analisis estructural final

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS

INTEGRANTES: Torres Funio Vanessa

Cárdenas Álvaro LuceroValencia Núñez MichaelEscalante Torres RonnyHerrera Rosales Carlos

Mamani León Pedro Jose

ANALISIS ESTRUCTURAL

PROYECTO: Policlínico Social Alemán Espíritu Santo

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Indice

1 Análisis Estructural ………………………………………………………… 2

1.- Introducción …………………………………………………………………………. 2 2.- Ubicación

………………………………………………………………………… 3 3.- Accesibilidad

……………………………………………………………………….. 4 4.-Adecuacion Topográfica

…………………………………………………… 5 5.-Distribucion de áreas por pisos

……………………………………………… 6-9 7.-Normas Utilizadas

………………………………………………………………… 10 8.- Configuración Estructural

……………………………………………………… 11 8.1.- Losa Aligerada ………………………………………………………………. 11 8.2.- Losa Maciza .……………………………………………………………… 12 8.3.- Losa Bidireccional ………………………………………………………… 13 8.4.- Columnas …………………………………………………………………… 14 8.5.- Vigas ………………………………………………………………………….. 15 8.6.- Tabiquería …………………………………………………………………… 16 8.7.- Acabados …………………………………………………………………… 16 8.8.- Sobrecargas…………………………………………………………………… 169.-Calculo de peso de la estructura

………………………………………………. 17 10.- Cimentación ……………………………………………………………………….. 17

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10.1.- Características del Suelo ……………………………………………… 18 11.- Volteo de Estructural ……………………………………………………………… 18-21

2 DISEÑO ESTRUCTURAL ……………………………………………………. 21

1.- Método de Análisis ……………………………………………………………. 23 2.- Parámetros de Diseño …………………………………………………………. 23-24 3.- Comparación de desplazamiento y aceleración …………………….. 25-26

3 SISTEMA ANTISISMICO DE AMORTIGUAMIENTO ………………. 28

1.- Introducción …….………………………………………………………………… 28 2.-Parametros de Diseño ………………………………………………………… 25-24 3.- Policlínico Espíritu Santo ………………………………………………………… 30 3.1.- Características del Edificio ……………………………………………. 30 3.2.-Diseño de los Amortiguadores .……………………………………… 304.- Análisis del Resultado …………………....................... 315.-Comparacion de la respuesta entre sistema con AMS y sin AMS 31-326.-CONCLUSIONES7.- ANEXOS 7.1.- cimentaciones …………………………………………………………………. 40-42

ANALISIS ESTRUCTURALPROYECTO: Policlínico Social Alemán Espíritu Santo

1.INTRODUCCION:

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1° ASM

ASM 1

SOTANOS

Por las diferentes formas de vibración por la naturaleza el edificio empieza a vibrar en un modo torsional predominante que va hacer daño en las (placas y columnas).

La obra no tiene ningún problema en las cargas verticales, son básicamente en cada aislador tiene una carga vertical de 25 ton (en las 2 zonas ubicados los amortiguadores).

ASM

1.

2.3.

Fig. 1: 1° ASM ubica Av. Arequipa 2° ASM ubicado en la Calle Vilcanato.

El problema principal del edificio es el “problema torsional” para evitar esta torsión se colocó dos amortiguadores en los extremos del edificio; donde se ha bajado al 50% las aceleraciones en el punto J-7 más crítico; las placas evita las torsiones.

Los centros de rigidez cambia de altura a altura, y al cambio de alturas genera un problema torsional entre la Av. Arequipa y la Calle Vilcanota irregularidad de desnivel de terreno y el desplante de cimentación donde hay una irregularidad de desnivel de terreno y desplante de cimentación. Las calzaduras se utilizan para las construcciones que se encuentre a lado de los edificios.

El tipo de suelo se rellenó con material eólico y piro plástico; el flujo de barro es uno de los materiales que contiene arcilla. Donde se llegó al flujo de barro es el estrato final se tiene a -9 metros de sótano por el tipo de suelo donde se alcanzó el flujo de barro.

2°

J-7

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2.UBICACIÓN:

El Policlínico Alemán Espíritu Santo dispone de un terreno ubicado en el asentamiento humano alto selva alegre, manzana 22, lote 8 A, zona A , calle Vilcanota / Av. Arequipa N 122 a ,en el distrito de alto Selva Alegre , PROPIEDAD DE LA ASOCIACIO PRO ESPIRITU SANTO .

ESQUEMA DE EMPLAZAMIENTO GENERAL

ESQUEMA DE EMPLAZAMIENTO ESPECÍFICO

ESQUEMA EMPLAZAMIENTO GENERAL

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COLINDANCIAS:

Al Norte, con Av. Arequipa con 10.80 m Al Sur, con la Calle Vilcanota, con 9.53 y 10.34 m Al Este, con lote 10-B, con 21.90 Al Oeste, con lotes 11 y 8 en línea quebrada con 8.25, 14.56,

8.50 y 12.90m

EL TERRENO TIENE UN ÁREA DE: 365.09 M².

Área Construida: 2,798.23 m2 Área Ocupada: 2,798.23 m2

3.ACCESIBILIDAD

La ubicación del terreno se enfrenta a 2 vías una de ellas de alto flujo (Av. Arequipa) con una sección de 19.00 m de promedio la cual le otorga la posibilidad de acceso respecto a las áreas circundantes y a la ciudad en general. Es importante señalar que la Av. Arequipa tiene una pendiente del 15 %, lo cual determina una adecuación topográfica en base de rampas y escaleras, teniendo así la Calle Vilcanota como ingreso secundario al paciente con una sección de 13.00 m de promedio teniendo un desnivel con la Av. Arequipa 5.00 m de como ingreso secundario al paciente.

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4.ADECUACION TOPOGRAFICA:

Se tiene una pendiente desde el lindero Sur (Calle Vilcanota)hacia el lindero Norte(Av.Arequipa), notándose una diferencia de nivel de hasta 5.00 m.de altura, Por otro lado la parte sur del terreno (Calle Vilcanota) presenta un desnivel de hasta 1.00 m de altura con respecto a la calle. Es así que la diferencia de nivel en el terreno pasa por una “Adecuación Topográfica”, la cual genera rampas y escaleras hacia las fachadas logrando 2 niveles entre ambos linderos.

El manejo de la topografía está condicionado al criterio de “densificación” (aumento de niveles de construcción). De este

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modo la edificación hacia la Av. Arequipa presenta 6 niveles, mientras que para la Calle Vilcanota muestra 8 niveles.

5.DISTRIBUCION DE AREAS POR PISOS

DISTRIBUCIÓN Y

ZONIFICACIÓN

/NIVEL

SECTOR ESPACIOÁrea

Construida m²

Área Libre

m²

Área Total m²

Subsotano

Servicio Bombas y Cisterna 27.13

GeneralAlmacén Farmacia 22.00Deposito General 18.81Almacén general 70.85

Áreas Comunes

Escaleras / Ascensor /Pasillo

50.50

Muros y Ductos 21.22

Área Total 210.51 00.00 210.51

NIVEL SECTOR ESPACIOÁrea

Construida m²

Área Libre m²

Área Total

m²

Sótano

Servicio Cuarto de Máquinas y Electricidad

70.25

General Mantenimiento 44.35

Tomografía Tomografía / S.H. 33.08

Áreas Comunes

Sala de espera 15.95Escaleras / Ascensor/Pasillo

53.83

Muros y Ductos 30.07

Área Total 247.53 00.00 247.53


Construida m²

Área Libre m²

Área Total

m²

1ER NIVEL

Cirugía

Consultorio Cirugía 12.95 Pasillo cirugía 18.75 Recuperación 1 y 2 18.74 Vestidor y S.H. Doctores

6.07

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Pre-operatorio 10.68 Hall esterilizado 7.22Almacén Material estéril

6.15

Esterilización y empaque de ropa

8.86

Sala Operaciones 2 26.78Servicio Subestación eléctrica 31.33Ambulancia Estacionamiento 28.66

AREAS COMUNES

Escaleras / Ascensor/Pasillo

83.16

S.H. Discapacitados 4.16Sala de Espera 8.78Muros y Ductos 53.41Ingreso y rampa 39.39

Área Total 297.04 68.05 297.04


Construida m²

Área Libre m²

Área Total

m²

2DO NIVEL

Laboratorios

Laboratorio 1 7.82 Laboratorio 2 10.14 Laboratorio 3 8.53 Laboratorio 4 9.74 S.H. 2.59 Hall Laboratorios 16.30 Muestras Recepción 6.16

EcografíaEcografía 1/ S.H. 15.88Ecografía 2/ S.H. 16.47

Rayos XRayos X /S.H./Cuarto oscuro

38.64

AREAS COMUNES


82.19

Sala de Espera 10.17Muros 74.58

Área Total 347.19 17.90 347.19


Construida m²

Área Libre

m²

Área Total m²

3ER NIVEL

FarmaciaAlmacén y Ventas 49.10 S.H. 2.14

Bonificación Bonificación 19.23

Gastroenterología

Área de Recuperación

15.29

Unidades Gastro./S.H.

42.44

Culto Oratorio 16.00

AREAS COMUNES


137.59

S.H. Damas 5.46S.H. Varones 6.33

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Sala de Espera 10.17Muros 54.22

Área Total 357.97 7.12 357.97

NIVEL SECTOR ESPACIOÁrea Const. m²

Área Libre m²

Área Total m²

4TO NIVEL

Oftalmología

Oftalmología 1 15.84 Oftalmología 2 18.44 Oftalmología 3 18.41Óptica y Taller 13.59S.H. 1.93

Odontología

Consultorio odontología 1

18.91

Consultorio odontología 2

20.59

Sala de Espera 21.89

GeneralConsultorio Gastro / S.H.

15.25

Triaje 11.58Escaleras / Ascensor/Pasillo

101.31

S.H. Damas 5.46S.H. Varones 6.33

Área Total 357.97 357.97


Construida m²

Área Libre m²

Área Total m²

5TO NIVEL

Ginecología

Ginecología 1/S.H. 14.46




General

Procedimientos/S.H. 18.93

Consultorio 1 16.18

Consultorio 2 11.97

Consultorio 3 19.72

Mamografía 15.25

Triaje 11.58

AREAS COMUNES


97.41

Deposito Limpieza 2.66

S.H. Damas 5.46

S.H. Varones 6.33

Sala de Espera 2 21.59


Muros 53.99

Área Total 357.97 357.97

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NIVEL SECTOR ESPACIO

Área Construida

m²

Área Libre m²

Área Total m²

6TO NIVEL

General

Consultorio 1/S.H. 14.46

Consultorio 2/S.H. 13.24 Administración y Dirección/S.H.

19.68

Consultorio 3 17.32


Triaje 11.58

Pediatría

Sala de espera Pediatría/S.H.

15.25

Consultorio Pediatría 1/S.H.

18.77


14.92


20.59

Juego de Niños 22.08

AREAS COMUNES


97.41


S.H. Damas 5.46

S.H. Varones 6.33



Muros 41.69

Área Total357.9

7357.97


Área Construida

m²

Área Libre m²

Área Total m²

7MO NIVEL

General




Consultorio 4 17.32


Triaje 11.58

Consultorio 2 16.18



Muros 46.95

Área Total357.9

7357.97

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Área Construida

m²

Área Libre m²

Área Total m²

8VO NIVEL

GeneralAdministrativo

Comedor – S.U.M 59.06

Deposito Contabilidad 14.46

Casilleros 9.69

Contabilidad 22.62

AREAS COMUNES


74.63

S.H. Damas 5.46

S.H. Varones 6.33

Terraza 127.60

Muros 27.09

Área Total219.3

4219.34

RESUMEN DE AREASÁrea

Construida m²Área Libre m²

Subsotano 210.51

Sótano 247.53

1er NIVEL 297.04 68.05

2do NIVEL 347.19 17.90

3er NIVEL 357.97 7.12

4to NIVEL 357.97

5to NIVEL 357.97

6to NIVEL 357.97

7mo NIVEL 357.97

8vo NIVEL 321.82 36.15

Área Total 3213.94

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6.ALCANCES:

La estructura del Policlínico Espíritu Santo, consta de 01 bloque , el cual es de 08 niveles y 02 sótanos, con techos de concreto armado tipo losa aligerada en una dirección y armadura de concreto armado.

Las mayores dimensiones del edificio son de 33.77 m de largo y 18. 92m de ancho y 38.25 m de alto incluyendo los dos sótanos, considerándose la estructura como irregular en planta, principalmente debido a los cambios de dirección (entrantes) mayores al 20 % de la dimensión en planta y también en altura debido a la diferentes áreas de los sótanos.

Este bloque ha sido diseñado como una estructura con Sistema Estructural Dual con muros estructurales de concreto armado y elementos reticulares de concreto armado.

También se ha incorporado el sistema moderno de protección sísmica ASM (Amortiguador de Sintonía de Masas) para disminuir la respuesta (aceleración, velocidad y desplazamiento) en la estructura y proteger a la estructura, así como el

contenido para asegurar la operatividad y la continuidad de funcionamiento de la edificación.

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7.NORMAS UTILIZADAS:

Las Normas utilizadas son las siguientes:

- Reglamento Nacional de Edificaciones (Versión aprobada el 08.06.2006),E.020, E.030, E.050, E.060 (Versión aprobada el 08.05.2009), E.070 y E.090.

- ACI 318S-05 Y ACI 318SR-05

- ASCE/SEI 7-05, Cargas Mínimas de Diseño para Edificios y Otras

Estructuras, EE.UU.

- NEHRP Recommended Provisions for Seismic Regulations for New Buildings and Other Structures (FEMA 450), EE.UU.

-

8.CONFIGURACION ESTRUCTURAL:

LOSA ALIGERADA:

Debido a que, la luz mayor que se tiene es de 4.77 m, esta se encuentra ubicada entre los Ejes F y G, y que la mayoría de luces están en el orden de los 3.60 m., y el RNE indica de que para luces menores a L/25 no se revisan deformaciones, por lo tanto elegimos una losa aligerada de h=0.25 m., sin embargo para la zona de sub estación eléctrica, se ha considerado una losa aligerada de h=0.30 m.

Por lo tanto la Losa Aligerada será de Concreto Armado de h=0.25 m y h=0.30 m, conformada por viguetas de 0.25 y 0.30 x 0.10 m y una losa macisa de h=0.05 m, y bloques de ladrillo hueco de arcilla de 0.30x0.30x0.20 y 0.25m.

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TIPOS DE LOSAS

Se han utilizado 3 tipos de lozas

LOSA ALIGERADA

LOZA MACIZA

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LOSA BIDIRECCIONAL

Losa maciza para contrarrestar el momento torsor.

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COLUMNAS:

El predimensionamiento de las columnas y placas fueron diseñadas teniendo en cuenta la carga de gravedad y carga de sismo. En este caso influyen los AMS instalados. Con la presencia de los AMS se reduce el periodo de vibración (T), es por eso que se puede reducir la sección de columnas.

TIPOS DE COLUMNAS

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VIGAS:

Las vigas en el eje A tenemos una viga de 0.25 x 0.70 se han diseñado en el factor

Peralte = L/10Luz libre = 2.60m.Entonces nos da: 0.25 m.

Para rigidizar los nudos y presenta un volado. El proyectista dispuso el diseño de 0.25 x 0.70 las vigas se han diseñado en el factor

Peralte = L/10Luz libre = 5.84 m. Entonces nos da: 0.60 m.

Para las vigas chatas Peralte = L/16

Luz libre = 3.94 m.Entonces nos da: 0.25 m.

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TABIQUERÍA:

Se colocará tabiquería del tipo hueco (pandereta) arriostrada con columnas y viguetas de amarre de concreto armado, con un peso unitario de 1,350 Kg/m3.

Para el diseño se ha considerado una carga de tabiquería móvil de 100 Kg/m2.

ACABADOS:

Se ha considerado un peso debido a los acabados de 100 Kg/m2.

SOBRECARGAS:

Se han considerado las siguientes Cargas Vivas (RNE. E.020):

Kg/m22º y 1º Sótano

o Oficinas 250o Corredor 400o Escaleras 400

1º al 8º Piso

o Salas de Operación 300o Cuartos 200o Corredores y Escaleras 400o Azotea 100

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9.CÁLCULO DEL PESO (W) DE LA ESTRUCTURA:

Según el RNE para el cálculo de peso sísmico W, se ha considerado 100% delas Cargas Muertas + 50% de Cargas Vivas para una estructura Esencial.

PESO DE LA ESTRUCTURA = 4,228.86 Ton.

10. CIMENTACIONES

Un edificio alto debe tener cuidado en los asentamientos del suelo y en las fuerzas que originen el volteo de la estructura, por lo tanto se ha tenido especial cuidado en el diseño de la cimentaciones planteando la profundización de desplante de la estructura mediante la incorporación de 01 nivel de sótano adicional y la ampliación en área de ambos sótanos, llegando a una profundidad de desplante de 8.00 m. por debajo del nivel de la calle Vilcanota que garantiza un adecuada capacidad portante y el margen de seguridad adecuado para efectos de volteo.

Se han considerado Muros de Cimentación en todo el contorno de la estructura a manera de “collarín” para darle una adecuada rigidez a la cimentación. Los muros de cimentación han sido diseñados para resistir las cargas de gravedad, el empuje del suelo, la sobre carga ocasionada por las edificaciones vecinas y vehicular de las vías, así como el empuje dinámico del suelo debido a la acción sísmica.

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Por la forma en L que presenta el edificio, se ha considerado losas de cimentación, para obtener un asentamiento uniforme.

CARACTERÍSTICAS DEL SUELO

De acuerdo al Estudio de Mecánica de Suelos (EMS) se tiene dos Zonas de profundidad de cimentación, Zona I y Zona II.

Zona I Profundidad de desplante Df =

7.00 m Capacidad portante admisible qa = 3.70

Kg/cm2 Módulo de Balasto C = 5.16

Kg/cm3

Zona II Profundidad de desplante Df =

13.00 m Capacidad portante admisible qa = 5.73

Kg/cm2 Módulo de Balasto C = 8.58

Kg/cm3

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11. VOLTEO DE LA ESTRUCTURA

Las estructuras altas tienden a voltearse por la acción sísmica, por lo tanto se debe tener en cuenta para evitar cualquier riesgo en la estructura. En vista de que el RNE, solo indica el factor de seguridad al volteo se ha recurrido a la Norma ASCE/SEI 7-05 – Carga mínimas de Diseño para Edificios y otras Estructuras de los EE.UU.

Factor de Seguridad = 1.5 = Mtos. Resistentes / Mtos. De Volteo

MTO. DE VOLTEO, MO

W = Peso de la estructura (por encima del 1º Nivel)W = 100% CM + 50% CVW = 1(3349) + 0.5(936)W = 3,817 T

CORTANTE BASAL V

z u s c 0.4 (1.5)(1.2)(2.5)V = ------------- P = ------------------------- (3,817) = 1,308.7 Ton

R 5.25

Para el cálculo de momento de volteo se tiene que distribuir las fuerzas sísmicas

de acuerdo a la siguiente fórmula:

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DONDE:

Pi = Peso por pisohi = Altura del PisoPj = Peso de todos los pisoshj = Altura de todos los pisos

Con estos datos obtenemos las fuerzas sísmicas que producen el volteo.

MTO. RESISTENTE, MR

El Momento Resistente está compuesto por el momento que produce el peso W de la estructura sobre un punto de rotación, y por el empuje pasivo que produce el suelo al estar sometido a una deformación.

W = Peso de la estructura (incluidos los sótanos)W = 100% CM + 50% CV

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W = 1(3594) + 0.5(980)W = 4,084 T

EN EL EJE CORTO (Y–Y):

Mto. Resistente debido al W = W (L) = 4,084 (7.25 m) = 29,609 Ton. M

DONDE:

L = Brazo de rotación del edificioMto. Resistente debido al empuje del suelo:γ = Peso específico del Suelo = 1.65 Ton/m3

φ = Ángulo de fricción interna = 29º

Empuje Pasivo = Kp = tg2 (π/4 + φ/2) = tg2 (45 + 29/2) = 2.88

Fuerza de Empuje (Ton/ml) = Kp γ (1/2) H2 = 2.88(1.65)(1/2)(7.102) = 119.77 T/m

La fuerza de empuje se ubicará a 2/3 de altura a partir de la base ya que la mayores deformaciones se darán en la parte superior, la longitud de empuje corresponde a la superficie de los sótanos en contacto con el terreno que es de 18.00 m.

Mr = Fuerza de Pasiva de empuje x longitud x brazo resistente

Mr = 119.77 T/m x 18 m x 2/3 (7.10 m) = 10,204 Ton.m

Mr total = Mto. Resistente por el W + Mto. Resistente por el empuje del suelo

Mr total = 29,609 + 10,204 = 39,813 T. m.

Mr 39,813F.S. = ----------- = --------------- = 1.51 > 1.50, está bien

Mo 26,326.39

EN EL EJE LARGO (X-X):

Mto. Resistente debido al W = W (L) = 4,084 (12.00 m) = 49,008 Ton. M

DONDE:

L = Brazo de rotación del edificioMr total = Mto. Resistente por el WMr total = 49,008 T. m.

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Mr 49,008F.S. = ----------- = --------------- = 1.86 > 1.50, está bien

Mo 26,326.39

En el caso del Eje Largo, el momento resistente debido al peso es suficiente para resistir las fuerzas de volteo.

CARGAS DE DISEÑO:

Se ha procedido al cálculo de la Resistencia Requerida mediante las siguientes combinaciones de carga y considerando la envolvente de esfuerzos de acuerdoA RNE E.060 del 2009:

DONDE:

CM = Carga Muerta CV = Carga Viva SX = Carga de Sismo en el Eje X-X SY = Carga de Sismo en el Eje Y-Y SC = Carga Viva

ANÁLISIS:

El análisis se ha realizado mediante el método de análisis Modal Espectral, el cual analiza la estructura para los diferentes modos de vibración y los acopla a la carga dinámica de acuerdo al espectro elástico de aceleraciones, encontrando las respuestas de aceleración, desplazamiento, velocidad y fuerza en la estructura.

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CAPITULO 2

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DISEÑO ESTRUCTURAL


1.METODO DE ANALISIS:

Se ha utilizado el método Modal Espectral para el cálculo de la respuesta de la estructura, sin embargo se han realizado comparaciones con el método Tiempo Historia principalmente para evaluar el comportamiento y beneficios del sistema de amortiguamiento.

2.PARAMETROS DE DISEÑO:

Los parámetros de diseño calculados a partir de la información proporcionada (Estudio de Mecánica de Suelos) son los siguientes:

- Aceleración PGA: 0.4 g (Zona 3)- Sistema Dual : R = 7- Regular/Irregular : Irregular- R (corregido) : R(0.75) = 5.25- Categoría : Esencial U =1.5- Factor Suelo : 1.2 (Suelo Medio)- Periodo del Suelo : 0.6 seg (Suelo Medio)

Aceleraciones Reales (Sin Reducción) - Método Análisis Espectral:

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Los periodos vibración de la estructura son:

1º Modo: Periodo 0.6139 seg2º Modo: Periodo 0.5767 seg3º Modo: Periodo 0.5494 seg

Vemos que los primeros tres modos (los que aportan mayor participación modal) se encuentran muy cerca o por debajo de los 0.60 seg., (que es el periodo de vibración predominante del suelo, RNE. NT.030) por lo tanto la amplificación dinámica es la máxima:

La estructura estará sometida a las siguientes aceleraciones reales dentro del rango elástico durante un sismo severo (0.4 g):

La Aceleración máxima que estará sometida la estructura durante un sismo severo es de 1.20 g (11.77 m/s2), no se considera efecto torsional.

Aceleraciones de Diseño (Reducidas) - Método Análisis Espectral:

- Factor de Respuesta: 7 (Dual)- Corrección por Irregularidades: 0.75- Factor de Respuesta Corregido: 7 (0.75) = 5.25

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3.COMPARACION DE DESPLAZAMIENTOS Y

ACELERACIONES

Con los registros del sismo de Ica 2007, escalamos su aceleración pico a la máxima esperada para la costa peruana, RNE (0.4 g = 0.4 x 9.81 m/s2 = 3.93 m/s2), comparamos el comportamiento de los desplazamientos y aceleraciones del Policlínico CON y SIN Amortiguadores de Sintonía de Masas.

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Para el cálculo de las deformaciones y aceleraciones, consideramos dos puntos representativos del comportamiento dinámico de la estructura, uno en el extremo derecho de la estructura (intersección ejes J y 7) que es el punto más

desfavorable y el otro en el centro de masas (CM), ambos en el 8vo. Nivel.

Punto J-7 (más desfavorable - 8vo. Nivel)

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- Máx. Desplazamiento SIN Amortiguador = 26.43 cm (tiempo 19.38 seg)

- Máx. Desplazamiento CON Amortiguador = 14.60 cm (tiempo 19.42 seg)

Punto CM (Centro de Masas – 8vo. Nivel)

- Máx. Desplazamiento SIN Amortiguador = 15.45 cm (tiempo 20.02 seg)

- Máx. Desplazamiento CON Amortiguador = 11.19 cm (tiempo 19.38 seg)

CÁLCULO DE LAS ACELERACIONES (Fuerza = Masa x Aceleración)

Punto J-7 (más desfavorable - 8vo. Nivel)Máx. Aceleración SIN Amortiguador = 31.57 m/s2 (tiempo

19.38 seg)Máx. Aceleración

CON Amortiguador = 13.75 m/s2 (tiempo 19.44 seg)

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Punto CM (centro de masas – 8vo. Nivel)- Máx. Aceleración SIN Amortiguador = 15.99 m/s2 (tiempo

19.38 seg)- Máx. Aceleración CON Amortiguador = 11.69 m/s2 (tiempo

19.12 seg)

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CAPITULO 3

SISTEMA ANTISISMICO DE AMORTIGUAMIENTO


1.INTRODUCCIÓN:

Durante los últimos años se han realizado esfuerzos importantes que han logrado desarrollar sistemas muy útiles y novedosos para proteger a las estructuras de las vibraciones, dos de los hechos más importantes que han contribuido substancialmente a crear sistemas modernos de protección estructural fueron:

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a) la necesidad de aislar las edificaciones de los indeseables ruidos y vibraciones producidos por los trenes en los ferrocarriles y los vehículos en las carreteras, y

b) el desarrollo de la carrera espacial que construía y sigue construyendo estructuras cada vez más livianas que necesitan soportar mejor las vibraciones.

Todos estos esfuerzos han conducido a un buen número de sistemas que permiten mantener las estructuras dentro de los esfuerzos elásticos, disminuir los ruidos y vibraciones así como las deformaciones y desplazamientos, etc., con una mejora importante en su comportamiento dinámico en general, como resultado, se han desarrollado sistemas modernos de protección estructural, tanto activos (actuadores de masa y de fuerza, tendones), como pasivos (aisladores de base y los dispositivos de absorción de energía) con muchas combinaciones y variaciones entre estos.

Actualmente existen tres formas básicas modernas de proteger a una estructura de los movimientos y vibraciones que pueden originar daño o mal funcionamiento de la misma, estos son:

a) el amortiguamiento b) el aislamiento y c) los sistemas de control activo (que modifican a voluntad la respuesta de una estructura frente a impulsos de excitación externa).

El Amortiguamiento considera la disipación de la energía dentro de la estructura misma, este puede ser intrínseco (propio de la estructura) y también externo mediante la incorporación de amortiguadores en la estructura. Las vibraciones se encuentran en todo lugar, y donde existe vibración tiene que existir amortiguamiento, comúnmente la vibración es indeseable y el amortiguamiento es útil.

2.AMORTIGUADOR DE MASAS SINTONIZADO (AMS)

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El Amortiguador de Masa Sintonizado es sistema dispositivo utilizado para amortiguar y disminuir la respuesta dinámica en una estructura primaria en una, dos o tres dimensiones, incluye una masa secundaria, un resorte y un elemento visco elástico, el resorte y el elemento visco elástico se interponen entre la masa primaria y la masa secundaria.

Este sistema se ha utilizado en muchos edificios, principalmente en los edificios de gran altura y aquellos en donde la colocación delos sistemas de aislamiento no son posibles como es en el presente caso, sus aplicaciones se remontan a los primeros años de la industria automotriz donde ha tenido su desarrollo más importante, sin embargo es en la industria de la construcción donde se está dando una aplicación importante para disminuir vibraciones procedentes de los sismos, vientos y otras cargas dinámicas que disminuyen la eficiencia de la estructura. Además, hay que recordar que el diseño convencional, considera un nivel de daño en la estructura mediante la formación de rótulas plásticas y así disminuir el riesgo de colapso en la estructura, sin embargo esta filosofía conlleva a un daño importante en la estructura durante un sismo severo.

Un sistema de sintonía es aquel en el cual la masa secundaria y la constante de resorte de los elementos visco elásticos están diseñados para vibrar a aproximadamente la frecuencia natural de la masa principal. La sintonía se realiza para una frecuencia optima de sintonía (ωa) y un coeficiente de amortiguamiento óptimo (c/cc), para minimizar la respuesta de la estructura principal. Ambos, frecuencia optima de sintonía y coeficiente de amortiguamiento óptimo, son dependientes de la relación de masas (µ), determinada por la masa secundaria (m) dividida entre la masa efectiva o escalada de la estructura principal (M).

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3.POLICLÍNICO ESPÍRITU SANTO

Es un edificio de 10 niveles de concreto armado con un sistema estructural dual (placas y pórticos), tiene 02 sótanos y 08 niveles por encima del nivel del suelo, dentro de su categorización estructural se le ha definido como un edificio irregular en planta, principalmente debido a la forma del terreno, y con cierta irregularidad en altura debido a la necesidad de un ambiente para estacionamiento de la ambulancia, por lo que se han tenido que suprimir dos vigas principales.Ante esta situación desfavorable, y teniendo en cuenta que este edificio tiene que seguir funcionando durante e inmediatamente después de un sismo es que se ha propuesto un Sistema Moderno de Protección Sísmica que mejore su comportamiento estructural sobre todo ante la acción de un sismo, protegiendo a la estructura así

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como al contenido y a las personas que puedan encontrarse en el edificio.

Después de una evaluación de las características dinámicas del edificio, considerando principalmente la torsión existente en los tres modos principales, se ha tomado la decisión de disponer la colocación de dos AMS visco elásticos para conseguir la mejor eficiencia en la reducción de la respuesta y mejorar sustancialmente el comportamiento dinámico de la estructura y brindar una mayor seguridad tanto a la estructuras, equipos y personas.

CARACTERÍSTICAS DE EDIFICIO POLICLÍNICO ESPÍRITU SANTO

PESO DE LA ESTRUCTURA = 4,228.86 Ton.

DISEÑO DE LOS AMORTIGUADORES AMS

Por efectos de dimensiones y torsión del edificio, se han considerado dos (02) AMS cada uno de 106 Ton., soportados mediante 4 amortiguadores visco elásticos y con las siguientes características:

k = 251.61 Ton/m ωa = 9.66 Hz c/cc = 0.13

Se colocarán los AMS en las siguientes ubicaciones:

AMS 01 : entre los ejes A’/B y 3/5 AMS 02 : entre los ejes I/J y 3/5

4. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS

Se realizará un análisis comparativo de las respuestas de desplazamiento, velocidad y aceleración tanto para la estructura primaria Con y Sin Amortiguador de Masas Sintonizado. También se evaluará los esfuerzos como

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carga Axial, Momentos y Cortantes en diferentes miembros individuales con y sin sistema de protección sísmica, también se compararán los esfuerzos en los elementos analizados mediante elemento finito como las placas o muros de corte. Finalmente realizaremos una evaluación de la estructura considerando el diseño convencional, esto es mediante la utilización de los valores de R (factor de respuesta) comparándolos con los esfuerzos reales a que va a estar sometida la estructura Con y Sin el sistema de protección sísmica AMS.

5.COMPARACIÓN DE LA RESPUESTA ENTRE EL SISTEMA CON AMS Y SIN AMS

Se han identificado dos puntos importantes que nos dan una representación del comportamiento dinámico de la estructura, uno es el Centro de Masas (CM) y el otro es el punto más alejado de la estructura (J/7), ambos puntos muestran a través de las respuestas de desplazamiento, velocidad y aceleración el comportamiento de la estructura ante una acción dinámica.

CM, coordenadas (x,y) (19.92, 2.85) J/7, coordenadas del punto (x,y) (34.55, -8.19)

Nota. Se ha tomado como (0,0) la intersección de los Ejes A’/5

Se han realizado las mediciones para todos los niveles de estos dos puntos para las siguientes respuestas:

a) DESPLAZAMIENTO máximo. b) VELOCIDAD máxima. c) ACELERACIÓN máxima.

Estos valores son medidos respecto a la base de la edificación,

d) VELOCIDAD ABSOLUTA máxima. e) ACELERACIÓN ABSOLUTA máxima.

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Estos valores son absolutos y se miden respecto a un punto arbitrario fijo que no se mueve durante el sismo. Para el punto J/7 se presenta la respuesta para una excitación en el Eje Y-Y (corto), ya que muestra los mayores valores.

Como se puede observar, el caso más significativo se encuentra en el punto J/7 en todos los niveles, en el cual los valores de aceleración absoluta son muy altos, principalmente debido a la asimetría del edificio y la irregularidad en altura, llegando a una aceleración máxima de 35.13 m/s 2 en el caso de la estructura convencional SIN AMS, sin embargo en el caso de una estructura CON AMS las aceleraciones en este punto llegan 14.69 m/s 2 que equivale al 42%, disminuyendo el daño en la estructura y en el contenido.

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Hay que resaltar que los 5 parámetros medidos son importantes, sin embargo es la Aceleración Absoluta la que genera los daños debido a que las fuerzas producidas son directamente proporcionales a la masa por la

aceleración (F=m*a).

CONCLUSIONES:

1. El Policlínico Espíritu Santo, es una estructura irregular tanto en planta como en altura, teniendo una alta tendencia a la torsión en sus tres modos de vibración principales, longitudinal, transversal y torsional.

2 La tendencia a la torsión es producida principalmente por la asimetría de la estructura en planta, también debido a la irregularidad en planta de los dos sótanos y del 1º Nivel, con variación importante en el alineamiento vertical de CM (centro de masas) y CR (centro de rigideces).

3. La tendencia a la torsión de la estructura genera grandes desplazamientos relativos y absolutos durante la acción de un sismo severo en los extremos de la estructura llegando a 31.1 cm. en el 8º Nivel del vértice ubicado entre los Ejes J/7.

4. Debido a la tendencia torsional de la estructura, se evaluó la colocación de dos (02) Amortiguadores de Masa Sintonizados (AMS) con muy buenos resultados en la disminución de la respuesta en especial en el modo torsional

5. Con la colocación de dos (02) Amortiguadores de Masa Sintonizados reducimos los esfuerzos en las Columnas y

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Vigas; por ejemplo, se ha obtenido una reducción del Momento Flector en la Columna C-12 en el 1º Nivel

6. En el presente proyecto no se ha considerado una reducción de costos en la estructura con la incorporación de los dos (02) AMS mediante la disminución de sección y reforzamiento en los elementos estructurales debido a que, al ser una edificación de servicios médicos, el objetivo de la incorporación de los AMS es darle continuidad de operación a la edificación así como mayor protección al contenido tanto equipos como personas y no una reducción de costos de la estructura.

CAPITULO 4

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ANEXOS

PLANOS

VISTAS

6. FOTOS:

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POLICLINICO ESPIRITU SANTO - COLOCACION DE LOS AISLADORES

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POLICLINICO ESPIRITU SANTO - IZAMIENTO DE AISLADORES

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7. ANEXOS

CIMENTACIONES

Diseño de calzadura

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PROPIEDADES DEL SUELO

El suelo que se halla debajo de la edificación Este es muy suelto y deleznable, debido a su naturaleza eluvial y antrópica. Con fines del presente diseño se han considerado las siguientes propiedades:

Peso unitario : 1,240 g/cm3

Gravedad especifica de los sólidos : 2,20 Ángulo de rozamiento interno : 29.0º Cohesión efectiva : 0,00 kg/cm2

Coeficiente de empuje activo : 0.307

2.- PROPIEDADES DE LOS MATERIALES Peso unitario del concreto : 2,30 g/cm3

Peso unitario de la albañilería : 2,00 g/cm3

Peso unitario del piso : 1,70 g/cm3

3.- DISEÑO DE LA CALZADURA Para el diseño de la calzadura se considerado el efecto de arco completo por cada paño, por lo cual se ha utilizado la metodología propuesta por Terzaghi (1943). Los resultados se presentan en los planos respectivos.

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analisis estructural final

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