diseño estructural dr genner villarreal colae_dsa_2

DISEO ESTRUCTURAL Y NUEVAS TENDENCIAS EN LA

CONSTRUCCIN SIN PRDIDAS

DIPLOMADO DE POSGRADO

DISEO SISMICO AVANZADO PARTE 2

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

OFICINA CENTRAL DE POSGRADO

Mdulo V: Sesin 10:

Expositor: DR. GENNER VILLARREAL CASTRO

EDIFICACIONES CON DISIPADORES DE

ENERGIA

DR. GENNER VILLARREAL CASTRO PROFESOR VISITANTE UMRPSFXCH Bolivia

PROFESOR VISITANTE ONSOL - Ecuador

PROFESOR EXTRAORDINARIO UPAO

PROFESOR PRINCIPAL UPC, USMP

PREMIO NACIONAL ANR 2006, 2007, 2008

VENTAJAS DE UTILIZAR LOS DISIPADORES DE ENERGA

VENTAJAS

TCNICAS

VENTAJAS

FUNCIONALES

VENTAJAS

ECONMICAS

Reducen los desplazamientos de la

estructura.

Disipan entre un 20% y 40% la energa

ssmica.

Reducen fuerzas de diseo ssmico .

Ideales para aplicaciones en

edificios nuevos y

tambin para

reforzamientos.

Estticos.

Fcil montaje e instalacin.

Retornan a su posicin inicial luego de un

fuerte sismo.

No requieren mantenimiento.

Permiten reducir volumen de concreto y

acero con menores

espesores de placas,

columnas y vigas.

Disminuyen daos en equipamiento y

elementos

no estructurales.

No requieren reemplazo.

EDIFICIO REDUCTO

PREMIO NACIONAL

ANR 2008

-300

-200

-100

0

100

200

300

0 10 20 30 40 50 60 70

Tiempo (s)

Ace

lera

cin (

cm/s

2)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 0.5 1 1.5 2

Periodo (s)

Pse

ud

o a

cele

raci

on

esp

ectr

al (

cm/s

2)

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

REGISTRO SISMICO DE LIMA 17/10/1966

N Perodo de vibracin por la forma (s)

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

SD 0,906 0,568 0,502 0,281 0,175 0,158 0,153 0,096 0,083 0,027 0,027 0,027

VD 0,906 0,568 0,502 0,281 0,175 0,158 0,153 0,096 0,083 0,027 0,027 0,027

VE 0.815 0,510 0,473 0,259 0,160 0,150 0,147 0,091 0,081 0,027 0,027 0,027

FD 0,382 0,286 0,218 0,128 0,095 0,079 0,074 0,058 0,046 0,027 0,027 0,027

YD 0,705 0,457 0,418 0,230 0,145 0,138 0,135 0,084 0,078 0,027 0,027 0,027

N

Estructura

Piso

Desplazamiento Distorsin

(cm)

(cm)

SD

Sin disipadores

3

2

1

7,15

5,86

3,43

5,12

4,09

2,22

0,0043

0,0081

0,0098

0,0034

0,0062

0,0063

VD

Disipadores

viscosos

no-lineales

3

2

1

4,19

3,47

2,09

4,56

3,64

1,99

0,0024

0,0046

0,0060

0,0031

0,0055

0,0057

VE

Disipadores

viscoelsticos

slidos

3

2

1

4,67

3,76

2,10

4,05

3,23

1,77

0,0031

0,0055

0,0060

0,0027

0,0049

0,0050

FD

Disipadores

por

friccin

3

2

1

4,43

3,59

2,11

4,49

3,60

1,96

0,0028

0,0049

0,0060

0,0030

0,0055

0,0056

YD

Disipadores por

plastificacin de

metales (fluencia)

3

2

1

4,61

3,72

2,10

3,93

3,10

1,63

0,0030

0,0054

0,0060

0,0028

0,0049

0,0047

mxX mxYmxx mxy

N

Estructura

Fuerzas internas (columnas 1er piso)

(T)

(T)

(T.m)

(T.m)

SD Sin disipadores 247,53 289,97 618,12 8,64

VD Dis. Viscosos NL 192,89 260,26 555,24 5,92

VE Dis. Viscoelsticos 211,75 262,85 555,53 5,93

FD Dis. Friccin 205,96 261,97 558,05 4,92

YD Dis. Fluencia 196,26 255,36 546,39 4,56

mxN mxV mxM mx,tM

N

Estructura

Columna

(T)

(T)

(T.m)

(T.m)

SD Sin disipadores 29,24

(2,62)

23,00

(6,10)

46,57

(6,10)

0,54

(varios)

VD Dis. Viscosos NL 23,55

(2,62)

20,69

(6,10)

41,81

(6,10)

0,37

(varios)

VE Dis. Viscoelsticos 22,52

(18,46)

18,55

(6,10)

37,32

(6,10)

0,37

(varios)

FD Dis. Friccin 23,70

(2,62)

20,26

(6,10)

41,04

(6,10)

0,31

(varios)

YD Dis. Fluencia 23,44

(2,62)

15,39

(6,10)

34,45

(6,10)

0,28

(varios)

mxN mxV mxM mx,tM

N

Estructura

Viga

(T)

(T)

(T.m)

(T.m)

SD Sin disipadores 0,00

(85,91)

11,15

(85,91)

34,95

(85,91)

0,43

(varios)

VD Dis. Viscosos NL 0,00

(85,91)

9,90

(85,91)

31,40

(85,91)

0,28

(varios)

VE Dis. Viscoelsticos 0,00

(85,91)

8,67

(85,91)

27,14

(85,91)

0,31

(varios)

FD Dis. Friccin 0,00

(85,91)

9,85

(85,91)

30,83

(85,91)

0,25

(varios)

YD Dis. Fluencia 0,00

(85,91)

9,25

(85,91)

28,95

(85,91)

0,24

(varios)

mxN mxV mxM mx,tM

N Estructura Eje Nomenclatura del

disipador

Fuerza axial

(T)

Deformacin

(cm)

VD Dis. Viscosos NL XX

YY

1

7

0,58

0,74

1,57

1,72

VE Dis. Viscoelsticos XX

YY

1

7

11,78

10,78

1,57

1,31

FD Dis. Friccin XX

YY

1

7

2,90

2,90

1,59

1,54

YD Dis. Fluencia XX

YY

1

7

4,15

4,17

1,58

1,42

Edificio sin

disipadores

Edificio con disipador

viscoso

Edificio con

disipador por friccin


viscoelstico

Disipador viscoelstico


por fluencia

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

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

Formas de vibracin

Pe

ro

do

s d

e v

ibra

ci

n.

(s)

Sin DisipadoresDisipadores ViscososDisipadores ViscoelsticosDisipadores FriccinDisipadores Fluencia

0

1

2

3

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Desplazamientos (cm)

Pis

os

VD SD VE FD YD

01

2

3

0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.012

Distorsiones (cm/cm)

Piso

s

VD SD VE FD YD

20

23

26

29

32

SD VD VE FD YD

Modelos Dinmicos

Fu

erza

ax

ial.

(T)

14

17

20

23

26

SD VD VE FD YD

Modelos Dinmicos

Fuer

za c

ort

ante

(T)

32

36

40

44

48

SD VD VE FD YD

Modelos Dinmicos

Mom

ento

fle

ctor

(T.m

)

DISPOSITIVOS PASIVOS DE

DISIPACION DE ENERGIA PARA

DISEO SISMORRESISTENTE

DE ESTRUCTURAS

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

SECCION DE POSGRADO

MAESTRIA EN CIENCIAS

MENCIN INGENIERIA ESTRUCTURAL

AUTOR: M.Sc. RICARDO OVIEDO SARMIENTO

CONSULTOR: Ph.D. GENNER VILLARREAL CASTRO

Lima, 2009

CLINICA ANGLOAMERICANA

UBICACIN DEL MICROTREMOR

COMPONENTES TRANSVERSAL Y LONGITUDINAL DE SEALES TEMPORALES

DE VIBRACION EN EL 8vo PISO

DETALLE UNION TUBO DIAGONAL CON DISIPADOR

DETALLE TUBO DIAGONAL CON VIGA Y DISIPADOR CON VIGA

DISEO ESTRUCTURAL DE UNA EDIFICACION

CON DISIPADORES DE ENERGIA Y ANALISIS

SISMICO COMPARATIVO ENTRE EL EDIFICIO

CONVENCIONAL Y EL EDIFICIO CON

DISIPADORES DE ENERGIA PARA UN SISMO

SEVERO

AUTORES: ING. HIMLER CANO LAGOS

ING. ENER IVAN ZUMAETA ESCOBEDO

ASESOR: Ph.D. GENNER VILLARREAL CASTRO

Lima, 2012

METODOLOGIA DE DISEO AMORTIGUADORES (VISION 2000 - SEAOC)

RELACION DAO-DERIVA SEGN METODOLOGIA HAZUS

AUTOR: ING. WALEN LAMA CHONG CONSULTOR: DR. GENNER VILLARREAL CASTRO

Ecuador, 2013

PERFILES W

PISO

ELEMENTOS

VIGAS COLUMNAS INTERIORES

COLUMNAS DE BORDE

8 W18X46 W27X102 W24X94

7 W18X46 W27X102 W24X94

6 W18X71 W27X146 W24X131

5 W18X71 W27X146 W24X131

4 W18X71 W27X146 W24X131

3 W21X83 W27X217 W24X146

2 W21X83 W27X217 W24X146

1 W21X83 W27X217 W24X146

Cargas Permanentes

DL = 745 Kg/m2

LL = 240 Kg/m2

-Carga Ssmica (Ex)

Se cre un Espectro de Diseo siguiendo el NEC-11.

Las caractersticas del Espectro son:

LOCALIZACIN

Ciudad: Guayaquil

Regin: Costa (sin

Esmeraldas)

Zona: 5

z = 0.40 g

= 1.80

SUELO Y FACTORES DE SITIO

Tipo de suelo: E

r = 1.50

Fa = 1.15

Fd = 1.60

Fs = 1.90

PARMETROS DE DISEO

I = 1.00

R = 3.00

P = 1.00

E = 1.00

PERIODO CORTO Y PERIODO CRTICO

T0 = 0.26 seg

Tc = 1.45 seg

DEFORMACIONES LATERALES Y DERIVAS INELSTICAS

Deformacin X (cm) Deriva Inelstica M

NIVEL SIN DVE CON DVE SIN DVE CON DVE

8 16.11 8.88 1.06% 0.52%

7 14.69 8.19 1.41% 0.71%

6 12.82 7.24 1.60% 0.85%

5 10.69 6.11 1.80% 0.98%

4 8.28 4.80 1.81% 1.01%

3 5.87 3.45 1.62% 0.93%

2 3.71 2.21 1.51% 0.89%

1 1.69 1.02 0.95% 0.57%

PERIODO DEL PRIMER MODO DE VIBRACIN

PERIODO DE VIBRACIN (seg)

SIN DVE CON DVE

1.3107 1.2111

ESFUERZOS POR CARGAS PERMANENTES

COLUMNAS

Con el uso de los disipadores, los esfuerzos generados por las cargas gravitacionales no varan. nicamente se reducen los esfuerzos provocados por la carga ssmica tanto en columnas como en vigas.

COLUMNAS - COMBO 5: 1.0DL + 1.0LL P (Ton) V2 (Ton) M3 (Ton-m) EJE *NIVEL Perfil SIN DVE CON DVE SIN DVE CON DVE SIN DVE CON DVE

A 1 W24X146 -150.86 -150.91 -2.25 -2.25 -2.57 -2.58

A 4 W24X131 -94.34 -94.37 -5.80 -5.80 -8.45 -8.46

A 7 W24X94 -37.20 -37.21 -5.20 -5.21 -7.92 -7.93

B 1 W27X217 -293.59 -294.70 -0.07 -0.07 -0.08 -0.08

B 4 W27X146 -181.54 -182.01 -0.44 -0.43 -0.62 -0.60

B 7 W27X102 -72.32 -72.36 -0.55 -0.54 -0.90 -0.89

*NIVEL: se refiere a la columna que se encuentra debajo del nivel indicado

ESFUERZOS POR CARGA SSMICA

COLUMNAS

COLUMNAS:

EX P (Ton) V2 (Ton) M3 (Ton-m) % REDUCCIN

EJE *NIVEL SIN DVE CON DVE SIN DVE CON DVE SIN DVE CON DVE P V2 M3

A 1 124.50 70.60 27.67 17.16 97.22 59.25 43% 38% 39%

A 4 59.36 31.94 24.21 13.67 44.52 24.01 46% 44% 46%

A 7 12.48 6.16 12.09 5.90 13.85 5.36 51% 51% 61%

B 1 5.18 30.72 52.45 32.37 183.77 111.79 - 38% 39%

B 4 3.22 15.61 42.74 23.56 74.64 39.66 - 45% 47%

B 7 1.16 2.56 21.89 10.43 27.79 11.51 - 52% 59%

*Se refiere a la columna que se encuentra debajo del nivel indicado

Segn el CSI Analysis Reference Manual y Villarreal & Oviedo (2008), el anlisis no lineal que se utiliza para modelar los disipadores viscoelsticos es el Analisis No Lineal Modal Tiempo-Historia (FNA), que es una extensin del Fast NonLinear Analysis (FNA) que fue desarrollado por Wilson (Ibrahimbegovic and Wilson, 1989; Wilson, 1993).

El mtodo es extremadamente eficiente y es diseado para ser usado principalmente para sistemas estructurales que son linealmente elsticos, pero que tienen un nmero limitado de elementos no lineales predefinidos. Para el mtodo FNA, toda la no linealidad es impuesta por los disipadores.

Para realizar el anlisis no lineal, las

propiedades de los disipadores viscoelsticos se

asignaron como no lineales con las mismas

magnitudes tanto para la rigidez como para el

amortiguamiento, y se asign un exponente de

amortiguamiento igual a 1 porque esto permite

seguir modelando en paralelo la rigidez elstica

con el amortiguador viscoso, tal como es

idealizado por el modelo de Kelvin-Voigt. (CSI

Knowledge Base)

PRTICO SIN DVE

ENERGA (Ton - m)

Entrada Cintica Potencial Amortig.

Modal

GYE 93 - CENTENARIO

19.23 13.11 7.62 17.52

% E. Entrada 100% 68% 40% 91%

PRTICO CON DVE

ENERGA (Ton - m)


Modal DVE

GYE 93 - CENTENARIO

22.11 13.33 6.98 10.55 11.37

% E. Entrada 100% 60% 32% 48% 51%

Histresis Idealizada

El grfico esfuerzo- deformacin indica una Fuerza Axial mxima de 13.78 Ton con una deformacin mxima de 1.63 cm. Si calculamos la deformacin unitaria del material viscoelstico de 2cm de espesor, resulta: 1.63/2 = 81% < 100%, lo cual cumple con lo expuesto por Chang (et al., 2012) en el subcaptulo 3.4.

SIN DVE CON DVE

% REDUCCIN

Nivel Def. x (cm) Def. x (cm) Def. x

8 11.47 10.70 7%

7 8.96 8.75 2%

6 6.99 7.11 -2%

5 5.92 5.43 8%

4 4.72 3.91 17%

3 3.40 2.86 16%

2 2.21 2.03 8%

1 1.12 1.03 7%

Envolvente de deformaciones

laterales mximas

TIEMPO: 15.45 seg SIN DVE CON DVE % REDUCCIN

Nivel h (cm) Def. x (cm) M Def. x (cm) M Def. x M

8 300.00 7.63 0.09% 4.65 0.12% 39% -31%

7 300.00 7.35 0.18% 4.28 0.17% 42% 6%

6 300.00 6.80 0.30% 3.77 0.22% 45% 27%

5 300.00 5.92 0.40% 3.12 0.26% 47% 36%

4 300.00 4.72 0.44% 2.35 0.25% 50% 43%

3 300.00 3.40 0.41% 1.59 0.21% 53% 49%

2 300.00 2.16 0.39% 0.96 0.18% 56% 54%

1 400.00 0.98 0.25% 0.42 0.10% 57% 57%

Comparacin de deformaciones laterales y Derivas entre pisos para el

tiempo 15.45 seg

COLUMNAS: EX TH

P (Ton) V2 (Ton) M3 (Ton-m) % REDUCCIN

EJE *NIVEL SIN DVE CON DVE SIN DVE CON DVE SIN DVE CON DVE P V2 M3

A 1 79.87 78.74 28.73 26.10 91.79 84.32 1% 9% 8%

A 4 61.52 55.18 22.71 22.65 44.50 41.70 10% 0% 6%

A 7 22.63 19.52 22.03 17.58 41.94 32.94 14% 20% 21%

B 1 4.29 33.61 54.07 49.07 172.71 158.60 - 9% 8%

B 4 2.59 24.24 38.45 38.27 72.66 67.44 - 0% 7%

B 7 1.10 8.41 36.87 29.28 67.96 53.32 - 21% 22%

*Se refiere a la columna que se encuentra debajo del nivel indicado

Con estas reducciones, las secciones asignadas a los elementos estructurales pueden ser consideradas sobredimensionadas, por lo que se buscar hacer ms liviano prtico y as obtener un buen diseo acompaado de la economa de la estructura.

PERFILES W

PISO ELEMENTOS


COLUMNAS DE BORDE

8 W18X40 W27X94 W24X94

7 W18X40 W27X94 W24X94

6 W18X46 W27X114 W24X94

5 W18X46 W27X114 W24X94

4 W18X46 W27X114 W24X94

3 W21X50 W27X146 W24X131

2 W21X50 W27X146 W24X131

1 W21X50 W27X146 W24X131

PERFILES NUEVOS PERFILES ORIGINALES

PERFILES W

PISO ELEMENTOS


COLUMNAS DE BORDE

8 W18X46 W27X102 W24X94

7 W18X46 W27X102 W24X94

6 W18X71 W27X146 W24X131

5 W18X71 W27X146 W24X131

4 W18X71 W27X146 W24X131

3 W21X83 W27X217 W24X146

2 W21X83 W27X217 W24X146

1 W21X83 W27X217 W24X146

Peso: 58.59 Ton Peso: 42.39 Ton

DISTRIBUCIN DE ENERGA

REDISEO CON DVE

ENERGA (Ton - m)


Modal DVE

GYE 93 - CENTENARIO

38.06 11.76 5.61 20.58 17.32

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

ENERGA

Amortiguamiento Modal DVE

PRTICO SIN DVE 91% -

PRTICO CON DVE 48% 51%

REDISEO CON DVE 54% 46%

SIN DVE CON DVE REDISEO CON DVE

ANLISIS MODAL NO LINEAL TIEMPO-HISTORIA

ANLISIS MODAL NO LINEAL TIEMPO-HISTORIA

HISTRESIS DEL DISIPADOR VISCOELSTICO

En la Figura se indica una deformacin mxima de 1.46 cm. Al calcular la

deformacin unitaria del material viscoelstico de 2.2 cm de espesor, resulta:

1.46/2.2 = 66% < 100%,

CAPTULO 1: ESTADO DEL ARTE

CAPTULO 1:

ESTADO DEL ARTE

1.1 SISMICIDAD EN EL PER

1.2 SISTEMA DE REFORZAMIENTO

TRADICIONAL

1.3 SISTEMA DE REFORZAMIENTO CON DISIPADORES DE ENERGA

1.4 DISIPADORES PASIVOS DE FLUIDO VISCOSO

SISMICIDAD EN EL PERU

Sismos Magnitud Informacin Adicional

Lugar Ao Mw Muertos Heridos Damnificados

Pisco e Ica 2007 7.9 519 2,000 340,000

Arequipa 2001 8.4 240 (70

desaparecidos) 2,400 460,000

Arequipa 1999 6.8 1 20

Lima 1974 8.0 254 3,600 300,000

Chimbote 1970 7.9 100,000 (25,000

desaparecidos) 358,000 3000,000

Callao 1966 7.5 220 1,800 258,000

Fuente: Elaboracin propia, datos de IGP

Per Crculo Circum Pacfico

Origen de los sismos en el Per

asociado al proceso de

subduccin.

REGISTROS SSMICOS

Registro Lima 1966 Registro Chimbote 1970 Registro Lima 1974

Registro Ocoa 2001 Registro Ica 2007

Amplificados con la mxima aceleracin del suelo peruano Z=0.4g (E.030)


CAPTULO 1:

ESTADO DEL ARTE



TRADICIONAL



El reforzamiento es la modificacin de las caractersticas estructurales de

la edificacin para tener un desempeo ssmico aceptable.

Tcnicas de reforzamiento tradicional

Reforzamiento de Columnas Prticos Arriostrados

Muros de Corte o Placas

SISTEMA DE REFORZAMIENTO

TRADICIONAL


CAPTULO 1:

ESTADO DEL ARTE



TRADICIONAL



SISTEMA DE REFORZAMIENTO CON

DISIPADORES DE ENERGA

Sistemas de control

estructural antissmico

Sistemas Pasivos

Aislamiento en la base

Sistemas inerciales acoplados

Disipadores de energa

Sistemas activos

Sistemas hbridos


CAPTULO 1:

ESTADO DEL ARTE



TRADICIONAL



Dispositivo lleno de fluido capaz de

mantenerse en servicio durante grandes

periodos de tiempo sin mantenimiento.

Fuerza de salida = resistiva + acta en

direccin opuesta al movimiento

La fuerza vara respecto a la velocidad

Chevron Brace Diagonal Scissor Jack

DISIPADORES PASIVOS DE FLUIDO

VISCOSO

Disposiciones ms comunes en edificaciones

CAPTULO 2: DESCRIPCIN Y

ESTRUCTURACIN DEL PROYECTO

Centro Empresarial Intisuyo

N de pisos: 5 pisos

Ubicacin: San Miguel

Resistencia del suelo 4.00 Kg/cm2

ANLISIS ESTRUCTURAL DE LA

EDIFICACIN

PISO CM (Ton) CV

(Ton)

Ptotal

(Ton)

Psismo

(Ton)

1 208.089 122.063 330.152 208.55

2 203.289 122.063 325.352 196.88

3 203.289 122.063 325.352 196.88

4 203.289 122.063 325.352 196.88

5 203.289 34.875 238.164 175.05

TOTAL 1021.245 523.127 1544.372 974.25

PARMETROS SSMICOS

Zonificacin Factor de Zona (Z)

Lima Z=0.4

Tipo de suelo (S) Tp

Grava arenosa S=1.0 Tp=0.4

Factor de amplificacin ssmica (C)

Factor de uso de importancia (U)

Edificaciones comunes U=1.0

Sistema estructural y coeficiente de reduccin ssmica (R)

Prticos de concreto R = 8

Irregular R = x 8 = 6

MODOS Y PERIODOS RESULTANTES

La estructura

aporticada es

flexible y se

necesita

aumentar rigidez

Modo Periodo % Masa Participativa

Frecuencia UX UY

1 0.96621 88.213 0.078 1.0350

2 0.74343 0.403 83.818 1.3451

3 0.64420 1.067 9.557 1.5523

4 0.29298 7.859 0.006 3.4132

5 0.22931 0.039 4.888 4.3610

6 0.19813 0.096 0.536 5.0472

7 0.15108 1.761 0.002 6.6189

8 0.12477 0.012 0.817 8.0149

9 0.10567 0.028 0.064 9.4631

10 0.09269 0.428 0.001 10.7890

11 0.08272 0.006 0.189 12.0890

12 0.06727 0.008 0.009 14.8660

13 0.06618 0.071 0.002 15.1100

14 0.06332 0.005 0.032 15.7930

15 0.04937 0.003 0.001 20.2550

CAPTULO 3: REFORZAMIENTO

TRADICIONAL CON PLACAS

Aumentar la rigidez de la estructura y disminuir desplazamientos laterales.

3.1 CRITERIOS GENERALES DE ESTRUCTURACIN

Placas de 0.20 m, cuatro placas por piso.

3.2 PREDIMENSIONAMIENTO DE PLACAS

La edificacin presenta irregularidad en altura

3.3 CONFIGURACIN ESTRUCTURAL Y REGULARIDAD

Anlisis esttico, dinmico espectral y Tiempo-historia

3.4 ANLISIS SSMICO

PISO CM (Ton) CV (Ton) Ptotal

(Ton)

Psismo

(Ton)

1 229.581 121.223 350.804 241.394

2 219.261 121.223 340.484 227.244

3 219.261 121.223 340.484 227.244

4 219.261 121.223 340.484 227.244

5 219.261 121.223 253.896 201.109

TOTAL 1,106.625 519.525 1,626.152 1,124.233

REFORZAMIENTO TRADICIONAL CON

PLACAS

PARMETROS SSMICOS

Zonificacin Factor de Zona (Z)

Lima Z=0.4

Tipo de suelo (S) Tp

Grava arenosa S=1.0 Tp=0.4

Factor de amplificacin ssmica (C)

Factor de uso de importancia (U)

Edificaciones comunes U=1.0

Sistema estructural y coeficiente de reduccin ssmica (R)

Prticos de concreto R = 7

Irregular R = x 7 = 5.25

MODOS Y PERIODOS RESULTANTES

Los periodos de la

estructura inicial han

disminuido

aproximadamente

50%, lo que significa

que la estructura ha

incrementado su

rigidez.

Modo Periodo % Masa Participativa

Frecuencia UX UY

1 0.4159 76.4999 0.0040 2.4044

2 0.3274 0.0070 80.0355 3.0541

3 0.2281 0.4464 0.0872 4.3844

4 0.0896 18.9872 0.0084 11.1600

5 0.0823 0.0120 16.4232 12.1550

6 0.0513 0.1489 0.0118 19.4950

7 0.0392 3.2434 0.0055 25.5200

8 0.0377 0.0076 2.7638 26.5390

9 0.0250 0.0560 0.5724 39.9720

10 0.0246 0.4856 0.0567 40.6080

11 0.0227 0.0284 0.0001 44.0660

12 0.0199 0.0007 0.0286 50.3500

13 0.0192 0.0711 0.0014 52.1200

14 0.0145 0.0053 0.0012 69.1970

15 0.0114 0.0006 0.0003 87.9860

CAPTULO 4: REFORZAMIENTO CON

DISIPADORES DE FLUIDO VISCOSO Metodologa de diseo de amortiguadores

Se determinarn los objetivos de desempeo y objetivos de diseo de acuerdo a la informacin presentada por el Comit VISION 2000 y el FEMA en Multi-Hazard Loss Estimation Methodology.

Nivel de Desempeo

Totalmente

Operacional Funcional

Resguardo

de la vida

Prximo al

Colapso

Mo

vim

ien

to S

sm

ico

de D

ise

o

Sismo frecuente

(43 aos)

Estructura

Bsica

Sismo ocasional

(72 aos)

Estructura

Esencial

Estructura

Bsica

Sismo raro

(475 aos)

Estructura

Crtica

Estructura

Esencial

Estructura

Bsica

Sismo muy raro

(970 aos)

Estructura

Crtica

Estructura

Crtica

Estructura

Esencial

Estructura

Bsica

C1M: prtico de concreto armado de mediana altura

(de 4 a 7 niveles).

Nivel de Desempeo Deriva

Totalmente

Operacional 0.0033

Funcional 0.0033

Resguardo de Vida 0.0058

Prximo al Colapso 0.0156

Colapso 0.0400

Segn el ASCE, se debe colocar como mnimo dos dispositivos

por direccin de anlisis en cada piso y de tal forma que no se

genere torsin

UBICACIN DE LOS DISPOSITIVOS DE

DISIPACIN DE ENERGA

Disposicin de disipadores en eje XX Disposicin de disipadores en eje YY

AMORTIGUAMIENTO OBJETIVO

B =25%

DISEO DE AMORTIGUADORES

VISCOSOS

Amplitud de desplazamiento

Referencia: Genner Villarreal Castro y Ricardo Oviedo Sarmiento

Referencia: Carlos Alberto Bermdez Meja

DISEO DE AMORTIGUADORES

VISCOSOS

Coeficiente de amortiguamiento y Rigidez

Exponente "" Parmetro ""

0.25 3.7

0.50 3.5

0.75 3.3

1.00 3.1

1.25 3

1.50 2.9

Referencia: Roberto Aguinar Falcon

DISEO ESTRUCTURAL CON AMORTIGUADORES VISCOSOS

PISO (rad) Wi (Tn) r1 Wir12 cos1.5 (rad) Cd (T.s/m) Kd(T/m)

1 0.5833 299.91 44.7 599249670 0.7625 280.3181 1401.5907

2 0.5105 288.25 76.68 1694842637 0.8150 262.2811 1311.4056

3 0.5105 288.25 102.84 3048521825 0.8150 262.2811 1311.4056

4 0.5105 288.25 121.59 4261484268 0.8150 262.2811 1311.4056

5 0.5105 200.92 132.59 3532278825 0.8150 262.2811 1311.4056

PISO (rad) Wi (Tn) r1 Wir12 cos1.5 (rad) Cd (T.s/m) Kd(T/m)

1 0.3913 299.911 44.7 599249670 0.8888 240.4989 1202.4947

2 0.3367 288.247 76.68 1694842637 0.9170 233.1051 1165.5255

3 0.3367 288.247 102.84 3048521825 0.9170 233.1051 1165.5255

4 0.3367 288.247 121.59 4261484268 0.9170 233.1051 1165.5255

5 0.3367 200.925 132.59 3532278825 0.9170 233.1051 1165.5255

DISEO ESTRUCTURAL DE BRAZO

METLICO Es comn el uso de perfiles HSS o tipo PIPE, por lo que se iniciar el clculo con un perfil metlico del tipo PIPE 10 STD.

D ext. (in) 10.80

D int. (in) 10

Espesor (in) 0.349

rea (in2) 13.60

BALANCE DE ENERGA

Para realizar el balance de energa se procede a evaluar la

participacin de los amortiguadores en la disipacin de energa

de entrada a travs del grafico de energa que proporciona el

software SAP 2000 v 15.1.0. para cada registro ssmico.

CURVA DE HISTRESIS

Se puede identificar el comportamiento fuerza-desplazamiento

del amortiguador a partir del grfico mostrado = tendencia semi-

eliptica.

La curva se encuentra algo inclinada pero mantiene la forma

predefinida de los dispositivos no lineales.

Curva Desplazamiento-Fuerza Link 1 (Eje XZ) Fuente: Propia

Curva Desplazamiento-Fuerza Link 12 (Eje YZ) Fuente: Propia

CAPTULO 5: ANLISIS SSMICO

COMPARATIVO

CAPTULO 5 ANLISIS COMPARATIVO DE DISIPACIN DE ENERGA

Reforzamiento con disipadores viscosos

Reforzamiento tradicional con placas

Los disipadores absorben 85% de la

energa y la edificacin se esfuerza

menos.

La estructura est obligada a disipar

el total de la energa, lo que genera

daos estructurales.

ANLISIS COMPARATIVO DE

DESPLAZAMIENTOS LATERALES

Pisos Estructura

Aporticada

Estructura

con Placas

Estructura con

Disipador

1 30.65 7.28 16.24

2 51.71 15.83 27.03

3 68.41 25.89 35.00

4 79.95 36.43 40.16

5 86.64 46.77 42.66

Sismo X Sismo Y

0

20

40

60

80

100

1 2 3 4 5

De

spla

zam

ien

to (

mm

)

Pisos

Desplazamientos Laterales - Sismo X

Pisos Estructura

Aporticada

Estructura

con Placas

Estructura con

Disipador

1 42.09 6.77 14.88

2 61.51 13.68 22.43

3 75.08 21.18 27.95

4 84.23 28.76 31.39

5 88.9 36.20 32.91

0

20

40

60

80

100

1 2 3 4 5

De

spla

zam

ien

to (

mm

)

Pisos

Desplazamientos Laterales - Sismo Y

ANLISIS COMPARATIVO

DE DERIVAS

Pisos Estructura

Aporticada

Estructura

con Placas

Estructura con

Disipador

1 0.0093 0.0017 0.0038

2 0.0075 0.0031 0.0039

3 0.0060 0.0036 0.0028

4 0.0041 0.0038 0.0018

5 0.0024 0.0037 0.0009

Sismo X Sismo Y

Pisos Estructura

Aporticada

Estructura

con Placas

Estructura con

Disipador

1 0.0128 0.0016 0.0035

2 0.0069 0.0025 0.0027

3 0.0048 0.0027 0.0020

4 0.0033 0.0027 0.0012

5 0.0017 0.0027 0.0005

ANLISIS COMPARATIVO DE FUERZAS

Sismo X Sismo Y

Pisos Aporticado Placas Disipador Aporticado Placas Disipador

1 35.11 36.65 17.35 53.75 54.65 19.49

2 27.97 31.14 11.22 34.83 35.13 12.30

3 18.96 23.77 6.19 20.67 23.53 6.83

4 10.34 15.63 2.68 9.99 14.65 2.92

5 3.72 7.15 0.78 3.03 6.21 0.75

Sismo X Sismo Y

Pisos Aporticado Placas Disipador Aporticado Placas Disipador

1 11.72 4.16 7.79 29.42 6.46 10.95

2 8.18 7.87 4.38 21.03 11.89 8.98

3 8.34 8.63 3.53 16.48 17.08 7.00

4 7.57 9.41 2.04 11.32 21.58 4.99

5 3.69 12.49 0.53 5.62 30.15 1.55

Fuerza Axial

Fuerza Cortante

ANLISIS COMPARATIVO DE DAOS

POST-SISMO D

isip

ad

ore

s P

lac

as

Edificacin Tradicional vs. Edificio con Disipadores de Energa

Terremoto de Chile (Concepcin)

ANLISIS COMPARATIVO DE DAOS

POST-SISMO

Mas efectivo.

Inversin de 20%

No requiere mantenimiento ni reemplazo.

Elimina costos de reconstruccin.

Menos efectivo.

Inversin de 25% - 30%.

Evaluacin de niveles de dao.

Rehabilitacin estructural supervisada.

Mayor costo de mano de obra especializada.

Mayor volmenes de concreto y acero.

Tcnica mas usada encamisar el muro con mallas electrosoldadas.

Dis

ipa

do

res

Pla

ca

s

EDIFICACIONES CON AISLAMIENTO SISMICO EN

LA BASE

DR. GENNER VILLARREAL CASTRO PROFESOR VISITANTE UMRPSFXCH-Bolivia

PROFESOR VISITANTE ONSOL-Ecuador

PROFESOR EXTRAORDINARIO UPAO

PROFESOR PRINCIPAL UPC, USMP

PREMIO NACIONAL ANR 2006, 2007, 2008

Amortiguamiento efectivo

(% del crtico)

Coeficiente

MB

2 0,8

5 1,0

10 1,2

20 1,5

30 1,7

40 1,9

50 2,0

G = 0,4 a 0,7MPa

INVESTIGACION TEORICO-

EXPERIMENTAL DE EDIFICIO

AISLADO CON AISLADOR DE GOMA

Y PLANCHAS METALICAS

AUTOR: DR. LE TJU TJI NGUYEN

CONSULTOR: DR. GENNER VILLARREAL CASTRO

RUSIA - 2010

ENSAYO EXPERIMENTAL

MODELO EN EL MEF

El hombre nunca sabe de lo que es capaz hasta que

lo intenta.

CHARLES DICKENS

GRACIAS

Dr. Genner Villarreal Castro

[email protected] www.gennervillarrealcastro.blogspot.com

www.youtube.com/user/gennervc/feed

diseño estructural dr genner villarreal colae_dsa_2

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