9 casalco-1. nuevas tendencias diseño sismico.dr. villarreal

7/25/2019 9 CASALCO-1. Nuevas Tendencias Diseo Sismico.dr. Villarreal

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NUEVAS TENDENCIAS

EN EL DISEO SSMICOAVANZADODR. GENNER VILLARREAL CASTRO

PROFESOR VISITANTE USFX BoliviaPROFESOR VISITANTE ULEAM Ecuador

PROFESOR EXTRAORDINARIO UPAO, UPNPROFESOR PRINCIPAL UPC, USMP

PREMIO NACIONAL ANR 2006, 2007, 2008


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ESQUEMA DEINVESTIGACIONEN INGENIERIAESTRUCTURAL

ESTADO DELARTE

METODOLOGA, MODELO OFRMULAS DE

CLCULO

OBJETO DEINVESTIGACION

CONCLUSIONES,RECOMENDACIONES YLNEAS FUTURAS DE

INVESTIGACIN


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DISEO PORDESEMPEO


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AMORTIGUAMIENTO

ESTRUCTURAL DEL2% PARA ELCONCRETO


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AMORTIGUAMIENTO EN LAS ESTRUCTURAS Es la capacidad de una estructura para frenar con sus fuerzas de friccin laenerga transmitida por una accin externa.

TIPOS DE AMORTIGUAMIENTO El amortiguamiento de Coulomb, corresponde a un amortiguamiento defriccin, con direccin del desplazamiento y de signo opuesto al de la

velocidad.El amortiguamiento viscoso, los dispositivos amortiguadores clsicosproporcionan, por medio de un fluido viscoso que circula a travs de orificiosestrechos, fuerzas resistentes proporcionales a la velocidad del movimientoy de signo opuesto.

El amortiguamiento estructural o histertico se presenta como unarespuesta del comportamiento de los materiales constitutivos de laestructura, debido a una correcta configuracin de sus seccionestransversales (dimensiones, cuanta de acero, resistencia, etc.)


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Amortiguamiento en Normas Internacionales


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PROCESAMIENTO DE REGISTROS CON EL PROGRAMA SEISMO SI


19/86

OBTENCION DE LA CURVA C VS AMORTIGUAMIENTO


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OBTENCION DE LAS CURVAS DE ACELERACION VS PERIODO DEL

AMORTIGUAMIENTO DEL 5%

AMORTIGUAMIENTO DEL 2%


21/86

MODELACION ESTRUCTURAL


22/86

DISTORSIN 5%


23/86

DISTORSION 2%


24/86

DURABILIDADESTRUCTURAL


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COLAPSO DEL PARQUE DE AGUA DE MOSCU


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La cubierta del parque de agua, tena una configuracin estructucon cobertura tipo Gauss positiva en la parte superior y Gaunegativa en la parte inferior, siendo muy complicada modelacin estructural.Para la modelacin se utilizaron los programas ANSYS, LIRSTADIO y SCAD, realizando los siguientes tipos de anlisis:Esttico, incorporando al suelo de fundacin, de acuerdo a ensayos in-situ de mecnica de suelos y estudios topogrficos.Dinmico, para determinar las formas de vibracin libre y influencia del viento, sismo y cargas hidrodinmicas sobre estructura.Para que el clculo sea ms real, se incorpor la no-linealidafsica (curva esfuerzo-deformacin de los materiales, despus dla extraccin de los ncleos y contrastacin con la degradacidurante el tiempo) y geomtrica (curva desplazamientodeformacin).


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Especial cuidado se tuvo en las uniones de los elementos, ya q podra ser una de las causas del desastre, modelando dich

extremos por elementos slidos y teniendo en cuenta la variacide temperatura, concentracin de esfuerzos, uniones soldadas algunos puntos y propiedades de los materiales, por ser estructumixta de concreto y acero.

MODELACION CON EL PROGRAMA ANSYS


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De los resultados obtenidos, se puede indicar que prcticamenfueron iguales en los 4 programas y comparando el modelmatemtico con la calibracin in-situ, podemos indicar que por programa ANSYS se obtuvo 125mm como deflexin en la cubiery por la medicin natural 134mm, otorgando una confiabilidad eel resto de resultados obtenidos.

DEFLEXION DESPUES DE 40 DIAS DEL

DESASTRE


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En relacin a las formas de vibracin libre, podemos indicar que primera forma fue de desplazamiento lateral de la cubierta, en segunda y tercera forma rotacional alrededor de su eje vertical y partir de la cuarta forma empieza a deformarse en la direccivertical, lo cual concuerda con el trabajo de tal tipo de cubiertas.

La no-linealidad fsica permite trabajar con la degradacin de lomateriales, coincidiendo con los resultados experimentales d

laboratorio despus de 40 y 50 das del colapso.

ESFUERZOSDESPUES DE 40

DIAS DEL DESASTRE


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Se tuvo especial cuidado en la interaccin suelo-estructuradebido a los desniveles arquitectnicos y relieve del terrenoutilizando el modelo elasto-plstico de Draker Prager e

incorporando el mdulo de Young, coeficiente de Poisson, ngulde friccin interna y cohesin.

MODELO ESPACIAL DE ELEMENTOS FINITOS PARAEL SISTEMA DE INTERACCION - ESTRUCTURA


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Mediante el modelo de interaccin suelo-estructura se pudcomprobar el asentamiento tolerable (despus de haberledificado), concordando con las mediciones topogrficas indicad

en el expediente que indicaba 20mm una vez construida y llenadlas piscinas.Finalmente, se procedi al anlisis de las columnas, sus unionedemostrndose por medio del programa ANSYS, que existiero

problemas constructivos en el nudo superior de una de lacolumnas en su conexin, originando deformaciones plsticas pel orden de 19,8% y la prdida de estabilidad de dicho elemenestructural, lo que ocasion fisuras subradiales en la cubiert producto de grandes desplazamientos y relajacin del concreto.

Las tres comisiones coincidimos con los mismos resultados como conclusin final, se recomend el uso responsable d programas informticos en la evaluacin de estructuras y l

contrastacin de resultados con los experimentales in-situ.


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INTERACCION SUELO-ESTRUCTURA


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www.tc207ssi.org


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www.georec.spb.ru


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www.niiosp.ru


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NORMAS INTERNACIONALES


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NORMA PERUANA E030-2003

N Modelo dinmico Perodo de vibracin por la forma (s)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

1 Comn 0,787 0,747 0,569 0,255 0,237 0,183 0,149 0,131 0,107 0,103 0,087 0,085

2 Barkan 0,843 0,819 0,618 0,266 0,253 0,193 0,152 0,136 0,108 0,107 0,087 0,087

3 Ilichev 1,024 1,008 0,735 0,292 0,284 0,210 0,156 0,142 0,111 0,109 0,089 0,088

4 Sargsian 1,023 1,006 0,742 0,291 0,284 0,211 0,156 0,143 0,111 0,109 0,089 0,088

5 Norma Rusa 0,872 0,852 0,640 0,271 0,260 0,198 0,153 0,138 0,109 0,108 0,088 0,087

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Formas de vibracin

P e r o

d o s

d e v

i b r a c

i n

( s )

Comn Barkan Ilichev Sargsian Norma Rusa


40/86

024

6

810

1214

16

0 45 90

Angulo de inclinacin del sismo

D e s p

l a z a m

i e n

t o e n e l e

j e

O Y ( m m

)


DESPLAZAMIENTO MAXIMO DEL CENTRO DE MASAS (50 PISO)


41/86

0246

81012141618

0 45 90

Angulo de inclinacin de l sismo

M o m e n t o

f l e c

t o r

( T . m

)



42/86

Eleccin de espesor de platea

17500


43/86

17500

14000

10500

7000

3500

-1000

11249 21926 32603 43281 53958 Misses

EDIFICACION SIN INTERACCION SUELO-ESTRUCTURA

17500


44/86

Misses410343294324862167618670

-1000

3500

7000

10500

14000

17500

EDIFICACION POR EL MODELO D.D. BARKAN O.A. SAVINOV


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ANLISIS SISMICO AMPLIFICADO

ANLISIS SISMICO AMORTIGUACIN 2%

Para tener un comportamiento de modelacin adecuado al tipo de estructura, de concreto con Muros deDuctilidad Limitada (MDL) se ha realizado la inclusin del coeficiente Damping o amortiguacin;asimismo por diferentes estudios e investigaciones se sabe que este coeficiente en estas estructurasvara entre 0.5 y 2.5 %.

Parametros en x - y:Tp = 0.40 DatoZ= 0.40 Zona 3U= 1.00 Edificacion tipo AC= 2.50 < 2.5 OkS= 1.00 Suelo RigidoP= 7275.29 CM+CVRx= 3.00 MDL Irregular

0.60

ANLISIS SISMICO: SECCION DE MUROS AGRIETADOS

Debido a que se est modelando una interaccin con el suelo, se est usando un modelo ms completo,el cual debe ser complementado con el comportamiento a los que estn sometidos los muros deespesores delgados, los cuales, se agrietan ante los sismos y por ello durante la modelacin se utilizarel concepto de una seccin agrietada. Para lo cual, se trabajar con EI efectivo = 0.50 EIg


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ANALISIS ESTRUCTURAL COMPARATIVO

Cuadro Comparativo de Diseo de Muros de Concreto

PPTO Obra Estatico BalastoBarkan -Savinov

Amortiguacin2% - MurosAgrietados

% Variacin

1 piso 7,893.09 kg 7,244.16 kg 6,572.40 kg 6,505.82 kg 7,786.49 kg 6.97%2 piso 7,893.09 kg 6,778.16 kg 6,422.35 kg 6,357.26 kg 7,608.69 kg 10.92%3 piso 7,893.09 kg 6,862.89 kg 6,543.35 kg 6,477.08 kg 7,752.10 kg 11.47%4 piso 7,893.09 kg 7,053.52 kg 6,441.23 kg 6,375.99 kg 7,631.11 kg 7.57%5 piso 7,893.09 kg 7,053.52 kg 6,441.23 kg 6,375.99 kg 7,631.11 kg 7.57%6 piso 7,893.09 kg 7,159.43 kg 6,340.61 kg 6,276.39 kg 7,511.90 kg 4.69%7 piso 7,893.09 kg 7,371.25 kg 6,543.35 kg 6,477.08 kg 7,752.10 kg 4.91%

8 piso 7,893.09 kg 7,371.25 kg 6,441.23 kg 6,375.99 kg 7,631.11 kg 3.41%9 piso 7,893.09 kg 7,612.72 kg 7,278.21 kg 7,204.49 kg 8,622.70 kg 11.71%

71,037.77 kg 64,506.90 kg 59,023.96 kg 58,426.09 kg 69,927.29 kg -1.59%

N de Pisos


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DISTRIBUCION DE ENERGIA EN EL EDIFICIO

EFECTO DE DISIPACION DE ENERGIA

Ymx (%)

Nmx (%)

Vmx (%)

Mmx (%)

2,8 3,6 3,2 1,0

ALABEO EN LA LOSA DEL 16 PISO


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ALABEO EN LA LOSA DEL 16-vo PISO

17 221

102 306

X Y

DESPLAZAMIENTOS VERTICALES DE LA LOSA DEL 16vo PISO (mm)

Nudo Formas de vibracin

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

102 -1,22 12,01 11,00 -1,67 -0,37 41,66 -10,82 -0,54 29,01 -0,11

306 -0,95 -12,04 -11,22 0,36 -4,34 -41,49 10,73 1,63 -29,02 0,14

17 1,21 9,43 -16,39 1,73 0,84 3,83 48,64 1,23 19,41 -0,69

221 0,96 -9,41 16,61 -0,30 3,14 -4,00 -48,55 -2,32 -19,39 0,94


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Modelo de edificio regular Interaccin suelo-estructura


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Modelo de edificio irregular Interaccin suelo-estructura


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CONTRASTACIN DE LA HIPTESIS


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CONTRASTACIN DE LA HIPTESIS

Si los resultados de las fuerzas internas o esfuerzos en loselementos estructurales obtenidos con la interaccin suelo-estructura son menores a los obtenidos con el modelo empotradoen la base, entonces la hiptesis ser verdadera; de lo contrario,la hiptesis ser falsa.

PRUEBA CHI-CUADRADO ( X 2)Es el nombre de una prueba de hiptesis que determina si dosvariables estn relacionadas o no, tambin es conocida como

prueba de independencia, para ello se tiene que realizar lossiguientes pasos:

1 Realizar una conjetura


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1 . Realizar una conjetura.2. Plantear la hiptesis nula H0 en la que se asegura que las dos variables planteadas son independientes una de la otra, y plantear la hiptesisalternativa H1 en la que se asegura que las dos variables planteadas si son

dependientes.3. Calcular el valor de X 2.

Donde: O son las frecuencias observadas y E son las frecuencias esperadas.

Para poder aplicar la prueba chi-cuadrada el tamao de la muestra debe sermayor a 30 (n30). 4. Determinar el grado de libertadv = (N filas - 1) * (N columnas - 1).5. Obtener el valor crtico para el grado de libertad y un nivel designificancia del 0.05 que indica que hay una probabilidad del 0.95 que la

hiptesis nula sea verdadero, este valor se obtiene directamente de las tablasde chi-cuadrado.6. Realizar una comparacin entre el chi-cuadrado calculado y el valorcrtico de las tablas.7. Interpretar la comparacin.


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3. Para calcular el valor del chi-cuadrado tenemos que tabular yagrupar los datos correctamente:

C l T bl 96 97 98 bt l T bl 99 t


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Con las Tablas 96, 97 y 98 se obtuvo la Tabla 99, que es un coteoy agrupacin de los datos y representa la frecuencia observada.

4. El grado de libertadv = (2-1)(4-1) = 3

5 El l iti i l d ig ifi i d 0 05


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5. El valor critico para un nivel de significancia de 0.05 con una probabilidad de 0.95 y 3 grados de libertad es: 7.8147.

6 Como el valor deX2 calculado (12 0000) es mayor al valor


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6. Como el valor de X 2 calculado (12.0000) es mayor al valorcrtico (7.8147) se debe rechazar la hiptesis nula H0 hiptesisde independencia.

7. Consecuentemente se acepta la hiptesis alternativa H1 : Larigidez del suelo de fundacin si influye en la reduccin de lasfuerzas internas o esfuerzos en los elementos estructurales de la

edificaciones.

Por lo tanto queda demostrado la valides de la hiptesis de latesis para el elemento estructural 13.


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Deformacionesplsticas en la basedel edifico delreactor nuclear

Espectros de Fourierpara el sismo deBam Irn, 2003


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DISIPADORES DEENERGA

SISTEMAS CON DISIPADORES DE ENERGA


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Disipadores de energa

Dependientes deldesplazamiento

Dependientes dela velocidad

Dependientes deldesplazamiento y la velocidad

Viscosos Histerticos

Fluido viscosos Friccin Plastificacin

Viscoelsticos

Slido Viscoelstico Fluido Viscoelstico

Flexin Corte

TorsinExtrusin

Fuente : Norma ASCE 7-10 / Cap.18Disipador metlico ADAS


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TAYLOR Y EL FUNCIONAMIENTO DE LOS DISIPADORES

Pistn Cilindro Fluido de Silicona

compresible

Cabeza del pistn

(con orificios)

Cmara 2 Cmara 3

Cmara 1

Cmara de estancamiento Fluido compresible

Entrada principal

Entrada Secundaria

Corte de un disipador viscoso

Detalle de la cabeza del pistn

Funcionamiento de losdisipadores viscosos


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-300

-200

-100

0

100

200

300

0 10 20 30 40 50 60 70

Tiempo (s)

A c e

l e r a c i n

( c m

/ s 2 )

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 0.5 1 1.5 2Periodo s

P s e u

d o a c e l e r a c

i o n e s p e c

t r a l

( c m

/ s 2 )


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Factor de reduccin de respuesta (B)

MODELAMIENTO DE LOS DISIPADORES


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Rigidez del brazo metlico(K)

Coeficiente de amortiguamiento(C)

E: Coeficiente de Elasticidad del Acero.A: rea de la seccin del brazo metlico. L: Longitud del brazo metlico.

Se calcula en base a un amortiguamiento objetivo

Su valor se fija usualmente en 0.5 para viscosos

SAP 2000 / ETABS Modeling

CALCULO DEL COEFICIENTE DE AMORTIGUAMIENTO C


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Ecuaciones del Fema 273 y 274

Seismic Design of Structures withViscous Dampers


68/86

N Coeficiente de

amortiguamiento

(T.s/m)

Exponente de

amortiguamiento

Rigidez (T/m)

Fluencia (T)

Radio de

rigidez

post-fluencia

Exponente

de fluencia

VD 10,85 0,5 54,25 - - - VE 177,65 1,0 882,43 - - - FD - - 25007,5 2,9 0,000 0,5 YD - - 2500 3,25 0,025 2,0

ESCALAMIENTO DE ACELEROGRAMAS AL ESPECTRO DE DISEO


69/86

Tiempo (s) Vs Aceleracin (cm/seg2)

Periodo (s) Vs Aceleracin (cm/seg2)

Sismomatch versin 2.1.0

0.8

1.0

c i n


70/86

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Formas de vibracin

P e r

o d o s

d e v i

b r a c

( s )

Sin DisipadoresDisipadores ViscososDisipadores ViscoelsticosDisipadores FriccinDisipadores Fluencia

0

1

2

3

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Desplazamientos (cm)

P i s o s

VD SD VE FD YD

3


71/86

0

1

2

0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.012Distorsiones (cm/cm)

P i s o s

VD SD VE FD YD


72/86

14

17

20

23

26

SD VD VE FD YD

Modelos Dinmicos

F u e r z a c o r t a n t e

( T )

32

36

40

44

48

SD VD VE FD YD

Modelos Dinmicos

M o m e n

t o f l e c t o

( T . m

)


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Edificio sin disipadores

Edificio con disipadorviscoelstico

VERIFICACIN DEL COMPORTAMIENTO HISTERTICO


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El comportamientohistertico del disipador D6no se ajusta al esperado .


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Verificacin de derivas

Se puede ver un ligero incrementoen los desplazamientos de cadanivel, as mismo la deriva mximade entrepiso se increment 0.07 ,lo cual demuestra que efectivamentesolo se requera de una arreglodiagonal en el primer nivel en lugarde un arreglo en doble diagonal.

Mximo Strokel k l d l b l d


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El mximo stroke es el desplazamiento mximo que obtenemos en los dispositivos ,este dato es empleado para el diseo de la cmara de acumulacin.

Este valor se puede obtener evaluando las curvas hiterticas de cada disipador, eneste caso, el mximo stroke se encuentra en el dispositivo 4 (ver figura180)

Por lo general el fabricante maneja un factor de seguridad estableciendousualmente el stroke en 5cm


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78/86

DETALLE UNION TUBO DIAGONAL CON DISIPADOR

DETALLE TUBO DIAGONAL CON VIGA Y DISIPADOR CON VIGA


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DISTRIBUCIN DE ENERGA

REDISEOCON DVE

ENERGA (Ton - m)Entrada Cintica Potencial

Amortig.Modal

DVE

GYE 93 -CENTENARIO 38.06 11.76 5.61 20.58 17.32

% E. Entrada 100% 31% 15% 54% 46%

ENERGAAmortiguamiento

ModalDVE

PRTICO SIN DVE 91% -PRTICO CON DVE 48% 51%REDISEO CON DVE 54% 46%

SIN DVE CON DVE REDISEO CONDVE

A NL ISIS SSMICO NO L INEA L TIEMP O-HISTORIA


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AISLADORESSSMICOS EN LA

BASE

EDIFICIOS AISLADOS EN L IMA


81/86

El proyecto"EdificioCorporativo GyM (Miraflores - Lima),consiste en la

construccin de unedificio de oficinas, esteconsta de 4 stanos, 7 pisos y una azotea.Datos tcnicos:rea techada:17,233m2.rea del terreno:

1,698.75 m2. Ncleo de Plomo

El proyectoNuevoCampus UTEC (Barranco - Lima),consiste en laconstruccin de un

edificio educativo, esteconsta de 2 stanos y 10 pisos.Datos tcnicos:rea techada:33,945,50 m2.rea del terreno:14,692.50 m2.

Inversin: 35 millones

El proyectoCentro deInformacin eInvestigacin de laFIC - UNI (Rmac -Lima), consiste en la

construccin de unedificio educativo, esteconsta de 8 pisos.Datos tcnicos:rea techada: 4,800m2. Ncleo de Plomo

El proyectoEdificioMultifamiliar Madre(Miraflores- Lima),consiste en laconstruccin de unedificio de viviendasmultifamiliar, esteconsta de 17 stanos.Datos tcnicos:rea total: 1200 m233 aisladores HDR

CARACTERSTICAS DEL AISLADOR PO R


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NORMA UBCCARACTERISTICAS FINALES DE LOS AISLADORES HDR

Descripcin Unidades Aislador

Nmero de Aisladores del Sistema Und 21.00

Altura Total cm 32.90

Dimetro del Caucho cm 65.00

Altura del Caucho cm 20.50

Nmero de Capas de Caucho Und 21.00

Espesor de Capa de Caucho cm 1.00

Dimetro del Disco de Acero cm 64.00

Altura Total del Disco de Acero cm 6.00

Nmero de Disco de Acero Und 20.00

Espesor de Cada Disco de Acero cm 0.30

Espesor de la Placa de Anclaje cm 3.20

Longitud de Placas de Anclaje cm 70.00

Modulo de Rigidez a Cortante Mpa 0.40

Rigidez Horizontal KN/m 647

Rigidez Vertical KN/m 721155

PARMETROS DE MODELACIN CON


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SAP2

PARAMETROS DE MODELACIONBILINEAR DE LOS AISLADORES TIPO

HDR PARA PROGRAMA SAP 2000

AISLAD

OR

Rigidez Vertical(Ton/m) 73,512.20

Rigidez horizontal(Ton/m) 66.00

Rigidez elstica(Ton/m) 181.63

Fuerza de Fluencia(Ton) 7.45

Rigidez Post-Fluencia (Ton/m) 40.74

Relacin RigidezPost- Fluencia/Rigidez Inicial

0.224

AmortiguamientoEfectivo 0.20

Fuerza mnima requerida parasuperar el lmite elstico, la

deformacin crece rpidamentesin que exista un incremento de

fuerza.

la Rigidez es la capacidad de unobjeto slido o elemento

estructural para soportar esfuerzossin adquirir grandes deformaciones

o desplazamientos. .

Rigidez en

la zonaelstica

Rigidez en

la zonaplstica

DISTORSIN DE ENTREPISOS


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Se debe comprobar que el mximo desplazamientorelativo de entrepiso no exceda el 0.0075 la altura deentrepiso, segn el cdigo UBC-97.

DESPLAZAMIENTO

(m)

DISTORSIN

X

Piso 6 0.1738 0.0007 OK

Piso 5 0.1715 0.0013 OK

Piso 4 0.1674 0.0018 OK

Piso 3 0.1617 0.0023 OK

Piso 2 0.1542 0.0030 OK

Piso 1 0.1447 0.0041 OK

Piso 0 0.1273DESPLAZAMIENTO

(m)

DISTORSION

Y

Piso 6 0.1762 0.000875 OK

Piso 5 0.1734 0.001406 OK

Piso 4 0.1689 0.001906 OKPiso 3 0.1628 0.002469 OK

Piso 2 0.1549 0.003125 OK

Piso 1 0.1449 0.004452 OK

Piso 0 0.1262

CUADRO RESUME N DE RE SULTADOS


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CUADRO RESUME N DE RE SULTADOS

FUERZA EJE X EJE Y

N mx. 5.20 T 8.11 T V mx. 2.93 T 2.02 T

M mx. 6.32 T.m 3.80 T.m

Fuerzas internas mximas

Perodos y Frecuencias

Desplazamiento Lateral Mximo

Desplazamiento

Lateral MximoEje X Eje Y

X mx.0.1738 m

-

Y mx. - 0.1762 m

ModoPeriodo

(s)

Frecuencia

(Hz)

1 2.247077 0.44502

2 2.224643 0.44951

3 1.856068 0.53877

4 0.436986 2.2884

5 0.423582 2.3608

60.371539 2.6915

7 0.200416 4.9896

8 0.199773 5.0057


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