Diseño Estructural Modulo v Parte II

DISEÑO ESTRUCTURAL Y

NUEVAS TENDENCIAS EN LA

CONSTRUCCIÓN SIN PÉRDIDAS

DIPLOMADO DE POSGRADO

DISEÑO SISMICO AVANZADO – PARTE 2

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

OFICINA CENTRAL DE POSGRADO

Módulo V:Sesión 9 -10:

Expositor: DR. GENNER VILLARREAL CASTRO

EDIFICACIONES CON DISIPADORES DE

ENERGIA

DR. GENNER VILLARREAL CASTROPROFESOR VISITANTE UMRPSFXCH – Bolivia

PROFESOR VISITANTE ONSOL - Ecuador

PROFESOR EXTRAORDINARIO UPAO

PROFESOR PRINCIPAL UPC, USMP

PREMIO NACIONAL ANR 2006, 2007, 2008

VENTAJAS DE UTILIZAR LOS DISIPADORES DE ENERGÍA

VENTAJAS

TÉCNICAS

VENTAJAS

FUNCIONALES

VENTAJAS

ECONÓMICAS

Reducen los

desplazamientos de la

estructura.

Disipan entre un 20%

y 40% la energía

sísmica.

Reducen fuerzas de

diseño sísmico .

Ideales para

aplicaciones en

edificios nuevos y

también para

reforzamientos.

Estéticos.

Fácil montaje e

instalación.

Retornan a su posición

inicial luego de un

fuerte sismo.

• No requieren

mantenimiento.

• Permiten reducir

volumen de concreto y

acero con menores

espesores de placas,

columnas y vigas.

• Disminuyen daños en

equipamiento y

elementos

no estructurales.

• No requieren

reemplazo.

EDIFICIO REDUCTO

PREMIO NACIONAL

ANR 2008

-300

-200

-100

0

100

200

300

0 10 20 30 40 50 60 70

Tiempo (s)

Ace

lera

ción (

cm/s

2)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 0.5 1 1.5 2

Periodo (s)

Pse

ud

o a

cele

raci

on

esp

ectr

al (

cm/s

2)

Nº Coeficiente de

amortiguamiento

(T.s/m)

Exponente de

amortiguamiento

Rigidez

(T/m)

Fluencia

(T)

Radio de

rigidez

post-

fluencia

Exponente

de fluencia

VD 10,85 0,5 54,25 - - -

VE 177,65 1,0 882,43 - - -

FD - - 25007,5 2,9 0,000 0,5

YD - - 2500 3,25 0,025 2,0

REGISTRO SISMICO DE LIMA 17/10/1966

Nº Período de vibración por la forma (s)

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

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

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

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

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

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

Nº Estructura Piso

Desplazamiento Distorsión

(cm) (cm)

SD Sin disipadores

3

2

1

7,15

5,86

3,43

5,12

4,09

2,22

0,0043

0,0081

0,0098

0,0034

0,0062

0,0063

VD

Disipadores

viscosos

no-lineales

3

2

1

4,19

3,47

2,09

4,56

3,64

1,99

0,0024

0,0046

0,0060

0,0031

0,0055

0,0057

VE

Disipadores

viscoelásticos

sólidos

3

2

1

4,67

3,76

2,10

4,05

3,23

1,77

0,0031

0,0055

0,0060

0,0027

0,0049

0,0050

FD

Disipadores

por

fricción

3

2

1

4,43

3,59

2,11

4,49

3,60

1,96

0,0028

0,0049

0,0060

0,0030

0,0055

0,0056

YD

Disipadores por

plastificación de

metales (fluencia)

3

2

1

4,61

3,72

2,10

3,93

3,10

1,63

0,0030

0,0054

0,0060

0,0028

0,0049

0,0047

máxX máxYmáxx máxy

Nº Estructura

Fuerzas internas (columnas 1er piso)

(T) (T) (T.m) (T.m)

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

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

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

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

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

máxN máxV máxM máx,tM

Nº Estructura

Columna

(T) (T) (T.m) (T.m)

SD Sin disipadores 29,24

(2,62)

23,00

(6,10)

46,57

(6,10)

0,54

(varios)

VD Dis. Viscosos NL 23,55

(2,62)

20,69

(6,10)

41,81

(6,10)

0,37

(varios)

VE Dis. Viscoelásticos 22,52

(18,46)

18,55

(6,10)

37,32

(6,10)

0,37

(varios)

FD Dis. Fricción 23,70

(2,62)

20,26

(6,10)

41,04

(6,10)

0,31

(varios)

YD Dis. Fluencia 23,44

(2,62)

15,39

(6,10)

34,45

(6,10)

0,28

(varios)


Nº Estructura

Viga

(T) (T) (T.m) (T.m)

SD Sin disipadores 0,00

(85,91)

11,15

(85,91)

34,95

(85,91)

0,43

(varios)

VD Dis. Viscosos NL 0,00

(85,91)

9,90

(85,91)

31,40

(85,91)

0,28

(varios)

VE Dis. Viscoelásticos 0,00

(85,91)

8,67

(85,91)

27,14

(85,91)

0,31

(varios)

FD Dis. Fricción 0,00

(85,91)

9,85

(85,91)

30,83

(85,91)

0,25

(varios)

YD Dis. Fluencia 0,00

(85,91)

9,25

(85,91)

28,95

(85,91)

0,24

(varios)


Nº Estructura Eje Nomenclatura del

disipador

Fuerza axial

(T)

Deformación

(cm)

VD Dis. Viscosos NL X–X

Y–Y

1

7

0,58

0,74

1,57

1,72

VE Dis. Viscoelásticos X–X

Y–Y

1

7

11,78

10,78

1,57

1,31

FD Dis. Fricción X–X

Y–Y

1

7

2,90

2,90

1,59

1,54

YD Dis. Fluencia X–X

Y–Y

1

7

4,15

4,17

1,58

1,42

Edificio sin

disipadores

Edificio con disipador

viscoso

Edificio con

disipador por fricción


viscoelástico

Disipador viscoelástico


por fluencia

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

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

Formas de vibración

Perí

odos

de v

ibra

ció

n.

(s)

Sin DisipadoresDisipadores ViscososDisipadores ViscoelásticosDisipadores FricciónDisipadores Fluencia

0

1

2

3

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Desplazamientos (cm)

Pis

os

VD SD VE FD YD

0

1

2

3

0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.012

Distorsiones (cm/cm)

Piso

s

VD SD VE FD YD

20

23

26

29

32

SD VD VE FD YD

Modelos Dinámicos

Fuer

za a

xia

l.

(T)

14

17

20

23

26

SD VD VE FD YD

Modelos Dinámicos

Fuer

za c

ort

ante

(T)

32

36

40

44

48

SD VD VE FD YD

Modelos Dinámicos

Mom

ento

fle

ctor

(T.m

)

DISPOSITIVOS PASIVOS DE

DISIPACION DE ENERGIA PARA

DISEÑO SISMORRESISTENTE

DE ESTRUCTURAS

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

SECCION DE POSGRADO

MAESTRIA EN CIENCIAS

MENCIÓN INGENIERIA ESTRUCTURAL

AUTOR: M.Sc. RICARDO OVIEDO SARMIENTO

CONSULTOR: Ph.D. GENNER VILLARREAL CASTRO

Lima, 2009

CLINICA ANGLOAMERICANA

UBICACIÓN DEL MICROTREMOR

COMPONENTES TRANSVERSAL Y LONGITUDINAL DE SEÑALES TEMPORALES

DE VIBRACION EN EL 8vo PISO

DETALLE UNION TUBO DIAGONAL CON DISIPADOR

DETALLE TUBO DIAGONAL CON VIGA Y DISIPADOR CON VIGA

DISEÑO ESTRUCTURAL DE UNA EDIFICACION

CON DISIPADORES DE ENERGIA Y ANALISIS

SISMICO COMPARATIVO ENTRE EL EDIFICIO

CONVENCIONAL Y EL EDIFICIO CON

DISIPADORES DE ENERGIA PARA UN SISMO

SEVERO

AUTORES: ING. HIMLER CANO LAGOS

ING. ENER IVAN ZUMAETA ESCOBEDO

ASESOR: Ph.D. GENNER VILLARREAL CASTRO

Lima, 2012

METODOLOGIA DE DISEÑO – AMORTIGUADORES

(VISION 2000 - SEAOC)

RELACION DAÑO-DERIVA SEGÚN METODOLOGIA HAZUS

AUTOR: ING. WALEÓN LAMA CHONGCONSULTOR: DR. GENNER VILLARREAL CASTRO

Ecuador, 2013

PERFILES W

PISO

ELEMENTOS

VIGAS COLUMNAS INTERIORES

COLUMNAS DE BORDE

8 W18X46 W27X102 W24X94

7 W18X46 W27X102 W24X94

6 W18X71 W27X146 W24X131

5 W18X71 W27X146 W24X131

4 W18X71 W27X146 W24X131

3 W21X83 W27X217 W24X146

2 W21X83 W27X217 W24X146

1 W21X83 W27X217 W24X146

Cargas Permanentes

DL = 745 Kg/m2

LL = 240 Kg/m2

-Carga Sísmica (Ex)

Se creó un Espectro de Diseño siguiendo el NEC-11.

Las características del Espectro son:

LOCALIZACIÓN

Ciudad: Guayaquil

Región:Costa (sin

Esmeraldas)

Zona: 5

z = 0.40 g

η = 1.80

SUELO Y FACTORES DE SITIO

Tipo de suelo: E

r = 1.50

Fa = 1.15

Fd = 1.60

Fs = 1.90

PARÁMETROS DE DISEÑO

I = 1.00

R = 3.00

φP = 1.00

φE = 1.00

PERIODO CORTO Y PERIODO CRÍTICO

T0 = 0.26 seg

Tc = 1.45 seg

DEFORMACIONES LATERALES Y DERIVAS INELÁSTICAS

Deformación X (cm) Deriva Inelástica ΔM

NIVEL SIN DVE CON DVE SIN DVE CON DVE

8 16.11 8.88 1.06% 0.52%

7 14.69 8.19 1.41% 0.71%

6 12.82 7.24 1.60% 0.85%

5 10.69 6.11 1.80% 0.98%

4 8.28 4.80 1.81% 1.01%

3 5.87 3.45 1.62% 0.93%

2 3.71 2.21 1.51% 0.89%

1 1.69 1.02 0.95% 0.57%

PERIODO DEL PRIMER MODO DE VIBRACIÓN

PERIODO DE VIBRACIÓN (seg)

SIN DVE CON DVE

1.3107 1.2111

ESFUERZOS POR CARGAS PERMANENTES

COLUMNAS

Con el uso de los disipadores, los esfuerzos generados por las cargas gravitacionales no varían. Únicamentese reducen los esfuerzos provocados por la carga sísmica tanto en columnas como en vigas.

COLUMNAS - COMBO 5: 1.0DL + 1.0LL P (Ton) V2 (Ton) M3 (Ton-m)

EJE *NIVEL Perfil SIN DVE CON DVE SIN DVE CON DVE SIN DVE CON DVE

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

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

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

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

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

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

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

ESFUERZOS POR CARGA SÍSMICA

COLUMNAS

COLUMNAS:EX

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Según el CSI Analysis Reference Manual y Villarreal & Oviedo(2008), el análisis no lineal que se utiliza para modelar losdisipadores viscoelásticos es el Analisis No Lineal ModalTiempo-Historia (FNA), que es una extensión del Fast NonLinearAnalysis (FNA) que fue desarrollado por Wilson (Ibrahimbegovicand Wilson, 1989; Wilson, 1993).

El método es extremadamente eficiente y es diseñado para serusado principalmente para sistemas estructurales que sonlinealmente elásticos, pero que tienen un número limitado deelementos no lineales predefinidos. Para el método FNA, toda lano linealidad es impuesta por los disipadores.

Para realizar el análisis no lineal, las

propiedades de los disipadores viscoelásticos se

asignaron como no lineales con las mismas

magnitudes tanto para la rigidez como para el

amortiguamiento, y se asignó un exponente de

amortiguamiento igual a 1 porque esto permite

seguir modelando en paralelo la rigidez elástica

con el amortiguador viscoso, tal como es

idealizado por el modelo de Kelvin-Voigt. (CSI

Knowledge Base)

PÓRTICO SIN DVE

ENERGÍA (Ton - m)

Entrada Cinética PotencialAmortig.

Modal

GYE 93 -CENTENARIO

19.23 13.11 7.62 17.52

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

PÓRTICO CON DVE

ENERGÍA (Ton - m)


ModalDVE

GYE 93 -CENTENARIO

22.11 13.33 6.98 10.55 11.37

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

Histéresis Idealizada

El gráfico esfuerzo- deformación indica una Fuerza Axial máxima de 13.78 Ton con unadeformación máxima de 1.63 cm.

Si calculamos la deformación unitaria del material viscoelástico de 2cm de espesor, resulta:1.63/2 = 81% < 100%, lo cual cumple con lo expuesto por Chang (et al., 2012) en elsubcapítulo 3.4.

SIN DVE CON DVE%

REDUCCIÓN

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

8 11.47 10.70 7%

7 8.96 8.75 2%

6 6.99 7.11 -2%

5 5.92 5.43 8%

4 4.72 3.91 17%

3 3.40 2.86 16%

2 2.21 2.03 8%

1 1.12 1.03 7%

Envolvente de deformaciones

laterales máximas

TIEMPO: 15.45 seg SIN DVE CON DVE % REDUCCIÓN

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Comparación de deformaciones laterales y Derivas entre pisos para el

tiempo 15.45 seg

COLUMNAS:EX TH

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Con estas reducciones, las secciones asignadas a los elementos estructuralespueden ser consideradas sobredimensionadas, por lo que se buscará hacermás liviano pórtico y así obtener un buen diseño acompañado de la economíade la estructura.

PERFILES W

PISOELEMENTOS

VIGASCOLUMNAS INTERIORES

COLUMNAS DE BORDE

8 W18X40 W27X94 W24X94

7 W18X40 W27X94 W24X94

6 W18X46 W27X114 W24X94

5 W18X46 W27X114 W24X94

4 W18X46 W27X114 W24X94

3 W21X50 W27X146 W24X131

2 W21X50 W27X146 W24X131

1 W21X50 W27X146 W24X131

PERFILES NUEVOSPERFILES ORIGINALES

PERFILES W

PISOELEMENTOS

VIGASCOLUMNAS INTERIORES

COLUMNAS DE BORDE

8 W18X46 W27X102 W24X94

7 W18X46 W27X102 W24X94

6 W18X71 W27X146 W24X131

5 W18X71 W27X146 W24X131

4 W18X71 W27X146 W24X131

3 W21X83 W27X217 W24X146

2 W21X83 W27X217 W24X146

1 W21X83 W27X217 W24X146

Peso: 58.59 Ton Peso: 42.39 Ton

DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA

REDISEÑO CON DVE

ENERGÍA (Ton - m)


ModalDVE

GYE 93 -CENTENARIO

38.06 11.76 5.61 20.58 17.32

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

ENERGÍA

Amortiguamiento ModalDVE

PÓRTICO SIN DVE 91% -

PÓRTICO CON DVE 48% 51%

REDISEÑO CON DVE 54% 46%

SIN DVE CON DVE REDISEÑO CON

DVE

ANÁLISIS MODAL NO LINEAL TIEMPO-HISTORIA

ANÁLISIS MODAL NO LINEAL TIEMPO-HISTORIA

HISTÉRESIS DEL DISIPADOR VISCOELÁSTICO

En la Figura se indica una deformación máxima de 1.46 cm. Al calcular la

deformación unitaria del material viscoelástico de 2.2 cm de espesor, resulta:

1.46/2.2 = 66% < 100%,

CAPÍTULO 1: ESTADO DEL ARTE

CAPÍTULO 1:

ESTADO DEL ARTE

1.1 SISMICIDAD EN EL PERÚ

1.2 SISTEMA DE REFORZAMIENTO

TRADICIONAL

1.3 SISTEMA DE REFORZAMIENTO CON DISIPADORES DE ENERGÍA

1.4 DISIPADORES PASIVOS DE FLUIDO VISCOSO

SISMICIDAD EN EL PERU

Sismos Magnitud Información Adicional

Lugar Año Mw Muertos Heridos Damnificados

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

Arequipa 2001 8.4240 (70

desaparecidos)2,400 460,000

Arequipa 1999 6.8 1 20

Lima 1974 8.0 254 3,600 300,000

Chimbote 1970 7.9100,000 (25,000

desaparecidos)358,000 3’000,000

Callao 1966 7.5 220 1,800 258,000

Fuente: Elaboración propia, datos de IGP

Perú Círculo Circum Pacífico

Origen de los sismos en el Perú

asociado al proceso de

subducción.

REGISTROS SÍSMICOS

Registro Lima 1966 Registro Chimbote 1970 Registro Lima 1974

Registro Ocoña 2001 Registro Ica 2007

Amplificados con la máxima aceleración del suelo peruano Z=0.4g (E.030)


CAPÍTULO 1:

ESTADO DEL ARTE



TRADICIONAL



El reforzamiento es la modificación de las características estructurales de

la edificación para tener un desempeño sísmico aceptable.

Técnicas de reforzamiento tradicional

Reforzamiento de Columnas Pórticos Arriostrados

Muros de Corte o Placas

SISTEMA DE REFORZAMIENTO

TRADICIONAL


CAPÍTULO 1:

ESTADO DEL ARTE



TRADICIONAL



SISTEMA DE REFORZAMIENTO CON

DISIPADORES DE ENERGÍA

Sistemas de control

estructural antisísmico

Sistemas Pasivos

Aislamiento en la base

Sistemas inerciales acoplados

Disipadores de energía

Sistemas activos

Sistemas híbridos


CAPÍTULO 1:

ESTADO DEL ARTE



TRADICIONAL



Dispositivo lleno de fluido capaz de

mantenerse en servicio durante grandes

periodos de tiempo sin mantenimiento.

Fuerza de salida = resistiva + actúa en

dirección opuesta al movimiento

La fuerza varía respecto a la velocidad

Chevron Brace Diagonal Scissor Jack

DISIPADORES PASIVOS DE FLUIDO

VISCOSO

Disposiciones más comunes en edificaciones

CAPÍTULO 2: DESCRIPCIÓN Y

ESTRUCTURACIÓN DEL PROYECTO

Centro Empresarial Intisuyo

N° de pisos: 5 pisos

Ubicación: San Miguel

Resistencia del suelo 4.00 Kg/cm2

ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LA

EDIFICACIÓN

PISO CM (Ton)CV

(Ton)

Ptotal

(Ton)

Psismo

(Ton)

1 208.089 122.063 330.152 208.55

2 203.289 122.063 325.352 196.88

3 203.289 122.063 325.352 196.88

4 203.289 122.063 325.352 196.88

5 203.289 34.875 238.164 175.05

TOTAL 1021.245 523.127 1544.372 974.25

PARÁMETROS SÍSMICOS

Zonificación – Factor de Zona (Z)

Lima Z=0.4

Tipo de suelo (S) Tp

Grava arenosa S=1.0 Tp=0.4

Factor de amplificación sísmica (C)

Factor de uso de importancia (U)

Edificaciones comunes U=1.0

Sistema estructural y coeficiente de reducción sísmica (R)

Pórticos de concreto R = 8

Irregular R = ¾ x 8 = 6

MODOS Y PERIODOS RESULTANTES

La estructura

aporticada es

flexible y se

necesita aumentar rigidez

Modo Periodo% Masa Participativa

FrecuenciaUX UY

1 0.96621 88.213 0.078 1.0350

2 0.74343 0.403 83.818 1.3451

3 0.64420 1.067 9.557 1.5523

4 0.29298 7.859 0.006 3.4132

5 0.22931 0.039 4.888 4.3610

6 0.19813 0.096 0.536 5.0472

7 0.15108 1.761 0.002 6.6189

8 0.12477 0.012 0.817 8.0149

9 0.10567 0.028 0.064 9.4631

10 0.09269 0.428 0.001 10.7890

11 0.08272 0.006 0.189 12.0890

12 0.06727 0.008 0.009 14.8660

13 0.06618 0.071 0.002 15.1100

14 0.06332 0.005 0.032 15.7930

15 0.04937 0.003 0.001 20.2550

CAPÍTULO 3: REFORZAMIENTO

TRADICIONAL CON PLACAS

•Aumentar la rigidez de la estructura ydisminuir desplazamientos laterales.

3.1 CRITERIOS GENERALES DE ESTRUCTURACIÓN

•Placas de 0.20 m, cuatro placas por piso.

3.2 PREDIMENSIONAMIENTO DE PLACAS

•La edificación presenta irregularidad en altura

3.3 CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL Y REGULARIDAD

•Análisis estático, dinámico espectral y Tiempo-historia

3.4 ANÁLISIS SÍSMICO

PISO CM (Ton) CV (Ton)Ptotal

(Ton)

Psismo

(Ton)

1 229.581 121.223 350.804 241.394

2 219.261 121.223 340.484 227.244

3 219.261 121.223 340.484 227.244

4 219.261 121.223 340.484 227.244

5 219.261 121.223 253.896 201.109

TOTAL 1,106.625 519.525 1,626.152 1,124.233

REFORZAMIENTO TRADICIONAL CON

PLACAS

PARÁMETROS SÍSMICOS

Zonificación – Factor de Zona (Z)

Lima Z=0.4

Tipo de suelo (S) Tp

Grava arenosa S=1.0 Tp=0.4

Factor de amplificación sísmica (C)

Factor de uso de importancia (U)

Edificaciones comunes U=1.0

Sistema estructural y coeficiente de reducción sísmica (R)

Pórticos de concreto R = 7

Irregular R = ¾ x 7 = 5.25

MODOS Y PERIODOS RESULTANTES

Los periodos de la

estructura inicial han

disminuido aproximadamente

50%, lo que significa

que la estructura ha

incrementado su

rigidez.

Modo Periodo% Masa Participativa

FrecuenciaUX UY

1 0.4159 76.4999 0.0040 2.4044

2 0.3274 0.0070 80.0355 3.0541

3 0.2281 0.4464 0.0872 4.3844

4 0.0896 18.9872 0.0084 11.1600

5 0.0823 0.0120 16.4232 12.1550

6 0.0513 0.1489 0.0118 19.4950

7 0.0392 3.2434 0.0055 25.5200

8 0.0377 0.0076 2.7638 26.5390

9 0.0250 0.0560 0.5724 39.9720

10 0.0246 0.4856 0.0567 40.6080

11 0.0227 0.0284 0.0001 44.0660

12 0.0199 0.0007 0.0286 50.3500

13 0.0192 0.0711 0.0014 52.1200

14 0.0145 0.0053 0.0012 69.1970

15 0.0114 0.0006 0.0003 87.9860

CAPÍTULO 4: REFORZAMIENTO CON

DISIPADORES DE FLUIDO VISCOSO Metodología de diseño de amortiguadores

Se determinarán los objetivos de desempeño y objetivos de diseño de acuerdo

a la información presentada por el Comité VISION 2000 y el FEMA en Multi-

Hazard Loss Estimation Methodology.

Nivel de Desempeño

Totalmente

OperacionalFuncional

Resguardo

de la vida

Próximo al

Colapso

Mo

vim

ien

to S

ísm

ico

de D

iseñ

o

Sismo frecuente

(43 años)

Estructura

Básica

Sismo ocasional

(72 años)

Estructura

Esencial

Estructura

Básica

Sismo raro

(475 años)

Estructura

Crítica

Estructura

Esencial

Estructura

Básica

Sismo muy raro

(970 años)

Estructura

Crítica

Estructura

Crítica

Estructura

Esencial

Estructura

Básica

C1M: pórtico de concreto armado de mediana altura

(de 4 a 7 niveles).

Nivel de Desempeño Deriva

Totalmente

Operacional0.0033

Funcional 0.0033

Resguardo de Vida 0.0058

Próximo al Colapso 0.0156

Colapso 0.0400

Según el ASCE, se debe colocar como mínimo dos dispositivos

por dirección de análisis en cada piso y de tal forma que no se

genere torsión

UBICACIÓN DE LOS DISPOSITIVOS DE

DISIPACIÓN DE ENERGÍA

Disposición de disipadores en eje XX Disposición de disipadores en eje YY

AMORTIGUAMIENTO OBJETIVO

B =25%

DISEÑO DE AMORTIGUADORES

VISCOSOS

Amplitud de desplazamiento

Referencia: Genner Villarreal Castro y Ricardo

Oviedo Sarmiento

Referencia: Carlos Alberto Bermúdez Mejía

DISEÑO DE AMORTIGUADORES

VISCOSOS

Coeficiente de amortiguamiento y Rigidez

Exponente "α" Parámetro "λ"

0.25 3.7

0.50 3.5

0.75 3.3

1.00 3.1

1.25 3

1.50 2.9

Referencia: Roberto Aguinar Falconí

DISEÑO ESTRUCTURAL CON

AMORTIGUADORES VISCOSOS

PISO θ (rad) Wi (Tn) φr1 Wiφr12 cos1.5θ (rad) Cd (T.s/m) Kd(T/m)

1 0.5833 299.91 44.7 599249670 0.7625 280.3181 1401.5907

2 0.5105 288.25 76.68 1694842637 0.8150 262.2811 1311.4056

3 0.5105 288.25 102.84 3048521825 0.8150 262.2811 1311.4056

4 0.5105 288.25 121.59 4261484268 0.8150 262.2811 1311.4056

5 0.5105 200.92 132.59 3532278825 0.8150 262.2811 1311.4056

PISO θ (rad) Wi (Tn) φr1 Wiφr12 cos1.5θ (rad) Cd (T.s/m) Kd(T/m)

1 0.3913 299.911 44.7 599249670 0.8888 240.4989 1202.4947

2 0.3367 288.247 76.68 1694842637 0.9170 233.1051 1165.5255

3 0.3367 288.247 102.84 3048521825 0.9170 233.1051 1165.5255

4 0.3367 288.247 121.59 4261484268 0.9170 233.1051 1165.5255

5 0.3367 200.925 132.59 3532278825 0.9170 233.1051 1165.5255

DISEÑO ESTRUCTURAL DE BRAZO

METÁLICOEs común el uso de perfiles HSS o tipo PIPE, por lo que se iniciará el cálculo con un perfil metálico del tipo PIPE 10 STD.

D ext. (in) 10.80

D int. (in) 10

Espesor (in) 0.349

Área (in2) 13.60

BALANCE DE ENERGÍA

Para realizar el balance de energía se procede a evaluar la

participación de los amortiguadores en la disipación de energía

de entrada a través del grafico de energía que proporciona el

software SAP 2000 v 15.1.0. para cada registro sísmico.

CURVA DE HISTÉRESIS

Se puede identificar el comportamiento fuerza-desplazamiento

del amortiguador a partir del gráfico mostrado = tendencia semi-

eliptica.

La curva se encuentra algo inclinada pero mantiene la forma

predefinida de los dispositivos no lineales.

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

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

CAPÍTULO 5: ANÁLISIS SÍSMICO

COMPARATIVO

CAPÍTULO 5ANÁLISIS COMPARATIVO DE DISIPACIÓN DE ENERGÍA

Reforzamiento con disipadores viscosos

Reforzamiento tradicional con placas

Los disipadores absorben 85% de la

energía y la edificación se esfuerza

menos.

La estructura está obligada a disipar

el total de la energía, lo que genera

daños estructurales.

ANÁLISIS COMPARATIVO DE

DESPLAZAMIENTOS LATERALES

PisosEstructura

Aporticada

Estructura

con Placas

Estructura con

Disipador

1 30.65 7.28 16.24

2 51.71 15.83 27.03

3 68.41 25.89 35.00

4 79.95 36.43 40.16

5 86.64 46.77 42.66

Sismo X Sismo Y

0

20

40

60

80

100

1 2 3 4 5

De

spla

zam

ien

to (

mm

)

Pisos

Desplazamientos Laterales - Sismo X

PisosEstructura

Aporticada

Estructura

con Placas

Estructura con

Disipador

1 42.09 6.77 14.88

2 61.51 13.68 22.43

3 75.08 21.18 27.95

4 84.23 28.76 31.39

5 88.9 36.20 32.91

0

20

40

60

80

100

1 2 3 4 5

De

spla

zam

ien

to (

mm

)

Pisos

Desplazamientos Laterales - Sismo Y

ANÁLISIS COMPARATIVO

DE DERIVAS

PisosEstructura

Aporticada

Estructura

con Placas

Estructura con

Disipador

1 0.0093 0.0017 0.0038

2 0.0075 0.0031 0.0039

3 0.0060 0.0036 0.0028

4 0.0041 0.0038 0.0018

5 0.0024 0.0037 0.0009

Sismo X Sismo Y

PisosEstructura

Aporticada

Estructura

con Placas

Estructura con

Disipador

1 0.0128 0.0016 0.0035

2 0.0069 0.0025 0.0027

3 0.0048 0.0027 0.0020

4 0.0033 0.0027 0.0012

5 0.0017 0.0027 0.0005

ANÁLISIS COMPARATIVO DE FUERZAS

Sismo X Sismo Y

Pisos Aporticado Placas Disipador Aporticado Placas Disipador

1 35.11 36.65 17.35 53.75 54.65 19.49

2 27.97 31.14 11.22 34.83 35.13 12.30

3 18.96 23.77 6.19 20.67 23.53 6.83

4 10.34 15.63 2.68 9.99 14.65 2.92

5 3.72 7.15 0.78 3.03 6.21 0.75

Sismo X Sismo Y

Pisos Aporticado Placas Disipador Aporticado Placas Disipador

1 11.72 4.16 7.79 29.42 6.46 10.95

2 8.18 7.87 4.38 21.03 11.89 8.98

3 8.34 8.63 3.53 16.48 17.08 7.00

4 7.57 9.41 2.04 11.32 21.58 4.99

5 3.69 12.49 0.53 5.62 30.15 1.55

Fuerza Axial

Fuerza Cortante

ANÁLISIS COMPARATIVO DE DAÑOS

POST-SISMOD

isip

ad

ore

sP

lac

as

Edificación Tradicional vs. Edificio con Disipadores de Energía Terremoto de Chile (Concepción)

ANÁLISIS COMPARATIVO DE DAÑOS

POST-SISMO

•Mas efectivo.

•Inversión de 20%

•No requiere mantenimiento ni reemplazo.

•Elimina costos de reconstrucción.

•Menos efectivo.

• Inversión de 25% - 30%.

•Evaluación de niveles dedaño.

•Rehabilitación estructuralsupervisada.

•Mayor costo de mano deobra especializada.

•Mayor volúmenes deconcreto y acero.

•Técnica mas usadaencamisar el muro conmallas electrosoldadas.

Dis

ipa

do

res

Pla

ca

s

EDIFICIO REDUCTO

EDIFICACIONES CON AISLAMIENTO SISMICO EN

LA BASE

DR. GENNER VILLARREAL CASTROPROFESOR VISITANTE UMRPSFXCH-Bolivia

PROFESOR VISITANTE ONSOL-Ecuador

PROFESOR EXTRAORDINARIO UPAO

PROFESOR PRINCIPAL UPC, USMP

PREMIO NACIONAL ANR 2006, 2007, 2008

Amortiguamiento efectivo

(% del crítico)

Coeficiente

MB

≤2 0,8

5 1,0

10 1,2

20 1,5

30 1,7

40 1,9

≥50 2,0

G = 0,4 a 0,7MPa

INVESTIGACION TEORICO-

EXPERIMENTAL DE EDIFICIO

AISLADO CON AISLADOR DE GOMA

Y PLANCHAS METALICAS

AUTOR: DR. LE TJU TJI NGUYEN

CONSULTOR: DR. GENNER VILLARREAL CASTRO

RUSIA - 2010

ENSAYO EXPERIMENTAL

MODELO EN EL MEF

El hombre nunca sabe de lo que es capaz hasta que

lo intenta.

CHARLES DICKENS

GRACIAS

Dr. Genner Villarreal C

[email protected]

www.youtube.com/user/gennervc/feed

http://www.gennervillarrealcastro.blogspot.com/

http://www.youtube.com/user/gennervc/feed

Diseño Estructural Modulo v Parte II

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