anÁlisis sÍsmico dinamico de edificacion aporticado|

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





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





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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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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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



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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




Dy1 0.00296Si 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.


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





Dy1 0.00488 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



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En sentido de Y



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Tabla de resumen de aporte 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


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FINGRACIAS

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