Presentacion de diseño sismico

ANÁLISIS SÍSMICO DINÁMICO DE UN EDIFICIO

APORTICADODr. Genner Villarreal Castro

Integrantes:• Christian Valderrama• José Meza• Luis Hernandez• Rafael Escudero

Objetivos

La presentación tiene como objetivo hacer un análisis dinámico de un edificio aporticado, basándonos en nuestra Norma de Sismo Resistente E.030, comenzando en un sistema con base empotrado, donde comenzaremos a plantear escenarios reales, modelando la interación suelo- estructura a través del modelo de la Norma Rusa. Se procederá a realizar comparaciones de tipo estructural para observar una mejor funcionalidad.

Nos apoyaremos en el uso del software SAP2000, para poder obtener resultados( fuerzas internas) y hacer los respectivos controles de deriva.

DATOS PRELIMINARES Ubicación: Departamento de Tacna (ZONA

3)

Diafragma horizontal: Losa Aligerada

Uso: Colegio, planta típica “B”

Tipo de suelo: Suelo rígido2/210´ cmkgcf

2/4200 cmkgf y

L1: ESCUDERO = 8m L2: BOLOGNINI = 8m L3: RAFAEL = 6m

DISTRIBUCIÓN INICIAL DE LA PLANTA

NUEVA DISTRIBUCIÓN DE LA PLANTA DE LA EDIFICACIÓN

NUEVO PREDIMENSIONAMIENTO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES

CUADROS RESUMEN

DIMENSIONES

ELEMENTO Base(b)cm Altura(h) cm

LOSA AILGERADA 25

VIGAS 30 60

COLUMNAS 55 55

ZAPATAS B(cm) L(cm)Z-1 180 180Z-2 260 260Z-3 290 290

S/C vivienda = 250 kg/m2 Losa h = 0.25m s/c techo = 100 kg/m2

NUEVO METRADO DE CARGAS

CVCMPs %50

CM(Ton) CV(Ton) PESO P por sismo

PISO 4 320.055 54.189 374.244 347.150

PISO 3 320.055 135.473 455.528 387.791

PISO 2 320.055 135.473 455.528 387.791

PISO 1 338.205 135.473 473.678 405.941

P total 1758.977 1528.673

Excentridad accidental: Según Norma E030 (Diseño Sismo resistente)

CALCULO DE LA EXCENTRICIDAD

m

Cálculo de Peso de la Edificación por Sismo

Donde:P sismo = CM + 0.5 CV

ANÁLISIS SÍSMICO DINÁMICO (NORMA E030 – RNE)

CM(Ton) CV(Ton) PESO Psismo(Ton) H (altura)PISO 4 320.055 54.189 374.244 347.150 3.3PISO 3 320.055 135.473 455.528 387.791 3.3PISO 2 320.055 135.473 455.528 387.791 3.3PISO 1 338.205 135.473 473.678 405.941 3.3

P total 1758.977 1528.673

Cálculo de Masas Traslacionales (Mt)

Donde: P piso = Peso por piso considerando el sismo (CM+0.5CV) g = Gravedad (9.81 m/s2)


PISO Mt(Ton)

4 35.3873

3 39.5302

2 39.5302

1 41.3804

Cálculo de Masa Rotacional (Mr)

Donde: Lx = Longitud de la edificación en el eje xLy = Longitud de la edificación en el eje y


12

)( 22 LyLxMtMr

PISO Mr(Ton)

4 3276.8795

3 3660.5129

2 3660.5129

1 3831.8378

Factor de Escala

Z: zona sísmica del proyecto zona 3 Z=0.4zona 2 Z=0.3 zona 1 Z=0.15

U: uso de la edificación COLEGIO U=1.5

S: tipo de suelo Suelo rígido S=1Suelo intermedio S=1.2Suelo flexible S=1.4

R= 8 Sistema a porticado y geométricamente regular


Calculo del Factor de Escala

Reemplazando obtenemos el Factor de Escala:

Z = 0.4U = 1.5S = 1R = 8

F.E.= 0.73575


MODELACIÓN CON EL SOFTWARE SAP2000

Modelación con empotramiento en el suelo. Se usaron los elementos estructurales hallados en el predimensionamiento.

ANALISIS ESPECTRAL

MASA PARTICIPATIVA

Entonces, se debería trabajar con los 4 primeros modales

Desplazamiento y fuerza interna

COMBO SISMO

X+

COMBO SISMO

Y+

Xmax (mm) 75.31 -

Ymax (mm) - 78.09

Nmax(Ton) 12.37 11.96

Vmax(Ton) 9.93 9.05

Mmax(Ton.m) 24.18 23

Resultados

DESPLAZAMIENTOS (mm)

PISOCOMBO

SISMO X+COMBO SISMO Y+

4 75.31 78.093 66.38 68.62 50.46 51.821 28.6 29

BASE 0 0

MODOS Periodos

1 0.5876092 0.5674053 0.4592544 0.1825665 0.1766246 0.1430977 0.0985838 0.095575

Según la norma E030, para una edificación de concreto armado el valor máximo de deriva debe ser 0.007.

CONTROL DESPLAZAMIENTO LATERAL

PISO

COMBO

SISMO X+

Deriva SISMO

X+

COMBO

SISMO Y+

Deriva SISMO

Y+

4 75.31 0.0027 78.09 0.00293 66.38 0.0048 68.60 0.00512 50.46 0.0066 51.82 0.00691 28.6 0.0067 29.00 0.0067

BASE 0 0

TIEMPO HISTORIA

• Se calcula este análisis, tomando como referencia el sismo de Lima 1966.

ResultadosDesplazamiento y fuerza interna

SISMO X+

SISMO Y+

Xmax (mm) 39.52 -Ymax (mm) - 40.59Nmax(Ton) 38.64 37.70Vmax(Ton) 28.08 26.42

Mmax(Ton.m) 70.24 67.50

MODOS Periodos1 0.5876092 0.5674053 0.4592544 0.1825665 0.1766246 0.1430977 0.0985838 0.095575


PISO SISMO X+ SISMO Y+

4 39.52 40.59

3 34.52 35.32

2 25.85 26.18

1 14.43 14.32

BASE 0 0

Según la norma E030, para una edificación de concreto armado el valor máximo de deriva debe ser 0.007.

CONTROL DESPLAZAMIENTO LATERAL

PISO SISMO X+Deriva

SISMO X+SISMO Y+

Deriva SISMO Y+

439.52 0.0015 40.59 0.0016

334.52 0.0026 35.32 0.0028

225.85 0.0035 26.18 0.0036

114.43 0.0034 14.32 0.0033

BASE 0 0

INV 01: INCORPORACIÓN DE BALASTOINNOVACIONES

se tiene un valor del coeficiente de balasto de 8 a 10 kg/cm3, haciendo la conversión correspondiente, de 8 000 a 10 000 tn/m3. El grupo decidió trabajar con un coeficiente de 8000 tn/m3.

INNOVACIÓN 01: Análisis Espectral


SISMO X+

SISMO Y+


Mmax(Ton.m) 23.55 22.49

Resultados


PISOCOMBO

SISMO X+COMBO

SISMO Y+4 80.52 82.913 69.6 71.532 51.97 53.181 28.82 29.18

BASE 0 0

MODOS Periodos

1 0.609022 0.591113 0.4634154 0.1850445 0.1794566 0.1436237 0.098618 0.095606

PISO

COMBO

SISMO X+

Deriva SISMO

X+

COMBO

SISMO Y+

Deriva SISMO

Y+

4 80.52 0.0033 82.91 0.00343 69.6 0.0053 71.53 0.00562 51.97 0.0070 53.18 0.00731 28.82 0.0067 29.18 0.0068

BASE 0 0

CONTROL DE DERIVA

COMPARACION AE SIN BALASTO VS AE CON BALASTO

4 3 2 1

AE SIN BALASTO 78.09 68.6 51.82 29

AE CON BALASTO 82.91 71.53 53.18 29.18

0102030405060708090

Des

plaz

amie

ntos

(mm

)

Comparacion de Desplazamientos Eje Y

INNOVACIÓN 1: Tiempo Historia

ResultadosMODOS Periodos

1 0.609022 0.591113 0.4634154 0.1850445 0.1794566 0.1436237 0.098618 0.095606


SISMO X+

SISMO Y+


Mmax(Ton.m) 67.09 58.6


PISOCOMBO

SISMO X+

COMBO

SISMO Y+

4 44.54 45.593 39.35 39.472 26.56 27.151 14.32 14.52

BASE 0 0

CONTROL DE DERIVA

PISO

COMBO

SISMO X+

Deriva SISMO

X+

COMBO SISMO

Y+

Deriva SISMO

Y+

4 44.54 0.0016 45.59 0.00193 39.35 0.0039 39.47 0.00372 26.56 0.0037 27.15 0.00381 14.32 0.0033 14.52 0.0034

BASE 0 0

COMPARACION TH SIN BALASTO VS. TH CON BALASTO

4 3 2 1

TH SIN BALASTO 40.59 35.32 26.18 14.32

TH CON BALASTO 45.59 39.47 27.15 14.52

05

101520253035404550

Des

plaz

amie

ntos

(mm

)

Comparacion de Desplazamientos Eje Y

El objetivo de haber utilizado el coeficiente de Balasto fue aumentar los desplazamientos, y ese objetivo fue satisfactoriamente alcanzado. Al comparar el desplazamiento en el último piso en la combinación sismo Y + en el análisis espectral, se vio un aumento de 40.59 mm a 45.59 mm.

CONCLUSION

Inv 02: Modelo de ISE- NORMA RUSA

CARACTERISTICAS DEL SUELOTIPO DE SUELO: GRAVA ARENOSAEs= 50000ρs= 1.8μs= 0.35Ψs= 24b0= 1.5

MASAS DE LAS ZAPATAS

𝑀𝑡=2.4∗𝑏∗𝑙∗𝐻

𝑔) )

Mx= My= Mz= Mϕx= Mϕy= MΨz=

ZAPATA 1 0.40 0.40 0.40 0.12 0.12 0.21

ZAPATA 2 0.83 0.83 0.83 0.48 0.48 0.93

ZAPATA 3 1.03 1.03 1.03 0.74 0.74 1.44

Coeficiente de rigidez y coeficiente de compresión elástica por zapata

ZAPATA 1b=1.8l=1.8

h=0.5

A10= 10A0= 3.24

Cz= 206761.5692Cx= 144733.0984Cϕ= 413523.1383CΨ= 206761.5692

Kz= 669907.48Kx= 468935.24Kϕ= 361750.04KΨ= 361750.04

ZAPATA 2

b=2.6

l=2.6

h=0.5

A10= 10

A0= 6.76

Cz= 166219.5479Cx= 116353.6835Cϕ= 332439.0958

CΨ= 166219.5479

Kz= 1123644.14

Kx= 786550.90Kϕ= 1265972.40

KΨ= 1265972.40

ZAPATA 3

b=2.9

l=2.9

h=0.5

A10= 10

A0= 8.41

Cz= 156783.0429Cx= 109748.1301Cϕ= 313566.0859

CΨ= 156783.0429

Kz= 1318545.39

Kx= 922981.77Kϕ= 1848161.12

KΨ= 1848161.12

Coeficientes de rigidez (k)

Kz= Cz*A K = C *I Kx= Cx*A K = C

COEFICIENTE DE RIGIDEZ NORMA RUSA COEFICIENTE

DE RIGIDEZ NORMA RUSA COEFICIENTE DE RIGIDEZ NORMA RUSA

Kx= 468935.24 Kx= 786550.90 Kx= 922981.77

Ky= 468935.24 Ky= 786550.90 Ky= 922981.77

Kz= 669907.48 Kz= 1123644.14 Kz= 1318545.39

Kϕx= 361750.04 Kϕx= 1265972.40 Kϕx= 1848161.12

Kϕy= 361750.04 Kϕy= 1265972.40 Kϕy= 1848161.12

KΨz= 361750.04 KΨz= 1265972.40 KΨz= 1848161.12

Resultados de ISE-NORMA RUSA


COMBO SISMO X+

COMBO SISMO Y+

Xmax (mm) -Ymax (mm) - 78.28Nmax(Ton) 11.88Vmax(Ton) 9.04

Mmax(Ton.m) 22.91

PISO COMBO SISMO Y+ Deriva SISMO Y+

4 78.28 0.00293 68.80 0.00512 52.07 0.00691 29.29 0.0068

BASE 0

CONTROL DE DERIVA

Tiempo Historia- Norma rusaACELEROGRAMA: SISMO LIMA 66

Resultados de TH ISE-NORMA RUSA

CONTROL DE DERIVA


SISMO X+ SISMO Y+

Xmax (mm) -Ymax (mm) - 40.44Nmax(Ton) 37.50Vmax(Ton) 26.35

Mmax(Ton.m) 67.14

PISO SISMO Y+ Deriva SISMO Y+

4 40.44 0.00163 35.22 0.00272 26.15 0.00361 14.38 0.0033

BASE 0

COMPARATIVO: ISE & EmpotradoPeriodos

MODOS Periodos

1 0.5876092 0.5674053 0.4592544 0.1825665 0.1766246 0.1430977 0.0985838 0.095575

MODOS Periodos

1 0.5876092 0.5674053 0.4592544 0.1825665 0.1766246 0.1430977 0.0985838 0.095575

EMPOTRADOS ISE

COMPARATIVO AE: ISE & Empotradoderivas


PISOCOMBO SISMO

X+

COMBO SISMO

Y+4 75.31 78.093 66.38 68.62 50.46 51.821 28.6 29

BASE 0 0

EMPOTRADOS ISE


PISOCOMBO SISMO

X+

COMBO SISMO

Y+4 78.283 68.82 52.071 29.29

BASE 0

Comparativo de derivas:

Cumplen las derivas para ambos casos Los desplazamientos tienen la

siguiente relación:

Resultados del comparativo

Inv. 03: Incorporación de Disipadores

Sistema estructural: A porticado Diafragma Horizontal:Losa aligeradaAcelerograma:LIMA 1974Disipadores de energía: Tipo viscoelástico (diagonal)

DISIPADOR DE ENERGIA- DISEÑO

SISMO X+: DISP . EXTERNOS VS. DISP. INTERNOS

DISIPADOR DE ENERGIA- DISEÑO

SISMO Y+: DISP . EXTERNOS VS. DISP. INTERNOS

DISIPADOR DE ENERGIA- DISEÑOCoeficiente de Rigidez

RIGIDEZ DEL DISIPADOR VISCOELASTICO

Kd= 2949.63Ton/mKe= 4776.60226β= 0.18η= 1.39αd= 0.566

DISIPADOR DE ENERGIA- DISEÑOÁrea del disipador viscoelastico

AREA DEL DISIPADOR VISCOELASTICO

A= 0.37m2Kd= 2949.63h= 0.0157G'(ω)= 126.54

DISIPADOR DE ENERGIA- DISEÑOCoeficiente de amortiguamiento

COEFICIENTE DE AMORTIGUAMIENTO

Cd= 383.13T.s/mA= 0.37G''(ω)= 175.75T1= 0.58761h= 0.0157

RESULTADOS: Dirección YCarga axial soportada por disipador

RESULTADOS: Dirección XCarga axial soportada por disipador

RESULTADOS: Dirección YDeformación del disipador

RESULTADOS: Dirección XDeformación del disipador

COMPARACION DE DESPLAZAMIENTOS Y FUERZAS INTERNAS (DIRECCION X)

SIN DISIPADOR CON DISPADOR


SISMO X+ SISMO X+

Xmax (mm) 39.52 27.87Ymax (mm) - Nmax(Ton) 38.64 26.95Vmax(Ton) 28.08 19.92

Mmax(Ton.m) 70.24 49.76

COMPARACION DE DESPLAZAMIENTOS Y FUERZAS INTERNAS (DIRECCION Y)

SIN DISIPADOR CON DISPADOR


SISMO X+ SISMO Y+

Xmax (mm) -Ymax (mm) 40.59 30.69Nmax(Ton) 38.64 26.95Vmax(Ton) 28.08 18.91

Mmax(Ton.m)70.24 48.16

RESULTADOS: Dirección YDISTRIBUCION DE ENERGIAS

DIRECCIÓN YINPUT ENERGY

LINK DAMPER ENERGY

% ABSORBIDO

DISP EXTER 40.52 17.87 44.10%

RESULTADOS: Dirección XDISTRIBUCION DE ENERGIAS

DIRECCIÓN X INPUT ENERGY

LINK DAMPER ENERGY

% ABSORBIDO

DISP EXTER 56.28 26.38 46.87%

OPTIMIZACION DE DISIPADORES

RESULTADOS: Dirección YDISTRIBUCION DE ENERGIAS


LINK DAMPER ENERGY

% ABSORBIDO

DISP INTER 40.52 12.07 29.79%

RESULTADOS: Dirección XDISTRIBUCION DE ENERGIAS


LINK DAMPER ENERGY

% ABSORBIDO

DISP INTER 56.28 16.55 29.41%

COMPARACION DE LA DISTRIBUCION DE DISIPADORES


LINK DAMPER ENERGY

% ABSORBIDO

DISP EXTER 40.52 17.87 44.10%DISP INTER 40.52 12.07 29.79%


LINK DAMPER ENERGY

% ABSORBIDO

DISP EXTER 56.28 26.38 46.87%

DISP INTER 56.28 16.55 29.41%

GRACIAS

Presentacion de diseño sismico

Engineering

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