169Fig. 135: Esfuerzos de momentos en la direccin X Zapata 13 - 1.10m x 1.10m.169Fig. 136: Diagrama de momentos en la direccin X Zapata 13 - 1.10m x 1.10m.....169Dean Pacios, Diego Alejandro5