DR. GENNER VILLARREAL CASTRO

Profesor Extraordinario UPAO

Profesor Principal UPC, USMP

Premio Nacional ANR 2006, 2007, 2008

M

O

D

E

L

A

C

I

O

N

MODELACION

ESTRUCTURAL DE

EDIFICACIONES

E

S

T

R

U

C

T

U

R

A

L

Es el armazón que le da

forma a un edificio

(Esqueleto)

Sostiene a un edificio, lo

fija al suelo y hace que

las cargas se

transmitan a éste

Lo que hace resistente a

una edificación ante

movimientos sísmicos

Estructura

Cimiento Corrido

Son los elementos que

soportan los esfuerzos y

deformaciones que tiene

una determinada estructura,

son parte de la estructura

Al diseñar debemos tener en

cuenta las deformaciones

permisibles y los esfuerzos

admisibles

Es recomendable que la

profundidad del cimiento sea

un metro como mínimo.

Zapatas Aisladas

Zapata centrada

Elemento estructural de

concreto armado cuya

función es la de recibir las

cargas provenientes de la

columna (de menor área)

y trasmitirlas al terreno

portante por medio de la

zapata (de área mayor)

repartiendo así mejor las

cargas a través de una

mayor área

Zapatas Combinadas

• Aquellas zapatas que tienen dos o más

columnas en su estructura o cuando se

traslapan 2 zapatas

• Son aquellas zapatas que están conectadas por

una viga de cimentación. Se utilizan

generalmente cuando el terreno es de baja

capacidad portante o cuando se quiere aliviar

las presiones de

la zapata al terreno

Zapatas Conectadas

• Son cimentaciones que se utilizan por ejemplo en terrenos de poca

capacidad portante debido a que transmiten las cargas de manera uniforme

por toda el área de contacto con el terreno de fundación

Platea de Cimentación

• Son apoyos para la cimentación y se utilizan

para llegar a un estrato de terreno donde se

puedan transmitir las cargas de la edificación

Pilotes

• Definición: – Elementos estructurales que soportan tanto cargas

verticales (peso propio) como fuerzas horizontales

(sismos y vientos) y trabajan a flexo- compresión

e

FLEXOCOMPRESION

Columnas

• Definición: – Elementos estructurales que transmiten fundamentalmente

cargar verticales y que permiten el cierre de los espacios

Muros

Clasificación:

-Muros Portantes:

Su función básica es soportar cargas, en consecuencia, se

puede decir que es un elemento sujeto a compresión. Pero

frente a un sismo deben resistir esfuerzos cortantes,

tracciones y compresiones por flexión

-Muros de corte:

Pueden ser de concreto o albañilería, siendo su función estructural la de absorber las fuerzas generadas por sismos y/o fuerzas del viento, disminuyendo los esfuerzos de las columnas

REQUISITOS

PARA

ALBAÑILERIA

CONFINADA

SEGÚN

NORMA E070-

2006

• Definición:

– Transmiten las cargas a los cimientos. Soportan las losas y techos además de su propio peso y resisten las fuerzas horizontales causadas por un sismo o el viento. La resistencia depende de las condiciones geométricas en cuanto a altura, longitud y espesor. Las placas no pueden ser modificadas o eliminadas después de ser construidas, tampoco deben de instalarse longitudinalmente tuberías de desagües o de

energía debido a que debilitan su resistencia

Placas

Las placas son necesarias en toda edificación en zona sísmica y nacen desde el

cimiento

Vigas

• Definición:

– Resisten cargas transversales en ángulo recto con

respecto al eje longitudinal de la viga. Trabaja a

flexión. Recibe las cargas de las losas

transmitiéndolas a las columnas y/o muros. Sus

apoyos se encuentran en los extremos.

Losas

• Definición: – Elemento estructural plano cargado con fuerzas

perpendiculares a su plano (cargas vivas y muertas). Separa horizontalmente un nivel o piso de otro, la cual sirve de techo para el primer nivel y de piso para el segundo. Debe garantizar el aislamiento del ruido y del calor. Trabajan a flexión

– Dependiendo del material a ser utilizado pueden ser diafragmas flexibles o rígidos

– Losa aligerada: • Es la que se realiza colocando en los intermedios de los

nervios estructurales, bloques, ladrillos, casetones de madera

o metálicas (cajones) con el fin de reducir el peso de la

estructura. A menos masa mejor el comportamiento de la

estructura ante un sismo

– Losa maciza: • Es una losa monolítica, que es la mezcla de concreto y

varillas de acero. A mayor espesor mayor rigidez pudiendo

cubrir mayor distancia entre sus apoyos

– Losa nervada: • Son más costosas. Se realizan con encofrados especiales

Diafragma Rígido en Edificaciones

D(A)x = Dox + q * ly D(A)y = Doy - q * lx

A’= A + D(A)

A

lx

ly

o

A

Doy o

q

A’

Dox

o’

MUROS DE DUCTILIDAD LIMITADA

METRADO DE CARGAS

NORMA DE DISEÑO SISMO-RESISTENTE E030-2006

ANALISIS ESTATICO POR LA

NORMA PERUANA E030-2006

Donde Z – zona sísmica, U – categoría de la edificación,

S – tipo de suelo, C – factor de amplificación sísmica,

R – coeficiente de reducción de fuerzas

Siendo Tp – período correspondiente al perfil de suelo

PR

ZUCSV

T

TC

p5,2 5,2C

FUERZA CORTANTE EN LA BASE

Aceleración máxima del suelo firme con una

probabilidad de 10% de ser excedida en 50

años

Factor de Zona

Depende de la categoría de la edificación,

incrementando la aceleración espectral de

diseño, en función a las pérdidas que podría

ocasionar su colapso

Factor de Uso e Importancia

CATEGORIA DESCRIPCION U

A Esenciales 1.5

B Importantes 1.3

C Comunes 1.0

D Menores *

Se define de acuerdo a las condiciones de sitio y se interpreta como el factor de

amplificación de la respuesta estructural respecto a la aceleración en el suelo

Coeficiente de Amplificación Sísmica

T

TC

p5,2 5,2C

Siendo Tp – período correspondiente al perfil de suelo

Se define tomando en cuenta las propiedades mecánicas del suelo, el espesor del

estrato, el periodo fundamental de vibración y la velocidad de propagación de las

ondas de corte

Factor de Suelo

TIPO DESCRIPCION Tp (seg) S

S1 Roca o suelos muy rigidos 0.4 1.0

S2 Suelos intermedios 0.6 1.2

S3 Suelos flexibles 0.9 1.4

S4 Condiciones excepcionales * *

Los sistemas estructurales se clasifican según

los materiales usados y el sistema de

estructuración sismorresistente predominante

en cada dirección

Factor de Reducción de Solicitaciones Sísmicas

DESPLAZAMIENTOS LATERALES

JUNTA SISMICA

FUERZA SISMICA DE DISEÑO

ANALISIS ESPECTRAL POR LA

NORMA PERUANA E030-2006

Donde Z – zona sísmica, U – categoría de la edificación,

S – tipo de suelo, C – factor de amplificación sísmica,

g=9,81m/s2, R – coeficiente de reducción de fuerzas

Siendo Tp – período correspondiente al perfil de suelo

R

ZUSCgSa

T

TC

p5,2 5,2C

Espectro en suelo intermedio

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

8,5

T (seg)

C

Se orienta de acuerdo a los cosenos directores o ángulos

de inclinación, dependiendo del programa estructural a

usar

DIRECCION DEL SISMO

ACELEROGRAMA DE LIMA (03.10.1974)

ANALISIS TIEMPO-HISTORIA

NUEVAS TENDENCIAS EN EL

DISEÑO SISMO-RESISTENTE

• METODOS

ESTADISTICOS

(PROBABILISTICOS) →

sismos son procesos

eventuales no

estacionarios

• INTERACCION SUELO-

ESTRUCTURA →

contacto dinámico entre

la base y la estructura

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Formas de vibración

Pe

río

do

s d

e v

ibra

ció

n (

s)

Común Barkan Ilichev Sargsian Norma Rusa

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 45 90

Angulo de inclinación del sismo

Mo

me

nto

fle

cto

r (T

.m)

Común Barkan Ilichev Sargsian Norma Rusa

17500

14000

10500

7000

3500

-1000

11249 21926 32603 43281 53958Misses

EDIFICACION SIN INTERACCION SUELO-ESTRUCTURA

Misses410343294324862167618670

-1000

3500

7000

10500

14000

17500

EDIFICACION POR EL MODELO D.D. BARKAN – O.A. SAVINOV

17500

14000

10500

7000

3500

-1000

7272 13978 20684 27390 34096Misses

EDIFICACION POR EL MODELO V.A. ILICHEV

ALABEO EN LA LOSA DEL 16-vo PISO

17 221

102 306

X

Y

DESPLAZAMIENTOS VERTICALES DE LA LOSA DEL 16vo PISO (mm)

Nudo Formas de vibración

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

102 -1,22 12,01 11,00 -1,67 -0,37 41,66 -10,82 -0,54 29,01 -0,11

306 -0,95 -12,04 -11,22 0,36 -4,34 -41,49 10,73 1,63 -29,02 0,14

17 1,21 9,43 -16,39 1,73 0,84 3,83 48,64 1,23 19,41 -0,69

221 0,96 -9,41 16,61 -0,30 3,14 -4,00 -48,55 -2,32 -19,39 0,94

• NO-LINEALIDAD GEOMETRICA, FISICA Y CONSTRUCTIVA → diagramas no-lineales desplazamiento-deformación (geométrica), esfuerzo-deformación (física) y proceso constructivo por etapas (constructiva)

i Módulo Tangencial de Paso

i

EDIFICIO REDUCTO

DAÑOS EN EDIFICACIONES CON Y SIN AISLAMIENTO

SISMICO

Base aislada Base

empotrada

junta sísmica

ANÁLISIS SISMICO AMORTIGUACIÓN 2%

Para tener un comportamiento de modelación adecuado al tipo de estructura, de concreto con Muros de

Ductilidad Limitada (MDL) se realizó la inclusión del coeficiente Damping o amortiguación; el cual, por

diferentes estudios e investigaciones se sabe que para estructuras de concreto tiene un valor aproximado

de 2%

ANÁLISIS SISMICO: SECCION DE MUROS AGRIETADOS

Debido a que se está modelando una interacción con el suelo, se está usando un modelo más completo, el

cual debe ser complementado con el comportamiento a los que están sometidos los muros de espesores

delgados, los cuales, se agrietan ante los sismos y por ello durante la modelación se utilizó el concepto de

sección agrietada. Para lo cual, se consideró un EI efectivo = 0,50 EIg

DISEÑO ESTRUCTURAL COMPARATIVO DE MUROS DE

CONCRETO

PPTO Obra Estatico BalastoBarkan -

Savinov

Amortiguación

2% - Muros

Agrietados

% Variación

1 piso 7,893.09 kg 7,244.16 kg 6,572.40 kg 6,505.82 kg 7,786.49 kg 6.97%

2 piso 7,893.09 kg 6,778.16 kg 6,422.35 kg 6,357.26 kg 7,608.69 kg 10.92%

3 piso 7,893.09 kg 6,862.89 kg 6,543.35 kg 6,477.08 kg 7,752.10 kg 11.47%

4 piso 7,893.09 kg 7,053.52 kg 6,441.23 kg 6,375.99 kg 7,631.11 kg 7.57%

5 piso 7,893.09 kg 7,053.52 kg 6,441.23 kg 6,375.99 kg 7,631.11 kg 7.57%

6 piso 7,893.09 kg 7,159.43 kg 6,340.61 kg 6,276.39 kg 7,511.90 kg 4.69%

7 piso 7,893.09 kg 7,371.25 kg 6,543.35 kg 6,477.08 kg 7,752.10 kg 4.91%

8 piso 7,893.09 kg 7,371.25 kg 6,441.23 kg 6,375.99 kg 7,631.11 kg 3.41%

9 piso 7,893.09 kg 7,612.72 kg 7,278.21 kg 7,204.49 kg 8,622.70 kg 11.71%

71,037.77 kg 64,506.90 kg 59,023.96 kg 58,426.09 kg 69,927.29 kg -1.59%

N° de Pisos

¡MUCHAS GRACIAS!

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