MANUAL-ANÁLISIS DINÁMICO ESTRUCTURAL Evaluación Sismorresistente S ismorresistente
1. Generalidades
Descripción de la edificación: La estructura a evaluar, consta de 5 niveles,
presenta un sistema estructural conformado por pórticos de concreto armado y muros estructurales, las losas de entrepiso son losas aligeradas de 0.25m de espesor. Figura 1-1.
Normatividad: Se considera en la realización de la evaluación estructural
las siguientes normas de diseño: Reglamento Nacional de Edificaciones:
Capítulo E.020 (Norma de Cargas)
Capítulo E.030-2016 (Norma de Diseño Sismorresistente) Sismorresistent e)
Capítulo E.060 (Norma de Concreto Armado)
Figura 1-1.Configuración de la estructura.
MODELACIÓN Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL - Ing.Walter Rosario Hereia
2
1. Generalidades
Descripción de la edificación: La estructura a evaluar, consta de 5 niveles,
presenta un sistema estructural conformado por pórticos de concreto armado y muros estructurales, las losas de entrepiso son losas aligeradas de 0.25m de espesor. Figura 1-1.
Normatividad: Se considera en la realización de la evaluación estructural
las siguientes normas de diseño: Reglamento Nacional de Edificaciones:
Capítulo E.020 (Norma de Cargas)
Capítulo E.030-2016 (Norma de Diseño Sismorresistente) Sismorresistent e)
Capítulo E.060 (Norma de Concreto Armado)
Figura 1-1.Configuración de la estructura.
MODELACIÓN Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL - Ing.Walter Rosario Hereia
2
2. Procedimiento de Evaluación Análisis dinámico: A nivel general, se verificó el comportamiento dinámico de la estructura frente a cargas sísmicas mediante un análisis dinámico modal espectral indicado en la Norma correspondiente, con ese propósito se construyó un modelo matemático para el análisis respectivo. Para la elaboración de este modelo se ha usado el programa de computo ETABS.
Análisis de desplazamientos: Se verificó los desplazamientos (deriva) obtenidos con el programa ETABS con los valores permisibles de la Norma correspondiente.
3. Criterio de la Evaluación Estructural Al tratarse de una edificación con aporte de concreto se realizará el análisis sísmico de la estructura bajo los parámetros de la Norma E.060 (Concreto Armado) y se verificarán que las distorsiones no superen los valores de 0.007 en los ejes X-X,Y-Y (Concreto Armado) ,que son las derivas máximas máxim as permitidas por la Norma.
4. Características de los Materiales
Concreto Armado:
-
Resistencia del concreto
-
Módulo de Elasticidad del concreto E = 217,370.65 Kg/cm 2 (15000 f’c^1/2)
Acero de Refuerzo:
-
Resistencia a la fluencia del acero grado 60, fy = 4200 Kg/cm 2
f’c = 210 Kg/cm 2.
Se define los materiales en Etabs, siguiendo la ruta ru ta : Define/Material Properties. Figura 4-1.
MODELACIÓN Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL - Ing.Walter Rosario Hereia
3
Figura 4-1.Creación del Material. Se establece las propiedades del concreto, seleccionando 4000psi e ingresando sus valores del concreto Fc=210 kg/cm 2 ,definido anteriormente. Figura 4-2.
Figura 4-2.Propiedades del Concreto.
MODELACIÓN Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL - Ing.Walter Rosario Hereia
4
Se definen las propiedades mecánicas del acero,ASTM A615 Grado 60. Figura 4-3, Figura 4-4 .
Figura 4-3.Propiedades del Acero.
Figura 4-4.Capacidad a la fluencia y última del Acero.
MODELACIÓN Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL - Ing.Walter Rosario Hereia
5
5. Elementos Estructurales Dimensiones y armadura de las columnas. Figura 5-1.
Figura 5-1.Dimensiones y armado de columnas.
VIGAS: VP-30x60 cm
MUROS ESTRUCTURALES: M-01 : e= 25 cm
LOSA ALIGERADA: Alig 1 dir : e= 25cm
MODELACIÓN Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL - Ing.Walter Rosario Hereia
6
Ingresamos en Etabs los elementos tipo frame, que son las columnas y vigas, siguiendo la ruta: Define/Section Properties/Frame Sections. Figura 5-2. Seguidamente seleccionamos concreto rectangular Figura 5-3.
Figura 5-2.Ruta para definir las secciones de vigas y columnas.
Figura 5-3. Sección rectangular de concreto.
MODELACIÓN Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL - Ing.Walter Rosario Hereia
7
Ingresamos las dimensiones, el tipo de sección y tipo de material a usar en las columnas. Figura 5-4.
Figura 5-4. Dimensiones y material en columna.
Ingresamos el tipo de material de refuerzo y cantidad tanto para refuerzo longitudinal como transversal ( Fy= 4200 Kg/cm2 ) , seleccionamos que realice un diseño biaxial,el cual verifique los momentos(M2,M3) en las 2 direcciones perpendiculares con relación a su sección transversal. Figura 5-5.
MODELACIÓN Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL - Ing.Walter Rosario Hereia
8
Figura 5-5. Tipo de refuerzo y cantidad en las columnas.
MODELACIÓN Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL - Ing.Walter Rosario Hereia
9
Asignamos las dimensiones de las vigas, tipo de material y tipo de sección. Figura 5-6.
Figura 5-6. Dimensiones y tipo de material en vigas.
MODELACIÓN Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL - Ing.Walter Rosario Hereia
10
Seleccionamos que realice un diseño uniaxial, verificando los momentos(M3), el cual es perpendicular al eje transversal de la viga. Figura 5-7.
Figura 5-7. Definición de Viga.
Para crear el muro de concreto armado seguimos la ruta Define/Section Properties/Wall Sections.Figura 5-8.
Figura 5-8. Definición de Muro.
MODELACIÓN Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL - Ing.Walter Rosario Hereia
11
Asignamos el espesor,tipo de material y el tipo de modelado “Shell-Thin” . Figura 5-9.
Figura 5-9. Asignamos parámetros del Muro.
Definimos las losa aligerada en una dirección de H=25cm ,siguiendo la ruta :
Figura 5-10. Asignamos parámetros de la Losa.
MODELACIÓN Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL - Ing.Walter Rosario Hereia
12
6. Modelamiento Estructural Teniendo definido los materiales y los elementos estructurales realizamos el modelado de la edificación, en donde utilizaremos las herramientas de dibujo.Figura 6-1.
Figura 6-1.Herramientas de dibujo.
Dibujamos las columnas según los ejes definidos en la Figura1-1,en el cual para lograr que las columnas se dibujen en todos los pisos debemos seleccionar “Similar Stories”Figura 6-2.
MODELACIÓN Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL - Ing.Walter Rosario Hereia
13
Figura 6-2.Dibujo-vista en planta y 3D de columnas.
Asignación de placas de corte e=25cm en el modelo estructural. Fig 6-3.
Figura 6-3.Dibujo de Placas.
MODELACIÓN Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL - Ing.Walter Rosario Hereia
14
Asignación de vigas peraltadas VP-30x60cm.Figura 6-4.
Figura 6-4.Dibujo de Vigas.
Asignación de losa aligerada unidireccional. Figura 6-5.
Figura 6-5.Dibujo de Losa Aligerada.
MODELACIÓN Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL - Ing.Walter Rosario Hereia
15
Asignamos a los puntos de la base de la edificación como empotrados,siguiendo la ruta: Assign/Joint/Restraints y seleccionamos el tipo de apoyo empotrado.Figura 6-6.
Figura 6-6.Asignación de empotramiento en la Base.
7. Asignación de Patrones de Carga Creamos los patrones de carga que influirán en el comportamiento sísmico de la edificación, para lo cual seguimos la ruta: Define/Load Patterns. Figura 7-1.
MODELACIÓN Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL - Ing.Walter Rosario Hereia
16
Figura 7-1.Asignación de Patrones de Carga.
Cargas por peso propio : El metrado de cargas de todos los elementos
estructurales la realiza el programa el cual es tipo de carga “Dead” .
Carga Muerta: Son cargas provenientes del peso de los materiales,
dispositivos de servicio, equipos, tabiques, y otros elementos que forman parte de la edificación y que son consideradas permanentes.
Cargas vivas : Cargas que provienen de los pesos no permanentes en la
estructura, que incluyen a los ocupantes, materiales, equipos muebles y otros elementos móviles estimados en la estructura.
Cargas producidas por sismo (EQ): son las cargas que representan un
evento sísmico y están reglamentadas por la Norma E.030 (Diseño Sismorresistente).
MODELACIÓN Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL - Ing.Walter Rosario Hereia
17
Resumen de Cargas:
Peso propio elementos de concreto armado
= 2400 Kg/m 3
Peso propio de losa aligerada (h=25cm)
= 350 Kg/m 2
Peso propio piso terminado
= 100 Kg/m 2
Peso de tabiquería
= 150 Kg/m 2
Peso de ladrillo-losa aligerada
= 180 Kg/m 2
Cargas Vivas (L): Sobrecarga de piso típico (Oficinas-Salas de computación) = 300 Kg/m 2 Corredores y escaleras
= 400 Kg/m 2
Sobrecarga de azotea
= 100 Kg/m 2
Cargas de Sismo (EQ): Según Norma E.030-2016 (Diseño Sismorresistente) Sa = (ZUCS.g) /R
8. CATEGORIA, SISTEMA ESTRUCTURAL Y REGULARIDAD DE LAS EDIFICACIONES 8.1 Categoría de las Edificaciones y Factor de Uso Cada estructura debe ser clasificada de acuerdo con las categorías indicadas en la Tabla N° 5 en la cual se establece el factor “U”.Para este caso la edificación en estudio es de oficinas ,la cual tiene una categoría de Edificación común, con un factor U = 1.0 .
MODELACIÓN Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL - Ing.Walter Rosario Hereia
18
MODELACIÓN Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL - Ing.Walter Rosario Hereia
19
8.2 Sistemas Estructurales y Coeficiente Básico de Reducción de las Fuerzas Sísmicas (R0) La estructura en análisis corresponde a un sistema estructural basada en Pórticos de Concreto Armado ,lo que corresponde un Coeficiente Básico de Reducción R0= 8 ,tal como lo indica la tabla N° 7 de la NTE-E-030-2016.
8.3 Regularidad Estructural Para la configuración de la estructura existe una irregularidad en planta debido a Esquinas entrantes, cuyo factor de irregularidad es Ip= 0.90, tal como lo menciona la Tabla N° 9 de la NTE-E-030-2016.
MODELACIÓN Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL - Ing.Walter Rosario Hereia
20
MODELACIÓN Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL - Ing.Walter Rosario Hereia
21
9. Estimación del Peso (P) La norma sísmica NTE E-030-2016 establece en el articulo 4.3 lo siguiente:
La fórmula para calcular el Peso total de la edificación seria: P= (Peso Propio + CM) + 0.25CV + 0.25CVT
MODELACIÓN Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL - Ing.Walter Rosario Hereia
22
Para que Etabs considere el peso definido líneas arriba se sigue la siguiente ruta: Define/Mass Source. Figura 9-1.
Figura 9-1.Se Define la Fuente de Masa.
10. Espectro de Diseño Para cada una de las direcciones horizontales analizadas se utilizará un espectro inelástico de pseudo aceleraciones definido por:
10.1 Zonificación El territorio nacional se considera dividido en cuatro zonas, como se muestra en la Figura 10-1 . La zonificación propuesta se basa en la distribución espacial de la sismicidad observada, las características generales de los movimientos sísmicos y la atenuación de éstos con la distancia epicentral, así como en la información neotectónica.
MODELACIÓN Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL - Ing.Walter Rosario Hereia
23
Figura 10-1.Zonificación
MODELACIÓN Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL - Ing.Walter Rosario Hereia
24
10.2 Perfiles de Suelo Según el estudio de Mecánica de Suelos clasificamos el perfil del suelo según la velocidad promedio de la propagación de las ondas de corte V s o alternativamente para suelos granulares el promedio ponderado de los N 60, obtenidos mediante un ensayo de penetración estándar o el promedio ponderado de la resistencia al corte en condición no drenada S u para suelos cohesivos.
10.3 Parámetros de Sitio ( S, T p y TL) Deberá considerarse el tipo de perfil que mejor describa las condiciones locales, utilizándose los correspondientes valores del factor de amplificación del suelo S y de los periodos T p y TL dados en las Tablas N° 3 y N° 4.
MODELACIÓN Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL - Ing.Walter Rosario Hereia
25
10.4 Factor de Amplificación Sísmica ( C ) De acuerdo a las características de sitio, se define el factor de amplificación sísmica ( C ) por las siguientes expresiones :
MODELACIÓN Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL - Ing.Walter Rosario Hereia
26
T 0.010
C 2.50
0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600 0.700 0.800 0.900 1.000 1.100 1.200 1.300 1.400 1.500 1.600 1.700 1.800 1.900 2.000 2.100 2.200 2.300 2.400 2.500 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000 8.000 9.000 10.000
2.50 2.50 2.50 2.50 2.50 2.50 2.50 2.50 2.50 2.50 2.27 2.08 1.92 1.79 1.67 1.56 1.38 1.23 1.11 1.00 0.91 0.83 0.76 0.69 0.64 0.44 0.25 0.16 0.11 0.08 0.06 0.05 0.04
Sax=ZUCS/Rx Say=ZUCS/Ry 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 0.17 0.16 0.15 0.14 0.13 0.12 0.10 0.09 0.08 0.08 0.07 0.06 0.06 0.05 0.05 0.03 0.02 0.01 0.01 0.01 0.00 0.00 0.00
0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 0.17 0.16 0.15 0.14 0.13 0.12 0.10 0.09 0.08 0.08 0.07 0.06 0.06 0.05 0.05 0.03 0.02 0.01 0.01 0.01 0.00 0.00 0.00
MODELACIÓN Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL - Ing.Walter Rosario Hereia
27
0.20 0.18 0.16 a 0.14 S n 0.12 o i c a 0.10 r e l e 0.08 c A0.06
0.04 0.02 0.00 0.01 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 2.20 2.40 3.00 5.00 7.00 9.00 Periodo
Espectro En "x"
Espectro en "Y"
Insertamos el espectro en el programa Etabs, siguiendo la siguiente ruta: Define/Functions/Response Spectrum. Figura 10-2.
Figura 10-2. Asignación del Espectro en el programa Etabs.
MODELACIÓN Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL - Ing.Walter Rosario Hereia
28
11. CORTANTE DINÁMICO El cortante dinámico se obtendrá a partir del espectro de diseño, primero definimos los estados de carga en ambas direcciones ortogonales siguiente la ruta : Define/Load Cases/Add New Case
Figura 11-1. Asignación Del estado de carga Dinámica.
MODELACIÓN Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL - Ing.Walter Rosario Hereia
29
Figura 11-2. Asignación del Sismo en dirección X.
Figura 11-3. Asignación del Sismo en dirección Y.
MODELACIÓN Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL - Ing.Walter Rosario Hereia
30
Al estar formado esta edificación por 2 bloques simétricos, se eligió uno de ellos para su evaluación y se evaluó el cortante dinámico en cada dirección ortogonal. Figura 11-4 y Figura 11-5.
Figura 11-4. Cortante Dinámico en la Base Eje X.
Figura 11-5. Cortante Dinámico en la Base Eje Y.
MODELACIÓN Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL - Ing.Walter Rosario Hereia
31
12. DERIVA DE ENTRE PISO El máximo desplazamiento relativo de entrepiso no deberá exceder la fracción de la altura de entrepiso (distorsión) que se indica en la Tabla N° 11 de la NTEE-030-2016.
Figura 12-1. Deriva de entre Piso en X.
MODELACIÓN Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL - Ing.Walter Rosario Hereia
32
Figura 12-2. Deriva de entre Piso en Y.
Se obtienen derivas máximas de 0.0061 en la dirección X y 0.0067 en la dirección Y, de tal manera significa que la estructura cumple con los requerimientos de la norma ya que esta establece una deriva máxima de 0.007 en estructuras de concreto armado.
MODELACIÓN Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL - Ing.Walter Rosario Hereia
33