D2 03 Maria Garcia

VI Congreso Internacional de Ingeniería Estructural Sísmica y Puentes 2014

Mª Carmen García PastorIng. Caminos, Canales y PuertosDpto. Desarrollo CYPE Ingenieros


OBJETIVOS

Desarrollar una herramienta de cálculo innovadora basada en un modelo de análisis con soporte normativo internacional, que permita mejorar la seguridad de los edificios frente a la acción sísmica.

Hacer viable la consideración en el cálculo de los elementos no estructurales, tal como exige la aplicación de la normativa. Aspecto normalmente no considerado en los programas de cálculo tradicionales.

Generar conocimiento sobre el comportamiento estructural de las edificaciones en situación sísmica considerando varios modelos de comportamiento diferentes.


INTRODUCCIÓN

Necesidad de potenciar el desarrollo de herramientas de cálculo que faciliten elanálisis de estructuras sometidas a acciones sísmicas de forma más realista.

Estructura con cerramientos y particiones (tabiques), cuya

contribución de rigidez puede variar a lo largo del fenómeno sísmico.

Cálculo de los elementos resistentes

(estructura aporticada)

Esfuerzos de diseño Comportamiento REAL

INTRODUCCIÓN

METODOLOGÍA

RESULTADOS

CONCLUSIONES


INTRODUCCIÓN

Cuando un tabique no ha sido aislado del pórtico que lo enmarca, ante las acciones sísmicas se producirá la interacción de ambos sistemas. Este efecto incrementa sustancialmente la rigidez lateral del pórtico y puede generar los siguientes problemas:

(Norma E.070, Art.32.2)

•Incremento de las fuerzas sísmicas debido a una rigidez adicional

•Modificación de rigidez durante el evento sísmico

•Esfuerzos elevados en pilares de piso blando

•Efectos de torsión

INTRODUCCIÓN

METODOLOGÍA

RESULTADOS

CONCLUSIONES

Norma Técnica E.030 DISEÑO SISMORRESISTENTE. Perú (2003)Artículo 8. “Deberá considerarse el posible efecto de los elementos no estructurales en el comportamiento sísmico de la estructura.”

Norma Técnica E.030 DISEÑO SISMORRESISTENTE. Perú (2014)1.5. “Deberá considerarse el posible efecto de los tabiques, parapetos y otros elementos adosados en el comportamiento sísmico de la estructura.


INTRODUCCIÓN

• Rigidez adicional

• Modificación de rigidez durante el evento sísmico

• Esfuerzos elevados en pilares (piso blando)

• Torsión en el edificio

METODOLOGÍA

RESULTADOS

CONCLUSIONES

Rigidez adicional

Las tabiquerías y cerramientos dotan a la estructura de rigidez adicional, modificando la ordenada espectral de los modos de vibración.

Los tabiques rigidizan a los pórticos, disminuyendo su período natural de vibrar, con lo cual, la estructura podría ingresar a la zona plana del espectro sísmico, aumentando el coeficiente sísmico y por ende, la fuerza sísmica.

Ra

ng

o d

e

per

iod

os

Ra

ng

o d

e

per

iod

os

Estructura resistenteConsideración de loselementos no estructurales

Rigidez

Periodos


INTRODUCCIÓN





METODOLOGÍA

RESULTADOS

CONCLUSIONES

Con un modelo dinámico basado exclusivamente en

elementos estructurales no se considera adecuadamente este

tipo de situaciones.

Ra

ng

o d

e

per

iod

os

Ra

ng

o d

e

per

iod

os

Ra

ng

o d

e

per

iod

os

Rotura de tabiques Situaciones intermedias

Modificación de rigidez durante el evento sísmico

Las rigideces aportadas por los diferentes elementos no estructurales pueden cambiar durante la acción sísmica debido a las grietas y roturas que van apareciendo sucesivamente.


INTRODUCCIÓN





METODOLOGÍA

RESULTADOS

CONCLUSIONES

Desplazamiento “sólido rígido”

Esfuerzos elevados en columnas (piso blando)

Los esfuerzos elevados en columnas de pisos diáfanos (blandos) o en columnas cortas,provocan fallos en las mismas si no están correctamente diseñadas.

Piso blando


INTRODUCCIÓN





METODOLOGÍA

RESULTADOS

CONCLUSIONES

Torsión en el edificio

La distribución en planta no uniforme de los elementos de albañilería, genera una traslación del centro de rigidez (CDR) hacia la zona donde están concentrados los tabiques.

CDR

Elementos constructivos


INTRODUCCIÓN

METODOLOGÍA

• Modelo de análisis

• Metodología de cálculo

RESULTADOS

CONCLUSIONES

Representación simplificada del pórtico con panel de fábrica

METODOLOGÍAModelo de análisis.

ta F

• Diagonales de fábrica sólo trabajan a compresión.

• Rigidez en el plano del pórtico.

Características geométricas de la diagonal equivalente

Modificación del Modelo de Liau-Kwan


INTRODUCCIÓN

METODOLOGÍA



RESULTADOS

CONCLUSIONES


Rigidez al movimiento horizontal (plano del muro)

Ajuste de las dimensiones

HomoME

2

3cosxyM v

HomoM

G La

E h

Módulos elásticos:ExM; EyM; GxyM

Coeficientes Poisson:νxyM; νyxM

Resistencias:fTxM; fCxM; fTyM; fCyM; fCxyM

HM

jxyM M

F hu

G A

Propiedades mecánicas de la diagonal equivalente

• Modelo de homogeneización de la fábrica (propiedades homogeneizadas - ortotropía)

• Característica: modificar evolutivamente su capacidad estructural en función de la resistencia residual de la fábrica, que depende del nivel de daño alcanzado en la misma.


INTRODUCCIÓN

METODOLOGÍA



RESULTADOS

CONCLUSIONES


Cri

teri

o d

e d

año

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 14.0 16.0

Variable de dañ

o "d"

Desplazamiento relativo uj (mm)

uj

Totalmente fisurado

Sin fisuración

HomoM MF t a

HomoM MF t a

1HomoM MF t a d

d = Variable de daño local

Propiedades mecánicas

Modifica la capacidad de la biela

2cosjHomo HomoM M

v

uE

l


METODOLOGÍAMetodología de cálculo.

INTRODUCCIÓN

METODOLOGÍA



RESULTADOS

CONCLUSIONES

[K0][M]

•Esfuerzos [0]•Desplazamientos [0]

Daño d [0]

Modos [0]

Espectrodiseño

[K1][M]


Daño d [1]

Espectrodiseño

Modos [1]

[K2][M]


Daño d [2]

Espectrodiseño

Modos [2]

“ES

TR

UC

TU

RA

–0

”

“ES

TR

UC

TU

RA

–1

”

“ES

TR

UC

TU

RA

–2

”

MUROFRACTURADO

MUROFRACTURADO

MUROFRACTURADO

MUROFRACTURADO

MUROFRACTURADO

ROTURAMUROS

ROTURAMUROS

El modelo computacional propuesto simplifica el problema de análisis no lineal, resolviéndolo mediante una técnica iterativa de análisis lineal a trozos


ANÁLISIS DE RESULTADOSEjemplo de cálculo.

INTRODUCCIÓN

METODOLOGÍA

RESULTADOS

• Ejemplo de cálculo

• Caso I

• Caso II

CONCLUSIONES

Caso II:Rotura progresiva de

cerramientos.

Caso I:Piso primero diáfano.

Sistema estructural

• Pórticos concreto armado

• 7 niveles (6 + casetón)

• Luces 3 – 6 m

• Vigas peraltadas

• Losa maciza e=25cm

• Altura piso=3.10m

• Altura piso 1º=4.00m

Distribución de tabiques Elementos constructivosCaso


ANÁLISIS DE RESULTADOSEjemplo de cálculo.

INTRODUCCIÓN

METODOLOGÍA

RESULTADOS


• Caso I

• Caso II

CONCLUSIONES

Definición de elementos constructivos

Distribución de elementos constructivos


INTRODUCCIÓN

METODOLOGÍA

RESULTADOS


• Caso I

• Caso II

CONCLUSIONES

ANÁLISIS DE RESULTADOSEjemplo de cálculo. Caso I: piso primero diáfano.

Def

orm

ada

de

la e

stru

ctu

ra

Con tabiquería(Estado 1)

Sin tabiquería(Estado 0)

Piso blando(Estado PB)

Est

ado

Ele

men

tos

con

stru

ctiv

os


Cortante Q Estado 0 (kN) Estado 1 (kN) Estado PB (kN)

Losa 6 14,234 2,873 1,514

Losa 5 171,460 7,962 2,572

Losa 4 297,594 34,063 20,781

Losa 3 395,323 48,728 28,880

Losa 2 475,143 69,091 77,022

Losa 1 543,807 69,184 166,537

Cimiento 592,599 123,832 1056,213

INTRODUCCIÓN

METODOLOGÍA

RESULTADOS


• Caso I

• Caso II

CONCLUSIONES

ANÁLISIS DE RESULTADOSEjemplo de cálculo. Caso I: piso primero diáfano.

0

1

2

3

4

5

6

0 200 400 600 800 1000 1200

Losas

Q (kN)

(a) Estado 0

(b) Estado PB

(c) Estado 1

Factor = 1,8

Estado PB

Estado 1

Estado 0

Cortante Q por plantas


INTRODUCCIÓN

METODOLOGÍA

RESULTADOS


• Caso I

• Caso II

CONCLUSIONES

ANÁLISIS DE RESULTADOSEjemplo de cálculo. Caso II.

Con tabiquería (Estado 1)

Sin tabiquería (Estado 0)

Tabiquería fisurada (Estado 3)

Estados analizados. Nivel de daño.

Tabiquería fisurada (Estado 6)

Nivel de daño

‘d’

Estado

1

Estado

2

Estado

3

Estado

4

Estado

5

Estado

6

Piso 6 ‐ Piso 7 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

Piso 5 ‐ Piso 6 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

Piso 4 ‐ Piso 5 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

Piso 3 ‐ Piso 4 0.16 0.41 0.41 0.41 0.41 0.41

Piso 2 ‐ Piso 3 0.37 0.69 0.80 0.87 0.92 0.94

Piso 1 ‐ Piso 2 0.50 0.85 0.95 0.98 0.99 0.99

Cim. ‐ Piso 1 0.82 0.99 1.00 1.00 1.00 1.00

Deformada de la estructura


INTRODUCCIÓN

METODOLOGÍA

RESULTADOS


• Caso I

• Caso II

CONCLUSIONES

ANÁLISIS DE RESULTADOSEjemplo de cálculo. Caso II.

Cortante Q Estado 0 Estado 1 Estado 2 Estado 3 Estado 4 Estado 5 Estado 6

Losa 6 14,234 2,873 2,598 1,457 1,078 0,895 0,807

Losa 5 171,460 7,962 2,643 2,507 5,038 6,720 7,712

Losa 4 297,594 34,0631 30,266 13,740 9,167 7,973 7,754

Losa 3 395,323 48,728 61,305 52,421 35,122 18,811 6,467

Losa 2 475,143 69,091 122,715 148,858 180,846 247,457 317,398

Losa 1 543,807 69,184 110,942 255,491 478,456 573,390 590,252

Cimiento 592,599 123,832 511,703 827,824 797,696 757,932 739,372

0

1

2

3

4

5

6

0 200 400 600 800 1000

Losas

Cortante Qx (kN)

Estado 0

Estado 1

Estado 3

Estado 6

Nivel de daño Estado 1 Estado 3 Estado 6

Piso 6 ‐ Piso 7 0.00 0.00 0.00

Piso 5 ‐ Piso 6 0.00 0.00 0.00

Piso 4 ‐ Piso 5 0.00 0.00 0.00

Piso 3 ‐ Piso 4 0.16 0.41 0.41

Piso 2 ‐ Piso 3 0.37 0.80 0.94

Piso 1 ‐ Piso 2 0.50 0.95 0.99

Cim. ‐ Piso 1 0.82 1.00 1.00

Estado 1

Estado 0Cortante Q por plantas


INTRODUCCIÓN

METODOLOGÍA

RESULTADOS


• Caso I

• Caso II

CONCLUSIONES

CONCLUSIONES

Queda patente la importancia que tiene incluir en el modelo de cálculo el efecto de rigidización de la tabiquería sobre el sistema estructural:

Permite detectar automáticamente las irregularidades de rigidez en altura, que originan grandes esfuerzos en aquellos niveles más flexibles.

Estimar como se va a ir produciendo la fisuración y rotura progresiva de la tabiquería permite considerar diferentes modelos de cálculo sucesivos que aproximan mejor el comportamiento real de la estructura.

Por tanto, se consideran situaciones que no se tienen en cuenta en un cálculo estructural tradicional y que son más desfavorables para determinados elementos estructurales.


Gracias por su atención.

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