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8/10/2019 ANLISIS SSMICO DINAMICO DE EDIFICACION APORTICADO|
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Alumnos:
RENZO FIGUEROA PACHECO JULIO OJEDA GARAYAR JOSE OLAZABAL DAVILAMARCOS TOLMOS NEHME
Docente:
Dr. GENNER VILLARREAL CASTRO
2012
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ESPECIFICACIONES TCNICASCaractersticas del edificio:Uso: Centro PenitenciarioUbicacin: Jesus Maria - Lima
Caractersticas del suelo de fundacin:Tipo: Suelo RgidoCapacidad portante asumida (q a): 3.5 Kg/cm2 Coeficiente de Balasto asumido (Cz): 7 Kg/cm 3
Asentamiento tolerable (St): 0.4 cmDimensiones en planta: (planta A) L1: 5 mL2: 7 mL3: 5 m
Otras especificaciones:
Sistema estructural: A porticado con zapatas aisladasDiafragma Horizontal: Losa aligeradafc = 210 Kg/cm2 fy = 4200 Kg/cm 2Modelo de interaccin suelo-estructura: D.D.Barkan O.A. SavinovDisipador: Viscoelstico
Acelerograma: Sismo de Chimbote 1970
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PREDIMENSIONAMIENTO
Losa Aligerada en una direccin .
Long. 5m /25=20cm
El diseo de la losa aligerada va hacer de peralte de 20cm.
Viga
Luz de 7 m viga 0.35*0.70Luz de 5 cm viga 0.25*0.50
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PREDIMENSIONAMIENTO DE COLUMNAS
ColumnasSe predimensionan en funcin de su rea tributaria.
Debido a una serie de clculos se llego a la conclusin que las columnastendrn la siguiente dimensin: 35x45 cm
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Metrado de Cargas4 piso CM
peso propio columna 2400 kg/m3 0.45 m 0.35 m 3.3 m 16 veces 19958.4 kg
peso vigas eje x 2400 kg/m3 0.7 m 0.35 m 6.55 m 12 veces 46216.8 kg
peso vigas eje y 2400 kg/m3 0.5 m 0.25 m 4.65 m 12 veces 16740 kg
peso losa aligerada 300 kg/m2 6.95 m 4.65 m 9 veces 87257.3 kg 170172 kg
CV
s/c 100 kg/m2 21.45 m 15.35 m 32925.8 kg
32925.8 kg
P piso4 203098 kg
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Metrado de Cargas2 y 3 piso CM
peso propio columna 2400 kg/m3 0.45 m 0.35 m 3.3 m 16 veces 19958.4 kg
peso vigas eje x 2400 kg/m3 0.7 m 0.35 m 6.55 m 12 veces 46216.8 kg
peso vigas eje y 2400 kg/m3 0.5 m 0.25 m 4.65 m 12 veces 16740 kg
peso losa aligerada 300 kg/m2 6.95 m 4.65 m 9 veces 87257.3 kg 170172 kg
CV
s/c 200 kg/m2 21.45 m 15.35 m 65851.5 kg
65851.5 kg
P piso3 236024 kg P piso2 236024 kg
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Metrado de Cargas1 piso CM
peso propio columna 2400 kg/m3 0.45 m 0.35 m 4.3 m 16 veces 26006.4 kg
peso vigas eje x 2400 kg/m3 0.7 m 0.35 m 6.55 m 12 veces 46216.8 kg
peso vigas eje y 2400 kg/m3 0.5 m 0.25 m 4.65 m 12 veces 16740 kg
peso losa aligerada 300 kg/m2 6.95 m 4.65 m 9 veces 87257.3 kg 176220 kg
CV
s/c 200 kg/m2 21.45 m 15.35 m 65851.5 kg
65851.5 kg
P piso1 242072 kg
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ZapataLas zapatas se dimensionan en dependencia de lacapacidad portante del suelo y de la carga quetransmite la columna hacia ella.
a
servicio zapata q
P A
*9.0
Pm (kg) Pv (kg) Ps (kg) Az (cm2) L (m) B (m)
A1-A4-D1-D4 25560 6460 32020 16941.7989 1.4 1.4
A2-A3-D2-D3 38040 12930 50970 26968.254 1.7 1.7
B1-C1-B4-C4 42950 12930 55880 29566.1376 1.8 1.8
B2-B3-C2-C3 65130 25850 90980 48137.5661 2.2 2.2
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Excentricidad accidentalSegn Norma E030:
Lx=21.45m ex=1.0725mLy=15.35m ey=0.7675m
0.05
0.05 x x
y y
e L
e L
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Anlisis Espectrala) Obtencion del Factor de EscalaDe acuerdo a la Norma de Diseo Sismo Resistente E030, se determina mediante la siguienteformula:
Donde:Z = 0.4 (Zona 3)U = 1.3 (Edificacion Importante)S = 1.0 (Suelo Rigido)R=8 (Edificio aporticado de Concreto Armado)
Reemplazando los datos se obtiene:
FE = 0.63765
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Anlisis Espectralb) Calculo de Masa Rotacional y TraslacionalEstos valores se aplican en el centro de masa de cada nivel y se obtienen mediantes lassiguientes frmulas:
Donde:g: Gravedada: Longitud en el eje Xb: Longitud en el eje Y
De donde al reemplazar datos se obtiene los siguientes resultados:
PISOi P Mt g
2 2( )12
Mt a b Mr
Ppiso (tn) Mt Mr P1 = 209.146 21.3196 1236.0510 P2 = 203.098 20.7031 1200.3074 P3 = 203.098 20.7031 1200.3074 P4 = 186.635 19.0250 1103.0119
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Anlisis Espectralc) % de Masa Participativa por Modo de VibracinInicialmente se trabajo con 8 Modos, y al correr el modelo se obtuvieron los siguientesresultados:
Donde se puede observa que a partir del Modo 3 se supera el 90% del total. Asimismo sepuede observar los Periodos para los diferentes Modos.
StepNum Period SumUX SumUY Unitless Sec Unitless Unitless
1 0.954107 0.000606 0.910085 2 0.705907 0.763372 0.9152 3 0.625972 0.93424 0.924082 4 0.302101 0.934279 0.986842 5 0.224865 0.980614 0.987194 6 0.199154 0.990623 0.987794 7 0.170521 0.990631 0.998179
8 0.129537 0.99748 0.998241
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Anlisis Espectrald) Desplazamientos obtenidosLos resultados obtenidos se muestran en la siguiente tabla:
e) Control de derivas
Piso 1 Ux = 0.03490 m Uy = 0.04884 m Piso 2 Ux = 0.05412 m Uy = 0.07918 m Piso 3 Ux = 0.06765 m Uy = 0.10070 m Piso 4 Ux = 0.07479 m Uy = 0.11223 m
Dx1 0.00812 No cumple Dx2 0.00583 Si cumple Dx3 0.00410 Si cumple Dx4 0.00216 Si cumple
Dy1 0.01136 No cumple Dy2 0.00920 No cumple Dy3 0.00652 Si cumple Dy4 0.00349 Si cumple
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Anlisis Espectralf) Fuerzas resultantes
g) Conclusiones
Como se pudo observar no cumplen tres casos de derivas y por lo tanto se debe realizarinnovaciones.
Sismo x Sismo y Periodo maximo 0.954107 0.954107Xmax 74.79mm
Ymax 112.23mmNmax 7.23T (Eje A-2) 7.54T (Eje C-1)Vmax 5.35T (Eje B-1,C-1) 3.99T (Eje D-2,D-3)Mmax 12.01T.m (Eje B-1,C-1) 9.21T.m (Eje D-2,D-3)
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Anlisis Tiempo-HistoriaPara el desarrollo del anlisis por Tiempo-Historia, se utiliz el acelerogramacorrespondiente al sismo de Chimbote de 1970.El diagrama cuenta con un total de 2259 puntos, intervalo de 0.02 y una
aceleracin pico de 1.048 m/s2.a) Factor de EscalaSe aplica la siguiente frmula por ser Zona 3:
Donde: FEunidad = 0.00001amax = 1.048 m/s^2
Reemplazando datos se obtiene:
FE = 3.744E-5
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Anlisis Tiempo-Historiab) Desplazamientos obtenidosLos resultados obtenidos son los siguientes:
c) Control de derivas
Piso 1 Ux = 0.03048 m Uy = 0.02181 m Piso 2 Ux = 0.04729 m Uy = 0.03535 m Piso 3 Ux = 0.05912 m Uy = 0.04495 m Piso 4 Ux = 0.06536 m Uy = 0.05010 m
Dx1 0.00709 No cumple Dx2 0.00509 Si cumple Dx3 0.00358 Si cumple Dx4 0.00189 Si cumple
Dy1 0.00507 Si cumple Dy2 0.00410 Si cumple Dy3 0.00291 Si cumple Dy4 0.00156 Si cumple
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Anlisis Tiempo-Historiad) Fuerzas resultantes
e) ConclusionesSe observa que no cumple la deriva en un caso en el sentido del eje X en el 1er
nivel.
Sismo x Sismo y
Periodo maximo 0.954107 0.954107Xmax 65.36mm
Ymax 50.10mmNmax 40.09T (Eje A-2) 20.99T (Eje C-1)Vmax 30.53T (Eje B-1,C-1) 10.91T (Eje D-2,D-3)Mmax 68.52T.m (Eje B-1,C-1) 25.17T.m (Eje D-2,D-3)
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Innovacin 1:Cambiar dimensiones de la columnay fc Para la primera innovacin se toma en cuenta que se realizara en el anlisis
espectral, debido a que este presenta el anlisis crtico (No cumplen 3 casos de
derivas)a) MetradoDimensiones de columna: 45x55fc=280 km/cm2Se realiza el metrado con esta nueva dimensin de las columnas y se obtiene los
siguientes pesos:P1 = 222.525
P2 = 213.021
P3 = 213.021
P4 = 196.374
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Innovacin 1:Cambiar dimensiones de la columnay fc b) Excentricidad accidentalDebido a que cambio las dimensiones de la columna entonces las longitudes en
ambos ejes vari.
Lx=21.55m ex=1.0775m
Ly=15.45m ey=0.7725m
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Innovacin 1:Cambiar dimensiones de la columnay fc c) Calculo de Masa Rotacional y Traslacional Como el metrado vari y las longitudes tambin, entonces cambian las masas que
se aplican a los Centros de Masas
Ppiso (tn) Mt Mr P1 = 222.52515 22.6835 1329.0736 P2 = 213.02115 21.7147 1272.3092 P3 = 213.02115 21.7147 1272.3092 P4 = 196.373775 20.0177 1172.8796
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Innovacin 1:Cambiar dimensiones de la columna y fc
d) % de Masa Participativa por Modo de VibracinSe trabajo con 4 modos y estos son los resultados:
De donde se puede resaltar que los periodos son menores a que los hallados sinesta innovacin.
StepNum Period SumUX SumUY Unitless Sec Unitless Unitless
1 0.733221 0.000559 0.8843332 0.540162 0.741728 0.8892053 0.4799 0.915217 0.8974544 0.226876 0.915269 0.978459
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Innovacin 1:Cambiar dimensiones de la columna y fc
e) Desplazamientos obtenidosSe presentan en la siguiente tabla:
f) Control de derivas
Piso 1 Ux = 0.02397 m Uy = 0.03227 m
Piso 2 Ux = 0.04030 m Uy = 0.05815 m Piso 3 Ux = 0.05202 m Uy = 0.07735 m Piso 4 Ux = 0.05841 m Uy = 0.08828 m
Dx1 0.00557 Si cumple Dx2 0.00495 Si cumple Dx3 0.00355 Si cumple Dx4 0.00194 Si cumple
Dy1 0.00750 No cumple Dy2 0.00784 No cumple Dy3 0.00582 Si cumple Dy4 0.00331 Si cumple
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Innovacin 1:Cambiar dimensiones de la columna y fc
g) Fuerzas resultantesSe presentan en la siguiente tabla:
h) ConclusionesComo se puede observa que aun haciendo dicha innovacin no cumple con el
control de derivas, para mayor detalle a continuacin se har una comparacinde los desplazamientos para los tres anlisis hechos.
Sismo x Sismo y
Periodomaximo 0.733221 0.733221
Xmax 58.41mm Ymax 88.28mmNmax 9.22T (Eje A-2) 9.53T (Eje C-1)Vmax 7.61T (Eje B-1,C-1,2do
nivel)5.50T (Eje D-2,D-3,2donivel)
Mmax 17.46T.m (Eje B-1,C-1) 13.88T.m (Eje D-2,D-3)
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Innovacin 2:Incorporacin de arriostresPara la segunda innovacin se toma en cuenta que se realizara en el anlisis
espectral.
a) Perfil de aceroSe escoge un perfil de acero H y sus dimensiones son las siguientes:
Se considera un peso especfico de 7.8 T/m3
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Innovacin 2:Incorporacin de arriostresPara la segunda innovacin se toma en cuenta que se realizara en el anlisis
espectral.
b) Metrado y Ubicacin de arriostresSe pone los arriostres en los paos exteriores y asimismo en las luces de 7 m se
incrementa una nueva columna debido a que el arriostre trabaja a compresin y traccin. Se realiza el metrado con esta nueva innovacin y se obtienen lossiguientes pesos:
P1 = 221.719
P2 = 213.403
P3 = 213.403
P4 = 196.941
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b) Excentricidad accidentalDebido a que cambio las dimensiones de la columna entonces las longitudes en
ambos ejes vari.
Lx=21.45m ex=1.0725m
Ly=15.35m ey=0.7675m
Innovacin 2:Incorporacin de arriostres
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c) Calculo de Masa Rotacional y Traslacional Como el metrado vari, entonces cambian las masas que se aplican a los Centros
de Masas
Ppiso (T) Mt Mr
P1 = 221.71940 22.6014 1324.2611
P2 = 213.40340 21.7537 1274.5922
P3 = 213.40340 21.7537 1274.5922
P4 = 196.94052 20.0755 1176.2646
Innovacin 2:Incorporacin de arriostres
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e) Desplazamientos obtenidosSe presentan en la siguiente tabla:
f) Control de derivas
Piso 1 Ux = 0.01099 m Uy = 0.01274 m
Piso 2 Ux = 0.01840 m Uy = 0.02007 m
Piso 3 Ux = 0.02503 m Uy = 0.02689 m
Piso 4 Ux = 0.03051 m Uy = 0.03245 m
Dx1 0.00256 Si cumple
Dx2 0.00225 Si cumple
Dx3 0.00201 Si cumple
Dx4 0.00166 Si cumple
Dy1 0.00296Si cumple
Dy2 0.00222Si cumple
Dy3 0.00207Si cumple
Dy4 0.00169Si cumple
Innovacin 2:
Incorporacin de arriostres
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g) Fuerzas resultantesSe presentan en la siguiente tabla:
h) ConclusionesSe puede observar que se cumpli con el control de derivas.
Innovacin 2:Incorporacin de arriostres
Sismo x Sismo y
Periodomaximo
0.323182 0.323182
Xmax 30.51mm
Ymax 32.45mm
Nmax 37.41T (Eje A-4) 44.41T (Eje G-2)
Vmax 12.65T (Eje B-1) 15.14T (Eje G-2)
Mmax 10.86T.m (Eje B-1) 11.67T (Eje G-2)
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Innovacin 3:Incorporacin de disipadores deenergaPara la tercera innovacin se toma en cuenta que se realizar en el anlisis
tiempo-historia. El peso de la estructura no se ve afectado. Se toma en cuenta
las siguientes caractersticas del disipador (El clculo en el excel adjunto)Coeficiente de amortiguamiento 241.55T.s/mExponente de amortiguamiento 1.0Rigidez 1145.31 T/m
Asimismo, las masas y la excentricidad ser la misma debido a que no se veafectada.
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a) Desplazamientos obtenidosSe presentan en la siguiente tabla:
b) Control de derivas
Innovacin 3:Incorporacin de disipadores deenerga
Piso 1 Ux = 0.02186 m Uy = 0.02097 m
Piso 2 Ux = 0.03389 m Uy = 0.03400 m
Piso 3 Ux = 0.04236 m Uy = 0.04324 m
Piso 4 Ux = 0.04683 m Uy = 0.04820 m
Dx1 0.00508 Si cumple
Dx2 0.00365 Si cumple
Dx3 0.00257 Si cumple
Dx4 0.00135 Si cumple
Dy1 0.00488 Si cumple
Dy2 0.00395 Si cumple
Dy3 0.00280 Si cumple
Dy4 0.00150 Si cumple
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c) Fuerzas resultantesSe presentan en la siguiente tabla:
d) ConclusionesRealizando esta innovacin no se cumple el control de deriva en el eje X para el
primer nivel
Innovacin 3:Incorporacin de disipadores de energa
Sismo x Sismo y Periodomaximo
0.954107 0.954107
Xmax 46.83mm Ymax 48.20mmNmax 27.59T (Eje D-2) 19.26T (Eje C-4)Vmax 18.64T (Eje B-1 y C-1,1er
nivel)10.22T (Eje D-2 yD-3,1er nivel)
Mmax 41.83 T.m (Eje B-1 y
C-1)
23.58T.m (Eje D-2 y
D-3)
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e) Aporte de EnergaEn las siguientes grficas se podr observar la energa aportada y absorvida a
causas del sismo
En sentido de X
Innovacin 3:Incorporacin de disipadores de energa
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En sentido de Y
Innovacin 3:Incorporacin de disipadores de energa
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Tabla de resumen de aporte de Energa
Innovacin 3:Incorporacin de disipadores de energa
Caso Ingreso Cintica Potencial Absorve el material
de construccin
Absorve el disipador
de energa
% Queabsorve eldisipador
Ton-m Ton-m Ton-m Ton-m Ton-m %
THCHIMBOTE70X+ 59.45864 6.83647 5.82716 39.41571 19.86179 33.40
THCHIMBOTE70Y+ 31.30234 4.53134 2.88777 18.47182 12.66898 40.47
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Grafica de comparacin tomando encuenta los desplazamientos en eje X
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Grafica de comparacin tomando encuenta los desplazamientos en eje Y
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Grafica de comparacin tomando encuenta las fuerza del anlisis tiempo-historia
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Nmax Vmax Mmax
Fuerzas con sismo en sentido
"X"
Analisis Tiempo-Historia
Analisis Tiempo-
Historia condisipadores
0
5
10
15
20
25
30
Nmax Vmax Mmax
Fuerzas con sismo en sentido "Y"
Analisis Tiempo-Historia
Analisis Tiempo-Historia con disipadores
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Grafica de comparacin tomando encuenta las fuerza del anlisisespectral
02
468
101214161820
Nmax Vmax Mmax
Fuerzas con sismo en sentido "X"
Analisis Espectral
Analisis Espectral (1rainnovacion)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Nmax Vmax Mmax
Fuerzas con sismo en sentido "Y"
Analisis Espectral
Analisis Espectral (1rainnovacion)
Nota: No se compara con la 2da innovacin debido a que se incorpora nuevas
columnas en el anlisis, pues las fuerzas mximas se encuentra en otros elementos
8/10/2019 ANLISIS SSMICO DINAMICO DE EDIFICACION APORTICADO|
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FINGRACIAS