ANALISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL COMPARATIVO ENTRE SISTEMA DE MUROS DE DUCTILIDAD LIMITADA Y...

7/22/2019 ANALISIS Y DISEO ESTRUCTURAL COMPARATIVO ENTRE SISTEMA DE MUROS DE DUCTILIDAD LIMITADA Y ALABAILERIA CONFINADA PARA EDIFICACIONES CON PLATEAS DE CIME

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ANLISIS Y DISEO ESTRUCTURALCOMPARATIVO ENTRE LOS SISTEMAS DE MUROS

DE DUCTILIDAD LIMITADA Y ALBAILERACONFINADA PARA EDIFICACIONES CON PLATEASDE CIMENTACION

AUTORES: DR. GENNER VILLARREAL CASTRO

DR. GERMAN SAGASTEGUI PLASENCIAING. LUIS ZAVALETA CHUMBIAUCA

LIMA PER2010


2/50

CAPITULO I

PLANTEAMIENTO METODOLGICO


3/50

Desarrollo de Investigacin

Diseo Estructural (E.030)

Anlisis Econmico

Impacto Socioeconmico y Ambiental.

Interaccin Ssmica Suelo Estructura.

ANLISISCOMPARATIVO

- Sistema de Muros de Ductilidad Limitada E.060

- Sistema de Albailera Confinada E.070

- Presupuesto y Programacin de obra.

Objetivos

General:

- Adecuado comportamiento estructural ante amenaza ssmica.

Especficos:

- Analizar costos y tiempos de ejecucin.

- Evaluar impacto socioeconmico y ambiental.


4/50

Descripcin del ProyectoPROYECTO: El Parque de Santa Mara

UBICACIN:

- Urb. Santa Mara Mz F- Trujillo - La Libertad

EDIFICIO TPICO:

- 4 Niveles.

- 2 Departamentos por nivel.

- rea Techada = 75 m2 por departamento

DISTRIBUCIN POR DEPARTAMENTO:

- 1 Sala Comedor

- 1 Cocina - Lavandera

- 1 Hall

- 3 Dormitorios

- 1 Bao completo en dormitorio principal

- 1 Bao completo visitas


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CAPITULO II

MARCO TERICO


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Definiciones

Sistema de Albailera Confinada:

Platea de Cimentacin:

Sistema de Muros de Ductilidad Limitada:

Modelo Dinmico de Interaccin Suelo Estructura

Unidades de albailera superpuestas + enmarcado elementos de CA(confinamientos)

Muros delgados de CA (cuantas mnimas de refuerzo repartido + ref. en extremos)

Losa maciza de CA, bidireccional, presiones uniformes sobre el suelo.

Z

XY

k z

k yk x

k xk zk y

ACK

ACK

ACK

zz

yy

xx

ICK

ICK

ICK

zz

yyy

xxx

..

..


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Modelo Dinmico de D.D. Barkan O.A. SavinovSlo se calculan Cinco coeficientes de rigidez de los seis grados de libertad existentes,ya que en este modelo se restringe el giro en el eje z

Clculo de Co

Perfil Base defundacin Suelo Co(kg/cm3)

S1Roca o suelo

muy rgido

Arcilla y arena arcillosa dura(IL0.75)

0.6

Arena movediza (IL>1) 0.6

ACK

ACKACK

zz

yy

xx

yyyxxx

ICK

ICK

..

..

o

Z

o

Y

o

X

A

baCoC

A

baDoC

AbaDoC

.

)(21

.

)(21

.)(21

o

y

o

x

A

baCoC

A

baCoC

.

)3(21

.

)3(21

CoDo .5.01

1


8/50

Modelo Dinmico de la Norma RusaSe calculan los seis coeficientes para los 6 grados de libertad respectivos.

Clculo de bo

Tipo de Suelo de Fundacin bo

suelos arenosos 1

arenas arcillosas 1.2

arcillas, cascajos, gravas,cantos rodados, arenas densas 1.5

ACK zz

ACKxx

ICK

ICK

A

A

boECz10

1

z

z

zyx

CC

CC

CCC

2

7.0

XY

Z

XY

Z

Kx XY

Z

Ky XY

Z

Kz

XY

Z

Kx XY

Z

KyX

Y

Z

Kz


9/50

CAPITULO III

DISEO ESTRUCTURAL


10/50

Configuracin EstructuralNivel 1 er 2 do 3 er 4 to

Condicin Obs.

Irregularidades Est. en Altura Parmetros X-X Y-Y X-X Y-Y X-X Y-Y X-X Y-YIrregularidades de Rigidez Total rea (m2) 3,71 6,39 3,71 6,39 3,71 6,39 3,71 6,39 A< 85% A' Cumple

Irregularidad de Masas Masas (Ton ) 14,06 13,68 13,68 11,27 M< 150%M' Cumple

Irregularidad Geomtrica vertical rea planta (m2) 151,77 151,77 151,77 151,77 Ap 144.75 OK

Sentido Y: 184,43 > 144.75 OK

NO SE ESCALAN LAS FUERZAS 2.5x(0.6 / 0.173) = 8.65 > 2.5 C = 2.5

C fi i t d Ri id d l S l


11/50

Coeficientes de Rigidez del Suelo

i i i


12/50

Anlisis Ssmico en ETABS v. 9.5.0

MurosPlatea de cimentacinLosas de entrepiso

ELEMENTO ESTRUCTURAL ELEMENTO DE ANLISIS

SHELL = MEMBRANE + PLATE

(en el plano) (fuera del plano)

gR

ZUSCSa Aceleracin Espectral:

Espectro de Respuesta:

4R

C fi i t d Ri id d l S l l Ci t i


13/50

Coeficientes de Rigidez del Suelo en la CimentacinSe asignan los Coeficientes de Rigidez del Suelo en la platea de cimentacin para losmodelos de Barkan y la Norma Rusa

Coeficientes concentrados en elcentroide de la platea de cimentacin

Coeficiente Kz repartido en rea

de platea de la cimentacin

Diseo de Muros (M10X)


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Diseo de Muros (M10X)

SISTEMA DE ALBAILERA CONFINADA


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Configuracin EstructuralNivel 1 er 2 do 3 er 4 to

Condicin Obs.Irregularidades Est. en Altura Parmetros X-X Y-Y X-X Y-Y X-X Y-Y X-X Y-Y

Irregularidades de Rigidez Total rea (m2) 7.11 8.12 7.11 8.12 7.11 8.12 7.11 8.12 A< 85% A' Cumple

Irregularidad de Masas Masas (Ton ) 14,97 14.47 14.47 11,47 M< 150%M' Cumple

Irregularidad Geomtrica vertical rea planta (m2) 159.16 159.16 159.16 159.16 Ap 100.50 OK

Sentido Y: 126.83 > 100.50 OK

NO SE ESCALAN LAS FUERZAS 2.5x(0.6 / 0.173) = 8.65 > 2.5 C = 2.5



16/50

Coeficientes concentradosen centroide de platea de

cimentacin


Anlisis Ssmico en ETABS v. 9.5.0g

R

ZUSCSa Aceleracin Espectral:

Espectro de Respuesta:

6, R

Coeficiente Kz distribuidoen rea de platea de

cimentacin

Diseo de Muros Confinados (M12Y)


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Diseo de Muros Confinados (M12Y)

Sismo severo

MUROSAGRIETADOS

Muros del 1 Pisose agrietan

diagonalmente

MUROS NOAGRIETADOS

Albailera Cortante

ColumnasExtremas

+Traccin

Compresin

ColumnasInternas

Refuerzomnimo

Diseo de Platea de Cimentacin


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Diseo de Platea de Cimentacin

Diseo de Losas de Entrepiso


19/50

Diseo de Losas de Entrepiso


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CAPITULO IV

ANLISIS ECONMICO

SISTEMA DE MUROS DE DUCTILIDAD LIMITADA


21/50


+Gastos generales = 4.59%


22/50

+

Duracin = 48 das

Total de Presupuesto = S/. 325 934,35



23/50


+Gastos generales = 12.66%


24/50

+

Total de Presupuesto = S/. 432 215,99

Duracin = 96 das


25/50

CAPITULO V

EVALUACIN DEL IMPACTOSOCIOECONMICO Y AMBIENTAL

Impactos


26/50

Impactos

Parmetros de Calidad


27/50

VS.

Parmetros de Calidad


28/50

CAPITULO VI

ANLISIS COMPARATIVO

Del Comportamiento Ssmico del Sistema de MDL


29/50

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

DesplazamientosenEje

OY(mm)

0 45 90

ngulo de inclina cin del sismo

DESPLAZAMIENTO MAXIMO EN EJE OY

Comn

Barkan

Norma Rusa

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

DesplazamientosenelEje

OX(mm)

0 45 90


DESPLAZAMIENTO MAXIMO EN EJE OX

Comn

Barkan

Norma Rusa

FRECUENCIAS

0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

300,00

350,00

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

Formas de Vibracin

Frecuencias(rad/s)

Comn

Barkan

Norma Rusa

PERIODOS DE VIBRACION

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

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

Formas de Vibracin

Periodosdevibracin(s)

Comn

Barkan

Norma Rusa

p

A nivel de la Interaccin Ssmica Suelo Estructura

BARKAN COMPORTAMIENTO PROMEDIO CUMPLE E.030

Fuerzas en Muros


30/50

FUERZA CORTANTE EN MURO M4X

26,5027,00

27,5028,0028,50

29,0029,5030,00

30,5031,00

31,50

Comn Barkan Norma Rusa

Modelos Dinmicos

V(ton

)

MOMENTO FLECTOR EN MURO M4X

0,005,00

10,00

15,0020,00

25,0030,0035,00

40,0045,0050,00


Modelos Dinmicos

M(

ton-m)

FUERZA AXIAL EN MURO M4X

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00


Modelos Dinmicos

N(ton

)

Empotrado Mayores Fuerzas

Flexibilidad en la Base DISMINUYEN FUERZAS BARKAN

A nivel del Diseo Estructural


31/50

Resistencia al corte del concreto de muros en XX e YY > V esttico en la base:

Vxx = 242.47 ton > Vest = 144.75 ton

Vyy = 417.44 ton > Vest = 144.75 ton

Desplazamientos laterales () mximos entrepiso en XX = 6.309 mm y en YY = 4.548 mm. La direccin XX (la ms corta) es ms flexible que la direccin YY

T = hn / Ct = Txx = Tyy = 0.173 s % MP xx

+ 36 %

Del Comportamiento Ssmico del Sistema de AC


32/50

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

Despl

azamientosenEje

OY(mm)

0 45 90


DESPLAZAMIENTO MAXIMO EN EJE OY

Comn

Barkan

Norma Rusa

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

Despl

azamientosenEje

OX(mm)

0 45 90


DESPLAZAMIENTO MAXIMO EN EJE OX

Comn

Barkan

Norma Rusa

FRECUENCIAS

0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

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

Formas de Vibracin

Frecuencias(rad/s)

Comn

Barkan

Norma Rusa

PERIODOS DE VIBRACION

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

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

Formas de Vibracin

PeriodosdeVibracin(s)

Comn

Barkan

Norma Rusa

p

A nivel de la Interaccin Ssmica Suelo Estructura

BARKAN COMPORTAMIENTO PROMEDIO CUMPLE E.030

Fuerzas en Muros


33/50

MOMENTO FLECTOR EN MURO M8Y

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00


Modelos Dinmicos

M(

ton-m)

FUERZA CORTANTE EN MURO M8Y

0

2

4

6

8

10

12

14

16


Modelos Dinmicos

V(ton)

FUERZA AXIAL EN MURO M8Y

0,000,20

0,400,600,801,00

1,201,40

1,601,80

2,00


Modelos Dinmicos

N(ton)

Empotrado Mayores Fuerzas

Flexibilidad en la Base DISMINUYEN FUERZAS BARKAN

D id d M i M XX YY (L t)/A (ZUSN)/56 0 040

A nivel del Diseo Estructural


34/50

Densidad Mnima Muros en XX e YY = (L.t)/Ap > (ZUSN)/56 = 0.040

(L.t)/Ap XX = 0.04723 > 0.040

(L.t)/Ap YY = 0.05391 > 0.040 , ante Barkan y Norma Rusa+ PLACAS

Desplazamientos laterales () mximos entrepiso en XX = 6.818 mm y en YY = 6.332 mm. La direccin XX (la ms corta) es ms flexible que la direccin YY

T = hn / Ct = Txx = Tyy = 0.173 s % MP xx

+ 48 %

Cuadro Comparativo (parte 1)


35/50

Cuadro Comparativo (parte 2)


36/50

De la Evaluacin Econmica del Sistema de MDL


37/50

ESTRUCTURAS Y ARQUITECTURA EN PRESUPUESTO

13,33%

86,67%

ESTRUCTURASARQUITECTURA

INCIDENCIA DE PARTIDAS EN PRESUPUESTO

72,17%

10,00%

8,07%

5,27% 3,63%

0,57%0,30%

OBRAS PROVISIONALES

TRABAJOS PRELIMINARES

MOVIMIENTO DE TIERRAS

CONCRETO ARMADO

EQUIPO DE ENCOFRADOSMETLICOS

REVOQUES, ENLUCIDOS YMOLDURAS

PISOS Y PAVIMENTOS

COSTOS DE CIMENTACIN, LOSAS DE ENTREPISO Y MUROS DEDUCTILIDAD LIMITADA

3,17%

47,83%

30,15%

18,85%

CIMENTACIN

LOSAS DE ENTREPISO

MUROS DE DUCTILIDAD LTDA

DEMS ACTIVIDADES

Tiempo de ejecucin Estructuras yArquitectura = 48 das

A muros = 6.67%(A bruta) = 10.11 m2

Interaccin S.S.E < fuerza muros


38/50

ESTRUCTURAS Y ARQUITECTURA EN PRESUPUESTO

23,37%

76,63%ESTRUCTURAS

ARQUITECTURA

COSTOS DE CIMENTACIN, LOSAS DE ENTREPISO, MUROS DEALBAILERA Y PLACAS

1,25%

49,41%

34,59%

14,75%

CIMENTACIN

LOSAS DE ENTREPISO

MUROS DE ALBAILERA YPLACAS

DEMAS ACTIVIDADES

INCIDENCIA DE PARTIDAS EN PRESUPUESTO

62,11%

10,63%

14,93%

3,35%5,10% 3,07%

0,58%0,24%

OBRAS PROVISIONALES

TRABAJOS PRELIMINARES

MOVIMIENTO DE TIERRAS

CONCRETO ARMADO

ALBAILERIA

REVOQUES ENLUCIDOS YMOLDURAS

CIELO RASO

PISOS Y PAVIMENTOS

Tiempo de ejecucin Estructuras yArquitectura = 96 das

A muros = 8.90%(A bruta) = 13.51 m2

Interaccin S.S.E < fuerza muros


39/50

Ventajas y Desventajas del Sistema MDL vs. AC


40/50


41/50

CAPITULO VII

CONCLUSIONES, RECOMENDACIONES YLNEAS FUTURAS DE INVESTIGACIN

CONCLUSIONES


42/50

De la Interaccin Ssmica Suelo Estructura

+AMENAZASISMICA

MDL

AC

ADECUADO

REAL

COMPORTAMIENTOESTRUCTURAL

CUMPLE CON R.N.E.

INTERACCION SISMICA SUELO ESTRUCTURA

+ VENTAJASCOSTOS

TIEMPOS

INVESTIGNDOSE

PROBADO Y MEJORADO

+AMENAZASISMICA

MDL

AC

ADECUADO

REAL

COMPORTAMIENTOESTRUCTURAL

CUMPLE CON R.N.E.

INTERACCION SISMICA SUELO ESTRUCTURA

+ VENTAJASCOSTOS

TIEMPOS+ VENTAJAS

COSTOS

TIEMPOS

INVESTIGNDOSE

PROBADO Y MEJORADO

RNE de Per NO emplea INTERACCIN S. S. E. NO intervienen parmetros del EMSCoef. Rigidez Suelo Barkan = f(Peso), Peso AC(0.87%) > MDL AC(0.36%) > MDL

Coef. Rigidez Suelo Norma Rusa = f(geometra, EMS) MDL = AC

Interaccin Ssmica Suelo Estructura vs. Modelo Empotrado permite que:


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MDL y AC Flexibilidad de base de fundacin disminuyen fuerzas actuantes

suelo de fundacin absorbeparte de los esfuerzos de los elementos estructurales

MDL y AC Convencional < Barkan < Norma Rusa Barkan: Diseo Estructural

Efecto notorio Interaccin Ssmica Suelo Estructura incluir en Norma E030 del RNE

Del Diseo Estructural propiedades mecnicas-fsicas de materiales: CA vs. Unidades de Albailera

AC (e = 13 cm) vs. MDL (e = 10cm)

Sistema MDL

V dinmico > 80% (V esttico)Sentido X: 172.42 >144.75 OK!

Sentido Y: 184,43 >144.75 OK!

vs. Sistema AC

V dinmico > 80% (V esttico)Sentido X: 117.77 >100.50 OK!

Sentido Y: 126.83 >100.50 OK!

NO SE ESCALAN LAS FUERZAS

Sismo moderado elstico, sismo severo reparable, adecuada densidad de muros.MDL: 188.39% > mnima req, AC: 34.78% > mnima req


44/50

MDL: 188.39% mnima req, AC: 34.78% mnima req

AC los muros trabajan con valores cercanos a su capacidad mxima resistente

MDL: Tx = 0.236s y Masa Participante XX = 75.17%

AC: Tx = 0.256s y Masa Participante XX = 72.89%

MDL + rgido que AC (periodo 7.65% menor al de AC)

Masa Participante < en AC (3.03% menor al de MDL)

MDL y AC la direccin XX es la ms flexible

Desplazamientos Laterales Mximos de EntrepisoMDL: Dxx = 0.63 cm y Dyy = 0.45 cm < permisible dxx = dyy = 1.25 cm

AC: Dxx = 0.68 cm y Dyy = 0.63 cm < permisible dxx = dyy = 1.25 cm

MDL: Dxx = 43.51% (perm) y Dyy = 31.37% (perm)

AC: Dxx = 47.02% (perm) y Dyy = 43.67% (perm) Desplazamientos laterales mximos de entrepiso de MDL < en un 3.51% y 12.3% alos de AC para las direcciones X e Y respectivamente

La rigidez lateral de MDL > AC

Costo Directo Total: MDL = $80 621 94 vs AC = $99 581 17

De la Evaluacin Econmica


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Costo Directo Total: MDL $80,621.94 vs. AC $99,581.17

Costo Directo Promedio M2: MDL = $133.68 vs. AC = $165.12

M2 cascarn estructural de AC es 23.52% > al de MDL

Costo Directo Total Departamento Tpico 75 m2: MDL = $10,077.74 vs. AC = $12,447.65 Costo Total Departamento de 75 m2 con MDL es 19.04% < al de AC

Costos Indirectos: MDL = 4.59% ($3,700.00) vs. AC = 12.66% ($12,603.23)

Costos Indirectos AC = 3.40(MDL)

Presupuesto Total: MDL = $105,140.11 vs. AC = $139,424.51

MDL es 24.59% ms econmico que el sistema AC

Tiempo de ejecucin: MDL = 48 das vs. AC = 96 das

Ahorro de 48 das a favor de MDL

Interaccin Ssmica Suelo Estructura Evaluacin Econmica de MDL y AC,disminuyen esfuerzos en elementos estructurales con mayor incidencia en presupuesto(muros de ductilidad limitada y muros confinados) rea de Refuerzo Disminuye

Costos Disminuyen

Depredacin de suelos para la extraccin de arcilla y el funcionamiento de fabricas

De Evaluacin del impacto socioeconmico y ambienta


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Depredacin de suelos para la extraccin de arcilla y el funcionamiento de fabricasclandestinas de ladrillos artesanales dao ambiental significativo

Aditivos: Reductores de agua y Plastificantes uso racional del agua

Viviendas Construidas con AC mejor desempeo acstico y trmico frente a MDLMDL: arquitectura limitada (estndar) vs. AC: diferentes distribuciones arquitectnicas

RECOMENDACIONES

Planta exacta de platea de cimentacin (geometra) clculo de coef. rigidez suelo

Para la Interaccin Ssmica Suelo Estructura

Adecuado EMS clculo de coef. rigidez suelo

Comportamiento real ante sismo Interaccin Ssmica Suelo Estructura RNE del Per

Para el Diseo Estructural

Excesiva densidad de muros muros portantes tabiques


Mxima longitud de muros = 4.00 m juntas

Losa bidireccional maciza o aligerada distribuir cargas, compatibilizar desplazamientos

Correcta distribucin refuerzo V y H + diseo Corte friccin taln traccionado


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Instalaciones elctricas y sanitarias ductos especiales

Para el Proceso Constructivo

Separadores en armaduras de losas y muros adecuado recubrimiento

Vaciado del concreto chuzeado o vibrado

SISTEMA DE ALBAILERIA CONFINADASeparacin entre confinamientos verticales l < 2(h)


SISTEMA DE ALBAILERIA CONFINADALevantado de muros a plomo, en lnea , altura por jornada

Instalaciones mx 1/5 (espesor muro) recorrido vertical / ductos especiales, tabiques

Cal hidratada mortero + plasticidad,+ trabajable, fcil esparcimiento UNIN

Correcta distribucin refuerzo V y H + diseo Corte friccin taln traccionado

Vigas aisladas, coplanares con muros peraltadas disipador, - esfuerzos en losas,00+ rigidez lateral

Losa bidireccional maciza o aligerada distribuir cargas, compatibilizar desplazamientos

Curado del concreto va hmeda , curador qumico

Para el Impacto Socioeconmico y Ambiental


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Recomendaciones Generales

Estandarizacin de sist. Constructivos abaratar costos sin perdida de calidad

Material remanente canteras plantas chancadoras agregado Concreto premezclado

Gobierno regional y local simplificacin administrativa facilitar inversin privada

Instituciones ambientales respeto en uso del suelo (canteras , ladrilleras)

Aditivos: Reductores de agua y Plastificantes uso racional del agua

Entidades pblicas simplificacin administrativa + acceso a sectores favorecidos

Universidades + inv. cientfica mejorar sist. Constructivos superar deficiencias

Ing. civiles uso de Interaccin S.S.E. comportamiento real menores costos

Inversionistas Pblicos y Privados MDL y AC ventajas/desventajas TESIS

Poblacin MDL y AC seguridad + calidad + precios asequibles avalado por RNE

LINEAS FUTURAS DE INVESTIGACIN


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Disipadores de Energa en Edificaciones Esenciales Comp. Estructural y Costos

Estratos que conforman el suelo Anlisis de la Interaccin Ssmica Suelo Estructura

Degradacin de resistencia del terreno Comportamiento Estructural del edificio

Anlisis comparativo entre Elementos Slidos y Coeficientes de Rigidez InteraccinSsmica Suelo Estructura

Efecto de la napa fretica Interaccin Ssmica Suelo Estructura

Interaccin Ssmica Suelo Estructura:

Obras Hidrulicas: almacenamiento, redes de agua potable y alcantarillado, etc.

Obras de Transporte Vial: carreteras, puentes, etc.

Comportamiento Inelstico de los materiales Desempeo de las Estructuras

Determinacin de la Vida til de las Edificaciones Patologas de los materiales


50/50

Muchas Gracias [email protected]

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