Tesis Analisis Dinamico Estructura Irregular Con Etabs

REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NUEVA ESPARTA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

ANÁLISIS DINÁMICO DE UNA ESTRUCTURA IRREGULARES EMPLEANDO EL PROGRAMA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL ETABS

Tutor:

Trabajo de Grado Presentado por:

Ing. José Galiño

Br. Alves González, Jaime Jover

C.I. V-11.566.246

C.I. V-18.836.950

C.I.V. N° 107.692

Br. Lares Fernández, Patricia C.I. V-17.402.082 Para optar por el título de Ingeniero Civil

Mayo, 2011 Caracas, Venezuela    

 

REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NUEVA ESPARTA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

ANÁLISIS DINÁMICO DE ESTRUCTURAS IRREGULARES EMPLEANDO EL PROGRAMA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL ETABS

JURADO: _________________

JURADO: __________________

Nombre y Apellido

Nombre y Apellido

___________________

____________________

Cédula de Identidad

Cédula de Identidad

__________________

____________________

Firma

Firma

Mayo, 2011 Caracas, Venezuela

 

DEDICATORIA

Le dedico el presente trabajo de grado a mis padres, por haberme guiado a lo largo de estos 21 años y por estar ahí en todo momento, sin importar lo difícil que sea, sin esperar nada a cambio. Gracias y aunque nunca se los diga, los amo. Jaime Jover Alves González.

Este trabajo de grado va dedicado a un gran hombre, maestro y poeta llamado HUGO FERNANDEZ OVIOL, por enseñarme tantas cosas mientras estuviste a mi lado y tantas otras cuando ya no estabas. A ti papa, por enseñarme a nunca dejar de elevar el papagayo. Patricia Lares Fernández.

I   

AGRADECIMIENTOS A mis padres, por su apoyo incondicional durante la realización de este trabajo, por esos cafecitos de trasnocho y regaños matutinos. A mis compañeros y amigos de la Universidad Nueva Esparta: Efraín Falcón, José Santos, Jon Salegui, José Elías Sosa, Simón Contreras y Williams Colmenares; por su grata compañía y apoyo durante todos estos semestres. En especial a Carlos Callejo y Antonio Parada, por haberme brindado una mano amiga cuando más la necesite: “no es caer, es levantarse”. Los quiero mucho. A Rosmilar Ceballo y William Hernández, por haberme inculcado esa voluntad de vencer: “si nuestras manos están rotas, lucharemos con los pies, si nuestros pies están rotos, lucharemos con el espíritu”. A José Galiño, por haber aceptado compartir sus conocimientos para la realización de este trabajo de grado. Al cuerpo docente de la Universidad Nueva Esparta, por haberme inculcado todos los conocimientos necesarios para la realización de este trabajo de grado. Especialmente a Sigfrido Loges, Gladys Hernández, Edgar Bruzual y José Suarez (QEPD). A la familia de Atina Ingeniería, Procura y Construcción C.A., en especial

a

Kendrych’s

Ordoñez,

por

haberme

colaborado

en

la

finalización del presente trabajo de investigación. Y por último pero no menos importante, agradezco a Patricia Lares Fernández, porque no solo me dio el honor de compartir la autoría de este trabajo de grado, sino que fue mi mayor apoyo a lo largo de esta carrera. Gracias. Jaime Jover Alves González.

II   

AGRADECIMIENTOS A Dios, por estar siempre conmigo. A mi familia, en especial a mi madre, un ejemplo de mujer, de luchadora, de amiga y de profesional, quien fue siempre mi guía y a quien le debo todo lo que soy y a donde he llegado. A mi compañero de tesis y esposo académico Jaime Alves, por estos cuatro largos años de carrera, en donde juntos sembramos metas incontables y cosechamos logros a montón. Este trabajo de grado es una muestra del gran equipo que somos. Para mí ha sido un honor trabajar a tu lado. Gracias por estar ahí. A mis compañeros de clase, todos, con quienes compartí de una u otra forma lágrimas y risas en el transcurso de este largo camino en la lucha por llegar a ser una ingeniero. A gran mi amiga, mi hermana, Rocío Montes, por su apoyo incansable, palabras de aliento y miles de cafecitos que desde el principio de mi carrera me regaló. A los profesores de la Universidad Nueva Esparta, Gladys Hernández, Edgar Bruzual y José Suarez (QEPD), gracias por compartir sin mezquindades sus conocimientos e inspirar el deseo de ser mejor cada día. Especialmente a Sigfrido Loges, y José Galiño por su invalorable ayuda para la realización de este trabajo de grado. Finalmente a todas esas personas a quienes le debo un pedacito de mi carrera, Franco de Andreis, Carlos Termini Rodríguez, David Peraza, Leonardo Valle, y en especial a Alex Rafi Cohen Cohen, mi jefe, mi amigo y tutor de vida profesional, quien entre consejos y algunos regaños me impulsó a seguir adelante. Gracias. Patricia Lares Fernández. III   

UNIVERSIDAD NUEVA ESPARTA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA INGENIERÍA CIVIL SEDE LOS NARANJOS TÍTULO:

ANÁLISIS

DINÁMICO

DE

ESTRUCTURAS

IRREGULARES

EMPLEANDO EL PROGRAMA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL ETABS. AUTORES: Br. Alves, Jaime C.I. 18.836.950 Br. Lares F., Patricia C.I. 17.402.082 Tutor: Ingeniero Galiño, José C.I.V 107.692 PALABRAS CLAVE: Basal, Deriva, Desplazamientos, Dinámico, Estructura, ETABS, Oscilación, Sismoresistentes, Viga-Columna. RESUMEN: El presente trabajo de grado es el resultado del estudio de la respuesta dinámica de estructuras irregulares sometidas a solicitaciones sísmicas. Se propone el Análisis Dinámico Espacial, según el Método de Superposición Modal con Tres Grado de Libertad por Nivel, de acuerdo a lo

establecido

en

la

Norma

COVENIN

1756:2001A

relativa

a

Edificaciones Sismoresistentes, de una estructura de tipo regular denominada

“MR”,

a

partir

de

la

cual,

luego

de

determinadas

modificaciones geométricas y funcionales de su configuración estructural

IV   

inicial, se diseñaron dos estructuras de tipo irregular, denominadas “MI1” y “MI2”, que posteriormente fueron analizadas del mismo modo. Dichos

análisis,

permitieron

realizar

la

comparación

entre

variables, a través de gráficos demostrativos, para factores de corte basal, deriva (desplazamientos laterales) y periodos de oscilación, entre el modelo regular “MR” y los modelos que presentaban irregularidades “MI1” y “MI2”, a fin de dar respuesta a la problemática planteada, determinando el nivel de impacto que generan dichas irregularidades en la respuesta dinámica de la estructura.

V   

UNIVERSIDAD NUEVA ESPARTA FACULTY OF ENGINEERING DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERING LOS NARANJOS CAMPUS TITLE: AUTHORS: Br. Alves, Jaime C.I. 18.836.950 Br. Lares F., Patricia C.I. 17.402.082 Tutor: Engineer Galiño, José C.I.V 107.692 KEYWORDS: Basal, Drift, Displacebility, Dynamic, Structure, ETABS, Oscillation, Seismic-resistant, Beam-Column ABSTRACT: The following graduate work is the result of studying the dynamic response of irregular structures subjected to seismic forces It´s proposed the Spatial Dynamic Analysis, following the Modal Superposition Method with three degrees of freedom by level, in accordance with the provisions of the COVENIN1756:2001 Norm on Seismic Resistant Buildings, of a regular structure called “MR”, to from which, after certain geometric and functional modifications of the initial structural configuration, were designed two irregular-type structures, called "MI1" and "MI2", which then were analyzed the same way. Such analysis allowed to make the comparison between variables, through comparative graphics for drift factors basal shear, lateral VI   

displacement, and oscillation periods, between the regular, model "MR" and models that had irregularities "MI1" and "MI2" in order to respond to the issues raised by determining the level of impact caused by such irregularities on the dynamic response of the structure.

VII   

ÍNDICE GENERAL

DEDICATORIA

I

AGRADECIMIENTOS

II

RESUMEN

IV

ABSTRACT

VI

INTRODUCCIÓN

14

CAPÍTULO I 1. EL PROBLEMA DE LA INVESTIGACIÓN 1.1. Planteamiento del problema

16

1.2. Objetivos de la Investigación

18

1.2.1. Objetivo Genera

18

1.2.2. Objetivos Específicos

18

1.3. Justificación de la Investigación

19

1.4. Delimitación de la Investigación

20

1.4.1. Temática

20

1.4.2. Geográfica

20

1.4.3. Temporal

21

1.5. Limitaciones

21

CAPÍTULO II 2. MARCO TEÓRICO 2.1. Antecedentes de la Investigación

23

2.2. Bases Teóricas

24

2.2.1. Sismo

24

VIII

2.2.2. Venezuela Sísmica

25

2.2.3. Zonificación Sísmica en Venezuela

28

2.2.4. Formas Espectrales Tipificadas en Venezuela

29

2.2.5. Edificaciones

30

2.2.6. Clasificación de las Edificaciones en Venezuela

30

2.2.6.1. Según el Uso

30

2.2.6.1.1. GRUPO A

30

2.2.6.1.2. GRUPO B1

31

2.2.6.1.3. GRUPO B2

32

2.2.6.1.4. GRUPO C

32

2.2.6.2. Según el Nivel de Diseño

33

2.2.6.3. Según el Tipo de Estructura

34

2.2.6.3.1. TIPO I

34

2.2.6.3.2. TIPO II

34

2.2.6.3.3. TIPO III

34

2.2.6.3.4. TIPO IV

35

2.2.6.4. Según la Regularidad de la Estructura

35

2.2.6.4.1. Edificaciones Regulares

35

2.2.6.4.2. Edificaciones Irregulares

36

2.2.7. Métodos de Análisis

40

2.2.8. Control de Desplazamientos

41

2.2.9. Programas de Análisis

42

2.2.9.1. ETABS

43

2.3. Definición de Términos

45

2.4. Sistema de Variables

50

IX

CAPÍTULO III 3. MARCO METODOLÓGICO 3.1. Tipo de Investigación

54

3.2. Diseño de la Investigación

54

3.3. Técnicas e instrumentos de recolección de datos

55

CAPÍTULO IV 4. PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS 4.1. Datos para el Análisis

58

4.1.1. Datos de la Edificación

58

4.1.2. Datos Para la Generación del Espectro

59

4.1.3. Irregularidades Evaluadas

60

4.1.3.1. Modelo Irregular 1 (MI1)

60

4.1.3.2. Modelo Irregular 2 (MI2)

61

4.2. Consideraciones del Análisis

61

4.3. Análisis de Cargas

61

4.3.1. Cargas Sobre Losas de Entrepiso y Techo

61

4.3.2. Cargas Sobre Vigas

62

4.4. Predimensionado de Miembros Estructurales 4.4.1. Losas

63 63

4.4.1.1. Losas de Entrepiso

64

4.4.1.2. Losa de Piso Sala de Máquina

65

4.4.1.3. Losa de Techo

66

4.4.2. Vigas

68

4.4.3. Columnas

68

4.4.3.1. Columnas de Borde No. 1

69

4.4.3.2. Columnas de Borde No. 2

70

4.4.3.3. Columnas de Borde No. 3

70

X

4.4.3.4. Columnas Centrales No. 1

71

4.4.3.5. Columnas Centrales No. 2

71

4.4.3.6. Columnas Centrales No. 3

72

4.4.3.7. Columnas Esquineras No. 1

72

4.4.3.8. Columnas Esquineras No. 2

73

4.4.3.8. Columnas Esquineras No. 3

73

4.5. Modelo Matemático

74

4.5.1. Definición del Modelo Matemático

74

4.5.2. Creación de Materiales

75

4.5.3. Creación de las Secciones Lineales

75

4.5.4. Creación de las Secciones de Área

77

4.5.5. Introducción del Espectro de Diseño

78

4.5.6. Creación de los Casos de Carga Estáticos

78

4.5.7. Creación del Caso de Respuesta Dinámica

79

4.5.8. Creación de las Combinaciones de Cargas

80

4.5.9. Creación de la Fuente de Masas

81

4.5.10. Concepción Geométrica del Modelo Matemático

81

4.5.10.1. Modelo Regular

82

4.5.10.2. Modelo Irregular I

84

4.5.10.3. Modelo Irregular 2

87

4.5.11 Análisis del Modelo

89

4.5.11.1. Selección de las Opciones de Análisis

89

4.5.11.2. Verificación Geométrica del Modelo

90

4.5.11.3. Corrida del Análisis

90

4.5.12 Diseño de Elementos de Concreto y .

Chequeo de la Estructura.

4.6. Obtención de Datos Para el Análisis 4.6.1 Corte Basal Dinámico

91 92 92

XI

4.6.2 Desplazamientos Laterales

92

4.6.3 Períodos de Oscilación

93

4.7. Análisis de Resultados

93

Capítulo V 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 5.1. Conclusiones

100

5.2. Recomendaciones

102

BIBLIOGRAFÍA

105

ANEXOS

108

XII

ÍNDICE DE CUADROS Cuadro No1. Forma Espectral y Factor de Corrección φ

29

Cuadro No2. Factor de Importancia

33

Cuadro No3. Niveles de Diseño ND

33

Cuadro No4. Selección del Método de Análisis para Edificios de Estructura Regular.

40

Cuadro No5. Selección del Método de Análisis para Edificios Estructura Irregular.

41

Cuadro No6. Valores Límites de Desplazamiento

42

Cuadro No7. Cargas sobre Losas

62

Cuadro No8. Cargas sobre Vigas

63

Cuadro No9. Cargas sobre Vigas

63

ÍNDICE DE GRÁFICOS Gráfico No1. Desplazamientos Laterales Dirección X

94

Gráfico No2. Desplazamientos Laterales Dirección Y

95

Gráfico No3. Corte Basal Dirección X

96

Gráfico No4. Corte Basal Dirección Y

97

Gráfico No4. PerÍodos de Oscilación

98

XIII

INTRODUCCION

El Planeta Tierra se encuentra en un constante cambio producto del movimiento de las placas tectónicas, las mismas al chocar generan que las partículas involucradas en el evento deban reorganizarse liberando así una gran cantidad de energía, fenómeno que conocemos como sismo. Dado que el sismo ocurre en la litosfera, capa de la Tierra donde el ser humano desarrolla sus actividades cotidianas y que la energía no se crea ni se destruye,

se transforma, es claro que las

edificaciones deberán absorber y disipar esta energía. Dado lo anteriormente expuesto se puede afirmar que el diseño de una edificación no se basa en la imagen que la misma ofrecerá a los ojos de quien la observe, sino en la seguridad que le brinde a sus usuarios ante los diferentes fenómenos naturales. Sin embargo en muchos casos, el diseño arquitectónico de las edificaciones genera que estas dentro de su configuración estructural, posean una serie de irregularidades geométrica, bien sea en planta o en elevación que pueden producir una respuesta indeseada ante un evento sísmico. El presente trabajo de grado, se enfoca directamente en el análisis dinámico de una estructura irregular de acuerdo a las especificaciones establecidas

en

la

Norma

COVENIN

1756:2001,

“Edificaciones

Sismorresistentes”, con el fin de determinar el efecto que cierto tipo de irregularidad tiene en la respuesta dinámica de la estructura debido a cargas sísmicas.

14   

CAPÍTULO I EL PROBLEMA DE LA INVESTIGACIÓN  

1.1 Planteamiento Del Problema El ser humano en su afán de establecerse, se organizo en comunidades dejando de ser nómadas, por lo que fue necesario cambiar las cuevas y campamentos por edificaciones más estables. La necesidad de poseer edificaciones que resguardaran a la humanidad de la naturaleza, fomentó la construcción y la innovación de los métodos constructivos al pasar de los años. En la actualidad esta innovación no cesa, el humano sigue luchando para protegerse de la naturaleza y establecerse

en

centros

urbanos

donde

realizar

sus

actividades

rutinarias. Desde el punto de vista del desarrollo de la ingeniería moderna, los movimientos sísmicos cobran una especial importancia, en vista de su efecto sobre las edificaciones y la imposibilidad de predecirlos, por lo que la variable dinámica en el diseño de estructuras debe ser analizada a fin de garantizar la seguridad de las mismas ante este efecto natural. Sin embargo, el diseño arquitectónico, bajo la creciente tendencia al desarrollo de estructuras irregulares, entendiéndose por estructura irregular aquellas que tienen discontinuidades geométricas en su configuración, bien sea en planta o en elevación, que generan un impacto en la respuesta sísmica de la estructura, por lo que es de gran importancia interpretar el comportamiento de las mismas bajo este efecto. Sin dejar de lado el hecho de que Venezuela es un país sísmico, y tomando en cuenta los fuertes movimientos telúricos que han devastado ciudades y poblados en los últimos años, tal es el caso de las Repúblicas de Chile, donde de acuerdo a las cifras arrojadas por la. Oficina Nacional de Emergencia hubo 799 Fallecidos (Febrero, 2010) y Haití, estima la 16 

Cruz Roja entre 45 mil y 50 mil los muertos (Enero, 2010), y, en vista del excesivo auge de edificaciones con configuración irregular en la ciudad de Caracas, evidenciado en el desarrollo de edificios tales como Parque Cristal, Centro Banaven (Cubo Negro), Centro Comercial Ciudad Tamanaco (CCCT), entre otros, surge la necesidad de interpretar los resultados que arrojan los programas de análisis estructural cuando se realizan modelos matemáticos de las edificaciones diseñadas, a fin de garantizar su confiabilidad y disminuir su vulnerabilidad. Dentro de este contexto, se focaliza el problema de estudio, concretamente en el análisis de la respuesta estructural, de acuerdo a las especificaciones establecidas en la Norma COVENIN 1756:2001, Edificaciones

Sismorresistentes,

de

una

estructura

aporticada,

de

concreto estructural y once (11) niveles de altura, ubicada en la ciudad de Caracas, destinada para vivienda multifamiliar de uso residencial. El análisis de la estructura aporticada se desarrollará a través del método de análisis dinámico espacial de superposición modal con tres (03) grados de Libertad por nivel, que en lo sucesivo se denominara ADESM3GLN, para las formas espectrales S1, S2, S3 y S4, utilizando como herramienta de análisis el programa de cálculo estructural ETABS. La finalidad del proyecto es evaluar la respuesta dinámica de la estructura bajo su configuración regular y las variaciones de esta respuesta una vez incluida una irregularidad estructural específica, con respecto a los desplazamientos laterales, momentos torsores, fuerzas en los miembros, fuerzas cortantes en cada nivel, en general, a fin de dar evaluar el impacto que tiene la irregularidad incluida en la respuesta estructural del modelo matemático. 17   

1.2 Objetivos de la Investigación 1.2.1 Objetivo General Analizar dinámicamente una estructura irregular a través de la utilización del programa de cálculo estructural ETABS. 1.2.2 Objetivos Específicos 

Determinar la configuración geométrica inicial de la edificación aporticada a estudiar.



Establecer el tipo de irregularidad que va a ser estudiada para determinar la afectación en la respuesta estructural al aplicar el método ADESM3GLN.



Obtener la configuración final de la estructura a analizar una vez incluida la irregularidad establecida.



Determinar los espectros sísmicos de diseño que serán utilizados para

obtener

posteriormente

la

respuesta

dinámica

de

la

estructura, empleando para tal fin el programa SISMO01. 

Analizar dinámicamente la edificación establecida, tanto para su configuración regular como irregular.



Comparar los resultados obtenidos para las configuraciones regular e irregular de la estructura analizada, a fin de observar el comportamiento dinámico de la misma con relación a los aspectos establecidos en la Norma COVENIN 1756:2001.

18   

1.3 Justificación de la Investigación Venezuela, posee registros de terremotos desde

el año 1530

hasta la actualidad, viéndose afectada no solo de manera material, sino también por la pérdida de vidas humanas. Según la Fundación Venezolana de Investigaciones Sismológicas (FUNVISIS) “Los eventos sísmicos representan uno de los mayores riesgos potenciales en Venezuela en cuanto a pérdidas humanas y económicas. En la actualidad, aproximadamente un 80% de la población vive en zonas de alta amenaza sísmica, variable que aumenta el nivel de riesgo, haciéndolo cada vez mayor a medida que se eleva el índice demográfico y las inversiones en infraestructura.” La investigación busca determinar la incidencia que tiene un tipo de irregularidad en la respuesta de una estructura, en base a fuerzas laterales, momentos torsores y flectores, desplazamientos laterales, etc., estableciendo el procedimiento que debe llevarse a cabo para analizar

dinámicamente

una

estructura

irregular

por

medio

del

programa de computación ETABS. Al dejar de manera sistematizada todo el proceso a seguir con el mencionado programa y, analizando los resultados obtenidos de este proceso, la investigación será de gran ayuda para los profesionales de la ingeniería civil especializados en el área de cálculo estructural, así como para los arquitectos, que desean desarrollar proyectos que incluyan en su diseño alguna irregularidad, brindándoles orientación en cuanto a la respuesta dinámica que puede presentar la edificación proyectada, con miras al desarrollo de estructuras más factibles y confiables, que

19   

brinden a los usuarios una mayor seguridad ante la presencia de movimientos sísmicos. 1.4 Delimitación de la Investigación  

1.4.1 Temática El tema objeto de estudio en el presente trabajo de investigación, abarca las áreas de diseño estructural y de computación, ya que el desarrollo del proyecto se relaciona con ambas, utilizando métodos y técnicas de dichas ramas. El área de diseño estructural incluye todo lo referente a la geometría de la estructura aporticada objeto de estudio, y el área de computación abarca la sistematización de la misma para el estudio de su respuesta dinámica a través de un programa especializado para tal fin. En esta investigación se analiza la respuesta dinámica, empleando el método ADESM3GLN de una estructura regular de once (11) niveles, en concreto estructural, destinada para uso residencial,

a

la

que

luego

se

le

incluirán

determinadas

irregularidades tipificadas en la Norma COVENIN 1756:2001. 1.4.2 Geográfica La investigación se llevará a cabo en la ciudad de Caracas, considerando para el proyecto, un coeficiente de aceleración horizontal (Ao) igual a 0.30g, tomando en cuenta la influencia del espectro de diseño correspondiente a la zona, tipificado en la Norma COVENIN 1756:2001.

20   

I.4.3 Temporal Para el alcance de los objetivos propuestos se estima un lapso total de investigación de ocho (08) meses, contados a partir del mes de octubre del año 2010, dentro de los cuales se realizarán todas las consultas bibliográficas y se analizarán todos los casos de estudio de la edificación prototipo planteadas en la investigación, y de este modo, poder alcanzar las conclusiones y recomendaciones finales. I.5 Limitaciones Cuando se realiza un trabajo de investigación, durante su desarrollo se presentan obstáculos que de una u otra forma dificultan la elaboración del mismo. En esta investigación las limitaciones fueron de tiempo, en vista de tanto los autores del presente trabajo, como el tutor, gozaban de un horario restringido por sus compromisos laborales.

21   

CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO  

2.1 Antecedentes de la Investigación  

Para el desarrollo del proyecto, se consultaron diferentes investigaciones y trabajos de grado que guardan relación con el proyecto con la finalidad de sustentar la investigación. A continuación se describen las investigaciones consultadas: La Br. López Sapene y el T.S.U. Suárez (2001) realizaron una “EVALUACION ESPECTRALES MINDUR

DE

LA

SENSIBILIDAD

TIPIFICADAS

1756:1998

EN

EN

LA

DE

LAS

NORMA

ESTRUCTURAS

FORMAS

COVENIN

DE

–

CONCRETO

ARMADO” como trabajo de grado para la Universidad Nacional Experimental Politécnica de la Fuerza Armada Nacional. El objetivo principal de este trabajo de investigación fue el análisis del comportamiento de una estructura particular sometida a fuerzas sísmicas, bajo las diferentes formas espectrales tipificadas en la Norma COVENIN-MINDUR 1756:1998. El trabajo de grado anteriormente planteado recomienda la modificación de determinados valores tabulados por la norma COVENIN–MINDUR 1756:1998 para el análisis de la sismorresistencia en

estructuras

de

concreto

armado,

planteando

factores

de

corrección, que garanticen un criterio constructivo más adecuado a la realidad

venezolana,

lo

que

aportó

al

presente

trabajo

de

investigación la discretizacion de los parámetros normativos para la creación de un espectro sísmico. Duque, y Perdomo, (2003), realizaron una “EVALUACION DE LOS DESPLAZAMIENTOS Y FUERZAS LATERALES DE UNA EDIFICACION TIPO DE CONCRETO ARMADO EMPLEANDO LAS NORMAS COVENIN – MINDUR 1756 DE LOS AÑOS 1987, 1998 23 

Y 2001”, Como tesis de grado para la Universidad Nueva Esparta. Esta tesis se enfoca en el análisis estructural en base a momentos torsores, fuerzas de corte y momentos flectores de los miembros, etc. Este estudio suministra información técnica acerca del análisis estructural bajo las diferentes formas espectrales tipificadas en la Norma COVENIN–MINDUR 1756 de los años 1987, 1998 y 2001 y su influencia en el comportamiento estructural de una edificación tipo. Andrade, (2006) realizó un “PROYECTO ESTRUCTURAL DE EDIFICACION

MULTIFAMILIAR

DE

17

NIVELES”

para

la

Universidad Nacional Experimental Politécnica de la Fuerza Armada Nacional. El objetivo principal fue dimensionar, analizar y diseñar todos los miembros de una edificación aporticada a construir en la ciudad de Caracas, de modo que pudiese soportar una serie de cargas

especificas

de

proyecto,

permitiendo

estudiar

el

comportamiento de una configuración estructural irregular sometida a diversas fuerzas, obteniendo así una visión más amplia de la metodología a seguir para analizar una estructura modelo con el programa ETABS. El aporte de este trabajo fue la metodología empleada para la realización del análisis dinámico en estructuras sismorresistentes mediante el programa ETABS. 2.2 Bases Teóricas  

 

2.2.1 Sismo Según López (2006), un sismo es un movimiento súbito e impredecible de una parte de la corteza terrestre, ocasionado por fuerzas que tienen su origen en el interior de la Tierra. 24   

Pueden ser de origen tectónico, producidos por el desplazamiento de bloques de la litosfera, o volcánico, producido por la extrusión de magma hacia la superficie. En ambos casos hay una liberación de energía acumulada que se transmite en forma de ondas elásticas, causando vibraciones y oscilaciones a su paso a través de las rocas sólidas del manto y la litosfera hasta arribar a la superficie terrestre. Los terremotos pueden ser superficiales, intermedios o profundos, dependiendo de su localización. En relación a este punto hay diferentes criterios, sin embargo citaremos a Bruce Bolt, quien localiza los sismos superficiales en la franja que va desde 070 km, los intermedios entre 70-300 km, y los profundos entre 300-700 km. 2.2.2 Venezuela Sísmica Según investigaciones realizadas por FUNVISIS, Venezuela se encuentra ligada a un contexto geodinámico complejo producto de la interacción entre la placa Caribe y Suramericana, el movimiento de la placa Caribe hacia el este con respecto a la Suramericana

(Figura

1)

produce

significativa (Figura No 2).

25   

una

actividad

sísmica

Figura No1. Sistema de Fallas Principales de Venezuela Fuente: LA INVESTIGACIÓN SISMOLÓGICA EN VENEZUELA 8. FUNVISIS Figura No1. Sistema de Fallas Principales de Venezuela Fuente: LA INVESTIGACIÓN SISMOLÓGICA EN VENEZUELA 8. FUNVISIS

Figura No2. Mapa de Sismicidad Instrumental de Venezuela Fuente: LA INVESTIGACIÓN SISMOLÓGICA EN VENEZUELA 8. FUNVISIS 26   

La zona de contacto entre la placa del Caribe y la placa suramericana está conformada por tres sistemas de fallas, cuyo ancho promedio oscila alrededor de los 100 km. Estas fallas son la de Boconó (Los Andes), San Sebastián (Cordillera de la Costa) y El Pilar (Serranía del Interior), y son las causantes de los eventos más severos que han ocurrido en el territorio nacional. Además, existen otros accidentes activos menores (Oca-Ancón, Valera, La Victoria, entre otros), capaces de producir sismos importantes como los

ocurridos en Churuguara, estado Falcón, durante los

años 1964, 1966, 1970, 1976, 1980, 1986 y 1990. La historia sísmica de nuestro país revela que a lo largo del período 1530-2002 han ocurrido más de 137 eventos sísmicos que han causado algún tipo de daño en poblaciones venezolanas. De todos ellos el más devastador fue el de 1812, el cual según Gunther Fiedler (1961) tuvo tres epicentros, y afectó a ciudades tan distantes como Mérida, Barquisimeto, San Felipe y Caracas, causando más de 20 mil víctimas, es decir, el 5% de la población estimada para la época. En relación a este terremoto, Rogelio Altez (1999) sostiene que en 1812 hubo dos eventos: uno en Caracas y otro en Mérida. El de Caracas, según afirma, fue a las 4:07 de la tarde y el de Mérida, aproximadamente, una hora después. Otros terremotos, más cercanos en el tiempo, como el de Caracas

en

1967,

han

propiciado

la

creación

de

diversas

Instituciones como la Fundación Venezolana de Investigaciones Sismológicas, Funvisis, el 27 de julio de 1972 y Defensa Civil.

27   

2.2.3 Zonificación Sísmica en Venezuela Tal y como se aprecia en el siguiente mapa de zonificación sísmica y de acuerdo a lo establecido en la Norma Covenin sobre Edificaciones Sismoresistentes, Venezuela está dividida en 8 zonas a los efectos de la caracterización de su sismicidad, es decir, a cada una le corresponde un valor de amenaza sísmica, así como un coeficiente de la aceleración horizontal (Ao) y un coeficiente de aceleración vertical (0.7Ao) que definirán los parámetros que caracterizan los movimientos de diseño.

Figura No3. Zonificación Sísmica de Venezuela Fuente: COVENIN–MINDUR 1756-1-2001 EDIFICACIONES SISMORRESISTENTES 28   

2.2.4 Formas Espectrales Tipificadas en Venezuela De acuerdo a la Normativa vigente en nuestro país, se consideran cuatro formas espectrales tipificadas (S1 a S4) y un factor de corrección para el coeficiente de aceleración horizontal (φ),

los

cuales

dependen

de

las

características

del

perfil

geotécnico del terreno de fundación. La selección de la forma espectral y el factor φ se hará con arreglo al siguiente Cuadro, en donde Vsp es la velocidad promedio de las ondas de corte en el perfil geotécnico, H es la profundidad a la cual se consigue material cuya velocidad de las ondas de corte, φ es el factor de corrección del coeficiente de aceleración horizontal, y H1 es la profundidad desde la superficie hasta el tope del estrato blando. Cuadro No1. Forma Espectral y Factor de Corrección φ

Fuente:

COVENIN–MINDUR

SISMORRESISTENTES

29   

1756-1-2001

EDIFICACIONES

2.2.5 Edificaciones La arquitectura, fundamento esencial de cada edificación que se

desee

construir,

juega

un

papel

protagónico

en

el

comportamiento final de la misma. Es importante la simplicidad para un mejor comportamiento sísmico de conjunto de una estructura, y resulta más sencillo proyectar, dibujar, entender y construir detalles estructurales. Por otro lado, resulta conveniente que no existan cambios bruscos en las dimensiones, masas, rigideces y resistencias del edificio, para evitar concentraciones de esfuerzos en determinados pisos que son débiles con respecto a los demás. Los cambios bruscos en elevación hacen también que ciertas partes del edificio se comporten como apéndices, con el riesgo de que se produzca el fenómeno de amplificación dinámica de fuerzas conocido como chicoteo, mientras que la falta de regularidad por simetría, masa, rigidez o resistencia en ambas direcciones en planta produce torsión, que no es fácil de evaluar con precisión. 2.2.6 Clasificación de las Edificaciones en Venezuela De acuerdo a lo tipificado en la Norma COVENIN 1756:2001, las edificaciones se pueden clasificar de la siguiente manera: 2.2.6.1 Según el Uso 2.2.6.1.1 GRUPO A Edificaciones

que

albergan

instalaciones

esenciales, de funcionamiento vital en condiciones de emergencia o cuya falla pueda dar lugar a cuantiosas 30   

pérdidas humanas o económicas, tales como, aunque no limitadas a: - Hospitales. - Edificios

gubernamentales

o

municipales

de

importancia, monumentos y templos de valor excepcional. - Edificios

que

contienen

objetos

de

valor

excepcional, como ciertos museos y bibliotecas. - Estaciones de bomberos, de policía o cuarteles. - Centrales

eléctricas,

subestaciones

de

alto

voltaje y de telecomunicaciones. Plantas de bombeo. - Depósitos de materias tóxicas o explosivas y centros que utilicen materiales radioactivos. - Torres de control; hangares; centros de tráfico aéreo. - Edificaciones educacionales. - Edificaciones que puedan poner en peligro alguna de las de este Grupo. 2.2.6.1.2 GRUPO B1 Edificaciones

de

uso

público

o

privado,

densamente ocupadas, permanente o temporalmente, tales como: - Edificios con capacidad de ocupación de más de 3 000 personas o área techada de más de 20 000 m2. - Centros de salud no incluidos en el Grupo A.

31   

- Edificaciones clasificadas en los Grupos B2 o C que puedan poner en peligro las de este Grupo. 2.2.6.1.3 GRUPO B2 Edificaciones de uso público o privado, de baja ocupación, que no excedan los límites indicados en el Grupo B1, tales como: - Viviendas. - Edificios de apartamentos, de oficinas u hoteles. - Bancos, restaurantes, cines y teatros. - Almacenes y depósitos. - Toda edificación clasificada en el Grupo C, cuyo derrumbe pueda poner en peligro las de este Grupo. 2.2.6.1.4 GRUPO C Construcciones no clasificables en los grupos anteriores, ni destinadas a la habitación o al uso público y cuyo derrumbe no pueda causar daños a edificaciones de los tres primeros Grupos.  USOS MIXTOS Las edificaciones que contengan áreas que pertenezcan

a

más

de

un

Grupo,

clasificadas en el Grupo más exigente.

32   

serán

 FACTOR DE IMPORTANCIA De acuerdo con la anterior clasificación se establece un factor de importancia α conforme al Cuadro que se muestra a continuación. Cuadro No2. Factor de Importancia

Fuente: COVENIN–MINDUR 1756-1-2001 EDIFICACIONES SISMORRESISTENTES 2.2.6.2 Según el Nivel de Diseño La selección del Nivel de Diseño se hará con arreglo al siguiente Cuadro, en donde * indica que es válido para edificaciones de hasta de 10 pisos ó 30 m de altura y, ** que es válido para edificaciones de hasta de 2 pisos u 8 m de altura. Cuadro No3. Niveles de Diseño ND

Fuente:

COVENIN–MINDUR

SISMORRESISTENTES

33   

1756-1-2001

EDIFICACIONES

2.2.6.3 Según el Tipo de Estructura Los tipos de sistemas estructurales se establecen en función de los componentes del sistema resistente a sismos. 2.2.6.3.1 TIPO I Estructuras capaces de resistir la totalidad de las acciones sísmicas mediante sus vigas y columnas, tales como los sistemas estructurales constituidos por pórticos. Los ejes de columnas deben mantenerse continuos hasta su fundación. 2.2.6.3.2 TIPO II Estructuras constituidas por combinaciones de los Tipos I y III, teniendo ambos el mismo Nivel de Diseño. Su acción conjunta deber ser capaz de resistir la totalidad de las fuerzas sísmicas. Los pórticos por sí solos deberán estar en capacidad de resistir por lo menos el veinticinco por ciento (25%) de esas fuerzas. 2.2.6.3.3 TIPO III Estructuras capaces de resistir la totalidad de las acciones sísmicas mediante pórticos diagonalizados o muros estructurales de concreto armado o de sección mixta acero-concreto, que soportan la totalidad de las cargas permanentes y variables. Los últimos son los sistemas

comúnmente

llamados

de

muros.

Se

considerarán igualmente dentro de este Grupo las combinaciones de los Tipos I y III, cuyos pórticos no sean capaces de resistir por sí solos por lo menos el 34   

veinticinco por ciento (25%) de las cargas sísmicas totales, respetando en su diseño, el Nivel de Diseño adoptado para toda la estructura. Se distinguen como Tipo IIIa los sistemas conformados por muros de concreto armado acoplados con dinteles o vigas dúctiles, así como los pórticos de acero con diagonales excéntricas acopladas con eslabones dúctiles. 2.2.6.3.4 TIPO IV Estructuras que no posean diafragmas con la rigidez

y

resistencia

necesarias

para

distribuir

eficazmente las cargas sísmicas entre los diversos miembros verticales. Estructuras sustentadas por una sola columna. Edificaciones con losas sin vigas.

2.2.6.4 Según la Regularidad de Estructura 2.2.6.4.1 Edificaciones Regulares De publicado

acuerdo en

a

su

DOWRICK, libro

D.

“Diseño

de

J.

según

lo

Estructuras

Resistentes a Sismos”, 2ª edición, en el año 1992, “Cada estructura debe designarse como regular o irregular

desde

el

punto

de

vista

estructural”,

definiendo las estructuras regulares como aquellas que no tienen discontinuidades físicas considerables en su configuración en planta y configuración vertical o en sus sistemas resistentes a las fuerzas laterales.

35   

2.2.6.4.2 Edificaciones Irregulares Según la Norma COVENIN 1756:2001, se considera irregular

la

direcciones

edificación principales

que

en

alguna

de

sus

presente

alguna

de

las

características siguientes: a) Irregularidades Verticales a.1.) Entrepiso blando La rigidez lateral de algún entrepiso, es menor que 0.70 veces la del entrepiso superior, o 0.80 veces el promedio de las rigideces de los tres entrepisos superiores. En el cálculo de las rigideces se incluirá la contribución de la tabiquería; en el caso de que su contribución sea mayor para el piso inferior que para los superiores, esta se podrá omitir. a.2) Entrepiso débil La resistencia lateral de algún entrepiso, es menor que 0.70 veces la correspondiente resistencia del entrepiso superior, o 0.80 veces el promedio de las resistencias de los tres entrepisos superiores. En la evaluación de la resistencia de los entrepisos se incluirá la contribución de la tabiquería; en el caso de que su contribución sea mayor para el piso inferior que para los superiores, esta se podrá omitir. a.3) Distribución irregular de masas de uno de los pisos contiguos Cuando la masa de algún piso exceda 1.3 veces la masa de uno de los pisos contiguos. Se exceptúa la comparación con el 36   

último nivel de techo de la edificación. Para esta verificación la masa de los apéndices se añadirá al peso del nivel que los soporte. a.4) Aumento de las masas con la elevación La

distribución

de

masas

de

la

edificación

crece

sistemáticamente con la altura. Para esta verificación la masa de los apéndices se añadirá al peso del nivel que los soporte. a.5) Variaciones en la geometría del sistema estructural La dimensión horizontal del sistema estructural en algún piso excede 1.30 la del piso adyacente. Se excluye el caso del último nivel. a.6) Esbeltez excesiva El cociente entre la altura de la edificación y la menor dimensión en planta de la estructura a nivel de base exceda a 4. Igualmente cuando esta situación se presente en alguna porción significativa de la estructura. a.7) Discontinuidad en el plano del sistema resistente a cargas laterales De acuerdo con alguno de los siguientes casos: - Columnas o muros que no continúan al llegar a un nivel inferior distinto al nivel de base. - El ancho de la columna o muro en un entrepiso presenta una reducción que excede el veinte por ciento (20%) del ancho

de

la

columna

o

muro

en

el

entrepiso

inmediatamente superior en la misma dirección horizontal. 37   

- El desalineamiento horizontal del eje de un miembro vertical, muro o columna, entre dos pisos consecutivos, supera 1/3 de la dimensión horizontal del miembro inferior en la dirección del desalineamiento. a.8) Falta de conexión entre miembros verticales Alguno de los miembros verticales, columnas o muros, no está conectado al diafragma de algún nivel. a.9) Efecto de columna corta Marcada reducción en la longitud libre de columnas, por efecto de restricciones laterales tales como paredes, u otros elementos no estructurales. b) Irregularidades en Planta b.1) Gran excentricidad En algún nivel la excentricidad entre la línea de acción del cortante en alguna dirección, y el centro de rigidez supera el veinte por ciento (20%) del radio de giro inercial de la planta. b.2) Riesgo torsional elevado Si en algún un piso se presenta cualquiera de las siguientes situaciones: - El radio de giro torsional rt en alguna dirección es inferior al cincuenta por ciento (50%) del radio de giro inercial r. - La excentricidad entre la línea de acción del cortante y el centro de rigidez de la planta supera el treinta por ciento

38   

(30%) del valor del radio de giro torsional rt en alguna dirección. b.3) Sistema no ortogonal Cuando una porción importante de los planos del sistema sismorresistente no sean paralelos a los ejes principales de dicho sistema. b.4) Diafragma flexible - Cuando la rigidez en su plano sea menor a la de una losa equivalente de concreto armado de 4 cm de espesor y la relación largo/ancho no sea mayor que 4.5. - Cuando

un

número

significativo

de

plantas

tenga

entrantes cuya menor longitud exceda el cuarenta por ciento (40%) de la dimensión del menor rectángulo que inscribe a la planta, medida paralelamente a la dirección del entrante; o cuando el área de dichos entrantes supere el treinta por ciento (30%) del área del citado rectángulo circunscrito. - Cuando las plantas presenten un área total de aberturas internas que rebasen el veinte por ciento (20%) del área bruta de las plantas. - Cuando existan aberturas prominentes adyacentes a planos

sismorresistentes

importantes

o,

en

general,

cuando se carezca de conexiones adecuadas con ellos. - Cuando en alguna planta el cociente largo/ancho del menor rectángulo que inscriba a dicha planta sea mayor que 5.

39   

2.2.7 Métodos de Análisis En base a los requisitos de configuración y los sistemas estructurales descritos anteriormente, se elige el método de análisis. Cada edificación deberá ser analizada tomando en consideración los efectos traslacionales y torsionales, por uno de los métodos señalados a continuación: - Análisis Estático. - Análisis Dinámico plano. - Análisis Dinámico Espacial. - Análisis Dinámico Espacial con Diafragma Flexible. Para la selección del método de análisis a utilizar, la Norma COVENIN sobre Edificaciones Sismoresistentes establece una serie de parámetros definidos en los Cuadros que se muestran a continuación: Cuadro No4. Selección del Método de Análisis para Edificios de Estructura Regular.

Fuente: COVENIN–MINDUR 1756-1-2001 EDIFICACIONES SISMORRESISTENTES

40   

Cuadro No5. Selección del Método de Análisis para Edificios de Estructura Irregular.

Fuente: COVENIN–MINDUR 1756-1-2001 EDIFICACIONES SISMORRESISTENTES 2.2.8 Control de Desplazamientos Para cumplir con lo establecido en la Norma COVENIN 1756:2001, el desplazamiento lateral total ∆i del nivel i se calculará como: ∆i = 0.8 R ∆ei Donde: R = Factor de reducción dado en el Artículo 6.4, incluidas las eventuales modificaciones establecidas en la Sección 6.4.1. ∆ei = Desplazamiento lateral del nivel i calculado para las fuerzas de

diseño,

suponiendo

que

la

estructura

se

comporta

elásticamente, incluyendo: los efectos traslacionales, de torsión en planta y P-∆. Se denomina deriva δi, a la diferencia de los desplazamientos laterales totales entre dos niveles consecutivos: δi = ∆i - ∆i-1

41   

La verificación del cumplimiento de los valores límites para ∆i se hará en cada línea resistente o en los puntos más alejados del centro de rigidez. El cociente que sigue, no excederá en ningún nivel los valores dados en el Cuadro No.4: δi (hi - h i-1) Donde: (hi - h i-1) = Separación entre pisos o niveles consecutivos. Cuadro No6. Valores Límites de Desplazamiento

Fuente: COVENIN–MINDUR 1756-1-2001 EDIFICACIONES SISMORRESISTENTES

2.2.9 Programas de Análisis Según Salinas (2007), los programas de análisis estructural son desarrollados principalmente para estructuras de concreto armado, sean aporticadas, con muros o mixtos; también es posible analizar estructuras de acero o una mixtura de ambos materiales. Para los análisis no lineales, existen programas que consideran la no linealidad del material y otros que incluyen también la no linealidad geométrica (para considerar el efecto de segundo orden de las cargas); se tienen diferentes opciones de modelos histeréticos, de acuerdo a los distintos materiales y las 42   

distintas teorías de comportamiento no lineal. En la Figura 5 se presenta un esquema del desarrollo de las operaciones de un programa de análisis estructural. 2.2.9.1 ETABS ETABS es una herramienta ideal para el análisis y diseño de edificios para usos diversos, los cuales incluyen de tipo residencial, comercial, industrial, entre otros.

Figura No4. Esquema del desarrollo de las operaciones de un programa de análisis estructural. Fuente: Fundamentos del Análisis Dinámico de Estructuras 43   

Puede realizar análisis de estructuras complejas, tiene numerosas

opciones

que

simplifican

el

diseño

de

edificaciones, como por ejemplo:  Cálculo automático de coordenadas de centros de masas (Xm, Ym)  Cálculo automático de coordenadas de centros de rigideces (Xt, Yt)  Cálculo

automático

de

fuerzas

sísmicas,

sus

excentricidades y aplicación en el centro de masas.  Cálculo automático de masas del edificio a partir de los casos de carga elegidos  División automática de elementos (Auto-Mesh), así se pueden definir elementos que se cruzan, y el programa los divide automáticamente en su análisis interno, o se puede dar el comando de que divida los elementos en el mismo modelo.  Plantillas predefinidas de sistemas de losas planas, losas en una dirección, losas reticulares o con nervaduras y casetones, cubiertas, etc.  Importación de mallas y geometría desde Autocad. Ya se puede importar mallas y geometrías de pisos desde Autocad.  Diseño de elementos viga y columna de concreto.  Diseño de muro.  Diseño de sistemas de piso compuestos.  Diseño por Torsión de vigas.  Diseño de secciones no prismáticas de concreto.  Ordenación y Filtrado de Resultados. Ahora puedes obtener los resultados de tu modelo en forma 44   

filtrada u ordenar los datos de diferentes maneras. Por ejemplo, puedes ordenar los resultados de los elementos mecánicos de tus elementos, de mayor a menor, para la carga axial por ejemplo, o para el cortante o el momento.  Mejorado diseñador de secciones. Dibuja libremente cualquier tipo de sección usando este nuevo módulo integrado, y automáticamente calcula todas las propiedades.  Captura imágenes

de de

ventanas. las

Puedes

ventanas

del

copiar

y

modelo

pegar en

el

programa. Por ejemplo, puedes copiar todas las ventanas, o solo la ventana activa, y puedes copiar la ventana con o sin sus títulos superiores.

2.3 Definición de Términos Acciones Permanentes: Representa las cargas gravitatorias debidas al peso de todos los componentes estructurales y no estructurales, tales como muros, pisos, techos, tabiques, equipos de servicio unidos a la estructura y cualquiera otra carga de servicio fija. Fuente: Norma COVENIN 1756-1:2001 Acción Sísmica: Acción accidental debida a la ocurrencia de sismos, la cual incorpora los efectos traslacionales y los rotacionales respecto al eje vertical. Fuente: Norma COVENIN 1756-1:2001

45   

Acciones Variables: Carga originada por el uso y ocupación del edificio, excluidas las cargas permanentes, de viento o sismo. Fuente: Norma COVENIN 1756-1:2001 Análisis

Dinámico:

En

sistemas

elásticos

es

un

análisis

de

superposición modal para obtener la respuesta estructural a las acciones dinámicas. En sistemas inelásticos es un análisis en el cual se calcula la historia en el tiempo de la respuesta estructural a las acciones dinámicas. Fuente: Norma COVENIN 1756-1:2001 Cedencia: Condición del sistema resistente a sismos, caracterizada por aumentos

considerables

de

los

desplazamientos,

para

pequeños

incrementos del cortante basal. Fuente: Norma COVENIN 1756-1:2001 Conexión: Combinación de juntas para transmitir fuerzas entre dos o más miembros. Fuente: Norma COVENIN 1756-1:2001 Configuración Estructural: Distribución de los elementos verticales de soporte en una estructura, que permite elegir un sistema apropiado para el envigado. Fuente:http://www.parro.com.ar Deriva: Diferencia de los desplazamientos laterales totales entre dos niveles o pisos consecutivos. Fuente: Norma COVENIN 1756-1:2001

46   

Diafragma: Parte de la estructura, generalmente horizontal, con suficiente rigidez en su plano, diseñada para transmitir las fuerzas a los elementos verticales del sistema resistente a sismos. Fuente: Norma COVENIN 1756-1:2001 Discontinuidad física: Forma espacial irregular de la transición de esfuerzos entre dos miembros estructurales vecinos. Fuente: Norma COVENIN 1756-1:2001 Edificación:

Es

una

estructura

que

posee

diafragmas,

que

compatibilizan los desplazamientos horizontales de los miembros que llegan a ese nivel. Fuente: Norma COVENIN 1756-1:2001 Espectro de Diseño: Espectro que incorpora el factor de reducción de respuesta correspondiente al sistema resistente a sismos adoptado. Fuente: Norma COVENIN 1756-1:2001 Espectro

de

Respuesta:

Representa

la

respuesta

máxima

de

osciladores de un grado de libertad y de un mismo coeficiente de amortiguamiento, sometidos a una historia de aceleraciones dada, expresada en función del período. Fuente: Norma COVENIN 1756-1:2001 Excentricidad

Dinámica:

Cociente

entre

el

momento

torsor

proveniente de un análisis dinámico con tres grados de libertad por nivel, calculado respecto al centro de rigidez, y la fuerza cortante en ese nivel. Fuente: Norma COVENIN 1756-1:2001 47   

Excentricidad Estática: Distancia entre la línea de acción de la fuerza cortante y el centro de rigidez. Fuente: Norma COVENIN 1756-1:2001 Factor de Amplificación Dinámico: Cociente entre la excentricidad dinámica y la excentricidad estática. Fuente: Norma COVENIN 1756-1:2001 Factor de Reducción de Respuesta. Factor que divide las ordenadas del espectro de respuesta elástica para obtener el espectro de diseño. Fuente: Norma COVENIN 1756-1:2001 Fuerzas de Diseño. Fuerzas que representan la acción sísmica sobre la edificación o sus componentes; están especificadas a nivel de cedencia. Fuente: Norma COVENIN 1756-1:2001 Fuerzas Sísmicas: Fuerzas externas, capaces de reproducir los valores extremos de los desplazamientos y las solicitaciones internas causadas por la excitación sísmica actuando en el nivel de base. Fuente: Norma COVENIN 1756-1:2001 Nivel de base: Nivel de la edificación donde se admite que las acciones sísmicas se transmiten a la estructura. Fuente: Norma COVENIN 1756-1:2001 Nivel de Diseño: Conjunto de requisitos normativos asociadas a un determinado factor de reducción de respuesta, que se aplica en el diseño de miembros del sistema resistente a sismos. Fuente: Norma COVENIN 1756-1:2001 48   

Sismo: Movimiento de tipo vibratorio del terreno que se produce debido al choque de las placas tectónicas y a la liberación de energía en el curso de una reorganización brusca de materiales de la corteza terrestre al superar el estado de equilibrio mecánico. Fuente: Norma COVENIN 1756-1:2001 Sistematización de Estructura: Registrar, de manera ordenada, a través de la utilización de un software de análisis estructural, los componentes de una edificación bajo un esquema específico de diseño. Fuente: Vida útil: Tiempo o duración en la cual se supone que una edificación se va a utilizar para el propósito que fue diseñada. en esta norma se supone una vida útil de 50 años. Fuente: Norma COVENIN 1756-1:2001 Zona Sísmica: Zona geográfica en la cual se admite que la máxima intensidad esperada de las acciones sísmicas, en un período de tiempo prefijado, es similar en todos sus puntos. Fuente: Norma COVENIN 1756-1:2001

49   

2.4 Sistema De Variables Operacionalización del sistema de Variables   Técnicas e Objetivo 1

Variable

Tipo

Dimensión

Indicador

Fuente

Instrumentos de Recolección

Dimensiones de los Forma de la

Miembros

Estructura

Determinar la configuración geométrica

Sistema

Indepen‐

inicial de la

Aporticado

diente

estructura Materiales

tipo a analizar

Número de

Investigación

Niveles

Documental

Lista de cotejo y.

Norma

Observación

Resistencia

COVENIN

directa

del Concreto

1756:2001

de Construcción

Resistencia del Acero

Técnicas e Objetivo 2

Variable

Tipo

Dimensión

Indicador

Fuente

Instrumentos de Recolección

Esquinas Irregularidad

Establecer el

en Planta

tipo de irregularidad

Irregularidades

que va a ser

tipificadas en

estudiada en

la Norma

la

COVENIN

configuración

1756:2001

estructural determinada

reentrantes

Sistemas no paralelos

Documental

Indepen‐ diente

Irregularidad

Norma

de Rigidez

COVENIN 1756:2001

Irregularidad en Elevación

Irregularidad vertical geométrica

50   

Investigación

Documentos y planos arquitectónicos referenciales

Técnicas e Objetivo 3

Variable

Tipo

Dimensión

Indicador

Fuente

Instrumentos de Recolección

Esquinas Irregularidad

Obtener la

en Planta

configuración

tipo a analizar una vez

Sistemas no paralelos

final de la estructura

reentrantes

Sistema

Depen‐

Aporticado

diente

Irregularidad de Rigidez

incluida la

Investigación Documental

Lista de cotejo y

Norma

observación

COVENIN

directa

1756:2001

irregularidad

Irregularidad

establecida.

en Elevación

Irregularidad vertical geométrica

Técnicas e Objetivo 4

Variable

Tipo

Dimensión

Indicador

Fuente

Instumentos de Recolección

Determinar los espectros sísmicos de diseño que serán utilizados para obtener la respuesta dinámica de la estructura, empleando para tal fin el programa SISMO01

Espectros

S1

sísmicos de diseño que serán

S2

utilizados para obtener la respuesta dinámica de la

Indepen‐

Formas

diente

Espectrales

S3

estructura, empleando para tal fin el S4

programa SISMO01

51   

Simulación

Programa SISMO01 y ETABS

Técnicas e Objetivo 5

Variable

Tipo

Dimensión

Indicador

Fuente

Instrumentos de Recolección

Analizar

Desplaza‐

dinámicamente

miento

cm

de la

Investigación

edificación establecida,

ADESM3GLN.

tanto para su

Depen‐ diente

Fuerza

kgf

configuración

Documental

Software de

Norma

análisis estructutal.

COVENIN

ETABS

1756:2001

regular como

Rigidez

irregular

kgf/cm

Técnicas e Objetivo 6

Variable

Tipo

Dimensión

Indicador

Fuente

Instrumentos de Recolección

Comparar de los resultados obtenidos para las configuraciones regular e irregular de la estructura analizada

Resultados

Desplaza‐

obtenidos para

miento

las configuraciones

Depen‐

regular e

diente

Fuerza

kgf

Rigidez

kgf/cm

irregular de la estructura analizada

52   

cm

ETABS

Lista de cotejo

CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO  

3.1 Tipo de Investigación   El tipo de investigación utilizada para abordar el problema objeto de estudio se enmarca dentro de la clasificación de tipo aplicada, puesto que la misma busca generar un conocimiento en cuanto a la respuesta dinámica de la estructura de acuerdo a su configuración geométrica. Este tipo de investigación se seleccionó por cuanto desde el punto de vista técnico da una opción ante una necesidad constructiva. La validez de este tipo de investigación en el proceso de obtención del conocimiento científico y aplicación del mismo para dar respuestas a incógnitas de un determinado comportamiento, se observa en el planteamiento del Manual de Frascati (2002). 3.2 Diseño de la Investigación El

tipo

de

diseño

utilizado

es

un

diseño

experimental,

específicamente de tipo factorial por cuanto hay más de una variable independiente a tomar encuentra, logrando así, valorar el efecto de la interacción, es decir, saber el efecto combinado de las distintas variables. El análisis de la estructura prototipo se desarrollará a través del método de Análisis Dinámico Espacial con Tres (03) grados de Libertad por nivel, para las formas espectrales S1, S2, S3 y S4, utilizando como herramienta de análisis el programa de cálculo estructural ETABS. En cuanto a la matriz de factores desarrollada en el diseño de esta investigación se tiene que es de 4x4 donde se presentan las variables 54   

independientes Método Dinámico con tres grados de libertad por nivel con 4 niveles y Formas Espectrales de igual modo con 4 niveles , lo que nos permitirá la obtención de los Desplazamientos Laterales de la edificación. 3.3 Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos  

Las técnicas e instrumentos de recolección de datos son un conjunto de herramientas que permiten como su nombre lo indica recopilar y obtener datos importantes, en este caso, por parte de los programas utilizados, para la evaluación de la respuesta del prototipo de acuerdo a las variables establecidas. La presente investigación hizo uso de la observación como técnica de recolección de datos, la cual consiste en el uso sistemático de los sentidos orientados a la captación de la realidad que se quiere estudiar y obtener así los datos necesarios para dar respuesta a la problemática planteada. En este caso, detectar el comportamiento de la edificación bajo sus diferentes configuraciones geométricas. El instrumento de recolección de datos es un recurso del que se vale el investigador para acercarse a los fenómenos y extraer de ellos información. Dentro de cada instrumento se distinguen dos aspectos diferentes que son la forma y el contenido. La Primera se refiere al tipo de aproximación que se establece con lo empírico a las técnicas que se utilizan

para

dicha

tarea.

En

cuanto

al

contenido

especificación de los datos que requieren ser obtenidos.

55   

expresa

la

En lo que a instrumentos de recolección de datos se refiere, fueron utilizados diversos programas de cálculo estructural. Para el diseño y análisis de la estructura prototipo fue utilizado el software ETABS y, en cuanto a la generación de los espectros sísmicos de diseño, se empleó el programa SISMO, desarrollado por el ingeniero José Galiño.  

56   

CAPÍTULO IV PRESENTACION Y ANÁLISIS DE RESULTADOS  

4.1 Datos Para el Análisis Para el análisis dinámico de la edificación fue necesario definir los parámetros geométricos, geográficos y geológicos involucrados en la generación del espectro de diseño, así como también los datos propios de la edificación a estudiar. 4.1.1 Datos de la Edificación La edificación a estudiar posee once (11) niveles, nueve (9) entrepisos, una (1) planta de azotea y sala de máquinas, y una (1) planta techo. La altura de los niveles es de tres metros (3,00m) para los entrepisos y tres metros y medio (3,50m) para la planta de techo. La distribución en planta para los entrepisos se realizó en cuatro (4) ejes estructurales en dirección X nombrados con números enteros consecutivos y cuatro ejes estructurales en dirección Y nombrados en orden alfabético. La separación entre los ejes es de seis metros (6,00 m) para todos los casos.

58   

La ubicación de la escalera en esta edificación, está definida dentro del retículo central, en su parte inferior derecha, apoyando el descanso paralelo al eje 2-3. La escalera ocupa un ancho total de 2.5 m., un largo de xx m. y está conformada por 20 escalones, con huellas de 30 cm y contrahuellas de 15cm. El descanso posee un metro de ancho, mientras que las losas poseen 1.20 m. cada una y una separación entre ellas de 10 cm. La distribución en planta para la azotea es de dos ejes estructurales en dirección X (B-C) y dos ejes estructurales en dirección Y (2-3), ocupando el retículo central. 4.1.2 Datos Para la Generación del Espectro Los datos involucrados en la creación del espectro son de tipo: geográficos, geológicos y de la edificación; y se encuentran definidos en la Norma COVENIN 1756-2001. Para la edificación estudiada, los datos utilizados fueron los siguientes: 

Zona Sísmica: 5



Coeficiente de Aceleración Horizontal (Ao): 0,30



Coeficiente de Aceleración Vertical (AoY): 0,21



Tipo de Suelo: S2



Factor de Corrección: 0,90



Clasificación Según Uso: B2



Factor de Importancia: 1



Tipo de Estructura: I



Clasificación Según la Regularidad de la Estructura: Regular



Nivel de Diseño: ND3



Factor de Reducción de Respuesta (R): 6,00



Altura del Edificio: 33,50 59 

 



Material de la Estructura: Concreto



Método

de

Análisis:

Análisis

Dinámico

Espacial

de

Superposición Modal con Tres Grados de Libertad Por Nivel 

Numero de Modos de Vibración: 33



Combinación Modal: CQC



Criterio de Combinación: Cuadrática Completa



Combinación a Respuestas Modales a Sismo en Dirección X: 9,81X + 6,87Z



Combinación a Respuestas Modales a Sismo en Dirección Y: 9,81Y + 6,87Z



Método de Análisis P-Delta: Interactivo Basado en los Casos de Carga



Combinación de Carga Para el Efecto P-Delta: 1,20CM + 0,50CV

4.1.3 Irregularidades Evaluadas Los modelos irregulares que se evaluaron con la finalidad de comparar el comportamiento dinámico de la estructura fueron los siguientes: 4.1.3.1 Modelo Irregular 1 (MI1) El

Modelo

Irregular

1

parte

de

la configuración

estructural del modelo regular, incluyéndole diafragmas flexibles en los niveles 1, 3, 5 y 7, por el diseño arquitectónico. Esta irregularidad se encuentra tipificada en la Norma COVENIN 1756:2001 y se evidencia cuando las plantas presentan un área total de aberturas que sobrepasan el veinte por ciento (20%) del área bruta de las plantas.

60   

4.1.3.2 Modelo Irregular 2 (MI2) El

Modelo

Irregular

2

parte

de

la configuración

estructural del modelo regular, incluyéndole una distribución irregular de masas en el nivel 9, por la incorporación de una piscina. Esta irregularidad se encuentra tipificada en la Norma COVENIN 1756:2001 y se evidencia cuando la masa de uno de los pisos excede el treinta por ciento (30%) de la masa de uno de los pisos contiguos. 4.2. Consideraciones del Análisis Para el análisis de los modelos matemáticos, las consideraciones iniciales que se realizaron con respecto a las secciones de los miembros y al espectro de diseño, se mantuvieron invariables para los tres modelos de estudio, con la finalidad de unificar el criterio de evaluación. 4.3 Análisis de Cargas El proceso de análisis de cargas para los elementos estructurales es una labor que depende del tipo de carga a asignar, su origen y el elemento al cual se le asignará. En los tres modelos matemáticos analizados, se asignaron cargas sobre losas, sobre vigas, cargas provenientes del ascensor y cargas provenientes del fluido incorporado en el modelo MI2. El análisis de cargas se realizó de acuerdo a las especificaciones establecidas en la Norma COVENIN 2002:1988. 4.3.1 Cargas Sobre Losas de Entrepiso y Techo Las

cargas

sobre

losas

de

entrepiso

y

techo

son

gravitacionales y derivan del uso que se le otorgue al nivel o parte del mismo.

61   

Cuadro No 7. Cargas sobre Losas Carga Carga Variable en Áreas Públicas y Vías de Escape Carga Variable en Habitaciones y Pasillos Internos Carga Variable Proveniente de las Maquinas del Ascensor Carga Variable en Techos y Azoteas Sobre Carga Permanente en Entrepisos Sobre Carga Permanente en Techos Sobre Carga Permanente en Escalera Sobre Carga Permanente Proveniente del Fluido

Caso de

Magnitud

Carga

(Kgf/m2)

CV

300

CV

175

CV

2.000

CVT

100

SCP

300

SCP

100

SCP

338

CF

3.000

Fuente: Los Autores. 4.3.2 Cargas Sobre Vigas Las vigas generalmente reciben las cargas de las losas, sin embargo, en muchos casos hay elementos estructurales y no estructurales que cargan directamente a las vigas.

62   

Cuadro No 8. Cargas sobre Vigas Cargas Distribuidas o

Caso de

Magnitud

Parcialmente Distribuidas

Carga

(Kgf/m)

SCP

675

SCP

337,50

Caso de

Magnitud

Carga

(Kgf)

CVT

1.000

CVT

2.000

Sobre Carga Permanente en Vigas que Soportan Paredes de H=3,00 m. Sobre Carga Permanente en Vigas que Soportan Paredes de H=1,50 m. Fuente: Los Autores. Cuadro No 9. Cargas sobre Vigas Cargas Puntuales Carga Horizontal en Rieles Ascensor Carga Vertical en Apoyo Para Mantenimiento de Maquinaria de Ascensores Fuente: Los Autores. 4.4 Predimensionado de Miembros Estructurales. 4.4.1 Losas El predimensionado de las losas fue realizado de acuerdo al método propuesto por los ingenieros Eduardo Arnal y Arnaldo Gutiérrez, en su publicación Edificaciones Sismoresistentes de Concreto Armado.

63   

4.4.1.1 Losas de Entrepiso β1 = 1.05 –

´

β1 = 1.05 –

ρbal =

.

ρbal =

.

= 0.87 ≥ 0.65

∙ ´ ∙ ∙

≥ 0.65

.

∙

∙ .

∙

.

∙

∙



. .

Rbal = φ ∙ fy ∙ ρbal ∙

.

∙ . ∙ .



∙

∙

´

Rbal = 0.9 ∙ 4200 ∙ 0.0264 ∙

Vc = 0.53

= 0.0264

.

∙ .

∙

= 73.679

´

Vc = 0.53 √250 = 8.38 CM = PP + SCP CM = (0.15 ∙ 2500) + 300 = 375 + 300 = 675 kgf/cm2 CV = 175 kgf/cm2

FMC =

.

FMC =

.

. ∙ . ∙

= 1.462

Wu = FMC ∙ (CM + CV) Wu = 1.462 ∙ (675 + 175) = 1242.5 kgf Mu = 0.125 ∙ Wu ∙ L² Mu = 0.125 ∙ 1242.5 ∙ 6² = 5591.25 kgf∙m

64   

Vu = 0.65 ∙ Wu ∙ L Vu = 0.65 ∙ 1242.5 ∙ 6 = 4845.75 kgf∙m

dv ≥

.

≥

∙

dm ≥

≥ 6.8 cm.

∙ .

.

≥

≥ 8.71 cm.

.

h losa = d + r

siendo d = max (dv,dm)

h losa = 8.71 + 5 = 13.71 ≈ 15 cm. LosaE = 15 cm. 4.4.1.2 Losas de Piso Sala de Máquinas β1 = 1.05 –

´

β1 = 1.05 –

ρbal =

.

ρbal =

.

= 0.87 ≥ 0.65

∙ ´ ∙ ∙

≥ 0.65

∙ .

.

∙

∙

.

∙

∙



. .

Rbal = φ ∙ fy ∙ ρbal ∙

.

∙ . ∙ .



∙

∙

´

Rbal = 0.9 ∙ 4200 ∙ 0.0264 ∙

Vc = 0.53

= 0.0264

.

∙ .

∙

= 73.679

´

Vc = 0.53 √250 = 8.38 CM = PP + SCP CM = (0.15 ∙ 2500) + 300 = 375 + 300 = 675 kgf/cm2 CV = 2000 kgf/cm2 65   

FMC =

.

FMC =

.

. ∙ . ∙

= 1.624



Wu = FMC ∙ (CM + CV) Wu = 1.624 ∙ (675 + 2000) = 4345 kgf Mu = 0.125 ∙ Wu ∙ L² Mu = 0.125 ∙ 4345 ∙ 6² = 19552.50 kgf∙m Vu = 0.65 ∙ Wu ∙ L Vu = 0.65 ∙ 4345 ∙ 6 = 16945.50 kgf∙m

dv ≥

.

≥

∙

dm ≥

≥ 23.789 cm.

∙ .

.

≥

≥ 16.29 cm.

.

h losa = d + r

siendo d = max (dv,dm)

h losa = 23.79 + 5 = 28.79 ≈ 30 cm. LosaSM = 30 cm. 4.4.1.3 Losas de Techo β1 = 1.05 –

´

β1 = 1.05 –

ρbal =

.

∙ ´ ∙

≥ 0.65 = 0.87 ≥ 0.65

∙

. .

∙ ∙



66   

.

ρbal =

∙

∙ .

∙

. .

.

Rbal = φ ∙ fy ∙ ρbal ∙

∙ . ∙ .



∙

∙

´

Rbal = 0.9 ∙ 4200 ∙ 0.0264 ∙

Vc = 0.53

= 0.0264

.

∙ .

∙

= 73.679

´

Vc = 0.53 √250 = 8.38 CM = PP + SCP CM = (0.15 ∙ 2500) + 100 = 375 + 100 = 475 kgf/cm2 CV = 100 kgf/cm2

FMC =

.

FMC =

.

. ∙ . ∙

= 1.452



Wu = FMC ∙ (CM + CV) Wu = 1.452 ∙ (475 + 100) = 835 kgf Mu = 0.125 ∙ Wu ∙ L² Mu = 0.125 ∙ 835 ∙ 6² = 3757.50 kgf∙m Vu = 0.65 ∙ Wu ∙ L Vu = 0.65 ∙ 835 ∙ 6 = 3256.50 kgf∙m

dv ≥ dm ≥

∙

≥ ≥

.

≥ 4.57 cm.

∙ .

. .

≥ 7.14 cm. 67 

 

h losa = d + r

siendo d = max (dv,dm)

h losa = 7.14 + 5 = 12.14 ≈ 15 cm. LosaT = 15 cm. 4.4.2 Vigas Para el predimensionado de las vigas se igualó el momento resistente al momento último a fin de obtener las dimensiones mínimas para dichos miembros. Por otra parte, el momento último fue calculado de acuerdo a lo expresado en la Tabla referente a “Momentos Flectores y Fuerzas Cortantes Aproximadas en Vigas y Losas Continuas” expresada en la Norma COVENIN 1753:2006. Mr = φ ∙ Rcu ∙ b ∙ d² Mr = Mu dmin = Q=(

∙

∙

∙ 850) + 500 = 1775

Sea b = 35 cm. Mu =

∙ ²

∙ ²

=

= 6390

Mu ∙ fm = 6390 ∙ 1.5 = 9585 dmin =

. ∙

.

∙ .

= 25.38

h = d + r = 25.38 + 5 = 30.38 ≈ 35 cm. V = 35x35 4.4.3 Columnas El predimensionado de las columnas se realizó a través de la herramienta COLUM, un programa en Excel desarrollado por la Br. Patricia Lares Fernández como una asignación para la cátedra 68   

Computación VII, impartida por el Ing. Sigfrido Loges, basado en la Norma COVENIN 1753:2006, el cual obtuvo una calificación de 20 puntos. En el predimensionado de las columnas se realizó el cálculo diferenciando entre columnas de borde, esquineras y centrales. Así mismo, se consideró la diferencia de cargas que las mismas recibían

de

acuerdo

al

número

de

pisos

que

soportan,

dividiéndolas en tres grupos. En tal sentido, se signaron como No. 1 aquellas columnas de los niveles inferiores, desde la base hasta el piso 4, como No. 2 aquellas columnas de los niveles intermedios, desde el piso 5 hasta el piso 8, y finalmente, como No. 3 aquellas columnas de los niveles superiores, desde el piso 9 hasta el techo. 4.4.3.1. Columnas de Borde No. 1

69   

4.4.3.2. Columnas de Borde No. 2

4.4.3.3. Columnas de Borde No. 3

70   

4.4.3.4. Columnas Centrales No. 1

4.4.3.5. Columnas Centrales No. 2

71   

4.4.3.6. Columnas Centrales No. 3

4.4.3.7. Columnas Esquineras No. 1

72   

4.4.3.8. Columnas Esquineras No. 2

4.4.3.9. Columnas Esquineras No. 3

73   

4.5 Modelo Matemático Para el análisis de la edificación se elaboró un modelo matemático en el programa de cálculo estructural ETABS versión 9.7.2, en las páginas siguientes se presenta un resumen ilustrado del procedimiento empleado. Las imágenes que a continuación se muestran son de fuente propia y se obtuvieron durante la realización del modelo matemático. 4.5.1 Definición del Modelo Matemático Para la creación del modelo matemático se definieron los ejes estructurales y la separación entre los mismos.

Luego se estableció el número de niveles, se les asigno un nombre y una altura de entrepisos.

74   

4.5.2 Creación de Materiales Una vez creado el modelo matemático, se procedió a definir el tipo de material a ser empleado en la edificación.

4.5.3 Creación de las Secciones Lineales Al poseer el material a ser empleado en la edificación, se definieron las diferentes secciones, para ello se partió del 75   

predimensionado de los elementos. Después de chequeado el modelo, se aumentaron las secciones y áreas de acero de los elementos para garantizar que los mismos chequearan ante las solicitaciones de cargas, para ello se empleó el método del tanteo.

El área de acero columnas se definió entre el uno por ciento (1%) y el dos por ciento (2%) del área total de la misma, de acuerdo a las especificaciones de áreas de acero máximas y mínimas establecidas en la Norma COVENIN 1753:2006.

76   

Para el caso del acero en vigas, no se definió en vista de que el mismo es calculado por el programa basado en la Norma ACI 318-08, que es similar a la Norma COVENIN 1753:2006.

4.5.4 Creación de las Secciones de Área Las secciones de área se definieron para la losa de la escalera, de la sala de máquinas, de entrepiso armadas en una (1) y dos (2) direcciones y para los muros empleados en el modelo MI2.

77   

4.5.5 Introducción del Espectro de Diseño Para introducir el espectro de diseño en el modelo se partió de un archivo de texto (extensión “.txt”) que arrojo el programa SISMO01, el cual se cargó en el programa ETABS.

4.5.6 Creación de los Casos de Carga Estáticos Los casos de carga estáticos se crearon en función de lo establecido en la Norma COVENIN 2002:1988 y la COVENIN 1753:2006. Donde se tiene: 

PP: Peso Propio de los elementos



CV: Carga Variable



CVT: Carga Variable de Techo 78 

 



SCP: Sobre Carga Permanente



CF: Carga de Fluidos (Aplica para el modelo MI2)

4.5.7 Creación del Caso de Respuesta Dinámica El caso de respuesta dinámica fue denominado SH (Sismo Horizontal) y se creó de acuerdo a lo establecido en la Norma COVENIN

1756:2001,

con

una

direcciones X e Y.

79   

influencia

de

1g

para

las

4.5.8 Creación de las Combinaciones de Cargas Las combinaciones de cargas empleadas en el modelo son las establecidas en la Norma COVENIN 1753:2001, arrojando un total de once (11) combinaciones, denominadas con el prefijo COMB.

Adicionalmente se creó una combinación denominada SV que considera el sismo en la dirección Z (Vertical) como un porcentaje de las cargas permanentes, dicho porcentaje es tomado del espectro, de acuerdo a las especificaciones establecidas en la Norma COVENIN 1756:2001.

80   

4.5.9 Creación de la Fuente de Masas La fuente de masas se crea con la finalidad de establecer las cargas que participan en el sismo para así determinar el porcentaje de excitación de las masas al evaluar los modos de vibración de la edificación. El porcentaje de participación de las cargas está definido en la Norma COVENIN 1756:2001.

4.5.10 Concepción Geométrica del Modelo Matemático La concepción geométrica del modelo matemático se realizó mediante las herramientas de dibujo que posee el programa ETABS partiendo de los ejes estructurales definidos en la Sección 4.5.1.

81   

4.5.10.1 Modelo Regular El Modelo Regular presenta tres (3) diferentes tipos de configuraciones en planta que se repiten de la siguiente manera: 

Piso 1: Se repite hasta Piso 9.



Azotea: No se repite.



Techo: No se repite.

Configuración Geométrica. Plantas Tipo Piso 1

82   

Configuración Geométrica. Planta Azotea

Configuración Geométrica. Planta Techo

83   

4.5.10.2 Modelo Irregular 1 El Modelo Irregular 1 presenta cinco (5) entrepisos diferentes que se repiten de la siguiente manera: 

Piso 1: Se repite en el Piso 5



Piso 2: Se repite en los Pisos 4, 6, 8 y 9.



Piso 3: Se repite en el Piso 7



Azotea: No se repite



Techo: No se repite

Configuración Geométrica. Plantas Tipo Piso 1

84   

Configuración Geométrica. Plantas Tipo Piso 2

Configuración Geométrica. Plantas Tipo Piso 3

85   

Configuración Geométrica. Planta Azotea

Configuración Geométrica. Planta Techo

86   

4.5.10.3 Modelo Irregular 2 El Modelo Irregular 2 presenta tres (3) diferentes tipos de configuraciones en planta que se repiten de la siguiente manera: 

Piso 1: Se repite hasta Piso 9



Azotea: No se Repite



Techo: No se repite

Configuración Geométrica. Planta Tipo Piso 1

87   

Configuración Geométrica. Planta Azotea

Configuración Geométrica. Planta Techo

88   

4.5.11 Análisis del Modelo Una vez asignadas las cargas a los diferentes miembros del modelo de la edificación, se procedió a realizar el análisis del mismo. Dicho análisis consta de tres fases: 4.5.11.1 Selección de las Opciones de Análisis En

esta

etapa

se

seleccionaron

los

aspectos

relacionados a la dirección del análisis, los parámetros de análisis dinámico y la inclusión del efecto P-Delta. Aspectos contenidos en la Norma COVENIN 1756:2001. Por otra parte, con respecto a los parámetros de análisis dinámico, se realizó un análisis mediante Vectores de Ritz en las tres direcciones globales, considerando treinta y tres (33) modos de vibración, valor obtenido del producto del número de niveles por tres (3), formula obtenida de la Norma COVENIN 1756:2001.

89   

4.5.11.2 Verificación Geométrica del Modelo El programa ETABS tiene la opción de verificar geométricamente

la

estructura

bajo

los

aspectos

de:

miembros solapados e intersección entre elementos.

4.5.11.3 Corrida del Análisis Una vez chequeada la geometría de los elementos y no poseer ningún mensaje de alerta, se precedió a correr el análisis del modelo matemático.

90   

4.5.12 Diseño de Elementos de Concreto y Chequeo de la Estructura. Luego

de

haber

analizado

el

modelo

matemático,

se

diseñaron los miembros de la edificación. Esta opción permitió verificar las solicitaciones de los elementos para así verificar si los mismos chequeaban.

91   

4.6. Obtención de Datos Para el Análisis 4.6.1 Corte Basal Dinámico Los datos de corte basal dinámico fueron extraídos de las tablas de corte por nivel, tomando los valores correspondientes a las direcciones X e Y del primer piso.

4.6.2 Desplazamientos Laterales Los datos de desplazamientos laterales para el cálculo de derivas fueron extraídos de las tablas de desplazamientos por nivel.

92   

4.6.3 Períodos Los datos de períodos fueron extraídos de las tablas de participación modal de radios de masas, obteniendo el tiempo del período por modo de vibración.

4.7 Análisis de Resultados Después de haber extraído los datos del programa ETABS, se realizó la comparación de la respuesta dinámica de los diferentes modelos, obteniendo los siguientes gráficos:

93   

GRAFICO No. 1 DESPLAZAMIENTOS LATERALES DIRECCIÓN X

0.003000

DESPLAZAMIENTO RELATIVO

0.002500

0.002000

MI2

0.001500

MI1 MR

0.001000

0.000500

0.000000

Análisis: Las curvas presentan, en los tres modelos de estudio, un comportamiento ascendente hasta el Piso 5, y descendiendo de manera progresiva hasta el nivel Techo. El MI2 es quien presenta un mayor desplazamiento, seguido del MI1,

siendo

el

MR

el

que

presenta

desplazamiento.

94   

los

menores

niveles

de

GRAFICO No. 2 DESPLAZAMIENTOS LATERALES DIRECCIÓN Y

0.003

DESPLAZAMIENTO RELATIVO

0.0025

0.002

MI2

0.0015

MI1 MR

0.001

0.0005

0

Análisis: En esta gráfica, las curvas reflejan un progresivo incremento en el desplazamiento de los tres modelos hasta el Piso 5, donde comienza a disminuir hasta el nivel Techo. El MI2 es quien presenta un mayor desplazamiento, seguido del MI1,

siendo

el

MR

el

que

presenta

desplazamiento.

95   

los

menores

niveles

de

GRAFICO No. 3 CORTE BASAL DIRECCIÓN X

250000

kgf/m2

200000 150000

MR MI1

100000

MI2

50000 0

Análisis: Las barras del gráfico presentan al modelo MI2 como la estructura con mayor cortante basal en la dirección X, seguido por la estructura regular denominada MR, siendo el modelo MI1 quien presenta el menor corte basal en esta dirección.

96   

GRAFICO No. 4 CORTE BASAL DIRECCIÓN Y

250000

kgf/m2

200000 150000

MR MI1

100000

MI2 50000 0

Análisis: Con una tendencia similar a la presentada en el gráfico del cortante basal en la dirección X, para el cortante basal en dirección Y, las barras del gráfico muestran al modelo MI2 como la estructura con mayor cortante basal, seguido por la estructura MR, siendo el modelo MI1 quien presenta el menor corte basal.

97   

GRAFICO No. 5

SEGUNDOS

PERIODOS DE OSCILACIÓN

1.6 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0

MI2 MI1 MR

1

3

5

7

9

11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 MODOS DE VIBRACIÓN

Análisis: En este gráfico se observa un incremento de aproximadamente 2.5 segundos en el periodo de oscilación del modelo MI2 con respecto a los modelos MR y MI1 para los primeros tres modos de vibración con una decreciente remarcada. A partir del modo de vibración 3 se mantiene la concordancia entre los tres modelos presentando una tendencia paulatinamente decreciente hasta el último modo de vibración

98   

CAPÍTULO V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES  

5.1 Conclusiones Luego de haber analizado y comparado la respuesta dinámica las diferentes edificaciones planteadas como objeto de estudio para el presente trabajo de grado, se ha podido concluir: 

Con respecto a la configuración geométrica inicial de la edificación a estudiar, se evidencia que el Modelo Regular cumple con los requerimientos de esfuerzos en los miembros y flechas máximas establecidas en la Norma COVENIN 1753:2006, al igual que para el Modelo Irregular 1. Sin embargo, para el Modelo Irregular 2 es necesario aumentar las secciones en las columnas y vigas de los pisos superiores en vista de que los mismos no chequean ante las solicitaciones de esfuerzos producidas por la incorporación de la piscina. Cabe destacar, que dicho aumento de secciones no fue realizado para mantener la uniformidad en el criterio de evaluación de los tres modelos.



En cuanto al establecimiento de las irregularidades a estudiar y su configuración estructural, es importante resaltar que en el caso del Modelo Irregular 2, la inclusión de muros en el piso 9, generó un aumento significativo en la rigidez de dicha planta, lo cual, aunque no fue objeto de estudio en el presente trabajo de grado, trajo como

consecuencia

una

mayor

exigencia

en

las

columnas

adyacentes a los mismos, aumentando así, su capacidad vigacolumna. 

Con relación a los cortes basales, se puede indicar que aún cuando se haya mantenido el espectro de diseño para las tres edificaciones 100 

 

estudiadas, la variación de masas entre las mismas arrojó un aumento de esfuerzos directamente proporcional al aumento de las masas. 

Los desplazamientos laterales para los dos modelos irregulares presentaron un incremento con respecto al modelo regular, sin embargo, dicho incremento obedece a diferentes razones. En tal sentido, para el Modelo Irregular 1, el incremento obedece a una falta de rigidez en los diafragmas de las losas de los pisos 1, 3, 5 y 7; mientras que para el Modelo Irregular 2, el incremento de los desplazamientos laterales obedece al aumento de masas en el piso 9.



En referencia a los períodos de oscilación, se puede apreciar que la masa y la rigidez fueron los factores determinantes en la respuesta dinámica de la edificación, dado que el Modelo Irregular 2, que conservo la misma rigidez del Modelo Regular, pero con un incremento de masas, fue quien obtuvo los mayores períodos. Por su parte, el Modelo Irregular 1, presentó períodos de magnitudes similares al Modelo Regular, puesto que, al disminuir su rigidez se disminuyó también su masa, generando una compensación entre la afectación que producen ambos aspectos.



Finalmente, se puede concluir que la tendencia, en todos los análisis realizados, indica que las irregularidades en la configuración estructural de los modelos, generan una afectación negativa en su respuesta dinámica ante un evento sísmico. Sin embargo, la seguridad que una estructura pueda brindarle a sus usuarios no

101   

radica en las irregularidades que ella presente, sino en su correcta inclusión y evaluación dentro de los modelos matemáticos. 5.2 Recomendaciones Es de gran importancia destacar una serie de recomendaciones que surgieron del análisis de los diferentes modelos objeto de estudio en el presente trabajo de grado. Las mismas se describen a continuación: 

Es importante realizar investigaciones similares a la presente, analizando algunas de las otras irregularidades tipificadas en la Norma COVENIN 1756:2001, y de este modo poder comparar el grado de afectación de las mismas en la respuesta dinámica de la edificación.



Con relación a los espectros de diseño, sería de gran utilidad, incluso para el presente trabajo, realizar un análisis dinámico para las diferentes formas espectrales, con la finalidad de determinar la incidencia de las fuerzas sísmicas en el desempeño estructural de la edificación.



Sería beneficioso realizar trabajos de investigación similares al presente,

diseñando

los

elementos

estructurales

para

cada

irregularidad y así poder evaluar el aumento de las secciones y áreas de acero, con el objeto de establecer comparaciones bajo un criterio de costos. 

Finalmente se recomienda realizar una investigación similar a esta, verificando los esfuerzos en los miembros y así analizar las posibles 102 

 

fallas que las irregularidades a evaluar puedan generar en la edificación.

103   

BIBLIOGRAFIA  

BIBLIOGRAFÍA

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Baptista, P., Fernández, C. y Hernández Sampieri, R. (2000). Metodología de la investigación. (2da. Edición): Caracas: Mc Graw Hill.



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González, C. y Robles, F. (2010). Concreto Reforzado. (4ta. Edición): México, D.F.: Limusa.

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Porrero, J., Ramos, C. y Grases, J. (2009). Manual de Concreto Estructural. (3ra. Edición): Caracas: SIDETUR.

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Arnal, E. y Gutiérrez, A. (2002). Edificaciones Sismoresistentes de Concreto Armado. (1ra. Edición): Caracas: SIDETUR.

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Ministerio de Desarrollo Urbano. (1988). Norma Venezolana de Criterios y Acciones Mínimas para el Proyecto de Edificaciones. COVENIN 200-88 105 

 



Ministerio de Desarrollo Urbano. (1998). Norma Venezolana de Edificaciones Sismoresistentes. COVENIN 1756-1:2001.



Ministerio de Desarrollo Urbano. (2006). Norma Venezolana de Proyecto y Construcción de Obras en Concreto Estructural. COVENIN 1753-2006.



Ministerio de Desarrollo Urbano. (1998). Norma Venezolana de Terminología de las Normas COVENIN-MINDUR de Edificaciones. COVENIN 2004-1998.

106   

ANEXOS  

ANEXO 1. VISTAS EN 3D

Modelo Regular

Modelo Irregular 1

Modelo Irregular 2

ANEXO 2. SECCIONES ASIGNADAS

Secciones Entrepiso

Secciones Elevación 1

Secciones Elevación B

ANEXO 3. DEFORMACIONES PARA SH

Modelo Regular

Modelo Irregular 1

Modelo Irregular 2

ANEXO 4. ESPECTRO DE DISEÑO

ESPECTRO DE DISEÑO ELÁSTICO 0.3

ACELERACIÓN ESPECTRAL "Ad/Ao"

0.25

0.2

0.15

0.1

1.6 x Ta

0.05

0 0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

PERIODO "T" ( seg )

NOTA: El periodo se tomara hasta 1.6 x Ta según lo establece el articulo 9.6.2.1 Y 9.7.6 de la norma COVENIN 1756-1:2001 1.6 x Ta =

1.54 seg

Ad / Ao = 0.0532

3.5

ANEXO 5. TABLAS COMPARATIVAS