UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO

FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

TESIS PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL

DE INGENIERO CIVIL

EVALUACION DEL PROYECTO ESTRUCTURAL Y OPTIMIZACION DEL

DISEO CON DISIPADORES DE ENERGIA VISCOSOS TAYLOR PARA UNA

EDIFICACION ESENCIAL DE 6 PISOS

rea de investigacin: Ingeniera Estructural

AUTOR : BR. DIAZ LA ROSA SANCHEZ, MARCO ANTONIO

ASESOR : Ph.D. VILLARREAL CASTRO, GENNER

TRUJILLO, AGOSTO DEL 2014

Gua para la revisin del archivo digital

El archivo digital de la tesis EVALUACION DEL PROYECTO ESTRUCTURAL Y

OPTIMIZACION DEL DISEO CON DISIPADORES DE ENERGIA VISCOSOS

TAYLOR PARA UNA EDIFICACION ESENCIAL DE 6 PISOS est compuesto

de las siguientes carpetas (Se emplean los colores rojo, azul y verde para su

mejor interpretacin)

DISIPADORES VISCOSOS TAYLOR MARCO DIAZ

1) EVALUACION DEL PROYECTO (CAPITULO III)

1) MODELAMIENTO GEOMETRICO DEL EDIFICIO

2) ANALISIS ESTATICO DEL EDIFICIO

3) ANALISIS DINAMICO DEL EDIFICIO

2) REESTRUCTURACION DEL MODELO (CAPITULO IV)

1) ANALISIS ESTATICO EDIF.REESTRUCTURADO

2) ANALISIS DINAMICO ESPECTRAL BASE

3) ANALISIS DINAMICO AMPLIFICADO

3) OPTIMIZACION DEL DISEO CON DISIPADORES (CAPITULO V)

1) REGISTROS PARA TESIS

2) CASOS DE ANALISIS (COMPARACION ESPECTRAL VS TH)

3) SISMO DE DISEO - MOQUEGUA (CASO 2)

4) EDIFICIO CON DISIPADORES DE ENERGIA VISCOSOS TAYLOR

CALCULO DE LAS PROPIEDADES DEL DISIPADOR---------- EXCEL

4) TESIS, PAPER Y DIAPOSITIVAS

RESUMEN

En el presente trabajo de investigacin se desarroll la evaluacin y optimizacin del

diseo estructural de una edificacin esencial de 6 pisos ubicada en la ciudad de

Chiclayo. El edificio en estudio demostr presentar irregularidad torsional en el eje Y-Y y

superar el valor mximo fijado por la norma peruana de diseo sismorresistente para el

control de derivas (7 ). Se procedi a optimizar el diseo, reestructurando (para corregir

la torsin) e implementando disipadores de energa viscosos para lograr un mejor

desempeo en la estructura. Las consideraciones para el anlisis no lineal tiempo historia,

la determinacin del sismo de diseo y el clculo de las propiedades de los disipadores

viscosos se obtuvieron de las normas ASCE 7-10(Capitulo 18), Fema 273,274 y del

reglamento nacional de edificaciones en su seccin de diseo sismorresistente (E.030).

Los resultados obtenidos indican que con el empleo de estos dispositivos se logr reducir

los desplazamientos en los centros de masa, las derivas de entrepiso, las fuerzas axiales,

cortantes y momentos flectores en los elementos estructurales as como las velocidades y

aceleraciones en cada uno de los niveles.

I. DESARROLLO DE LA INVESTIGACIN

El procedimiento empleado en este trabajo se muestra en el siguiente flujo

grama.

FIGURA 1. FLUJOGRAMA PARA EL DESARROLLO DEL TRABAJO DE INVESTIGACION

Proyecto Estructural

(Edificio Esencial)

Evaluacin del

comportamiento

estructural

Re-estructuracin

del modelo

Reforzamiento

con disipadores

de energa

viscosos.

Se evalu el diseo estructural

de la edificacin a travs de un

anlisis dinmico espectral,

con el fin de determinar si

satisfaca los parmetros

establecidos por la norma

peruana de diseo

sismorresistente.

La estructura demostr tener

irregularidad torsional en el eje

Y-Y; as mismo, las derivas

mximas obtenidas en el eje X-

X e Y-Y fueron de 4.06 y de

13.43 respectivamente.

Se plante una propuesta al

diseo estructural inicial, de tal

manera que la estructura

resultante no presentara

ningn tipo de irregularidad,

adicionalmente se busc

incrementar la rigidez de la

misma.

Se realizaron cambios en las

dimensiones de los muros de

corte, se increment el espesor

de los mismos y el fc del

concreto de 210 a 280

Kg/cm2.Bajo estas condiciones

las derivas obtenidas en los eje

X-X e Y-Y fueron de 3.56 y

7.33 en ese orden.

Se analiz nuevamente la

estructura esta vez con un

anlisis no lineal tiempo

historia, se determin el sismo

de diseo y las propiedades de

los disipadores viscosos. El

diseo resultante contempla el

empleo de 27 disipadores

viscosos.

Debido a que la deriva mxima

admisible para estructuras de

concreto armado es de 7

(E.030) se decidi reforzar el

eje Y-Y con disipadores fluido

viscosos.

1) EVALUACION DEL PROYECTO (CAPITULO III)

1) MODELAMIENTO GEOMETRICO DEL EDIFICIO

Antes de realizar cualquier modificacin o reforzamiento en el edifico se hizo una

evaluacin previa con el fin de verificar el estado en el cual se encontraba (el

diseo estructural) es as que se realiz el modelamiento y anlisis de este con la

ayuda del Software Etabs V.9.7.4

*) Para la revisin del archivo se recomienda tener esta misma versin del

programa Etabs ya que si se emplea otra algunos datos pueden perderse o

pueden no ser ledos al momento de abrirlos.

2) ANALISIS ESTATICO DEL EDIFICIO

1) ANALISIS ESTATICO BASE (ASUMIENDO ESTR. REGULAR)

Como inicialmente se desconoce si la estructura es dual o de muros estructurales

o si presenta o no irregularidades, se inicia el anlisis esttico asumiendo que su

sistema estructural es de muros estructurales(R=6) y que no presenta

irregularidades (el valor de R no se reduce al valor de *R)

2) ANAL.ESTA.AMPLIFICADO (POR IRREGULARIDAD TORCIONAL)

Al evaluar el modelo se observ que el sistema estructural era efectivamente de

muros estructurales, adems se observ que este presentaba irregularidad

torsional por lo que el valor del coeficiente de reduccin ssmica R para el eje Y

(eje donde se da la irregularidad) se reduce a *6 = 4.5, con estas nuevas

condiciones se realiza nuevamente el anlisis esttico.

3) ANALISIS DINAMICO DEL EDIFICIO

1) ANALISIS DINAMICO BASE

Se modela la estructura empleando la plataforma espectral para un suelo S3

(Chiclayo), adems se emplean 18 modos para el anlisis (3 modos por piso), se

hace la verificacin de la masa participativa y de la fuerza cortante mnima en la

base.

2) ANALISIS DINAMICO AMPLIFICADO (90% CORTANTE ESTATICA)

La cortante dinmica debera de haber sido mayor al 90% de la cortante esttica

(estructura irregular), como no se cumpli esta condicin se amplificaron los

factores de escala empleados y se analiz nuevamente la estructura.

ESPECTRO SUELO S3 R.N.E

En esta carpeta se deja adjunto el archivo en formato tipo texto de la plataforma

espectral empleada, cada vez que se habr un archivo del programa Etabs

referente al anlisis dinmico espectral se debe cargar nuevamente la plataforma

de espectro .

Observacin:

De manera adjunta en los anexos se muestra como cargar este archivo.

Este paso se realiza solo una vez, sin embargo cada vez que movamos el archivo

de ubicacin o que lo queramos abrir en otra PC tendremos que cargarlo de nuevo

2) REESTRUCTURACION DEL MODELO (CAPITULO IV)

Se efectuaron algunos cambios en el modelo estructural para eliminar la

irregularidad torsional que mostraba el edificio. El procedimiento que se emple

para el anlisis de la estructura es el mismo descrito en la pgina anterior.

1) ANALISIS ESTATICO EDIF.REESTRUCTURADO

2) ANALISIS DINAMICO ESPECTRAL BASE

3) ANALISIS DINAMICO AMPLIFICADO

3) OPTIMIZACION DEL DISEO CON DISIPADORES (CAPITULO V)

1) REGISTROS PARA TESIS

Para la poder calcular las propiedades de los disipadores a emplear, se debe

analizar nuevamente la estructura, esta vez con las recomendaciones del ASCE 7-

10 (Capitulo 18)

Se debe realizar un anlisis tiempo historia con acelero gramas que reflejen las

condiciones de suelo (S3) y que deben ser escalados al espectro de diseo (el

cual es el mismo que se calcula con en R.N.E pero considerando en valor de R=1)

1) ACELEROGRAMAS ORIGINALES (REDACIS)

Los acelerogramas se extrajeron de la red acelerogrfica del CISMID (Solo para

Per)

Pgina web ----- http://www.cismid-uni.org/redacis/

2) ENTRADA AL SISMOMATCH

Los acelegromas se deben escalar con la ayuda de un software especializado

para tal funcin, en este caso se emple el Seismomatch (Software recomendado

por Taylor para el diseo de estos dispositivos)

Pgina de descarga del software:

http://www.seismosoft.com/en/SeismoMatch.aspx

Observacin:

El Seismomatch nos permite escalar los registros ssmicos en cada una de sus

componentes pero no podemos exportarlos ni emplearlos a menos que tengamos

una licencia de uso, esta es gratuita, solo se requiere tener un correo acadmico

con terminacin edu. (ejemplo@upao.edu.pe)

3) SALIDA DEL SISMOMATCH

En esta carpeta se encuentran los acelerogramas ya escalados en sus dos

componentes E-W y N-S

Observacin:

Cada vez que se habr un archivo Etabs donde se haya realizado un anlisis

tiempo historia se deben cargar nuevamente estos archivos tipo texto

Este paso se realiza solo una vez, sin embargo cada vez que movamos el archivo

de ubicacin o que lo queramos abrir en otra PC tendremos que cargarlo de nuevo

4) PLATAFORMA SUELO FLEXIBLE (CON R=1)

En esta carpeta se encuentra la plataforma del espectro de diseo con R=1,

necesario para poder escalar los registros ssmicos

2) CASOS DE ANALISIS (COMPARACION ESPECTRAL VS TH)

Para determinar cul ser nuestro sismo de diseo debemos realizar una

comparacin entre el anlisis dinmico espectral (con R=1) con el anlisis

dinmico tiempo historia

Se comparan las derivas de entrepiso y se selecciona como sismo de diseo

aquel que se ajusta ms a las derivas obtenidas con el anlisis dinmico

espectral(R=1)

3) SISMO DE DISEO - MOQUEGUA (CASO 2)

Luego de realizar esta comparacin se determin que el sismo que se ajustaba

ms al comportamiento esperado (anlisis dinmico espectral R=1) era el de

Moquegua caso 2

4) EDIFICIO CON DISIPADORES DE ENERGIA VISCOSOS TAYLOR

Cuando determinamos nuestro sismo de diseo podemos calcular las propiedades

de nuestros disipadores de energa, se debe realizar una serie de pruebas para

encontrar la mejor alternativa

1) PRIMERA PRUEBA (DOBLE DIAGONAL TODOS LOS NIVELES)

2) SEGUNDA PRUEBA (DIAGONAL SIMPLE EN 1ER NIVEL)

3) DISEO EN ACERO - SISMO MAXIMO ESPERADO

CALCULO DE LAS PROPIEDADES DEL DISIPADOR---------- EXCEL

El clculo de las propiedades del disipador se hace con el sismo de diseo, de

este se extraen los desplazamientos modales, la amplitud, etc.

Anexos

1.-Como verificar los desplazamientos que se muestran en la tesis

2.-Como cargar los archivos tipo texto para en anlisis dinmico espectral

3.-Como cargar los archivos tipo texto para en anlisis dinmico tiempo historia

1.-Como verificar los desplazamientos que se muestran en la tesis

De manera de ejemplo a continuacin se mostrara el procedimiento para ver los

desplazamientos en los centros de masa en lo referente al anlisis esttico

asumiendo R regular en la evaluacin del edificio(Evaluacin del edificio Capitulo

III Pagina 56/Tablas12 y 13)

1paso: apertura el software (Etabs V.9.7.4)

2paso: opcin abrir -> y nos dirigimos a la siguiente ruta:

DISIPADORES VISCOSOS TAYLOR MARCO DIAZ\1) EVALUACION DEL

PROYECTO (CAPITULO III)\2) ANALISIS ESTATICO DEL EDIFICIO\1) ANALISIS

ESTATICO BASE (ASUMIENDO ESTR. REGULAR)

Y seleccionamos el archivo tipo EDB. Que contiene esta carpeta

3Paso:Luego nos dirigimos a la opcin Display/Show Tables (Nota:Verificar

que el modelo este corrido)

4Paso:Le pedimos al programa que nos muestre los desplazamientos en los

centros de masa tal como se muestra en la siguiente imagen.

5Paso: Los desplazamientos elsticos se deben amplificar para hacerlos

inelsticos, esto se hace con la ayuda de combinaciones de carga.

En el modelo se crearon 6 combinaciones COMBSISMOX ,XNEG,XPOS Y

COMBSISMOY,YNEG,YPOS(Es decir sin considerar excentricidad,considerando

excentricidad positiva, considerando excentricidad negativa en cada eje)

Los desplazamientos mas altos se dieron considerando la excentricidad negativa

en cada eje es decir XNEG y YNEG

Para poder visualizar los desplazamientos en los CM realizar seleccionar la

siguiente combinacion:

1

2

6Paso: Finalmente hacemos Click en OK

Surgir la siguiente ventana, en ella se pueden ver los desplazamientos en los

centros de masa en la direccin X.

PISO Desplazamiento Altura de piso Distorsin de Control

en centro de masas(mm) (mm) entrepiso D/h () R.N.E 0.30 ()

6 68.1 3150 4.15 7.0

5 55 3150 4.28 7.0

4 41.5 3150 4.28 7.0

3 28 3150 3.96 7.0

2 15.5 3150 3.17 7.0

1 5.5 3400 1.61 7.0

Tabla N 12.Control de derivas en la direccin X - X (Pgina 56)

Para la direccin Y seleccionar YNEG (5paso),con ello se obtendr la siguiente tabla

PISO Desplazamiento Altura de piso Distorsin de Control

en centro de masas(mm) (mm) entrepiso D/h () R.N.E 0.30 ()

6 140.7 3150 2.79 7.0

5 131.9 3150 9.05 7.0

4 103.4 3150 9.17 7.0

3 74.5 3150 9.94 7.0

2 43.2 3150 8.76 7.0

1 15.6 3400 4.59 7.0

Tabla N 13.Control de derivas en la direccin Y Y (Pagina56)

2.-Como cargar los archivos tipo texto para en anlisis dinmico espectral

De manera de ejemplo emplearemos el archivo referente al anlisis dinmico

espectral (Evaluacin de la estructura-Capitulo III-Pagina 60)

1Paso: Iniciamos cargando en siguiente archivo en el software

DISIPADORES VISCOSOS TAYLOR MARCO DIAZ\1)EVALUACION DEL

PROYECTO(CAPITULO III)\3)ANALISIS DINAMICO DEL EDIFICIO\2)ANALISIS

DINAMICO AMPLIFICADO(90% CORTANTE ESTATICA)

Abrimos el archivo EDB que contiene esa carpeta

2Paso: Al momento de querer correr el modelo surgir la siguiente ventana

En ella nos dice que la plataforma de espectro no puede ser leda, por lo que

tenemos que cargar este archivo nuevamente

3Paso: Nos dirigimos a la opcin Define/Response Spectrum Functions

(Nota: Previamente verificar que el modelo no este corrido en la opcin

Lock/Unlock Model)

3Paso: Nos aparecer la siguiente ventana; en ella seleccionar la opcin

Modify/show Spectrum

4Paso: En la ventana que emerge tendremos que seleccionar el archivo que

queremos cargar, en este caso la plataforma espectral de suelo S3 en formato tipo

texto

La plataforma espectral se encuentra en la siguiente ruta:

DISIPADORES VISCOSOS TAYLOR MARCO DIAZ\1)EVALUACION DEL

PROYECTO(CAPITULO III)\3)ANALISIS DINAMICO DEL EDIFICIO\ESPECTRO

SUELO S3 R.N.E

No olvidar seleccionar el tipo de archivo que se quiere cargar (Text files (*.txt))

5Paso: Una vez el archivo este cargado, le pedimos al software que nos muestre

la curva de: C (factor de amplificacin ssmica del suelo) vs T (periodo)

2

1

Podemos verificar los valores con la curva que se muestra en la pgina 60 de la

tesis

Fig. 69 C (factor de amplificacin ssmica del suelo) vs T (periodo)

6Paso: Una vez hayamos culminado con esto corremos nuevamente el modelo y

podremos verificar los desplazamientos en los CM, la masa participativa, fuerzas

en muros y columnas, etc.

0.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.42.6

0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 2 2.25 2.5 2.75 3 3.25 3.5 3.75 4

Factor de amplificacin

ssmica del suelo (C)

Perodo,T (s)

3.-Como cargar los archivos tipo texto para en anlisis dinmico tiempo historia

El procediendo es relativamente igual a lo expuesto en el anexo 2

Como cada modelo que contiene un anlisis tiempo historia ha sido realizado

considerando las dos direcciones de un registro ssmico (E-W y N-S), se deben

subir estos dos registros tipo texto.

De manera de ejemplo se expondr como subir las componentes E-W y N-S en el

archivo Etabs que contiene el diseo final de los disipadores de energa.

1Paso: Cargar el siguiente archivo

DISIPADORES VISCOSOS TAYLOR MARCO DIAZ\3)OPTIMIZACION DEL

DISEO CON DISIPADORES(CAPITULO V)\4)EDIFICIO CON DISIPADORES

DE ENERGIA VISCOSOS TAYLOR\2) SEGUNDA PRUEBA(DIAGONAL SIMPLE

EN 1ER NIVEL)

2Paso: Verificar que el modelo no este corrido (opcin Lock/Unlock model)

3Paso: Entrar a la opcin Define/Time History Functions

4Paso: Seleccionar la funcin EOMOQUEGUA2001 y despus hacer click en

Modify/Show Function

5Paso: Seleccionar la opcin Browse

El archivo se encuentra en la siguiente ruta:

DISIPADORES VISCOSOS TAYLOR MARCO DIAZ\3)OPTIMIZACION DEL

DISEO CON DISIPADORES(CAPITULO V)\1)REGISTROS PARA

TESIS\3)SALIDA DEL SISMOMATCH\4) MOQUEGUA OCOA 2001

6Paso: Finalmente seleccionar la opcin Display Graph y hacer click en OK

7Paso: Ahora debemos cargar el archivo de la componente NS

Repita los pasos 4 ,5,6

El archivo est ubicado en la misma ruta que la componente E-W

8Paso: Ya para terminar corra el programa y podr verificar los desplazamientos

en los CM de cada nivel, las fuerzas en los elementos Link(Disipadores),las curvas

Histerticas,etc.