UNIVERSIDAD RICARDO PALMA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
“ANALISIS DE DESEMPEÑO SISMICO DEL EDIFICIO CENTRAL DEL CUARTEL GENERAL DEL EJERCITO"
PRESENTADO POR: SALAS GARAY, PIERRE ENRIQUE
Lima - Perú Febrero del 2016
PLAN DE TESIS PARA OPTAR EL TITULO DE INGENIERIO CIVIL
TITULO DE LA TESIS:
“ANALISIS DE DESEMPEÑO SISMICO DEL EDIFICIO CENTRAL DEL CUARTEL GENERAL DEL EJERCITO”
NOMBRE Y APELLIDOS:
SALAS GARAY, PIERRE ENRIQUE
CICLO DE EGRESO:
2015-II
CICLO DE INGRESO:
2011-I
DOCENTE ASESOR:
ING. BUSTILLOS PHANG, DANTE GABRIEL
_______________ FIRMA DEL TESISTA
I.
_______________ FIRMA DEL DIRECTOR ASESOR
INTRODUCCION 1.1.
Marco Situacional
El presente estudio se centra en evaluar el desempeño sísmico del edificio central del ejército, mediante el método de análisis estático no lineal 2
(Pushover) para obtener la respuesta estructural del edificio ya mencionado, mediante la aplicación del espectro de capacidad tomando los criterios recomendados en las normas ASCE 41-13, y las normas FEMA, obteniendo así el punto de desempeño de la estructura.
1.2. Problematización Actualmente los especialistas en el área del diseño estructural, brindan gran cuidado en lo que respecta al análisis de estructuras, con la finalidad que los edificios sean diseñados acorde a requisitos mínimos de fuerza lateral y deformación que las normas exigen. Los últimos eventos sísmicos han demostrado que las edificaciones diseñadas y construidas de acuerdo a los requerimientos de las normas más recientes brindan una buena respuesta, pero el costo de reparación de daños y el tiempo necesario para implementar estas reparaciones son más grandes que las anticipadas, debido que no se involucra criterios para el estado postsismo de las edificaciones. Los métodos tradicionales de diseño estructural son aproximados y no contemplan el efecto de las excitaciones en el tiempo y menos aun cuando la estructural incursiona más allá del rango elástico. Sin embargo, cuando analizamos aplicando técnicas que contemplan el comportamiento no lineal de los materiales, debemos elaborar para cada material un modelo de su comportamiento en función de la magnitud de los esfuerzos, es decir, que no se aplican datos constantes, sino un historial, un comportamiento más real del material, que resulta en datos más reales acerca del comportamiento sísmico de la estructura. Problema Principal ¿Cuál será el comportamiento estructural del edificio central del ejército ante un evento sísmico? Problemas Secundarios
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¿Cuál será el método de análisis más apropiado que se debe realizar al edificio central del ejército? ¿Cuáles son las características estructurales del edificio central del ejército? ¿Cuáles son las consideraciones que se deben tener en cuenta para el análisis? ¿De qué forma se debe interpretar los resultados obtenidos?
1.3.
Objetivo
Objetivo Principal: Realizar el estudio del comportamiento estructural del edificio central del cuartel general del ejército, mediante un análisis estático no lineal (Pushover). Objetivos Secundarios: Realizar un estudio de los conceptos básicos del análisis estático no lineal, para comprender las ventajas y limitaciones de esta técnica. Revisar las características que presenta el edificio central del ejército, tales como la configuración estructural, sistema estructural, estudio de irregularidades, etc. Realizar el análisis estático no lineal, siguiendo las consideraciones del ASCE 41-13 y FEMA, del edificio central del ejército. Interpretar los resultados obtenidos del análisis, y obtener las conclusiones del estudio.
1.4.
Importancia
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La presente investigación busca mostrar la importancia de aplicar métodos de análisis que abarquen las características no lineales de los elementos que conforman las estructuras, para poder estimar el comportamiento que presentaran frente a los recurrentes eventos sísmicos. Por ello la presente investigación se basa en brindar un nuevo enfoque en lo que refiere al diseño sismo-resistente, sin basarse en el nivel de rigidez que se le debe proporcionar a la estructura, sino de acuerdo al nivel de desempeño que presentara la estructura. La presente investigación toma como material de estudio el edificio central del cuartel general del ejército, edificación emblemática, que tiene gran importancia en lo que respecta al sector defensa nacional, sector que a diferencia de los sectores salud y educación, no ha sido muy estudiado la vulnerabilidad de sus estructuras.
1.5. Metodología La metodología empleada en la presente investigación es del tipo descriptiva, ya que se busca principalmente estudiar el comportamiento sísmico que presentara la estructura mediante un análisis estático no lineal, bajo las pautas establecidas en la normas ASCE y FEMA.
1.6.
Sumario o Esquema
CAPÍTULO I: Generalidades 1.1 Problemática 1.2 Objetivos de la investigación 1.2.1 Objetivos Generales 1.2.2 Objetivos Específicos 1.3 Importancia 1.4 Alcances CAPITULO II: Marco Teórico 2.1 Analisis estático no lineal 2.2 Criterios para realizar el análisis estático no lineal 2.2.1 ATC 40 5
2.2.2 ASCE 41-13 2.2.3 FEMA 440 CAPITULO III: Descripción de la estructura 3.1 Generalidades de la estructura 3.2 Características estructurales de la edificación 3.3 Comportamiento no lineal de los materiales CAPITULO IV: Aplicación de la metodología 4.1 Modelo de la estructura 4.2 Modelo de cargas horizontales incrementales 4.3 Modelamiento de rotulas plásticas 4.4. Calculo del punto de desempeño de la estructura. CAPITULO V: Conclusiones CAPITULO VI: Bibliografía
II.
MARCO TEORICO
II.1.
Antecedentes
Vergara Luna y Zevallos Esquivel (2014), realizaron una investigación titulada “Análisis sísmico por desempeño estático no lineal de un edificio de 6 niveles en la ciudad de Trujillo, La Libertad”, la cual tiene por objetivo principal Realizar el Diseño por desempeño y análisis sísmico no-lineal estático de un edificio de 6 pisos en la localidad de Trujillo, La libertad, para establecer parámetros de calidad a comparación con un diseño estructural tradicional. Huerta Aucasime y Uribe Mathews (2006), realizaron una investigación titulada “Desempeño sísmico de un tipo de edificio educativo peruano diseñado antes de 1997”, en la cual se concluyó que el edificio estudiado no satisface los requerimientos de rigidez de la Norma Peruana de Diseño Sismo resistente (2003) ni
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siquiera en suelo S1, sin embargo el diseño si cumple con los requerimientos de resistencia para suelo S1 pero no para los suelos S2 y S3. Peralta Alvarez (2012), realizo una investigación titulada “Análisis estático no lineal y análisis dinámico no lineal del hospital de Vielha”, en la cual debido a la irregularidad que presentaba la estructura tuvo que realizar un análisis estático no lineal adaptativo, para obtener mayor precisión en sus resultados. Burgos Namuche (2007), realizo una investigación titulada “Estudio de la metodología “Diseño por capacidad” en edificaciones aporticadas de concreto armado para ser incorporada a la norma peruana E-060 como alternativa de diseño”, en la cual revisa todos los criterios y conceptos abarcados en el diseño por capacidad, según las diferentes normativas; aparte de realizar una propuesta del diseño por capacidad para que sea incorporada a la norma E.060”. Fajardo Galliani (2012), realizo una investigación titulada “Evaluación estructural de una de las edificaciones del hospital Edgardo Rebagliati Martins usando el método del espectro de capacidad”, en la cual tiene como principal objetivo evaluar el comportamiento estructural del hospital Edgardo Rebagliati Martins, mediante el método del espectro de capacidad y derivar conclusiones sobre la necesidad de reforzamiento de la estructura según el nivel de daño esperado.
II.2.
Soporte Teórico de la Investigación
Analisis estático no lineal El Análisis Estático No Lineal forma parte de las bases de los procedimientos de estimación de pérdidas debidas a un sismo contenidos en el HAZUS (NIBS, 1999), modelo del FEMA. La metodología del Análisis Estático No Lineal también forma
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parte de las bases del procedimiento de fuerza lateral equivalente para estructuras aisladas en la base y de estructuras con amortiguadores. Aunque el Análisis Estático No Lineal ha sido recientemente incluido en Normas de diseño para edificaciones nuevas, el procedimiento mismo no es nuevo y ha sido usado hace algunos años en aplicaciones de investigación y diseño. Por ejemplo el Análisis Estático No Lineal ha sido usado desde hace algunos años como metodología de diseño hidrodinámico de la estructuras de plataformas en el mar, y ha sido adoptado recientemente en algunas Normas para la evaluación sísmica y rehabilitación de estructuras, incluyendo la. Recommended Seismic Design Criteria for New Steel Moment-Frame Buildings (FEMA-350), Prestandard and Commentary for the Seismic Rehabilitation of Buildings (FEMA 356) and Seismic Evaluation and Retrofit of Concrete Buildings (ATC 40). El Análisis Estático No Lineal proporciona alternativamente un método simplificado para evaluar directamente la respuesta de la estructura ante un evento sísmico, la cual puede ser una alternativa más atractiva que el más complejo método de análisis de respuesta no lineal de registro en el tiempo
2.1.
Óptica de la Investigación
La presente investigación se realiza con el propósito de estudiar el comportamiento estructural de una edificación emblemática en lo que se refiere al sector defensa del país, como lo es el edificio central del cuartel general del ejército, edificación que data de los años 60, con metodologías y criterios de análisis actuales, diferentes los empleados cuando fue diseñada, precisamente criterios del diseño por desempeño.
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2.2.
Selección de Variables
Variables Independientes: Criterios de la técnica de análisis estático no lineal. Diseño y configuración estructural que presenta la edificación. Características no lineales de los materiales empleados.
Variables Dependientes: Presencia de irregularidades en la configuración estructural. Comportamiento no lineal de los materiales Nivel de desempeño sísmico que presentara la estructura III.
MARCO EMPÍRICO
Código ASCE 41-13,”American Society of Civil Engeineers” que brinda las consideraciones a tener en cuenta en el análisis estatico no lineal para edificaciones Norma Peruana E.030, que brinda las características mínimas que debe contemplar el diseño sísmico de estructuras para todo el territorio nacional. FEMA 273 “NEHRP guidelines for the seismic rehabilitation of buildings”, que brinda alcances necesarios acerca del desempeño sísmico que deben presentar las edificaciones. FEMA 440 “Improvement of nonlinear static seismic analysis procedures ”, que brinda alcances necesarios acerca del análisis sísmicos estáticos no lineales ATC 40, “Seismic evaluation and retrofit of concrete buildings”, que brinda alcances necesarios acerca de la evaluación de edificaciones de concreto. 9
IV.
ASPECTOS OPERATIVOS IV.1.
Cronograma de Trabajo
Actividades CAPITULO I
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CAPITULO II
X
CAPITULO III CAPITULO IV CAPITULO V CAPITULO VI
IV.2.
IV.3.
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Asesoramiento Se requiere asesoría especializada de un docente en el área de estructuras. Fuentes de Información
American Society of Civil Engeineers (ASCE) “Seismic Evaluation and Retrofit of existing Buildings” ASCE 41, Reston Virginia,2013. Applied Technology Council ATC, “Seismic evaluation and retrofit of concrete buildings” ATC-40, Redwood City, California, 1996.
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Departament of homeland security Federal Emergency Management Agency FEMA ,”Prestandart and commentary for the seismec rehabilitation of buildings” FEMA 356,Virginia ,2000
Departament of homeland security Federal Emergency Management Agency FEMA ”Improvement of Nonlinear Static Seismic Analysis Procedures” FEMA 440,Washington D.C,2005 Ministerio de vivienda,”Reglamento Nacional de edificaciones E.030 Diseño sismoresistente,Lima Peru 2015. Peralta Alvarez, Maximo G.”Analisis Estatico No lineal y Analisis Dinamico no lineal del hospital de viehla”. Tesina de Master del Programa de Master en Ingenieria del terreno e ingeniería sísmica, Barcelona España,2012
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