2301-07-01781

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA

FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

UTILIZACION DE SOPORTES DESLIZANTES EN EDIFICACIONES DE ESTRUCTURAS METALICAS

Trabajo presentado como requisito para optar al título de Ingeniero Civil

Autor:

Br. ALIOTTA, Valeria

MARACAIBO, SEPTIEMBRE DEL 2007

DERECHOS RESERVADOS





Autor:

ALIOTTA, Valeria C.I.: 14.148.980


DERECHOS RESERVADOS





Tutor:

Ing. OROZCO, Xiomara (Msc) C.I.: 5.049.538.


DERECHOS RESERVADOS

APROBACIÓN DEL TUTOR

En mi carácter de tutor de grado presentado por la Bachiller Valeria Aliotta,

para optar al título de ingeniero civil, considero que dicho trabajo reúne los

requisitos y meritos suficientes para ser sometido a la presentación pública y

evaluación por parte del jurado examinador que se designe.

En la ciudad de Maracaibo, a los 04 días del mes de Septiembre del 2007.

Ing. Xiomara Orozco.

C.I.: 5.049.538.

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DEDICATORIA

A Dios, ser supremo, que es compañero fiel y guía de mis pasos, gracias por nunca dejarme, con su ayuda logre este triunfo. A San Miguel Arcángel, San Esteban, La Virgen Maria y todos los Santos, Ángeles y Arcángeles, por atender mis oraciones. A la Memoria de Mi Nonno, por haber sido un ser tan especial y maravilloso, siempre dando sonrisas y amor, ganaste todo el respeto, amor y la admiración de todos, has dejado una huella enorme en mi corazón y siempre estarás presente en mí. Fuiste mi impulso para concluir mi carrera. Siempre te voy amar “CHIMBOMBINO” siempre. A Mis Padres, pilares fundamentales en mi vida; son los mejores, los amo. Gracias por todo su incondicional apoyo y sabios consejos, valores y convicciones enseñados. Mamá, siempre dándome animo para seguir adelante; tu fuerza y fortaleza es increíble. Papi, siempre apoyándome y estimulándome a seguir adelante. A Mis Hermanos, que han sido mi inspiración. Faby mi amiga, confidente, y gran apoyo en todo esto, te quiero mucho. Alfre mi delirio; que esto te sirva de estimulo y ejemplo, para ser un hombre de bien, pero no te tomes tanto tiempo, te adoro. A Mami Nubia, Tía Aurora, por ser las segundas madres y tenerme presente en sus oraciones. A José Daniel, inspiración y ejemplo a seguir, Dani, gracias por brindarme tu apoyo y escucharme cuando estaba estresada. A Lina, prima querida, siempre dándome ánimos y alentándome continuar con todo, te quiero. A Mi Tatiz, viejita linda, gracias por estar siempre pendiente de mi. A todos mis demás familiares queridos, Mis Nonnos, Tía Ma. Carmen, Tío, primos. A mis seres queridos que están en el cielo, La Nonnita, Tío Alfredo, por todo el amor que me brindaron, A Mi Padrino Noé, quien en vida fue un gran hombre, se gano todo mi amor, respeto y admiración, compartió sus conocimientos y ayudo a terminar mi carrera. Y por su puesto, porque no, a Mí, por tomarme el tiempo preciso y necesario para llegar a esta meta; gracias a mi esfuerzo, perseverancia, tarde pero al fin lo logre!

Gracias a Todos!

Valeria Aliotta D’Alessandro.

VI

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AGRADECIMIENTOS

En primer lugar y ante todo A Dios y A La Virgen, por no desampararme y ayudarme a culminar mis estudios con éxito. A Mi Nonno, que siempre me apoyo, y alentó en seguir adelante. A Mis Padres y Hermanos, que son lo más grande que Dios me ha dado, los quiero mucho. A la Universidad Rafael Urdaneta por haberme brindado la oportunidad de desarrollar una carrera y convertirme en una profesional. A todo el Personal que labora dentro de la Universidad Rafael Urdaneta, en especial al docente, secretariado y directores de de las diferentes escuelas. A todos los Profesores que dedican su tiempo día tras día, a compartir de manera invaluable sus conocimientos y se dan a la labor de la enseñanza y el aprendizaje. Al Profesor Bohórquez, por el apoyo prestado a lo largo de mi carrera. A Nancy Urdaneta, por todo el apoyo y confianza brindada, por guiarme y sobrellevarme a lo largo este recorrido, gracias por todo. A la Profesora Xiomara Orozco, quien de forma desinteresada acepto ser mi tutora apoyándome en este proyecto, asesorándome de la mejor forma posible, gracias a su ayuda y colaboración fue posible concluir de manera satisfactoria con dicho compromiso, mil gracias Profe. A Ana Hernández, quien estuvo siempre al pendiente de mis estudios y colaboro de manera generosa para salir adelante en ellos, gracias Anita. A mis amigos y panas de siempre; Juan C., Yaritza, Felicia, Luís, Oma, Jery, Karen, Andreina, Marjorie, Tata, Joseph por el gran apoyo y estimulo que me siempre me han brindado por compartir, por estar siempre allí, tanto en las buenos como en los malos momentos. Se les quiere. A mis compañeros de clase y amigos quienes me ayudaron y colaboraron en todo lo posible; en especial; Wilfrido S., Aida R., Leo M., así como también a Bestsabe A., Jesús B., Jonathan C., Juan M., Luís V., Gabriel H., Eunides A., Rina F., Lulu, y a todos aquellos que de una u otra forma estaban allí acompañándome a lo largo de este recorrido. A las Familias. Sozzo Uzcátegui, Redondo Quintero y Rodríguez Leonardi, por abrirme las puertas de su casa y ayudarme siempre y en todo momento, les agradezco mucho la confianza y el apoyo brindado. Gracias.

Gracias a Todos! Valeria Aliotta D’Alessandro.

VII

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RESUMEN

|ALIOTTA, VALERIA. “UTILIZACIÓN DE SOPORTES DESLIZANTES EN EDIFICACIONES DE ESTRUCTURAS METÁLICAS”. TRABAJO ESPECIAL DE GRADO COMO REQUISITO PARA OPTAR AL GRADO DE INGENIERO CIVIL. SEPTIEMBRE 2007. UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA. MARACAIBO. VENEZUELA.

Esta investigación estuvo planteada en analizó primeramente dos pórticos

tipo simulados en el software Staad Pro, utilizando soportes deslizantes del tipo Neopreno y apoyos empotrados o fijos con el fin de realizar las comparaciones pertinentes. Después de esto se compararon los esfuerzos máximos producidos en los diferentes elementos que conforman los dos pórticos, y se obtuvo un incremento de los esfuerzos al utilizar soportes deslizantes. Además, se obtuvo que las derivas son menores al utilizar soportes deslizantes. Se realizaron gráficas de comparación ante los diferentes parámetros evaluados en las dos estructuras tipo planteadas. Se diseño cada condición de apoyo deslizante establecido en las dos estructuras tipo planteadas. Se obtuvo además que a medida que aumenta la cantidad de niveles en las estructuras, el diseño de los soportes deslizantes es de mayor envergadura, lo que determino que su uso debe limitarse a estructuras de pocos niveles. Además se produce una liberación importante de energía proveniente de los efectos sísmicos en las estructuras.

Palabras Claves: Soportes deslizantes, Apoyos deslizantes.

XII

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INDICE GENERAL

p.pVEREDICTO V DEDICATORIA VI AGRADECIMIENTOS VII ÍNDICE GENERAL VIII INDICE DE TABLAS IX ÍNDICE DE FIGURAS X ÍNDICE DE GRAFICAS XI RESUMEN XII INTRODUCCIÓN XIII CAPÍTULO I – EL PROBLEMA

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PLANTEAMIENTO Y FORMULACION DEL PROBLEMA 16 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN 18 OBJETIVO GENERAL 18 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 18 JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACIÓN 20 ALCANCE DE LA INVESTIGACION 21 DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN 22 CAPÍTULO II – MARCO TEÓRICO 23 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN 24 FUNDAMENTACION TEORICA 26 SISTEMA DE VARIABLES 41 CUADRO DE OPERACIONALIZACION DE LA VARIABLE 42 DEFINICION DE TERMINOS BASICOS 43 CAPÍTULO III – MARCO METODOLÓGICO 44 CAPÍTULO IV – ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS 52 CONCLUSIONES 66 RECOMENDACIONES 68 BIBLIOGRAFÍA 69 ANEXOS 71 ANEXO 1 – CORRIDAS DEL STAAD.PRO 72

VIII

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ÍNDICE DE TABLAS

p.pTabla No. 1 – Resultados obtenidos 61

Tabla No. 2 – Derivas en las estructuras de 3 niveles 63

Tabla No. 3 – Derivas en las estructuras de 6 niveles 64

IX

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ÍNDICE DE FIGURAS

p.pFigura No. 1 – SOPORTE TIPO ARTICULADO 30

Figura No. 2 - APOYO DESLIZANTE DE NEOPRENO 32



Figura No. 5 - APOYOS DESLIZANTES 34


X

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ÍNDICE DE GRAFICAS

p.pGrafica No. 1 – Derivas en las estructuras de 3 niveles 63

Grafica No. 1 – Derivas en las estructuras de 6 niveles 64

XI

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INTRODUCCION

Dada la necesidad de evaluar el comportamiento estructural y

constructivo de los soportes deslizantes, y su uso en edificaciones

aporticadas de estructura metálica.

Para tal efecto, se plantea fragmentar la presente investigación

en cuatro (4) capítulos de relevancia para cumplir con los objetivos

planteados.

En el Capítulo I, se plantea la problemática que da origen a la presente

investigación. Este capítulo incluye el problema, con el planteamiento, los

objetivos, justificación y delimitación de la investigación.

El Capítulo II, constituye el marco teórico, en el cual se desarrolla todo

el compendio que soporta la investigación referente al análisis estructural que

involucra el uso y disposición especifica de soportes o apoyos deslizantes.

Contiene además, los antecedentes y las bases teóricas necesarias para el

desarrollo de la investigación, así como la operacionalización de la variable y

sus diferentes conceptualizaciones.

El Capítulo III, consiste en el marco metodológico, en el cual se

establece los procedimientos y las pautas seguidas en el desarrollo de la

presente investigación.

En el Capítulo IV, se presentan los resultados obtenidos del análisis

realizado, basados en las normativas vigentes para el diseño de estructuras

metálicas y utilizando el software Staad.Pro.

XIII

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CAPITULO I - EL PROBLEMA

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CAPITULO I

EL PROBLEMA

1.- CAPITULO I 1.1.- PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

En la actualidad, la diversidad de soluciones de carácter estructural sigue

creciendo ante la demanda de construir grandes obras y edificaciones que

puedan ser capaces de resistir los embates de los fenómenos sísmicos, de

viento y otros efectos adicionales.

Evidentemente, estas soluciones deben ser objeto de estudios suficientes

como para permitir ser insertados en el común denominador de los posibles

planteamientos de los ingenieros estructurales a la hora de presentar sus

proyectos, diseños o ingenierías.

En tal sentido, muchas de estas soluciones están planteadas en la

configuración de los elementos que integran las estructuras; entendiéndose

como configuración estructural el acomodo de las partes de dicha estructura

con el fin de que pueda cumplir su cometido basados en criterios de

resistencia suficiente, economía, esteticidad y factibilidad constructiva.

Un diseño que se propone incorporar al paquete de soluciones

estructurales es la utilización de soportes deslizantes en estructuras simples

de carácter edificacional, dado que éstos son generalmente utilizados en la

construcción de puentes.

Dado a la capacidad de permitir cierto movimiento de estructuras como

los puentes que generalmente interconectan dos zonas que se mueven o

desplazan independientemente, su uso busca permitir que dichos

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DERECHOS RESERVADOS

CAPITULO I

EL PROBLEMA

desplazamientos no produzcan esfuerzos adicionales sobre las estructuras

que no se desean tener presentes en la misma.

Estos soportes, pudieran permitir a las estructuras la disminución de

esfuerzos importantes, que no vayan en detrimento de los costos, la

seguridad y la integridad de la estructura.

Aunque esta proposición no es un planteamiento nuevo, evidentemente

su utilización como solución estructural es escasa, sobre todo en soluciones

de carácter edificacional tanto residencial como industrial.

Dado estos aspectos, las investigaciones del uso de estos soportes

deslizantes deben iniciar definitivamente con estudios de carácter teórico,

marcando diferencias entre lo usual y la propuesta de diseño. Esto debe ser

realizado aprovechando la gran cantidad de software que permiten calcular

grandes estructuras.

Llevar a la práctica el uso de estos soportes en estructuras más simples,

como edificios de carácter residencial o industrial, debe ser el camino que

marque el planteamiento inicial de esta investigación.

Dicha investigación aporta mucho en lo que respecta a la capacidad del

uso de estas soluciones apoyadas en las bases estructurales, haciendo

posible avanzar en la búsqueda de perspectivas diferentes ante la necesidad

de crear condiciones diferentes que planteen superar ciertos precedentes y

paradigmas de carácter estructural.

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DERECHOS RESERVADOS

CAPITULO I

EL PROBLEMA

Adicional a esto, no solo debe plantearse su uso como simplemente

eliminar ciertas restricciones a los soportes de una estructuras, sino que

debe plantearse soluciones de carácter constructivo, dado que es muy fácil

plantear idealizaciones basados en la primera condición sin proyectar

factiblemente detalles específicos de cómo seria el uso de los soportes

deslizantes

Por todo lo antes mencionado, se plantea evaluar y darle cabida a la

utilización de soportes deslizantes en edificaciones de estructuras metálicas.

1.2.- OBJETIVOS DE LA INVESTIGACION

1.2.1.- OBJETIVO GENERAL:

• Analizar la utilización de soportes deslizantes en

edificaciones de estructuras metálicas.

1.2.2.- OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

• Analizar estructuralmente dos estructuras aporticadas tipo

simuladas en el software Staad Pro, utilizando soportes

deslizantes del tipo Neopreno.

• Analizar estructuralmente dos estructuras aporticadas tipo

simuladas en el software Staad Pro, utilizando soportes fijos.

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CAPITULO I

EL PROBLEMA

• Comparar los esfuerzos máximos producidos en los

diferentes elementos que conforman las dos estructuras

aporticadas, bajo las diferentes condiciones de apoyo

establecidas.

• Comparar las máximas deformaciones producidas que

conforman las dos estructuras aporticadas, bajo las

diferentes condiciones de apoyo establecidas.

• Realizar graficas de comparación ante los diferentes

parámetros evaluados en las dos estructuras tipo

planteadas.

• Mostrar el diseño definitivo de cada condición de apoyo

establecida en las dos estructuras tipo planteadas.

• Presentar comparaciones generales de cada condición de

apoyo establecida en las dos estructuras tipo planteadas.

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DERECHOS RESERVADOS

CAPITULO I

EL PROBLEMA

1.3.- JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACIÓN

Toda técnica, análisis o estudio que permita optimizar elementos

estructurales de cualquier tipo, servirá sustento para los ingenieros

calculistas, quienes están dados a la tarea de identificar, mediante la

experiencia y a las usuales prácticas constructivas de estructuras metálicas,

novedosas formas de insertar cambios importantes en la configuración de las

estructuras que estos idealicen o simulen.

Ante tal proyecto, se demuestra evaluar por medio de la simulación en el

Staad Pro el uso de los apoyos deslizantes en estructuras convencionales y

simples, como las mencionadas anteriormente; con el fin de extraer los

beneficios de su utilización en dichas estructuras.

Se justifica desde un punto de vista práctico, ya que dará resultados

importantes referentes al tema en cuestión, dado que permitirá establecer

condiciones básicas en la utilización de dichos de apoyos.

Desde un punto de vista metodológico, esta investigación servirá de guía

a interesados en el área estructural así como en el área de la ingeniería civil

que deseen indagar en el tema relacionado.

En cuanto al punto de vista teórico, esta investigación permitirá abordar

documentalmente, las prácticas o procedimientos establecidos en las

diferentes bibliografías y normativas tanto nacionales como internaciones en

el uso de los apoyos deslizantes.

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CAPITULO I

EL PROBLEMA

En el aspecto social y económico, los beneficios que pudieran obtenerse

de la sustitución y utilización factible de soportes deslizantes en edificaciones

residenciales e industriales, conseguirían disminuir significativamente los

costos de construcción, dado a notables disminuciones de los esfuerzos o

redistribución de los mismos en los elementos estructurales que los

conforman.

1.4.- ALCANCE DE LA INVESTIGACION

La utilización de soportes deslizantes se ha extendido en todo el mundo

en la construcción de puentes tanto en estructuras metálicas como en

concreto armado. Evaluando los beneficios que produce este tipo de

soporte a dichas obras de gran envergadura, estos beneficios pueden ser

extendidos de manera más simple y convencional a estructuras de menor

dimensión. Debido a esto, y a lo mencionado anteriormente, serán la base o

el fin común de esta investigación con el fin de evaluar alternativas en el

diseño estructural.

Se pretende evaluar diferentes estructuras metálicas planteadas e

idealizadas en el Staad pro, configuradas con el uso de apoyos fijos y apoyos

deslizantes, mediante:

• Las deformaciones producidas.

• El diseño de secciones, determinar la optimización de dichas

secciones mediante la aplicación de dichos apoyos deslizantes.

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CAPITULO I

EL PROBLEMA

• Los periodos de vibración ante la aplicación de un espectro normativo

de diseño sísmico.

Se idealizaran en el Staad Pro, varias estructuras típicas y se analizará

constructivamente las soluciones técnicas a plantear para el uso de este tipo

de apoyos.

Normalmente los apoyos deslizantes son utilizados en puentes, sin

embargo se desea evaluar desde el punto de vista analítico estructural su

utilización de la misma forma en estructuras metálicas tradicionales (edificios,

entre otros).

Una vez conocido los beneficios de la utilización de los apoyos

deslizantes se planteara soluciones constructivas para documentar el uso de

este tipo de apoyo.

1.5.- DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

Tiempo: La investigación tendrá una duración de diez meses,

comprendidos entre el mes de Febrero hasta Diciembre del año 2007.

Espacio: Esta investigación está enmarcada en la Facultad de Ingeniería

Civil de la Universidad Rafael Urdaneta en Maracaibo, Venezuela.

Teórica: La investigación esta determinada por el análisis de estructuras

metálicas dentro de la ingeniería estructural y sismorresistente.

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CAPITULO II – MARCO TEORICO

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CAPITULO II

MARCO TEORICO

2.- MARCO TEORICO 2.1.- ANTECEDENTES.

CASCON, (1997), en su trabajo realizado: “Acondicionamiento Sísmico de Puentes Mediante Aislamiento en Apoyos”, preparado

para optar al titulo de Doctor en Ingeniería Sísmica, en la Politécnica de

Madrid, España, indica el desarrollo de un modelo numérico de

aislamiento sísmico de puentes, mediante la introducción de una interfase

de separación entre el tablero y la pila, que permita el deslizamiento

horizontal del tablero minimizando los momentos flectores y esfuerzos

cortantes que se provocarían en los pilares con el desplazamiento normal

del tablero, evitando así la plastificación de las pilas.

Mediante la realización de diversos ensayos, Cascon (2007) obtuvo el

material que brindaba el aislamiento necesario entre la pila y el tablero,

así como también, la simulación del proceso de avance de un tablero

sobre las pilas en la construcción de puentes empujados.

Analizó la respuesta sísmica modelando distintos tipos de puentes

aislados, suponiéndolos excitados por varios terremotos, estudió la

validez del aislamiento consistente en unos apoyos deslizantes con el

material ensayado e investigó la influencia que tendría la forma y simetría

del puente, así como la altura y armadura de las pilas.

Por último desarrolló un método simplificado para definir las

características que deberían poseer los dispositivos de aislamiento

necesarios para obtener una respuesta óptima del puente ante una

excitación sísmica.

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CAPITULO II

MARCO TEORICO

Aunque su uso es diferente a lo que pretende esta investigación,

desde el punto de vista técnico y estructural se busca el mismo principio

dentro de la funcionalidad que este tipo de apoyos ofrece.

Igualmente, UGARTE, (2002), en su Trabajo Especial de Grado

titulada: “Análisis Sísmico de Edificios con Apoyos Deslizantes de Teflón” Universidad de Chile. Departamento de Ingeniería Civil. Chile,

indica la factibilidad del uso de soportes deslizantes en diversas

edificaciones con el fin de optimizar el diseño estructural de los mismos,

dando las características principales de estos y el comportamiento que

estos poseen, los cuales van en sintonía con los objetivos planteados en

la presente investigación.

De igual forma, GONZÁLEZ (2001), preparó una investigación titulada: “Modelación estructural y comparación económica de edificios con aislamiento sísmico en la base” para optar al titulo de Magíster en

Ingeniería Civil. Universidad de los Andes. Bogota. Colombia. Este indica

que los sismos producen anualmente daños económicos y sociales

inmensos en diferentes regiones del planeta. Los técnicos en el área han

tratado de encontrar una solución mediante la implementación de

sistemas reductores de fuerzas sísmicas, que busca disminuir los daños

provocados por eventos sísmicos.

Dichos dispositivos se colocan entre la cimentación y la estructura y

modifican sustancialmente la respuesta sísmica de la construcción. Estos

dispositivos son denominados aisladores sísmicos de base. El artículo

presenta un estudio económico en función de la estructura únicamente,

mediante una igualación de las rotaciones angulares que se presentan en

las vigas del edificio durante un sismo.

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CAPITULO II

MARCO TEORICO

Aunque este estudio, adicionalmente posee su marco económico, el

planteamiento básico de la presente investigación además de darle

seguridad a las estructuras, es la de también optimizar los costos de

construcción de edificaciones importantes.

2.2.- FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA.

A continuación se presente el marco teórico y técnico necesario para

el desarrollo de la presente investigación, donde se describen elementos,

consideraciones, características y aspectos importantes con referencia a

la presente investigación.

2.2.1.- ANALISIS ESTRUCTURAL.

Según Kinney, J. (1997), el análisis estructural, consiste en la

determinación de los efectos originados por las acciones sobre la totalidad o

parte de la estructura, con objeto de efectuar comprobaciones en los

Estados Límite Últimos y de Servicio.

Para la realización del análisis, se idealizan tanto la geometría de la

estructura como las acciones y las condiciones de apoyo mediante un

modelo matemático adecuado. El modelo elegido deberá ser capaz

siempre de reproducir el comportamiento estructural dominante.

El análisis global de una estructura puede llevarse a cabo de acuerdo

con las metodologías siguientes:

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CAPITULO II

MARCO TEORICO

• Análisis Lineal: es el que está basado en la hipótesis del

comportamiento elástico-lineal de los materiales constituyentes y

en la consideración del equilibrio en la estructura sin deformar.

En éste caso se puede utilizar la sección bruta de hormigón para

el cálculo de las solicitaciones.

• Análisis No Lineal: es el que tiene en cuenta la no linealidad

mecánica, esto es, el comportamiento tenso-deformacional no

lineal de los materiales y la no linealidad geométrica, es decir, la

consideración del equilibrio de la estructura en su situación

deformada. El comportamiento no lineal hace que la respuesta

estructural dependa de la historia de cargas. Por ello, para

obtener la carga última es a menudo preciso proceder de forma

incremental, recorriendo los rangos elástico, fisurado y previo al

agotamiento.

El análisis no lineal requiere, para un nivel determinado de

carga, un proceso iterativo en el que, tras sucesivos análisis

lineales, se converge a una solución que satisface las

condiciones de equilibrio, tenso-deformacionales y de

compatibilidad. Estas condiciones se comprueban en un número

determinado de secciones, dependiendo de la discretización, que

deberá ser suficiente para garantizar que se representa

adecuadamente la respuesta estructural.

• Análisis Lineal con Redistribución Limitada: donde los

esfuerzos se determinan a partir de los obtenidos mediante un

análisis lineal y posteriormente se efectúan redistribuciones que

satisfacen las condiciones de equilibrio. Exige unas

condiciones de ductilidad adecuadas que garanticen las

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CAPITULO II

MARCO TEORICO

redistribuciones requeridas para las leyes de esfuerzos

adoptadas.

• Análisis Plástico: está basado en un comportamiento plástico,

elasto-plástico o rígido-plástico de los materiales y que cumple al

menos uno de los teoremas básicos de la plasticidad: el del límite

inferior, el del límite superior o el de unicidad.

Se realizará un análisis lineal en las estructuras a simular, dado que no

se tomarán efectos de segundo orden como el PDELTA, una vez se hagan

las corridas estructurales en un software para análisis estructural adaptados

a las condiciones presentes y determinadas, el cual será detallado y

mostrado posteriormente a lo largo de esta investigación.

2.2.2.- APOYOS O SOPORTES.

El dispositivo de apoyo es un componente de vinculación entre dos

elementos estructurales, que tienen la función de transmitir determinados

componentes de solicitación (fuerza o momento) sin movimiento entre los

mismos elementos; permitir, sin oponer resistencia apreciable, los

movimientos relativos entre los elementos (desplazamiento o rotación) en

la dirección, en la cual no debe transmitirse la componente de solicitación.

La evolución de los apoyos se ha caracterizado por el empleo de nuevos

materiales como los elastómeros (neopreno), y el politetrafluoretileno

PTFE (teflón).

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CAPITULO II

MARCO TEORICO

2.2.2.1.- TIPOS DE APOYOS.

Según Beaufait, (1981), la naturaleza y cantidad de acciones

restrictivas que los apoyos desarrollan y actúan sobre la estructura

dependen de la forma como se conecta la estructura a su fundación y del

diseño de ésta. Aunque existen gran cantidad de diseños de bases de

estructuras, los tipos de apoyos más comunes para el propósito de

formular el modelo matemático se reducen a uno o a una combinación de

los siguientes:

• Articulación: conocido también como soporte tipo pasador,

debido a que esta conectado a la estructura por medio de un

pasador sin fricción. Este tipo de soporte impide el movimiento

en dirección vertical u horizontal, pero no impide ligeras

rotaciones alrededor del pasador. Hay dos fuerzas

desconocidas en una articulación: la magnitud de la fuerza

necesaria para impedir el movimiento horizontal y la magnitud

de la fuerza necesaria para impedir el movimiento vertical. El

soporte proporcionado por una articulación también puede

considerarse como una fuerza inclinada, que seria resultante de

las fuerzas horizontal y vertical en el soporte. Se tienen de

todas maneras dos incógnitas: la magnitud y la dirección de la

resultante inclinada (McCormac y Elling, 1994).

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CAPITULO II

MARCO TEORICO

FIGURA NO. 1

SOPORTE TIPO ARTICULADO

Fuente: Guía para inspección de puentes. Ministerio de Transporte y comunicaciones del Perú (2006)

• Soporte de Rodillo: ofrece resistencia al movimiento sólo en

una dirección perpendicular a la superficie de apoyo bajo el

rodillo. No presenta resistencia a ligeras rotaciones respecto al

eje del rodillo o a movimientos paralelos a la superficie de

apoyo. La única incógnita es la magnitud de la fuerza que evite

el movimiento perpendicular a la superficie de apoyo. Los

rodillos pueden instalarse de manera que impidan el

movimiento hacia, o alejándose de la superficie de apoyo

(McCormac y Elling, 1994).

• Empotramiento: ofrece resistencia a la rotación alrededor del

soporte y al movimiento horizontal y vertical. Se tiene aquí tres

incógnitas: la magnitud de la fuerza para impedir el movimiento

horizontal, la magnitud de la fuerza para impedir el movimiento

vertical y la magnitud del momento para impedir la rotación

(McCormac y Elling, 1994). Regularmente las bases de las

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CAPITULO II

MARCO TEORICO

edificaciones típicas son idealizadas y simuladas considerando

este tipo de soportes.

• Soporte Tipo Eslabón: es similar en su acción al rodillo, ya

que los pasadores en cada extremo se suponen sin fricción.

La línea de acción de la fuerza resistente debe tener dirección

del eslabón. Solo se tiene una incógnita: la magnitud de la

fuerza en la dirección del eslabón (McCormac y Elling, 1994).

2.2.2.1.1.- SOPORTES O APOYOS DESLIZANTES.

Según Kinney, J. (1997), el concepto general en el que se basan

estos dispositivos consiste en el aumento de la capacidad del sistema

para disipar energía, mediante la aplicación de fuerzas pasivas o activas,

contrarias a las generadas por la acción externa.

A la fecha los sistemas de control pasivo son los empleados con

mayor frecuencia, y entre ellos, el aislamiento de base el más utilizado.

Las razones por las que se prefiere éstos sistemas son de carácter

económico, de fiabilidad, mantenimiento y a su mayor desarrollo teórico y

tecnológico.

2.2.2.1.1.1.- APOYOS DE NEOPRENO.

Los apoyos de neopreno y los apoyos deslizantes se utilizan

generalmente en el diseño de puentes para permitir los movimientos

horizontales del tablero producidos por la temperatura y la reología, son

un antecedente que facilita la adaptación tecnológica de los dispositivos

de aislamiento de base y disipación de energía pasiva. Además de la

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MARCO TEORICO

necesidad de mantener en operación los puentes estratégicos después de

la ocurrencia de un sismo destructivo, las características estructurales de

éstos sistemas y su alta vulnerabilidad sísmica, los hacen candidatos

idóneos para el uso de dispositivos de control para su protección frente a

sismos en edificaciones.

FIGURA No. 2

APOYOS DESLIZANTES DE NEOPRENO

Fuente:http://www2.scielo.org.ve/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0376-723X2004000300001&lng=en&nrm=iso (2007)

Estos apoyos están formado por un conjunto de láminas planas de

goma intercaladas por placas planas de acero adheridas a la goma y

cubierto en sus extremos superior e inferior por dos placas de acero en

las cuales se conecta con la superestructura en su parte superior y la

fundación en su parte inferior. Entre las placas planas de acero, la lámina

de goma puede deformarse en un plano horizontal y de esta manera

permitir el desplazamiento horizontal de la estructura relativo al suelo. Su

configuración puede apreciarse en la siguiente figura.

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http://www2.scielo.org.ve/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0376-723X2004000300001&lng=en&nrm=iso

CAPITULO II

MARCO TEORICO

FIGURA No. 3


Fuente: http://www.sirve.cl/informacion_tecnica/aislacion_sismica/contenido_IT_aislacion.htm (2007)

Antes de iniciar con la indagación ante los soportes deslizantes,

por medio de la presente figura se puede apreciar la forma básica que

poseen los apoyos deslizantes.

FIGURA No. 4


Fuente: Escuela de Ingeniería de Antioquia, Medellín (Colombia) (2006)

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http://www.sirve.cl/informacion_tecnica/aislacion_sismica/contenido_IT_aislacion.htm

CAPITULO II

MARCO TEORICO

FIGURA No. 5

APOYOS DELIZANTES

Fuente: Alliota (2007)

Es importante indicar que los apoyos deslizantes de neopreno son los

que serán utilizados para las idealizaciones estructurales a plantear en el

presente trabajo, ya que poseen mayor capacidad de deformación y

deslizamientos que otros tipos de apoyo y coadyuvan a cumplir

efectivamente los objetivos planteados en el mismo.

Adicionalmente a esto, se configuraran estos soportes desde el punto

de vista estructural, como soportes con resortes, donde su constante será

convenientemente calculada.

2.2.2.1.1.1.- APOYOS METALICOS.

Los apoyos metálicos se han empleado para acomodar pequeños

movimientos entre valores de 6 mm. a 12 mm., con o sin rotación. Para

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CAPITULO II

MARCO TEORICO

desplazamientos metálicos, construidos con acabados y metales de

propiedades especiales.

Los apoyos metálicos pueden volverse inoperativos debido a

corrosión, acumulación de escombros u otras interferencias. Otros tipos

de daños son pérdidas de seguros, rotura de soldadura y corrosión en la

superficie deslizante.

Las cargas de servicio ocasionan la consiguiente rotación de los

extremos y cambios de longitud en vigas y trabes, por lo tanto, los apoyos

deben permitir los movimientos longitudinales y la rotación mientras

mantienen también un soporte vertical adecuado.

2.2.3.- PORTICOS.

Según BROCKENBROUGH Y MERRIT (1997), los pórticos son

sistemas estructurales constituidos por miembros que resisten momentos

de flexión, corte y carga axial, los cuales poseen conexiones que no

permiten cambios de los ángulos entre los miembros cargados.

2.2.4.- DIMENSIONAMIENTO ESTRUCTURAL.

Según Kinney, J. (1997), para dimensionar una estructura se precisa

calcular las solicitaciones en cada uno de los elementos estructurales. El

35

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CAPITULO II

MARCO TEORICO

cálculo de las solicitaciones en cada elemento estructural enfrenta al

ingeniero con un problema hiperestático, generalmente con un número

grande de incógnitas hiperestáticas.

2.2.5.- DISEÑO DE APOYOS.

Fisher, L. (2002), indica que para la adaptación y dimensionamiento

de apoyos se debe verificar las siguientes condiciones:

a) La elección del sistema de apoyo depende de la importancia de la

estructura, de las acciones que sobre ella se ejercen y del modelo

estructural que se emplea para el cálculo.

b) El ancho de las placas de apoyo de los apoyos móviles debe ser

determinado para admitir, dentro de la seguridad adoptada para la

estructura del deslizamiento provocado por las cargas máximas y las

variaciones de temperatura.

c) En los apoyos por contacto superficial se deben intercalar placas

de distribución con dimensiones y características que aseguren la

distribución uniforme (discrepancias menores que ± 20%) de las presiones

a transmitir.

36

DERECHOS RESERVADOS

CAPITULO II

MARCO TEORICO

d) Los tornillos de anclaje deben ser distribuidos manteniendo entre

ellos y al borde de la base de apoyo distancias adecuadas con el material

que constituye la base.

e) Los apoyos construidos con elastómeros reforzados con

planchas metálicas deben seguir las condiciones que establecen los

reglamentos especiales para el caso. Su dimensionamiento, superficie y

altura del apoyo, deben verificar:

La superficie de apoyo debe producir bajo la carga máxima

a transmitir tensiones admisibles acordes con los materiales

empleados en la confección.

La superficie de apoyo debe producir bajo la carga de

trabajo o servicio a transmitir, deformaciones en dirección

normal al apoyo compatibles con el comportamiento

supuesto para el vínculo en el cálculo.

La altura del apoyo debe verificar las siguientes condiciones:

u ≤ 0,7 he (1)

h ≤ 0,2 a (2)

37

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CAPITULO II

MARCO TEORICO

Siendo:

u: máxima variación de distancia entre superficies exteriores del

apoyo debido a variaciones térmicas, precompresión, escurrimiento

viscoso, fuerzas secundarias, etc.

he: altura del elastómero (altura total descontadas partes

metálicas).

h: altura total de apoyo.

a: dimensión del apoyo en dirección del eje de la barra apoyada.

El apoyo debe verificar, dentro de la seguridad adoptada

para la estructura, la capacidad para transmisión del

esfuerzo horizontal que originan las cargas máximas. La

capacidad admisible del apoyo a la transmisión de fuerzas

horizontales Hadm se debe calcular con la expresión:

(3)

Donde:

Ge: es el módulo de elasticidad transversal del elastómero.

Ae: es el área de la superficie del apoyo.

: es el coeficiente de seguridad de la condición de apoyo.

38

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CAPITULO II

MARCO TEORICO

2.2.6 PROGRAMA DE ANÁLISIS Y DISEÑO.

Según el tutorial del programa Staad Pro III y la página Web

www.tusoftwore.com, el programa Staad es un software, para la

comprensión de la ingeniería estructural que dispone de todos los

aspectos de dicha ingeniería, tales como desarrollo de los modelos para

análisis, diseño, verificación y visualización. El STAAD esta basado en los

principios de “ingeniería concurrente“, es decir, se puede construir un

modelo, verificarlo gráficamente, ejecutar análisis y diseño, revisar

resultados, ordenar y buscar la data para crear un reporte.

Seguido están las opciones útiles en los menús tales como:

• STAAD-III Analysis and Design.

• STAAD-PRE Grafical Input Generation.

• STAAD-PRO.

El proceso de análisis y diseño esta integrado y puede ser

ejecutado en la misma corrida. El STAAD-PRO usa comandos de

lenguaje basado en un formato de entrada el cual puede ser creado a

través de un editor, el STAAD-PRE grafica la entrada, o través del CAD

basado en las generaciones de la entrada. La salida generada por

STAAD-III consiste de resultados numéricamente detallados por el

análisis o diseño y notables representaciones, que se pueden imprimir

como parte de la corrida del documento.

39

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http://www.tusoftwore.com/

CAPITULO II

MARCO TEORICO

El STAAD-PRE facilita admitiendo la generación modelando una

estructura gráficamente. La generación de la geometría facilita la

generación de vista de los modelos estructurales en situaciones de 2D y

3D. Cualquier otra especificación como propiedades de secciones,

constantes en los materiales de apoyos, cargas, análisis o diseño, estas

opciones se genera en el STAAD con el lenguaje de comando basado en

el archivote entrada.

El STAAD-PRO, deja ver los resultados de una manera simple

donde se detalla perfectamente el comportamiento de los miembros

analizados mediante la generación de reporte.

La salida se origina después de ejecutar el análisis y diseño, la cual

esta defina como un Output o reporte el cual contempla una fácil

interpretación de los resultados, tales como son:

• Solicitaciones en los Miembros.

• Desplazamientos de las Juntas.

• Reacciones en los Apoyos.

• Diseño en vigas.

• Reacciones de los Resortes.

• Diseños en Columnas.

El programa STAAD-PRO, no presenta limitaciones con respecto a

geometría de los pórticos, secciones variables, diafragmas flexibles,

40

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CAPITULO II

MARCO TEORICO

diseño de columnas ni pandeo en columnas ni tampoco excentricidades

en las mismas y no presenta limitaciones con respecto al tipo de columna,

2.3.- SISTEMA DE VARIABLES.

Variable: Apoyo Deslizantes.

2.3.1.- DEFINICION DE LA VARIABLE.

La variable de interés del presente trabajo estuvo centralizada en el

estudio, descripción y análisis de apoyos, en especial, los soportes

deslizantes utilizados en edificaciones para un diseño estructural óptimo.

Así como la simulación de dichos soportes para tener un mejor análisis

y visión de su funcionamiento a través de programas computarizados.

Definiéndose conceptual y operacionalmente la variable dependiente e

independiente de la siguiente manera:

SOPORTES DESLIZANTES

Definición Conceptual: según Kinney, J. (1997), el concepto general

en el que se basan estos dispositivos consiste en el aumento de la

capacidad del sistema para disipar energía, mediante la aplicación de

fuerzas pasivas o activas, contrarias a las generadas por la acción

externa.

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CAPITULO II

MARCO TEORICO

Definición Operacional: según Aliotta, V. (2007), el concepto

general en el que se basan estos dispositivos consiste en el aumento de

la capacidad del sistema para disipar energía en las estructuras

idealizadas, mediante la aplicación de fuerzas pasivas o activas,

contrarias a las generadas por la acción externa, mediante la aplicación

de cargas normativas y condiciones especificas de diseño.

2.4.- CUADRO DE OPERACIONALIZACION DE LA VARIABLE

Objetivo General: Analizar la utilización de soportes deslizantes en

edificaciones de estructuras metálicas. OBJETIVO ESPECIFICO VARIABLE DIMENSION INDICADOR

Analizar estructuralmente dos estructuras aporticadas tipo simuladas en el software STAAD.PRO, utilizando e soportes deslizantes del tipo Neopreno.

* SOPORTES DESLIZANTES (TIPO APOYO DE NEOPRENO)

Analizar estructuralmente dos estructuras aporticadas tipo simuladas en el software STAAD.PRO, utilizando soportes fijos

* SOPORTES FIJOS

Comparar los esfuerzos máximos producidos en los diferentes elementos que conforman las dos estructuras aporticadas tipo simuladas, bajo las diferentes condiciones de apoyo establecidas

* ESFUERZOS

Comparar las máximas deformaciones producidas que conforman las dos estructuras aporticadas tipo simuladas, bajo las diferentes condiciones de apoyo establecidas

PORTICOS

* DEFORMACIONES HORIZONTALES.

Realizar graficas de comparación ante los diferentes parámetros evaluados en las dos estructuras tipo planteadas Presentar el diseño definitivo de cada condición de apoyo establecida en las dos estructuras tipo planteadas Emitir comparaciones generales de cada condición de apoyo establecida en las dos estructuras tipo planteadas

SOPORTE

DESLIZANTES

COMO RESULTADO DE LA INVESTIGACION

Fuente: Aliotta (2007).

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CAPITULO II

MARCO TEORICO

2.5.- DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS.

Estructura: Es un ensamblaje de elementos, diseñado para soportar

las cargas gravitacionales y resistir las fuerzas horizontales. (Kinney, 1997)

Solicitaciones: Son las fuerzas u otras acciones que afectan la

estructura debido al peso propio de la misma, de los elementos no

estructurales, de sus ocupantes y sus posesiones, de efectos

ambientales tales como el viento o el sismo, de los asentamientos

diferenciales y de los cambios dimensionales causados por

variaciones en la temperatura o efectos reales de los materiales. En

general corresponden a todo lo que pueda afectar la estructura.

(Kinney, 1997)

Deriva: desplazamientos relativos determinados por las diferencias

de deformaciones entre niveles consecutivos (COVENIN FUNVISIS 1756-01).

43

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CAPITULO III – MARCO METODOLOGICO

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CAPITULO III

MARCO METODOLOGICO

3 MARCO METODOLOGICO.

En el marco metodológico se incluye el tipo de investigación, las

técnicas y procedimientos, que serán utilizados para llevar a cabo el

proyecto. Es el ‘’como’’ se realizará el estudio para responder al objetivo

planteado.

3.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN

Con el desarrollo de esta investigación se analiza el comportamiento

de los soportes o apoyos deslizantes, el beneficio de su uso y las

condiciones que rigen el diseño de estos elementos.

En consecuencia, esta investigación se considera del tipo exploratoria

debido a que el objeto es,” examinar un tema o problema de investigación

poco estudiado o que no ha sido abordado antes” (Hernández Sampieri y

otros, 1998). Por esto, los resultados de este trabajo de grado permitirán

preparar el terreno para nuevas investigaciones orientadas a este tema.

3.2 DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN.

El diseño de la investigación se refiere a la “estrategia que adopta el

investigador para responder al problema planteado” (Arias, 1999).

El diseño de la investigación empleado para el desarrollo de los

objetivos de la misma fue de campo, debido a que las estructuras

utilizadas para la elaboración de esta investigación se encuentran

determinadas en correspondencia a condiciones muy específicas que el

45

DERECHOS RESERVADOS

CAPITULO III

MARCO METODOLOGICO

investigador plantea, directamente relacionadas con el compendio teórico

examinado.

En tal sentido Tamayo y Tamayo (2001) plantea que cuando los

datos se recogen directamente de la realidad, cerciorándose de las

verdaderas condiciones en que se han obtenido los mismos, facilitada la

revisión o la modificación en caso de surgir dudas, se considera

entonces una investigación de campo.

3.3 POBLACIÓN Y MUESTRA DE ESTUDIO

La población es el universo de la investigación sobre el cual se

procede a generalizar los resultados. Está constituida por características o

estratos que le permiten distinguir unos de otros según lo manifiesta

Chávez (2001).

En tal sentido, la población de la presente investigación está

compuesta por las estructuras que serán analizadas mediante las corridas

a preparar en el StaadPro, el cual será el instrumento principal para la

obtención de los datos mediante la conveniente inserción de los datos

requeridos en dicho paquete computacional.

Así mismo, la población del presente estudio está clasificada como

finita, de acuerdo a las definiciones expresadas por Chávez (2001)

quien determina que son aquellas poblaciones constituidas por menos

de 100.000 unidades de estudio.

La población del presente estudio se refiere a 4 estructuras, las cuales

están integradas de la siguiente manera:

46

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CAPITULO III

MARCO METODOLOGICO

1) Estructura conformada por estructuras aporticadas ortogonales de 3

niveles estructurada con apoyos empotrados.

2) Estructura conformada por estructuras aporticadas ortogonales de 6

niveles estructurada con apoyos empotrados.

3) Estructura igual a la Nº. 1 conformada por estructuras aporticadas

ortogonales de 3 niveles estructurada con apoyos deslizantes de

neopreno.

4) Estructura igual a la Nº. 2 conformada por estructuras aporticadas

ortogonales de 6 niveles estructurada con apoyos deslizantes de

neopreno.

Sin embargo, es indispensable acotar que la población está disponible

en su totalidad para la investigación, por tanto, se realizará un censo

poblacional, basado en el planteamiento de Tamayo y Tamayo (2001)

quien indica que el censo poblacional es una muestra en la cual se

encuentran todos los miembros de la población.

3.4 TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS

Las técnicas e instrumentos son los recursos utilizados para

facilitar la recolección y el análisis de los hechos observados: estos son

numerosos y varían de acuerdo con los factores a evaluarse. (Risquez,

Fuenmayor, Pereira, 1999).

Para el desarrollo de los objetivos trazados en esta investigación

fue necesario utilizar las técnicas de observación documental o

bibliográfica.

La observación documental o bibliográfica es definida por

Bavaresco (2001), como la revisión de todo el material escrito que guarde

47

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CAPITULO III

MARCO METODOLOGICO

relación con los estudios realizados, libros, folletos, manuales, entre otros.

La aplicación de éstas técnicas permitió recolectar y procesar la

información requerida para el desarrollo de las diferentes estructuras

analizadas.

3.5 PROCEDIMIENTO DE LA INVESTIGACION

Para lograr la realización de la actual investigación, teniendo como

objetivo principal, analizar la utilización de soportes deslizantes en

edificaciones de estructuras metálicas, con respecto al desarrollo de la

investigación se trabajará con 6 estructuras, las cuales poseen las

siguientes condiciones:

Cargas permanentes entrepiso

Peso propio de la Losa acero………………. 150 Kg/m2

Peso por acabados………………………….. 100 Kg/m2

Peso por cielo raso y Ductos………………… 50 Kg/m2

Peso por Tabiquería y paredes…………….. 100 Kg/m2

Sub Total = 400 Kg/m2

Peso propio de los elementos estructurales (Vigas y Columnas):

Este Valor es calculado internamente por el programa de análisis

(STAADPRO).

Cargas permanentes Losa techo

Peso propio de la Losa acero………………. 150 Kg/m2

Peso por cielo raso y Ductos………………… 50 Kg/m2

Peso por mortero e impermeabilización ….. 100 Kg/m2

Sub Total = 300 Kg/m2

48

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CAPITULO III

MARCO METODOLOGICO

Peso propio de los elementos estructurales (Vigas y Columnas):

Este Valor es calculado internamente por el programa de análisis

(STAADPRO).

Cargas accidentales

Carga viva entrepisos: 300 Kg/m2.

Carga viva nivel techo: 100 Kg/m2.

Condiciones sísmicas:

Cargas sísmicas: Determinada según lo especifica la Norma

COVENIN 1756-2001. Según el art. 7.1, se tomará como masa

sísmica efectiva el 50 % de la carga variable de servicio en

entrepiso y el 0% en el techo. (Edificaciones con una concentración

de público de más de 200 personas).

Factor de Reducción de Respuesta (R=5),

Estructuras esenciales para el Grupo A.

Zonas Sísmicas Tres (3)

Suelos tipo S2

Nivel de diseño ND3.

Tipo Edificación II.

Con estos parámetros se construirá el espectro de diseñó.

Cargas eólicas:

No serán consideradas en el análisis por no producir solicitaciones

críticas.

Cargas por variación de temperatura:

Se consideran irrelevantes y de importancia relativa en

correspondencia a la aplicación de cargas mas relevantes o

efectos de mayor significancia.

49

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CAPITULO III

MARCO METODOLOGICO

Combinaciones de cargas

En el diseño de edificaciones se realizará a continuación las

solicitaciones mayoradas más exigentes producto las

combinaciones sugeridas en la propuesta de Norma COVENIN

1753.

Cargas Primarias: Carga STAAD

CM: Carga muerta. 1

CV: Carga viva en entrepiso . 2

CVt: Carga viva en techo. 2

S x,y,z: Sismo direcciones X, Y, Z respectivamente. 3, 4, 5

Combinaciones Últimas:

Q1: 1.4 CM 6

Q2: 1.2 CM+ 1.6CV 7

Q3: 1.2CM + CV ± SX ± 0.3SY ± 0.3SZ 8, 9

Q4: 1.2CM + CV ± 0.3 SX ± SY ± 0.3SZ 10, 11

Q5: 1.2CM + CV ± 0.3 SX ± 0.3SY ± SZ 12, 13

Q6: 0.9CM ± Sx ± 0.3SY ± 0.3SZ 14, 15

Q7: 0.9 CM ± 0.3 Sx ± SY ± 0.3SZ 16, 17

Q8: 0.9 CM ± 0.3 Sx ± 0.3 SY ± SZ 18, 19

Combinaciones de Servicio:

Q9: CM + CV 20

Q10: CM + CV ± SX ± 0.3SY ± 0.3SZ 21, 22

Q11: CM + CV ± 0.3 SX ± SY ± 0.3SZ 23, 24

Q12: CM + CV ± 0.3 SX ± 0.3SY ± SZ 25, 26

La variación de las diferentes estructuras a analizar estará marcada

efectivamente por la estructuración de los soportes determinados en cada

tipo de estructura.

50

DERECHOS RESERVADOS

CAPITULO III

MARCO METODOLOGICO

Una vez obtenidos los datos se realizaran graficas de comparación

considerando los siguientes parámetros:

1) Esfuerzos permitidos.

2) Revisión y Diseño de los elementos estructurales.

3) Reacciones en apoyos.

4) Deformaciones o derivas.

Realizadas dichas comparaciones, se procederá a determinar si la

utilización de los soportes deslizantes, muy específicamente los de

neopreno ofrecen grandes ventajas y beneficios en estructuras

tradicionales y edificaciones de regular configuración.

51

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CAPITULO IV – RESULTADOS DE LA INVESTIGACION

DERECHOS RESERVADOS

CAPITULO IV

RESULTADOS

4 RESULTADOS DE LA INVESTIGACION 4.1 RESULTADOS Como primer paso para realizar el análisis comparativo entre los

apoyos deslizantes y apoyos empotrados o fijos, se debió inicialmente

diseñar los 2 tipos de soportes deslizantes a utilizar en las estructuras a

idealizar y a simular, así como calcular las constantes de resortes a utilizar

en dicha simulación.

DISENO DE APOYO DESLIZANTE DE NEOPRENO

Para minimizar la acción de la Carga horizontal se colocan

amortiguadores o planchas de apoyo, de los cuales los más usuales

consisten en láminas de Neopreno.

El Neopreno es un caucho sintético que cae dentro de la categoría de

los Elastómeros. Es un material altamente deformable, el cual acepta

deformaciones de hasta un 600% sin romperse y con recuperación, tiene

excelente adherencia con el concreto, de manera que se deforma sin

deslizamiento y posee buena resistencia a la compresión. En el marco

teórico se realiza un esbozo de este tipo de material y sus usos. El Neopreno viene en láminas rectangulares de espesores 6, 12, 25,

38 mm. El de 25 mm incluye en su interior una plancha de acero de 1 mm de

espesor, y el de 38 mm tiene en su interior dos planchas de acero

intercaladas y del mismo espesor 1 mm. El más usual posee las siguientes

características:

Resistencia a la compresión fn = 56 Kg/cm2 (Dureza 60)

Módulo de Elasticidad Tangencial G=10 Kg/cm2

Resistencia al corte fh=5 kg/cm2

El apoyo que se presenta a continuación será simulado como un

soporte del tipo “SPRING” o resorte en el Staad.Pro.

53

DERECHOS RESERVADOS

CAPITULO IV

RESULTADOS

FIGURA No. 6


Fuente: http://www.sirve.cl/informacion_tecnica/aislacion_sismica/contenido_IT_aislacion.htm (2007)

Los soportes deslizantes serán idealizados en el Staad.Pro mediante

el uso de soportes tipo resorte, por lo que se deberá calcular el valor K de

resorte bajo las condiciones de niveles planteadas.

A continuación se determinará la cantidad de láminas de Neopreno y

dimensiones para un adecuado soporte de las estructuras de 3 niveles:

Tomando los valores iniciales de apoyos empotrados para estructura

de 3 niveles se tiene:

Diámetro estimado de las placas de Neopreno = 55 cm

Espesor de cada lamina de Neopreno = 1”

(Se desprecia efecto de las láminas metálicas entre láminas de

Neopreno).

Área = 55 2 * п / 4 = 2375.83 cm2

Área de Compresión = 2375.83 cm2

Área de Corte = 55 cm x 2.54 cm = 139.7 cm2

Corte actuante = 8351 Kg

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CAPITULO IV

RESULTADOS

Vc = 8351 Kg / 139.7 cm2 = 59.78 kg / cm2

Si se colocan 12 laminados = 59.78 kg / cm2 / 12

= 4.98 kg/cm2 < 5 kg/cm2 OK

P = 122212 Kg (Proveniente de la máxima reacción obtenida al

analizar la estructura con apoyos empotrados o del tipo fijo).

Pa = 122212 Kg / 2375.83 cm2 = 51.44 kg/cm2 < 56 kg/cm2 OK

Factor de aceptación de deformación = 0.15 (Deformación unitaria)

Deformación = 0.01* 2.54 cm * 12 = 0.31 cm

K = 8351 Kg / 0.31 cm =26939 Kg / cm en ejes horizontales

En Eje vertical = 56 kg/cm2 * 2375,83 cm2 = 133046,48 kg

Permitiendo una deformación de 0.02 unitaria por cada cm =

2,54 cm/lam * 12 lam * 0.02 = 0.61 cm

Ky = 133046,48 / 0.61 = 218108 218000 kg/cm

(Este valor será aplicado como constante de resorte al definirlo en el

Staad.Pro).

A continuación se determinara la cantidad de láminas de Neopreno y

dimensiones para un adecuado soporte de las estructuras de 6 niveles:

Tomando los valores iniciales de apoyos empotrados para estructura

de 3 niveles se tiene:

Diámetro estimado de las placas de Neopreno = 80 cm

Espesor de cada lamina de Neopreno = 1”

(Se desprecia efecto de las láminas metálicas entre láminas de

Neopreno).

Área = 80 2 * п / 4 = 5026.55 cm2

Área de Compresión = 5026.55 cm2

Área de Corte = 80 cm x 2.54 cm = 203.2 cm2

Corte actuante = 12583 Kg

Vc = 12583 Kg / 203.2 cm2 = 61.92 kg /cm2

55

DERECHOS RESERVADOS

CAPITULO IV

RESULTADOS

Si se colocan 13 laminados = 61.92 kg / cm2 / 13

= 4.76 kg/cm2 < 5 kg/cm2 OK

P = 259270 Kg (Proveniente de la máxima reacción obtenida al

analizar la estructura con apoyos empotrados o del tipo fijo).

Pa = 259270 Kg / 5026.55 cm2 = 51.58 kg/cm2 < 56 kg/cm2 OK

Factor de aceptación de deformación (para 6 pisos para evitar altos

desplazamientos) = 0.05 (Deformación unitaria)

Deformación = 0.01 * 2.54 cm * 13 = 0.33 cm

K = 12583 Kg / 0.33 cm =38130 Kg / cm en ejes horizontales

En Eje vertical = 56 kg/cm2 * 5026.55 cm2 = 281487 kg

Permitiendo una deformación de 0.02 unitaria por cada cm =

= 2,54 cm/lam * 13 lam * 0.02 = 0.66 cm

Ky = 281487 / 0.66 = 426496 426500 kg/cm

(Este valor será aplicado como constante de resorte al definirlo en el

Staad.Pro).

Una vez concluido el diseño del soporte tipo deslizante, calculado los

valores K de los resortes a simular y utilizar en las corridas a preparar en el

Staad.Pro, se definirá un espectro de diseño con el cual se realizara el

respectivo análisis dinámico en las estructuras a analizar.

Para efectos prácticos el mismo espectro a utilizar para las estructuras

de 6 niveles será utilizado para las estructuras de 3 niveles, ya que lo

importante es simular las mismas estructuras con diferente disposición de

apoyo bajo las mismas condiciones de cargas y dinámicas.

Los valores que se presentan a continuación, y que son datos o

parámetros importantes para la definición del espectro están debidamente

justificados en el capitulo 3, dado que se busca obtener un espectro con

valores significativos que permitan analizar con criterio amplio las

56

DERECHOS RESERVADOS

CAPITULO IV

RESULTADOS

comparaciones de las estructuras analizadas, por esto se determinan

condiciones desfavorables como por ejemplo determinar una edificación de

carácter esencial para permitir un espectro con mayores ordenadas, y

evidentemente de mayor significancia al obtener los datos de evaluación y

análisis.

CALCULO DEL ESPECTRO DE DISEÑO

Zona Sísmica 5 (Valera)Uso de la Edificación Grupo: A (Instalacion esencial)α = 1,3 (Factor de importancia) Tabla 6.1Nivel de Diseño: ND3 Tabla 6.2Tipo de Estructura: IIAceleración del Suelo: Ao = 0,3hn (m) = 18,00 Para 3 pisosPara Edificaciones Tipo I de ConcretoPara edificaciones Tipo II, Tipo III y Tipo IVPeríodo Fundamental del Edificio: Ta = 0.05 * hn

0.75 = 0.05 * 18 0.75 = 0,533T = Ta = 0,533 segPerfil del Subsuelo: S2Período del suelo: T* (seg) = 0,7 Tabla 7.1β = 2,6 Tabla 7.1p = 1 Tabla 7.1Factor de Ductilidad (D) = 5 Tabla 7.2Número de Niveles (N) = 6Factor de reducción de respuesta ( R ) = D = 5T+ = 0,4Factor de modificación de cortante:µ = 1.4 * N + 9 1.4 * 6 + 9 0,875 Controla 2 * N + 12 2 * 6 + 12µ = 0.8 + 0.05 * 0,533 1 0,788

0,7µ = 0,875T = 0,533T < T+ 0,53307 < 0,4 No AplicaAd = α * Ao * µ = 1,3 * 0,3 * 0,875 =

T+ ≤ T ≤ T* 0,4 ≤ T ≤ 0,7 ControlaAd = α*Ao*µ* β / R = 1,3 * 0,3 * 0,875 * 2,6 / 5 = 0,177

T > T* T > 0,7 0,533 > 0,7 No aplica Ad = (α * Ao * µ * β / R) * (T*/T)p = ( 0,887 / 5 ) * ( 0,7 / T ) ^ 1Ad = 0,177 * ( 0,7 / 0,533 ) ^ 1 = 0,233

Ad de Diseño = 0,34

ESPECTRO DE DISENO

= =

- =

0,3413

57

DERECHOS RESERVADOS

CAPITULO IV

RESULTADOS

T(seg) Ad T(seg) Ad T(seg) Ad T(seg) Ad T(seg) Ad0 0,3413 2,7 0,0460 4,9 0,0254 7,1 0,0175 9,3 0,0134

0,4 0,1775 2,8 0,0444 5 0,0248 7,2 0,0173 9,4 0,01320,7 0,1775 2,9 0,0428 5,1 0,0244 7,3 0,0170 9,5 0,01310,8 0,1553 3 0,0414 5,2 0,0239 7,4 0,0168 9,6 0,01290,9 0,1380 3,1 0,0401 5,3 0,0234 7,5 0,0166 9,7 0,01281 0,1242 3,2 0,0388 5,4 0,0230 7,6 0,0163 9,8 0,0127

1,1 0,1129 3,3 0,0376 5,5 0,0226 7,7 0,0161 9,9 0,01251,2 0,1035 3,4 0,0365 5,6 0,0222 7,8 0,0159 10 0,01241,3 0,0956 3,5 0,0355 5,7 0,0218 7,9 0,01571,4 0,0887 3,6 0,0345 5,8 0,0214 8 0,01551,5 0,0828 3,7 0,0336 5,9 0,0211 8,1 0,01531,6 0,0776 3,8 0,0327 6 0,0207 8,2 0,01511,7 0,0731 3,9 0,0319 6,1 0,0204 8,3 0,01501,8 0,0690 4 0,0311 6,2 0,0200 8,4 0,01481,9 0,0654 4,1 0,0303 6,3 0,0197 8,5 0,01462 0,0621 4,2 0,0296 6,4 0,0194 8,6 0,0144

2,1 0,0592 4,3 0,0289 6,5 0,0191 8,7 0,01432,2 0,0565 4,4 0,0282 6,6 0,0188 8,8 0,01412,3 0,0540 4,5 0,0276 6,7 0,0185 8,9 0,01402,4 0,0518 4,6 0,0270 6,8 0,0183 9 0,01382,5 0,0497 4,7 0,0264 6,9 0,0180 9,1 0,01372,6 0,0478 4,8 0,0259 7 0,0177 9,2 0,0135

Número de Modos de Vibración

N1 = (T / T* - 1.5 ) / 2 + 3 > 3

N1= ( 0,533 / 0,7 - 1.5) + 3 = 1,881 --> 2 Modos Mínimos por dirección

N3 = 3 * Nt = 6 Modos mínímos de vibración

Se asumen 3 por Nivel = 18 Para el Análisis se toma entonces 18 Modos de Vibración minimos

Amortiguamiento = 0,05

Espectro COVENIN de Diseño

0,0000

0,1000

0,2000

0,3000

0,4000

0 2 4 6 8 10 12T(seg)

Ad

58

DERECHOS RESERVADOS

CAPITULO IV

RESULTADOS

Una vez definido el espectro de diseño basado en las normas

sismorresistentes del país, se presenta la estructura idealizada para analizar

3 niveles de la operatividad, practicidad y funcionalidad de dichos soportes

deslizantes en comparación con los empotrados o también llamados del tipo

fijo.

IDEALIZACION DE ESTRUCTURA DE 3 NIVELES

59

DERECHOS RESERVADOS

CAPITULO IV

RESULTADOS

Posteriormente, se presenta la idealización de las estructuras de 6

niveles, siguiendo las mismas condiciones geométricas de la anterior

simulación.

IDEALIZACION DE ESTRUCTURA DE 6 NIVELES

60

DERECHOS RESERVADOS

CAPITULO IV

RESULTADOS

Para detallar el procedimiento utilizado para la simulación en el

Staad.Pro de las 4 estructuras idealizadas, se deberá revisar el código o

corrida de cada estructura en el Anexo A de la presente investigación.

Tabla No. 1

Resultados obtenidos

CONDICION NIVELES T (SEG) PESO (KG) 0 1 2 3 4 5 6 0 1 2 3 4 5 6APOYOS DESLIZANTES 3 2,49163 102.312,00 7,02 7,35 7,99 8,51 7,22 7,46 8,07 8,53APOYOS EMPOTRADOS 3 0,67788 73.515,00 0 0,7 1,79 2,6 0 0,81 1,67 2,1APOYOS DESLIZANTES 6 3,39182 208.015,00 7,51 8,28 9,31 10,22 11,03 11,75 12,39 7,93 8,49 9,48 10,33 11,1 11,79 12,4APOYOS EMPOTRADOS 6 1,29678 182.720,00 0 0,74 2,18 3,77 5,18 6,27 6,99 0 0,92 2,24 3,44 4,4 5,04 5,35

DESPLAZAMIENTOS EJE X DESPLAZAMIENTOS EJE Z

Fuente: Aliotta (2007)

A continuación se presenta un análisis de los resultados obtenidos por

parámetro evaluado:

61

DERECHOS RESERVADOS

CAPITULO IV

RESULTADOS

Periodo máximo de vibración: como se podrá observar los máximos

periodos se obtuvieron en las estructuras de 3 y 6 niveles idealizadas con

soportes deslizantes (2,49163 seg y 3,39182 seg correspodientemente).

Peso: Aunque se mantuvo una continuidad en los elementos

estructuras en cuanto a las secciones se refiere (vigas de cargas iguales,

vigas de amarre iguales, columnas iguales), las estructuras con apoyo

deslizante arrojaron un aumento significativo de las secciones, todo esto

apreciable en el peso de las estructuras idealizadas. Esta variación puede

tender a disminuir a medida que se optimicen las estructuras permitiendo

sobre todo columnas de diferentes secciones a lo largo de todos los niveles.

El Staad. Pro posee un comando titulado como “STEEL TAKE OFF” el

cual determina el peso por perfil estructural utilizada y el peso total de los

mismos.

Desplazamientos: Los mayores desplazamientos se dieron en las

estructuras idealizadas con soportes deslizantes en comparación con los

deslizamientos en las edificaciones con soportes fijos; lo que va en

consonancia con los periodos de vibración máximos obtenidos en cada

análisis efectuado.

Derivas: Entiéndase por Deriva a la diferencia de desplazamientos

horizontales entre niveles consecutivos, según indica la Norma

Sismorresistente (conocidas también como desplazamientos relativos)

En tal sentido los desplazamientos absolutos fueron mayores en las

estructuras con soportes deslizantes, aunque las derivas (desplazamientos

relativos) en estos fueron en la mayoría de los casos menores.

62

DERECHOS RESERVADOS

CAPITULO IV

RESULTADOS

En las estructuras de 3 niveles como puede detallarse en la Tabla No.

2 y en la Gráfica No. 1, en los niveles 1, 2 y 3 se obtuvo derivas menores en

los ejes X; esta condición tiende a mantenerse en el eje Z con una pequeña

diferencia a favor de las estructuras empotradas en su base en el nivel 3.

Tabla No. 2

Derivas en las estructuras de 3 niveles

DERIVAS (3 NIVELES) X (CM) Z (CM) X (CM) Z (CM)NIVEL 0 - NIVEL 1 0,33 0,24 0,7 0,81NIVEL 1 - NIVEL 2 0,64 0,61 1,09 0,86NIVEL 2 - NIVEL 3 0,52 0,46 0,81 0,43

DESLIZANTE EMPOTRADOS


Grafica No. 1 Derivas en las estructuras de 3 niveles

COMPARACION DE DERIVAS (ESTRUCTURA DE 3 NIVELES)

00,20,40,60,8

11,2

NIVEL 0 - NIVEL 1 NIVEL 1 - NIVEL 2 NIVEL 2 - NIVEL 3

DERIVA (CM)

DER

IVA

L X DESLIZANTEZ DESLIZANTEEMPOTRADOS XEMPOTRADOS Z


En las estructuras de 6 niveles como puede observarse en la Tabla

No. 3 y en la Gráfica No. 2, de los niveles 2 al 6 se obtuvo derivas menores

en los ejes X, a diferencia del primer nivel; esta condición tiende a

63

DERECHOS RESERVADOS

CAPITULO IV

RESULTADOS

mantenerse en el eje Z con una pequeña diferencia a favor de las estructuras

empotradas en su base en los niveles 5 y 6.

Tabla No. 3 Derivas en las estructuras de 6 niveles

DERIVAS (6 NIVELES) X (CM) Z (CM) X (CM) Z (CM)NIVEL 0 - NIVEL 1 0,77 0,56 0,74 0,92NIVEL 1 - NIVEL 2 1,03 0,99 1,44 1,32NIVEL 2 - NIVEL 3 0,91 0,85 1,59 1,2NIVEL 3 - NIVEL 4 0,81 0,77 1,41 0,96NIVEL 4 - NIVEL 5 0,72 0,69 1,09 0,64NIVEL 5 - NIVEL 6 0,64 0,61 0,72 0,31

DESLIZANTE EMPOTRADOS

Grafica No. 2 Derivas en las estructuras de 6 niveles

COMPARACION DE DERIVAS (ESTRUCTURA DE 6 NIVELES)

0

0,5

1

1,5

2

NIVEL 0 -NIVEL 1

NIVEL 1 -NIVEL 2

NIVEL 2 -NIVEL 3

NIVEL 3 -NIVEL 4

NIVEL 4 -NIVEL 5

NIVEL 5 -NIVEL 6

DERIVA (CM)

DERI

VAS

X DESLIZANTEZ DESLIZANTEEMPOTRADOS XEMPOTRADOS Z


64

DERECHOS RESERVADOS

CAPITULO IV

RESULTADOS

4.2. DISCUSION DE LOS RESULTADOS.

Una vez obtenidos los resultados de las simulaciones desarrolladas, se

determinaron las siguientes consideraciones o aspectos relevantes:

1) A medida que aumenta la cantidad de niveles, el diseño de los

soportes deslizantes es de mayor envergadura, y determina un gasto

excesivo debido a lo costoso del neopreno. Por consiguiente, su uso

debe limitarse a estructuras de pocos niveles.

2) Debido al aislamiento sísmico que producen los soportes deslizantes

en la base, se consiguen desplazamientos relevantes desde el punto

de vista absoluto, ya que las estructuras con estos apoyos poseen

mas movilidad lateral y por consiguiente su periodo de vibración es

mayor. Desde el punto de vista dinámico, se produce una liberación

importante de energía proveniente de los efectos sísmicos.

3) Las derivas son menores al utilizar este tipo de soportes deslizantes,

lo que determina que se produce menos daño al ocurrir un efecto

sísmico.

4) Los esfuerzos que se producen en los elementos tienden a aumentar.

5) Aunque no era objetivo de esta investigación conocer el

comportamiento de las reacciones de las estructuras, esta

disminuyeron al utilizar soportes deslizantes.

65

DERECHOS RESERVADOS

CONCLUSIONES

Cuando se planteo el uso de estos tipos de soportes se mostró el diseño

definitivo de cada condición de apoyo establecida en las dos estructuras tipo

planteadas.

Como conclusión a la investigación realizada se determino que en la

medida que aumenta la cantidad de niveles en las estructuras, el diseño de

los soportes deslizantes es de mayor envergadura, y determina un gasto

excesivo debido a lo costoso del neopreno, lo que determino que su uso

debe limitarse a estructuras de pocos niveles.

Desde el punto de vista dinámico, al utilizar este tipo de soportes, se

determino que produce una liberación importante de energía proveniente de

los efectos sísmicos en las estructuras, y por consiguiente altos niveles

desplazamientos dados desde la base.

Por todo esto se cumplió con el objetivo general que era básicamente

analizar la utilización de soportes deslizantes en edificaciones de estructuras

metálicas.

DERECHOS RESERVADOS

RECOMENDACIONES

Entre las recomendaciones que se pueden emitir al respecto están

las siguientes:

1) Evaluar la posibilidad e investigar el uso de estructuras de mediana

altura, utilizando soportes deslizantes bajo otras condiciones y

diseñadas de otras características y material.

2) Presentar nuevas propuestas en el uso de este tipo de soportes

deslizantes.

3) Realizar un análisis de costo en el uso de estos soportes

deslizantes.

4) Evaluar el comportamiento sísmico y estructural de estos tipos de

soportes en el mundo, donde ya hallan sido utilizados.

5) Evaluar este tipo de soportes deslizantes como un aislador sísmico

de base.

DERECHOS RESERVADOS

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Episteme, Tercera Edición. 1999.

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