UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA OFICINA CENTRAL DE POSGRADO
DIPLOMADO DE POSGRADO
DISEÑO ESTRUCTURAL Y NUEVAS TENDENCIAS EN LA CONSTRUCCIÓN SIN PÉRDIDAS Módulo V: Sesión 10:
DISEÑO SISMICO AVANZADO – PARTE 2 Expositor: DR. GENNER VILLARREAL CASTRO
EDIFICACIONES CON DISIPADORES DE ENERGIA DR. GENNER VILLARREAL CASTRO PROFESOR VISITANTE UMRPSFXCH – Bolivia PROFESOR VISITANTE ONSOL - Ecuador PROFESOR EXTRAORDINARIO UPAO PROFESOR PRINCIPAL UPC, USMP PREMIO NACIONAL ANR 2006, 2007, 2008
VENTAJAS DE UTILIZAR LOS DISIPADORES DE ENERGÍA VENTAJAS TÉCNICAS
Reducen los desplazamientos de la estructura. Disipan entre un 20% y 40% la energía sísmica. Reducen fuerzas de diseño sísmico . Ideales para aplicaciones en edificios nuevos y también para reforzamientos.
VENTAJAS FUNCIONALES
Estéticos.
VENTAJAS ECONÓMICAS
• No requieren mantenimiento. Fácil montaje e • Permiten reducir instalación. volumen de concreto y acero con menores Retornan a su posición espesores de placas, inicial luego de un columnas y vigas. fuerte sismo. • Disminuyen daños en equipamiento y elementos no estructurales. • No requieren reemplazo.
EDIFICIO REDUCTO
PREMIO NACIONAL ANR 2008
4000 2
Pseudo aceleracion espectral (cm/s )
300
2
Aceleración (cm/s )
200 100 0 -100 -200 -300 0
10
20
30
40
Tiempo (s)
50
60
70
3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0
0.5
1 Periodo (s)
1.5
2
Nº
Coeficiente de
Exponente de
Rigidez
Fluencia
Radio de
Exponente
amortiguamiento
amortiguamiento
(T/m)
(T)
rigidez
de fluencia
(T.s/m)
postfluencia
VD
10,85
0,5
54,25
-
-
-
VE
177,65
1,0
882,43
-
-
-
FD
-
-
25007,5
2,9
0,000
0,5
YD
-
-
2500
3,25
0,025
2,0
REGISTRO SISMICO DE LIMA 17/10/1966 Nº
Período de vibración por la forma (s) 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
SD
0,906
0,568
0,502
0,281
0,175
0,158
0,153
0,096
0,083
0,027
0,027
0,027
VD
0,906
0,568
0,502
0,281
0,175
0,158
0,153
0,096
0,083
0,027
0,027
0,027
VE
0.815
0,510
0,473
0,259
0,160
0,150
0,147
0,091
0,081
0,027
0,027
0,027
FD
0,382
0,286
0,218
0,128
0,095
0,079
0,074
0,058
0,046
0,027
0,027
0,027
YD
0,705
0,457
0,418
0,230
0,145
0,138
0,135
0,084
0,078
0,027
0,027
0,027
Desplazamiento Nº
SD
VD
VE
FD
YD
Estructura
Piso
X máx
Ymáx
Distorsión
x máx
y máx
5,12
0,0043
0,0034
5,86
4,09
0,0081
0,0062
1
3,43
2,22
0,0098
0,0063
Disipadores
3
4,19
4,56
0,0024
0,0031
viscosos
2
3,47
3,64
0,0046
0,0055
no-lineales
1
2,09
1,99
0,0060
0,0057
Disipadores
3
4,67
4,05
0,0031
0,0027
viscoelásticos
2
3,76
3,23
0,0055
0,0049
sólidos
1
2,10
1,77
0,0060
0,0050
Disipadores
3
4,43
4,49
0,0028
0,0030
por
2
3,59
3,60
0,0049
0,0055
fricción
1
2,11
1,96
0,0060
0,0056
Disipadores por
3
4,61
3,93
0,0030
0,0028
plastificación de
2
3,72
3,10
0,0054
0,0049
metales (fluencia)
1
2,10
1,63
0,0060
0,0047
Sin disipadores
(cm)
(cm)
3
7,15
2
Fuerzas internas (columnas 1er piso) Nº
Estructura
N máx
Vmáx
M máx
M t ,máx
(T)
(T)
(T.m)
(T.m)
SD
Sin disipadores
247,53
289,97
618,12
8,64
VD
Dis. Viscosos NL
192,89
260,26
555,24
5,92
VE
Dis. Viscoelásticos
211,75
262,85
555,53
5,93
FD
Dis. Fricción
205,96
261,97
558,05
4,92
YD
Dis. Fluencia
196,26
255,36
546,39
4,56
Columna Nº
SD
VD
VE
FD
YD
Estructura
Sin disipadores
Dis. Viscosos NL
Dis. Viscoelásticos
Dis. Fricción
Dis. Fluencia
N máx
Vmáx
M máx
M t ,máx
(T)
(T)
(T.m)
(T.m)
29,24
23,00
46,57
0,54
(2,62)
(6,10)
(6,10)
(varios)
23,55
20,69
41,81
0,37
(2,62)
(6,10)
(6,10)
(varios)
22,52
18,55
37,32
0,37
(18,46)
(6,10)
(6,10)
(varios)
23,70
20,26
41,04
0,31
(2,62)
(6,10)
(6,10)
(varios)
23,44
15,39
34,45
0,28
(2,62)
(6,10)
(6,10)
(varios)
Viga Nº
SD
VD
VE
FD
YD
Nº
VD
VE
FD
YD
Estructura
Sin disipadores
Dis. Viscosos NL
Dis. Viscoelásticos
Dis. Fricción
Dis. Fluencia
Estructura
Dis. Viscosos NL
Dis. Viscoelásticos
Dis. Fricción
Dis. Fluencia
Eje
N máx
Vmáx
M máx
M t ,máx
(T)
(T)
(T.m)
(T.m)
0,00
11,15
34,95
0,43
(85,91)
(85,91)
(85,91)
(varios)
0,00
9,90
31,40
0,28
(85,91)
(85,91)
(85,91)
(varios)
0,00
8,67
27,14
0,31
(85,91)
(85,91)
(85,91)
(varios)
0,00
9,85
30,83
0,25
(85,91)
(85,91)
(85,91)
(varios)
0,00
9,25
28,95
0,24
(85,91)
(85,91)
(85,91)
(varios)
Nomenclatura del
Fuerza axial
Deformación
disipador
(T)
(cm)
X–X
1
0,58
1,57
Y–Y
7
0,74
1,72
X–X
1
11,78
1,57
Y–Y
7
10,78
1,31
X–X
1
2,90
1,59
Y–Y
7
2,90
1,54
X–X
1
4,15
1,58
Y–Y
7
4,17
1,42
Edificio sin disipadores
Edificio con disipador viscoso
Edificio con disipador viscoelástico
Edificio con disipador por fricción
Edificio con disipador por fluencia
Disipador viscoelástico
0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0
1
2
3
4
5 6 7 8 Formas de vibración Sin Disipadores Disipadores Viscosos Disipadores Viscoelásticos Disipadores Fricción Disipadores Fluencia
9
10
11
3
12
2 Pisos
Períodos de vibración. (s)
1.0
1
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Desplazamientos (cm) VD
SD
VE
FD
YD
10
3
Pisos
2
1
0 0.000
0.002
VD
0.004 0.006 0.008 Distorsiones (cm/cm) SD
VE
0.010
FD
0.012
YD
Fuerza axial. (T)
32 29 26 23 20 SD
VD
VE Modelos Dinámicos
FD
YD
Fuerza cortante (T)
26 23 20 17 14 SD
VD
VE
FD
YD
Modelos Dinámicos
Momento flector (T.m)
48 44 40 36 32 SD
VD
VE
Modelos Dinámicos
FD
YD
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA SECCION DE POSGRADO MAESTRIA EN CIENCIAS MENCIÓN INGENIERIA ESTRUCTURAL
DISPOSITIVOS PASIVOS DE DISIPACION DE ENERGIA PARA DISEÑO SISMORRESISTENTE DE ESTRUCTURAS AUTOR: M.Sc. RICARDO OVIEDO SARMIENTO CONSULTOR: Ph.D. GENNER VILLARREAL CASTRO Lima, 2009
CLINICA ANGLOAMERICANA
UBICACIÓN DEL MICROTREMOR
COMPONENTES TRANSVERSAL Y LONGITUDINAL DE SEÑALES TEMPORALES DE VIBRACION EN EL 8vo PISO
DETALLE UNION TUBO DIAGONAL CON DISIPADOR
DETALLE TUBO DIAGONAL CON VIGA Y DISIPADOR CON VIGA
DISEÑO ESTRUCTURAL DE UNA EDIFICACION CON DISIPADORES DE ENERGIA Y ANALISIS SISMICO COMPARATIVO ENTRE EL EDIFICIO CONVENCIONAL Y EL EDIFICIO CON DISIPADORES DE ENERGIA PARA UN SISMO SEVERO AUTORES: ING. HIMLER CANO LAGOS ING. ENER IVAN ZUMAETA ESCOBEDO ASESOR: Ph.D. GENNER VILLARREAL CASTRO Lima, 2012
METODOLOGIA DE DISEÑO – AMORTIGUADORES (VISION 2000 - SEAOC)
RELACION DAÑO-DERIVA SEGÚN METODOLOGIA HAZUS
AUTOR: ING. WALEÓN LAMA CHONG CONSULTOR: DR. GENNER VILLARREAL CASTRO Ecuador, 2013
PERFILES W ELEMENTOS PISO
VIGAS
COLUMNAS INTERIORES
COLUMNAS DE BORDE
8
W18X46
W27X102
W24X94
7
W18X46
W27X102
W24X94
6
W18X71
W27X146
W24X131
5
W18X71
W27X146
W24X131
4
W18X71
W27X146
W24X131
3
W21X83
W27X217
W24X146
2
W21X83
W27X217
W24X146
1
W21X83
W27X217
W24X146
Cargas Permanentes DL = 745 Kg/m2 LL = 240 Kg/m2
-Carga Sísmica (Ex) Se creó un Espectro de Diseño siguiendo el NEC-11. Las características del Espectro son: LOCALIZACIÓN
PARÁMETROS DE DISEÑO
Ciudad:
Guayaquil
Región:
Costa (sin Esmeraldas)
Zona:
5
z=
0.40
η=
1.80
g
I=
1.00
R=
3.00
φP =
1.00
φE =
1.00
SUELO Y FACTORES DE SITIO Tipo de suelo:
E
PERIODO CORTO Y PERIODO CRÍTICO
r=
1.50
T0 =
0.26
seg
Fa =
1.15
Tc =
1.45
seg
Fd =
1.60
Fs =
1.90
PERIODO DEL PRIMER MODO DE VIBRACIÓN PERIODO DE VIBRACIÓN (seg) SIN DVE
CON DVE
1.3107
1.2111
DEFORMACIONES LATERALES Y DERIVAS INELÁSTICAS Deformación X (cm) NIVEL SIN DVE
Deriva Inelástica ΔM
CON DVE
SIN DVE
CON DVE
8
16.11
8.88
1.06%
0.52%
7
14.69
8.19
1.41%
0.71%
6
12.82
7.24
1.60%
0.85%
5
10.69
6.11
1.80%
0.98%
4
8.28
4.80
1.81%
1.01%
3
5.87
3.45
1.62%
0.93%
2
3.71
2.21
1.51%
0.89%
1
1.69
1.02
0.95%
0.57%
ESFUERZOS POR CARGAS PERMANENTES COLUMNAS Con el uso de los disipadores, los esfuerzos generados por las cargas gravitacionales no varían. Únicamente se reducen los esfuerzos provocados por la carga sísmica tanto en columnas como en vigas. COLUMNAS - COMBO 5: 1.0DL + 1.0LL P (Ton) V2 (Ton) EJE *NIVEL Perfil SIN DVE CON DVE SIN DVE CON DVE A 1 W24X146 -150.86 -150.91 -2.25 -2.25 A 4 W24X131 -94.34 -94.37 -5.80 -5.80 A 7 W24X94 -37.20 -37.21 -5.20 -5.21 B 1 W27X217 -293.59 -294.70 -0.07 -0.07 B 4 W27X146 -181.54 -182.01 -0.44 -0.43 B 7 W27X102 -72.32 -72.36 -0.55 -0.54 *NIVEL: se refiere a la columna que se encuentra debajo del nivel indicado
M3 (Ton-m) SIN DVE CON DVE -2.57 -2.58 -8.45 -8.46 -7.92 -7.93 -0.08 -0.08 -0.62 -0.60 -0.90 -0.89
ESFUERZOS POR CARGA SÍSMICA COLUMNAS COLUMNAS: EX EJE *NIVEL A 1 A 4 A 7 B 1 B 4 B 7
P (Ton)
V2 (Ton)
M3 (Ton-m)
SIN DVE CON DVE SIN DVE CON DVE SIN DVE 124.50 70.60 27.67 17.16 97.22 59.36 31.94 24.21 13.67 44.52 12.48 6.16 12.09 5.90 13.85 5.18 30.72 52.45 32.37 183.77 3.22 15.61 42.74 23.56 74.64 1.16 2.56 21.89 10.43 27.79 *Se refiere a la columna que se encuentra debajo del nivel indicado
CON DVE 59.25 24.01 5.36 111.79 39.66 11.51
% REDUCCIÓN P
V2
M3
43% 46% 51% -
38% 44% 51% 38% 45% 52%
39% 46% 61% 39% 47% 59%
Según el CSI Analysis Reference Manual y Villarreal & Oviedo (2008), el análisis no lineal que se utiliza para modelar los disipadores viscoelásticos es el Analisis No Lineal Modal Tiempo-Historia (FNA), que es una extensión del Fast NonLinear Analysis (FNA) que fue desarrollado por Wilson (Ibrahimbegovic and Wilson, 1989; Wilson, 1993). El método es extremadamente eficiente y es diseñado para ser usado principalmente para sistemas estructurales que son linealmente elásticos, pero que tienen un número limitado de elementos no lineales predefinidos. Para el método FNA, toda la no linealidad es impuesta por los disipadores.
Para
realizar
el
análisis
no
lineal,
las
propiedades de los disipadores viscoelásticos se asignaron como no lineales con las mismas magnitudes tanto para la rigidez como para el
amortiguamiento, y se asignó un exponente de amortiguamiento igual a 1 porque esto permite seguir modelando en paralelo la rigidez elástica
con el amortiguador viscoso, tal como es idealizado por el modelo de Kelvin-Voigt. (CSI Knowledge Base)
PÓRTICO SIN DVE
ENERGÍA (Ton - m)
Entrada Cinética
Potencial
Amortig. Modal
PÓRTICO CON DVE
ENERGÍA (Ton - m) Entrada
Cinética
Potencial
Amortig. Modal
DVE
GYE 93 CENTENARIO
19.23
13.11
7.62
17.52
GYE 93 CENTENARIO
22.11
13.33
6.98
10.55
11.37
% E. Entrada
100%
68%
40%
91%
% E. Entrada
100%
60%
32%
48%
51%
Histéresis Idealizada
El gráfico esfuerzo- deformación indica una Fuerza Axial máxima de 13.78 Ton con una deformación máxima de 1.63 cm. Si calculamos la deformación unitaria del material viscoelástico de 2cm de espesor, resulta: 1.63/2 = 81% < 100%, lo cual cumple con lo expuesto por Chang (et al., 2012) en el subcapítulo 3.4.
Envolvente de deformaciones laterales máximas
Nivel 8 7 6 5 4 3 2 1
SIN DVE
CON DVE
% REDUCCIÓN
Def. x (cm) 11.47 8.96 6.99 5.92 4.72 3.40 2.21 1.12
Def. x (cm) 10.70 8.75 7.11 5.43 3.91 2.86 2.03 1.03
Def. x 7% 2% -2% 8% 17% 16% 8% 7%
Comparación de deformaciones laterales y Derivas entre pisos para el tiempo 15.45 seg TIEMPO: 15.45 seg Nivel 8 7 6 5 4 3 2 1
h (cm) 300.00 300.00 300.00 300.00 300.00 300.00 300.00 400.00
SIN DVE Def. x (cm) 7.63 7.35 6.80 5.92 4.72 3.40 2.16 0.98
CON DVE
ΔM 0.09% 0.18% 0.30% 0.40% 0.44% 0.41% 0.39% 0.25%
Def. x (cm) 4.65 4.28 3.77 3.12 2.35 1.59 0.96 0.42
% REDUCCIÓN
ΔM 0.12% 0.17% 0.22% 0.26% 0.25% 0.21% 0.18% 0.10%
Def. x 39% 42% 45% 47% 50% 53% 56% 57%
ΔM -31% 6% 27% 36% 43% 49% 54% 57%
COLUMNAS: EX TH
P (Ton)
V2 (Ton)
M3 (Ton-m)
% REDUCCIÓN
EJE
*NIVEL
SIN DVE
CON DVE
SIN DVE
CON DVE
SIN DVE
CON DVE
P
V2
M3
A
1
79.87
78.74
28.73
26.10
91.79
84.32
1%
9%
8%
A
4
61.52
55.18
22.71
22.65
44.50
41.70
10%
0%
6%
A
7
22.63
19.52
22.03
17.58
41.94
32.94
14%
20%
21%
B
1
4.29
33.61
54.07
49.07
172.71
158.60
-
9%
8%
B
4
2.59
24.24
38.45
38.27
72.66
67.44
-
0%
7%
B
7
1.10
8.41
36.87
29.28
67.96
53.32
-
21%
22%
*Se refiere a la columna que se encuentra debajo del nivel indicado
Con estas reducciones, las secciones asignadas a los elementos estructurales pueden ser consideradas sobredimensionadas, por lo que se buscará hacer más liviano pórtico y así obtener un buen diseño acompañado de la economía de la estructura. PERFILES NUEVOS
PERFILES ORIGINALES PISO
VIGAS
PERFILES W ELEMENTOS COLUMNAS INTERIORES
COLUMNAS DE BORDE
PISO
PERFILES W ELEMENTOS COLUMNAS VIGAS INTERIORES
COLUMNAS DE BORDE
8
W18X46
W27X102
W24X94
8
W18X40
W27X94
W24X94
7
W18X46
W27X102
W24X94
7
W18X40
W27X94
W24X94
6
W18X71
W27X146
W24X131
6
W18X46
W27X114
W24X94
5
W18X71
W27X146
W24X131
5
W18X46
W27X114
W24X94
4
W18X71
W27X146
W24X131
4
W18X46
W27X114
W24X94
3
W21X83
W27X217
W24X146
3
W21X50
W27X146
W24X131
2
W21X83
W27X217
W24X146
2
W21X50
W27X146
W24X131
1
W21X83
W27X217
W24X146
1
W21X50
W27X146
W24X131
Peso: 58.59 Ton
Peso: 42.39 Ton
ANÁLISIS MODAL NO LINEAL TIEMPO-HISTORIA DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA
SIN DVE
REDISEÑO CON DVE GYE 93 CENTENARIO % E. Entrada
REDISEÑO CON DVE
CON DVE
ENERGÍA
ENERGÍA (Ton - m) Entrada
Cinética
Potencial
Amortig. Modal
DVE
38.06
11.76
5.61
20.58
17.32
100%
31%
15%
54%
46%
Amortiguamiento Modal PÓRTICO SIN DVE PÓRTICO CON DVE REDISEÑO CON DVE
91% 48% 54%
DVE 51% 46%
ANÁLISIS MODAL NO LINEAL TIEMPO-HISTORIA HISTÉRESIS DEL DISIPADOR VISCOELÁSTICO
En la Figura se indica una deformación máxima de 1.46 cm. Al calcular la deformación unitaria del material viscoelástico de 2.2 cm de espesor, resulta: 1.46/2.2 = 66% < 100%,
CAPÍTULO 1: ESTADO DEL ARTE 1.1 SISMICIDAD EN EL PERÚ
CAPÍTULO 1:
ESTADO DEL ARTE
1.2 SISTEMA DE REFORZAMIENTO TRADICIONAL
1.3 SISTEMA DE REFORZAMIENTO CON DISIPADORES DE ENERGÍA 1.4 DISIPADORES PASIVOS DE FLUIDO VISCOSO
SISMICIDAD EN EL PERU Perú
Círculo Circum Pacífico
Origen de los sismos en el Perú asociado al proceso de subducción.
Sismos
Magnitud
Información Adicional
Lugar
Año
Mw
Muertos
Heridos
Damnificados
Pisco e Ica
2007
7.9
519
2,000
340,000
Arequipa
2001
8.4
240 (70 desaparecidos)
2,400
460,000
Arequipa
1999
6.8
1
20
Lima
1974
8.0
254
3,600
300,000
Chimbote
1970
7.9
100,000 (25,000 desaparecidos)
358,000
3’000,000
Callao
1966
7.5
220
1,800
258,000
Fuente: Elaboración propia, datos de IGP
REGISTROS SÍSMICOS Amplificados con la máxima aceleración del suelo peruano Z=0.4g (E.030) Registro Lima 1966
Registro Chimbote 1970
Registro Ocoña 2001
Registro Lima 1974
Registro Ica 2007
CAPÍTULO 1: ESTADO DEL ARTE 1.1 SISMICIDAD EN EL PERÚ
CAPÍTULO 1:
ESTADO DEL ARTE
1.2 SISTEMA DE REFORZAMIENTO TRADICIONAL
1.3 SISTEMA DE REFORZAMIENTO CON DISIPADORES DE ENERGÍA 1.4 DISIPADORES PASIVOS DE FLUIDO VISCOSO
SISTEMA DE REFORZAMIENTO TRADICIONAL El reforzamiento es la modificación de las características estructurales de la edificación para tener un desempeño sísmico aceptable.
Reforzamiento de Columnas
Técnicas de reforzamiento tradicional
Pórticos Arriostrados
Muros de Corte o Placas
CAPÍTULO 1: ESTADO DEL ARTE 1.1 SISMICIDAD EN EL PERÚ
CAPÍTULO 1:
ESTADO DEL ARTE
1.2 SISTEMA DE REFORZAMIENTO TRADICIONAL
1.3 SISTEMA DE REFORZAMIENTO CON DISIPADORES DE ENERGÍA 1.4 DISIPADORES PASIVOS DE FLUIDO VISCOSO
SISTEMA DE REFORZAMIENTO CON DISIPADORES DE ENERGÍA Aislamiento en la base
Sistemas Pasivos
Sistemas inerciales acoplados Disipadores de energía
Sistemas de control estructural antisísmico
Sistemas activos
Sistemas híbridos
CAPÍTULO 1: ESTADO DEL ARTE 1.1 SISMICIDAD EN EL PERÚ
CAPÍTULO 1:
ESTADO DEL ARTE
1.2 SISTEMA DE REFORZAMIENTO TRADICIONAL
1.3 SISTEMA DE REFORZAMIENTO CON DISIPADORES DE ENERGÍA 1.4 DISIPADORES PASIVOS DE FLUIDO VISCOSO
DISIPADORES PASIVOS DE FLUIDO VISCOSO Dispositivo lleno de fluido capaz de mantenerse en servicio durante grandes periodos de tiempo sin mantenimiento. Fuerza de salida = resistiva + actúa en dirección opuesta al movimiento La fuerza varía respecto a la velocidad Disposiciones más comunes en edificaciones
Chevron Brace
Diagonal
Scissor Jack
CAPÍTULO 2: DESCRIPCIÓN Y ESTRUCTURACIÓN DEL PROYECTO Centro Empresarial Intisuyo N° de pisos: 5 pisos Ubicación: San Miguel Resistencia del suelo 4.00 Kg/cm2
ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LA EDIFICACIÓN PISO
CM (Ton)
CV (Ton)
Ptotal (Ton)
Psismo (Ton)
1 2 3 4 5
208.089
122.063
330.152
208.55
203.289
122.063
325.352
196.88
203.289
122.063
325.352
196.88
203.289
122.063
325.352
196.88
203.289
34.875
238.164
175.05
TOTAL
1021.245
523.127
1544.372
974.25
PARÁMETROS SÍSMICOS
Zonificación – Factor de Zona (Z) Lima Z=0.4
Tipo de suelo (S) Tp Grava arenosa
S=1.0
Factor de amplificación sísmica (C)
Factor de uso de importancia (U) Edificaciones comunes
Tp=0.4
U=1.0
Sistema estructural y coeficiente de reducción sísmica (R) Pórticos de concreto R=8 Irregular R=¾x8=6
MODOS Y PERIODOS RESULTANTES La estructura aporticada es flexible y se necesita aumentar rigidez
Modo
Periodo
1
% Masa Participativa
Frecuencia
UX
UY
0.96621
88.213
0.078
1.0350
2
0.74343
0.403
83.818
1.3451
3
0.64420
1.067
9.557
1.5523
4
0.29298
7.859
0.006
3.4132
5
0.22931
0.039
4.888
4.3610
6
0.19813
0.096
0.536
5.0472
7
0.15108
1.761
0.002
6.6189
8
0.12477
0.012
0.817
8.0149
9
0.10567
0.028
0.064
9.4631
10
0.09269
0.428
0.001
10.7890
11
0.08272
0.006
0.189
12.0890
12
0.06727
0.008
0.009
14.8660
13
0.06618
0.071
0.002
15.1100
14
0.06332
0.005
0.032
15.7930
15
0.04937
0.003
0.001
20.2550
CAPÍTULO 3: REFORZAMIENTO TRADICIONAL CON PLACAS 3.1 CRITERIOS GENERALES DE ESTRUCTURACIÓN •Aumentar la rigidez de la estructura disminuir desplazamientos laterales.
y
3.2 PREDIMENSIONAMIENTO DE PLACAS •Placas de 0.20 m, cuatro placas por piso. 3.3 CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL Y REGULARIDAD •La edificación presenta irregularidad en altura 3.4 ANÁLISIS SÍSMICO •Análisis estático, dinámico espectral y Tiempohistoria
REFORZAMIENTO TRADICIONAL CON PLACAS PISO
CM (Ton) CV (Ton)
Ptotal (Ton)
Psismo (Ton)
1
229.581
121.223
350.804
241.394
2
219.261
121.223
340.484
227.244
3
219.261
121.223
340.484
227.244
4
219.261
121.223
340.484
227.244
5
219.261
121.223
253.896
201.109
TOTAL
1,106.625
519.525
1,626.152
1,124.233
PARÁMETROS SÍSMICOS
Zonificación – Factor de Zona (Z) Lima Z=0.4
Tipo de suelo (S) Tp Grava arenosa
S=1.0
Factor de amplificación sísmica (C)
Factor de uso de importancia (U) Edificaciones comunes
Tp=0.4
U=1.0
Sistema estructural y coeficiente de reducción sísmica (R) Pórticos de concreto R=7 Irregular R = ¾ x 7 = 5.25
MODOS Y PERIODOS RESULTANTES Los periodos de la estructura inicial han disminuido aproximadamente 50%, lo que significa que la estructura ha incrementado su rigidez.
Modo
Periodo
1
% Masa Participativa
Frecuencia
UX
UY
0.4159
76.4999
0.0040
2.4044
2
0.3274
0.0070
80.0355
3.0541
3
0.2281
0.4464
0.0872
4.3844
4
0.0896
18.9872
0.0084
11.1600
5
0.0823
0.0120
16.4232
12.1550
6
0.0513
0.1489
0.0118
19.4950
7
0.0392
3.2434
0.0055
25.5200
8
0.0377
0.0076
2.7638
26.5390
9
0.0250
0.0560
0.5724
39.9720
10
0.0246
0.4856
0.0567
40.6080
11
0.0227
0.0284
0.0001
44.0660
12
0.0199
0.0007
0.0286
50.3500
13
0.0192
0.0711
0.0014
52.1200
14
0.0145
0.0053
0.0012
69.1970
15
0.0114
0.0006
0.0003
87.9860
CAPÍTULO 4: REFORZAMIENTO CON DISIPADORES DE FLUIDO VISCOSO
Metodología de diseño de amortiguadores
Se determinarán los objetivos de desempeño y objetivos de diseño de acuerdo a la información presentada por el Comité VISION 2000 y el FEMA en MultiHazard Loss Estimation Methodology. Nivel de Desempeño
Movimiento Sísmico de Diseño
Totalmente Operacional Sismo frecuente (43 años) Sismo ocasional (72 años) Sismo raro (475 años) Sismo muy raro (970 años)
Estructura Básica Estructura Esencial Estructura Crítica Estructura Crítica
Funcional
Estructura Básica Estructura Esencial Estructura Crítica
Resguardo de la vida
Próximo al Colapso
Estructura Básica Estructura Esencial
Estructura Básica
C1M: pórtico de concreto armado de mediana altura (de 4 a 7 niveles).
Nivel de Desempeño Totalmente Operacional Funcional
Deriva 0.0033 0.0033
Resguardo de Vida
0.0058
Próximo al Colapso
0.0156
Colapso
0.0400
UBICACIÓN DE LOS DISPOSITIVOS DE DISIPACIÓN DE ENERGÍA Según el ASCE, se debe colocar como mínimo dos dispositivos por dirección de análisis en cada piso y de tal forma que no se genere torsión
Disposición de disipadores en eje XX
Disposición de disipadores en eje YY
AMORTIGUAMIENTO OBJETIVO
B =25%
DISEÑO DE AMORTIGUADORES VISCOSOS Amplitud
de desplazamiento
Referencia: Carlos Alberto Bermúdez Mejía
Referencia: Genner Villarreal Castro y Ricardo Oviedo Sarmiento
DISEÑO DE AMORTIGUADORES VISCOSOS Coeficiente
de amortiguamiento y Rigidez
Referencia: Roberto Aguinar Falconí
Exponente "α"
Parámetro "λ"
0.25
3.7
0.50
3.5
0.75
3.3
1.00
3.1
1.25
3
1.50
2.9
DISEÑO ESTRUCTURAL CON AMORTIGUADORES VISCOSOS
PISO
θ (rad)
Wi (Tn)
φr1
Wiφr12
cos1.5θ (rad)
Cd (T.s/m)
Kd(T/m)
1
0.5833
299.91
44.7
599249670
0.7625
280.3181
1401.5907
2
0.5105
288.25
76.68
1694842637
0.8150
262.2811
1311.4056
3
0.5105
288.25
102.84
3048521825
0.8150
262.2811
1311.4056
4
0.5105
288.25
121.59
4261484268
0.8150
262.2811
1311.4056
5
0.5105
200.92
132.59
3532278825
0.8150
262.2811
1311.4056
PISO
θ (rad)
Wi (Tn)
φr1
Wiφr12
cos1.5θ (rad)
Cd (T.s/m)
Kd(T/m)
1
0.3913
299.911
44.7
599249670
0.8888
240.4989
1202.4947
2
0.3367
288.247
76.68
1694842637
0.9170
233.1051
1165.5255
3
0.3367
288.247
102.84
3048521825
0.9170
233.1051
1165.5255
4
0.3367
288.247
121.59
4261484268
0.9170
233.1051
1165.5255
5
0.3367
200.925
132.59
3532278825
0.9170
233.1051
1165.5255
DISEÑO ESTRUCTURAL DE BRAZO METÁLICO Es común el uso de perfiles HSS o tipo PIPE, por lo que se iniciará el cálculo con un perfil metálico del tipo PIPE 10 STD. D ext. (in)
10.80
D int. (in)
10
Espesor (in)
0.349
Área (in2)
13.60
BALANCE DE ENERGÍA Para realizar el balance de energía se procede a evaluar la participación de los amortiguadores en la disipación de energía de entrada a través del grafico de energía que proporciona el software SAP 2000 v 15.1.0. para cada registro sísmico.
CURVA DE HISTÉRESIS Se puede identificar el comportamiento fuerza-desplazamiento del amortiguador a partir del gráfico mostrado = tendencia semieliptica. La curva se encuentra algo inclinada pero mantiene la forma predefinida de los dispositivos no lineales.
Curva Desplazamiento-Fuerza Link 1 (Eje XZ) Fuente: Propia
Curva Desplazamiento-Fuerza Link 12 (Eje YZ) Fuente: Propia
CAPÍTULO 5: ANÁLISIS SÍSMICO COMPARATIVO
CAPÍTULO 5 ANÁLISIS COMPARATIVO DE DISIPACIÓN DE ENERGÍA
Reforzamiento con disipadores viscosos
Los disipadores absorben 85% de la energía y la edificación se esfuerza menos.
Reforzamiento tradicional con placas
La estructura está obligada a disipar el total de la energía, lo que genera daños estructurales.
ANÁLISIS COMPARATIVO DE DESPLAZAMIENTOS LATERALES Sismo X
Sismo Y
Pisos
Estructura Aporticada
Estructura con Placas
Estructura con Disipador
Pisos
Estructura Aporticada
Estructura con Placas
Estructura con Disipador
1
30.65
7.28
16.24
1
42.09
6.77
14.88
2
51.71
15.83
27.03
2
61.51
13.68
22.43
3
68.41
25.89
35.00
3
75.08
21.18
27.95
4
79.95
36.43
40.16
4
84.23
28.76
31.39
5
86.64
46.77
42.66
5
88.9
36.20
32.91
Desplazamientos Laterales - Sismo X
Desplazamientos Laterales - Sismo Y Desplazamiento (mm)
Desplazamiento (mm)
100 80 60 40 20 0 1
2
3 Pisos
4
5
100
80 60 40 20 0 1
2
3 Pisos
4
5
ANÁLISIS COMPARATIVO DE DERIVAS Sismo X
Sismo Y
Pisos
Estructura Aporticada
Estructura con Placas
Estructura con Disipador
Pisos
Estructura Aporticada
Estructura con Placas
Estructura con Disipador
1
0.0093
0.0017
0.0038
1
0.0128
0.0016
0.0035
2
0.0075
0.0031
0.0039
2
0.0069
0.0025
0.0027
3
0.0060
0.0036
0.0028
3
0.0048
0.0027
0.0020
4
0.0041
0.0038
0.0018
4
0.0033
0.0027
0.0012
5
0.0024
0.0037
0.0009
5
0.0017
0.0027
0.0005
ANÁLISIS COMPARATIVO DE FUERZAS Fuerza Axial Sismo X
Sismo Y
Pisos
Aporticado
Placas
Disipador
Aporticado
Placas
Disipador
1
35.11
36.65
17.35
53.75
54.65
19.49
2
27.97
31.14
11.22
34.83
35.13
12.30
3
18.96
23.77
6.19
20.67
23.53
6.83
4
10.34
15.63
2.68
9.99
14.65
2.92
5
3.72
7.15
0.78
3.03
6.21
0.75
Fuerza Cortante Sismo X
Sismo Y
Pisos
Aporticado
Placas
Disipador
Aporticado
Placas
Disipador
1
11.72
4.16
7.79
29.42
6.46
10.95
2
8.18
7.87
4.38
21.03
11.89
8.98
3
8.34
8.63
3.53
16.48
17.08
7.00
4
7.57
9.41
2.04
11.32
21.58
4.99
5
3.69
12.49
0.53
5.62
30.15
1.55
Disipadores
ANÁLISIS COMPARATIVO DE DAÑOS POST-SISMO
Placas Edificación Tradicional vs. Edificio con Disipadores de Energía Terremoto de Chile (Concepción)
Disipadores
ANÁLISIS COMPARATIVO DE DAÑOS POST-SISMO
•Mas efectivo. •Inversión de 20% •No requiere mantenimiento ni reemplazo. •Elimina costos de reconstrucción.
Placas
•Menos efectivo. •Inversión de 25% - 30%. •Evaluación de niveles de daño. •Rehabilitación estructural supervisada. •Mayor costo de mano de obra especializada. •Mayor volúmenes de concreto y acero. •Técnica mas usada encamisar el muro con mallas electrosoldadas.
EDIFICACIONES CON AISLAMIENTO SISMICO EN LA BASE DR. GENNER VILLARREAL CASTRO PROFESOR VISITANTE UMRPSFXCH-Bolivia PROFESOR VISITANTE ONSOL-Ecuador PROFESOR EXTRAORDINARIO UPAO PROFESOR PRINCIPAL UPC, USMP PREMIO NACIONAL ANR 2006, 2007, 2008
Amortiguamiento Coeficiente efectivo BM (% del crítico) ≤2 5 10 20 30 40 ≥50
0,8 1,0 1,2 1,5 1,7 1,9 2,0
G = 0,4 a 0,7MPa
INVESTIGACION TEORICOEXPERIMENTAL DE EDIFICIO AISLADO CON AISLADOR DE GOMA Y PLANCHAS METALICAS AUTOR: DR. LE TJU TJI NGUYEN CONSULTOR: DR. GENNER VILLARREAL CASTRO RUSIA - 2010
ENSAYO EXPERIMENTAL
MODELO EN EL MEF
El hombre nunca sabe de lo que es capaz hasta que lo intenta.
CHARLES DICKENS
GRACIAS Dr. Genner Villarreal Castro
[email protected] www.gennervillarrealcastro.blogspot.com www.youtube.com/user/gennervc/feed
