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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO
FACULTAD DE INGENIERÍA • ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL
ANÁLISIS SÍSMICO POR DESEMPEÑO DE ESTRUCTURAS
APORTICADAS DE CONCRETO REFORZADO MEDIANTE ALGORITMOS
GENÉTICOS
AUTORES:
• Ing. Msc. Diego Barahona
Ing. Armando Asqui
2011
1. Nombre del proyecto Análisis sísmico por desempeño de estructuras aporticadas de concreto reforzado mediante algoritmos genéticos
2. Unidad Administrativa financiera UDAF La unidad de administración financiera del proyecto será el Instituto de Investigación Científica, Desarrollo Tecnológico y Saberes Ancestrales (IICYD) de la Universidad Nacional de Chimborazo, el mismo que será responsable de la administración financiera y del desempeño de los investigadores en el proyecto, el equipo está conformado de la siguiente manera:
Director del Proyecto: Técnico Investigador:
Asesor Externo:
Colaboradores Internos:
Ing. Msc. Diego Barahona Ing. Armando Asqui
Dr. Ing. Roberto Aguiar
Ing. Alexis Martínez Ing. Oscar Cevallos Ing. Edison Tapia Ing. Félix Falconí
3. Localización geográfica
Al tratarse de una investigación de carácter científico y de innovación
tecnológica en el área estructural, el área de influencia del proyecto es todo el
país, y con la consecución de los objetivos trazados, podría tener repercusión a
nivel internacional.
4. Análisis de la situación actual (diagnóstico)
En los últimos años a través de los eventos sísmicos sucedidos en diferentes
lugares del mundo, se ha observado que el comportamiento sísmico de las
estructuras en varios casos, aun ante sismos moderados han sufrido daños
estructurales considerables, y en otros casos han llegado al colapso, lo cual
evidencia la inconsistencia de los métodos actuales, por lo que es imperante la
necesidad de una metodología que provea al ingeniero estructural de
herramientas que arrojen resultados de mayor confiabilidad para que este
pueda predecir de forma más precisa el comportamiento de una estructura y
por ende sea diseñada adecuadamente; entre las técnicas más promisorias se
encuentra el diseño sismo resistente por desempeño el mismo que ya se ha
venido desarrollando y difundiendo en varios países, con la presente
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investigación se pretende optimizar esta metodología mediante la aplicación
de técnicas de computación evolutiva.
5. Antecedentes
Si bien las técnicas de diseño sismo resistente empleadas en la actualidad, han
tenido resultados aceptables, bastante cercanos a la realidad en circunstancias
previsibles, y considerando que la dinámica evolutiva de la ciencia es un
hecho preponderante que nos obliga a encontrar mejores metodologías,
sistemas o técnicas mejorando a las actuales, y más aun cuando estas
presentan inconsistencias y carencias, el conocer el comportamiento más
adherido a la realidad de una estructura nos proveerá de la línea base para
poder mejorar el diseño sismo resistente. El comportamiento inesperado de
ciertas estructuras que han sido puestas a prueba ante eventos sísmicos nos
indica la indispensable búsqueda del diseño basado principalmente en el
control de la respuesta dinámica de las estructuras.
6. Justificación
La evolución de la ciencia y la tecnología es uno de los hechos más
predominantes en el desarrollo y avances de la humanidad, esta dinámica ha
generado el nivel de conocimientos y consecuentemente el sistema de vida
actual, en base a esta premisa y al considerar las deficiencias mencionadas de
los métodos más utilizados en la actualidad para el diseño sismo resistente, es
imperante la necesidad de continuar en la búsqueda de técnicas que reflejen de
manera más fiel a la realidad, el comportamiento sísmico de las estructuras y
el desempeño de sus elementos ante eventos sísmicos, por lo cual se considera
de gran influencia la búsqueda de estos objetivos mediante la implementación
de técnicas de computación evolutiva como son los algoritmos genéticos,
técnicas que se han extendido a las más variadas ciencias, su flexibilidad en la
búsqueda de soluciones óptimas lo han colocado como una de las más
sofisticadas en resolución de problemas de diversa índole, por lo cual se prevé
un alto impacto en el análisis y diseño sismo resistente.
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7. Beneficiarios
En forma directa toda la sociedad ecuatoriana ya que al dotar al ingeniero
estructural de una herramienta capaz de predecir los puntos y el orden de falla
de una estructura, se tomaran los correctivos estructurales necesarios para de
esta manera se obtengan estructuras más seguras generando menores pérdidas
humanas y materiales ante eventos sísmicos.
8. Proyectos relacionados y/o complementarios
El proyecto complementario al análisis sísmico por desempeño de estructuras
aporticadas de concreto reforzado mediante algoritmos genéticos, es el diseño
de las estructuras mencionadas, con lo cual se complementaria en un proyecto • macro.
9. Objetivos
A. Objetivo de Desarrollo Encontrar un sistema o método más adecuado que los existentes para
adaptar las estructuras a los eventos sísmicos, evitando pérdidas humana y
de elementos importantes en el desarrollo de la sociedad.
B. Objetivo General.
Desarrollar una metodología que mediante la aplicación de algoritmos
genéticos prediga el mecanismo de colapso de una estructura aporticada de
concreto reforzado.
• C. Objetivos Específicos:
Estudiar los procedimientos del análisis sísmico por desempeño
para poder aplicarlos en forma directa y con algoritmos genéticos.
Analizar los parámetros necesarios para implementar un algoritmo
genético en análisis sísmico por desempeño de un estructura
aporticada de concreto reforzado.
Desarrollar un software que analice por desempeño estructuras de
concreto reforzado y su mecanismo de colapso.
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10. Metas
Vivir en armonía y equilibrio es la base fundamental del plan nacional del
buen vivir, y una de las bases del equilibrio es la adaptación de los individuos
y componentes de un sistema al medio en que se desenvuelven, en base a estas
premisas, la meta principal de la investigación planteada, es la de encontrar la
metodología para descifrar el comportamiento de las estructuras y de esta
manera encontrar la forma de adaptar las estructuras a los fenómenos naturales
conocidos como sismos, para que ante estos eventos no se produzca un
desequilibrio y por ende se altere el medio, produciendo pérdidas humanas y
de elementos esenciales para el desarrollo de la humanidad.
11. Actividades
1. Estudio del análisis sísmico por desempeño 2. Estudio de los espectros de capacidad 3. Estudio y análisis de aplicaciones de factores de reducción de carga
sísmica 4. Análisis de capacidad sísmica resistente 5. Estudio y análisis de espectros de demanda 6. Estudio y análisis de espectros de capacidad 7. Estudio y análisis de desplazamiento máximos y ductilidad 8. Estudio y análisis de niveles de daño 9. Desarrollo de modelos básicos de AG 10. Determinación de ecuaciones de restricción para AG 11. Determinación de funciones objetivo para AG 12. Implementación de modelos básicos para ensayo de AG 13. Experimentación virtual de modelos simples 14. Desarrollo de interfaz gráfica de AG 15. Determinación de parámetros de ajuste del AG 16. Validación del software en estructuras reales 17. Procesamiento y análisis de estructuras analizadas con AG 18. Verificación de la Hipótesis 19. Sistematización de la metodología para análisis sísmico por
desempeño con AG 20. Conclusiones de la investigación
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12. Inversión Total del Proyecto
ACTIVIDADES
FUENTES DE FINANCIAMIENTO DÓLARES
TOTAL Externas Internas
Crédito Cooperación Crédito Fiscales Autogestión A.
Comunidad
1. Análisis de los parámetros básicos
1. i . Estud“, ‘1,1 :tnáltsis sisrnico por desempeño 394.11 394.11
1.2. Estudio dr los espectros de capacidad 394. 11 394.11
1.3. Estudio v análisis de aplicaciones de factores (le reducción de carga sismica 394.11 394.11
1.4. Análisis de capacidad sismica resistente 394.11 394.11
1.5. Estudio y análisis de espectros de demanda 306.53 306.53
1.6. Estudio y análisis de espectros de capacidad 306.53 306.53
1.7. Estudio v análisis de desplazamiento máximos v ductilidad 306.53 306.53
1 8 Estudio y atudisis de niveles dr ddito 306.53 306.53
2. Determinacion de parámetros y modelos con AG
2.1. Desarrollo de modelos básicos de AG 1804.14 1804.14
2.2. Determinación de ecuaciones de restricción para AG 1804.14 1804.14
2.3. Determinación de funciones objetivo para AG 1804.14 1804.14
2.4. Implementación de modelos básicos para ensayo de AG 1410.03 1410.03
2.5. Experimentación virtual de modelos simples 2758.76 2758.76
2.6. Desarrollo de interfaz gráfica de AG 4168.79 4168.79
2.7. Determinación de parámetros de ajuste del AG 5517.50 5517.50
3. Experimentación con estructuras reales
3.1. Validación del software en estructuras reales 2758.76 2758.76
3.2. Procesamiento y análisis de estructuras analizadas con AG 3678.34 3678.34
3.3. Verificación de la Hipótesis 1839.16 1839.16
4. Determinación y publicación de resultados
4.1. Sistematización de la metodologia para análisis sisznico por desempeño con AG 1839.16 1839.16
5.1. Conclusiones de la investigación 919.52 919.52
TOTAL 33105.00 33105.00
13. Cronograma valorado de actividades
1 Periodo = 1 mes
N° ACTIVIDADES PROGIWIIACION , ALORADA idólares1
Periodo 1 Periodo 2 Periodo 3 Periodo 4 Periodo 5 Periodo 6 Periodo 7 Periodo E Periodo 9 Periodo 1C Periodo 11 Periodo 12 TOTAL
1 ',Lidio Jet *nabo. sfirnaco por Je,cmpeño 394.11 394.11
2 Escudo de loa os pectrol de capacidad 394.11 394.11
3 f■ tudia y anilt.i. de aplicacrone, dr facturo. dr red ucción dc carpaíNmica 394.11 394.11
4 AnaliYis de capacidad iiii.maca resuienie 394.11 394.11
5 Estudio y anal... do espretroa do dcmanda 306.53 306.53
6 Estufas y análon de espectro, de capacidad 306.53 306.53
7 Entrado y análisu de dospiaíainwniu mázinaus y ducidglail 306.53 306.53
8 E, ■ ...h.., y animo Je niieks de dallo 306.53 306.53
9 Desarrollo de modelos bállcul de AC, 394.11 306.53 551.75 551.75 1804.14
10 Iktermanxió. de ecuunnes de re.tticokSn para AG 394.11 306.53 551.75 551.75 1804.14
11 Derorrninación de funciones M'activo para AG 394.11 306.53 551.75 551.75 1804.14
12 inr 11,11x:función Je modelo. Ir S. roa r...volyo de ACi 306.53 551.75 551.75 1410.03
13 Laperunrwa.én vrtual de roodekli toniple. 1379.38 1379.38 2758.76
14 Dos arrollo do aaterfaz grafica Je A,. 306.53 551.75 551.75 1379.38 1379.38 4168.79
15 o,,,,minachtn de parámetro. Je apoieJel AG 2758.75 2758.75 5517.5
16 valKlumln del softwate en ettructuras reales 1379.38 1379.38 2758.76
17 er.,,,,,....0 y andan Je est, uOl arras analizadas con AG 1379.38 1379.38 919.58 3678.34
18 N. erd,a,aNn de la iiipótesu 919.58 919.58 1839.16
19 S islenuil itaOón de la metodología para análtivi.f.inico por Je.onipeño con NI, 919.58 919.58 1839.16
20 Conclusiones de la investigación 919.52 919.52
TOTAL 2758 77 277,8 77 277,8 77, 2758.75 2758.76 2758.76 2758.75 2758.75 2758.76 2758.76 2758.74 2758.68 33105.00
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14. Duración del proyecto y vida útil
El tiempo de ejecución del presente proyecto será de 12 meses y la vida útil
del mismo no es definible ya que se espera superar problemas estructurales
para un periodo amplio en años.
15. Indicadores de los resultados esperados
V.D. ACCIONES SÍSMICAS CONCEPTUALIZACIÓN DIMENSIONES INDICADORES Se definen como la 1. Acciones 1.1.Cortante en la inducción de cargas y desplazamientos debido a acciones dinámicas a una estructura producidas por un movimiento del terreno
dinámicas Base
1.2.Fuerzas Laterales
1.3.Desplazamientos de la base debido a un evento sísmico.
de la estructura
2.Terreno 2.1. Velocidad de Onda de Corte
2.2. Período de vibración natural del suelo 2.3. Fallas geológicas
2.4 Tectónica de Placas
2.5 Vulcanología de la zona
3.Evento sísmico 3.1 Sismicidad Histórica
3.2 Sismicidad Instrumental
3.3 Aceleración máxima en roca
3.4 Espectros de diseño
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CONCEPTUALIZACIÓN
Consiste en la determinación de la disposición de los elementos estructurales, así como el dimensionamiento de las partes constitutivas del sistema estructural de manera que resista solicitaciones externas, de tal forma que tanto los elementos como las conexiones entre ellos sean capaces de resistir tales fuerzas y especialmente detallado para obtener un comportamiento dúctil de la estructura de edificación.
INDICADORES
1.1. Área de las secciones resistentes
1.2. Factor de corrección por irregularidad en planta.
1.3. Factor de corrección por irregularidad en elevación.
2.1. Área de Sección Transversal de Elementos
2.2. Inercia de los elementos.
DIMENSIONES
1. Disposición de los elementos estructurales
2. Dimensionamiento de las partes constitutivas del sistema resistente.
3. Solicitaciones externas 3.1. Cargas gravitacionales
Cargas Sísmicas
4. Comportamiento Dúctil 4.1. Ductilidad de desplazamiento
4.2. Demanda de ductilidad
V.I. ANALISIS DE ESTRUCTURAS DE EDIFICACIÓN SISMO-RESISTENTES
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V.D. EVALUACIÓN DEL DESEMPEÑO ESTRUCTURAL CONCEPTUALIZACIÓN DIMENSIONES INDICADORES
Es la verificación de que 1. 1.1.Deri va de Piso la estructura tenga un Comportamiento buen comportamiento estructural inelástico ante un sismo determinado, es decir disipe la mayor cantidad de energía y no colapse.
inelástico
1.2.Ductilidad global del sistema
1.3.Sobreresistencia
1.4.Sobreredundancia
1.5.Técnica de Pushover
16. Impacto ambiental
El proyecto es de categoría 2, el mismo que durante su ejecución no afecta ni
directa ni indirectamente al medio ambiente, por lo cual no requiere de un
estudio de impacto ambiental.
17. Autogestión y sostenibilidad
La difusión de los resultados de la investigación así como los convenios
realizados entre los estamentos responsables del cumplimiento de las normas
constructivas, tanto locales como nacionales serán los encargados de
garantizar que los productos de la investigación tengan la funcionalidad
necesaria, para de esta manera cumplir con el plan nacional del buen vivir, que
dentro del aspecto investigativo que encierra este proyecto dotará a la sociedad
de seguridad ante eventos sísmicos.
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Riobamba, 10 de Junio de 2011
Nombres y Firmas de los Proponentes:
0110
Ing. Msc. Diego Barahona Director del Proyecto
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