Date post: | 02-Sep-2015 |
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UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
TESIS PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL
DE INGENIERO CIVIL
EVALUACION DEL PROYECTO ESTRUCTURAL Y OPTIMIZACION DEL
DISEO CON DISIPADORES DE ENERGIA VISCOSOS TAYLOR PARA UNA
EDIFICACION ESENCIAL DE 6 PISOS
rea de investigacin: Ingeniera Estructural
AUTOR : BR. DIAZ LA ROSA SANCHEZ, MARCO ANTONIO
ASESOR : Ph.D. VILLARREAL CASTRO, GENNER
TRUJILLO, AGOSTO DEL 2014
Gua para la revisin del archivo digital
El archivo digital de la tesis EVALUACION DEL PROYECTO ESTRUCTURAL Y
OPTIMIZACION DEL DISEO CON DISIPADORES DE ENERGIA VISCOSOS
TAYLOR PARA UNA EDIFICACION ESENCIAL DE 6 PISOS est compuesto
de las siguientes carpetas (Se emplean los colores rojo, azul y verde para su
mejor interpretacin)
DISIPADORES VISCOSOS TAYLOR MARCO DIAZ
1) EVALUACION DEL PROYECTO (CAPITULO III)
1) MODELAMIENTO GEOMETRICO DEL EDIFICIO
2) ANALISIS ESTATICO DEL EDIFICIO
3) ANALISIS DINAMICO DEL EDIFICIO
2) REESTRUCTURACION DEL MODELO (CAPITULO IV)
1) ANALISIS ESTATICO EDIF.REESTRUCTURADO
2) ANALISIS DINAMICO ESPECTRAL BASE
3) ANALISIS DINAMICO AMPLIFICADO
3) OPTIMIZACION DEL DISEO CON DISIPADORES (CAPITULO V)
1) REGISTROS PARA TESIS
2) CASOS DE ANALISIS (COMPARACION ESPECTRAL VS TH)
3) SISMO DE DISEO - MOQUEGUA (CASO 2)
4) EDIFICIO CON DISIPADORES DE ENERGIA VISCOSOS TAYLOR
CALCULO DE LAS PROPIEDADES DEL DISIPADOR---------- EXCEL
4) TESIS, PAPER Y DIAPOSITIVAS
RESUMEN
En el presente trabajo de investigacin se desarroll la evaluacin y optimizacin del
diseo estructural de una edificacin esencial de 6 pisos ubicada en la ciudad de
Chiclayo. El edificio en estudio demostr presentar irregularidad torsional en el eje Y-Y y
superar el valor mximo fijado por la norma peruana de diseo sismorresistente para el
control de derivas (7 ). Se procedi a optimizar el diseo, reestructurando (para corregir
la torsin) e implementando disipadores de energa viscosos para lograr un mejor
desempeo en la estructura. Las consideraciones para el anlisis no lineal tiempo historia,
la determinacin del sismo de diseo y el clculo de las propiedades de los disipadores
viscosos se obtuvieron de las normas ASCE 7-10(Capitulo 18), Fema 273,274 y del
reglamento nacional de edificaciones en su seccin de diseo sismorresistente (E.030).
Los resultados obtenidos indican que con el empleo de estos dispositivos se logr reducir
los desplazamientos en los centros de masa, las derivas de entrepiso, las fuerzas axiales,
cortantes y momentos flectores en los elementos estructurales as como las velocidades y
aceleraciones en cada uno de los niveles.
I. DESARROLLO DE LA INVESTIGACIN
El procedimiento empleado en este trabajo se muestra en el siguiente flujo
grama.
FIGURA 1. FLUJOGRAMA PARA EL DESARROLLO DEL TRABAJO DE INVESTIGACION
Proyecto Estructural
(Edificio Esencial)
Evaluacin del
comportamiento
estructural
Re-estructuracin
del modelo
Reforzamiento
con disipadores
de energa
viscosos.
Se evalu el diseo estructural
de la edificacin a travs de un
anlisis dinmico espectral,
con el fin de determinar si
satisfaca los parmetros
establecidos por la norma
peruana de diseo
sismorresistente.
La estructura demostr tener
irregularidad torsional en el eje
Y-Y; as mismo, las derivas
mximas obtenidas en el eje X-
X e Y-Y fueron de 4.06 y de
13.43 respectivamente.
Se plante una propuesta al
diseo estructural inicial, de tal
manera que la estructura
resultante no presentara
ningn tipo de irregularidad,
adicionalmente se busc
incrementar la rigidez de la
misma.
Se realizaron cambios en las
dimensiones de los muros de
corte, se increment el espesor
de los mismos y el fc del
concreto de 210 a 280
Kg/cm2.Bajo estas condiciones
las derivas obtenidas en los eje
X-X e Y-Y fueron de 3.56 y
7.33 en ese orden.
Se analiz nuevamente la
estructura esta vez con un
anlisis no lineal tiempo
historia, se determin el sismo
de diseo y las propiedades de
los disipadores viscosos. El
diseo resultante contempla el
empleo de 27 disipadores
viscosos.
Debido a que la deriva mxima
admisible para estructuras de
concreto armado es de 7
(E.030) se decidi reforzar el
eje Y-Y con disipadores fluido
viscosos.
1) EVALUACION DEL PROYECTO (CAPITULO III)
1) MODELAMIENTO GEOMETRICO DEL EDIFICIO
Antes de realizar cualquier modificacin o reforzamiento en el edifico se hizo una
evaluacin previa con el fin de verificar el estado en el cual se encontraba (el
diseo estructural) es as que se realiz el modelamiento y anlisis de este con la
ayuda del Software Etabs V.9.7.4
*) Para la revisin del archivo se recomienda tener esta misma versin del
programa Etabs ya que si se emplea otra algunos datos pueden perderse o
pueden no ser ledos al momento de abrirlos.
2) ANALISIS ESTATICO DEL EDIFICIO
1) ANALISIS ESTATICO BASE (ASUMIENDO ESTR. REGULAR)
Como inicialmente se desconoce si la estructura es dual o de muros estructurales
o si presenta o no irregularidades, se inicia el anlisis esttico asumiendo que su
sistema estructural es de muros estructurales(R=6) y que no presenta
irregularidades (el valor de R no se reduce al valor de *R)
2) ANAL.ESTA.AMPLIFICADO (POR IRREGULARIDAD TORCIONAL)
Al evaluar el modelo se observ que el sistema estructural era efectivamente de
muros estructurales, adems se observ que este presentaba irregularidad
torsional por lo que el valor del coeficiente de reduccin ssmica R para el eje Y
(eje donde se da la irregularidad) se reduce a *6 = 4.5, con estas nuevas
condiciones se realiza nuevamente el anlisis esttico.
3) ANALISIS DINAMICO DEL EDIFICIO
1) ANALISIS DINAMICO BASE
Se modela la estructura empleando la plataforma espectral para un suelo S3
(Chiclayo), adems se emplean 18 modos para el anlisis (3 modos por piso), se
hace la verificacin de la masa participativa y de la fuerza cortante mnima en la
base.
2) ANALISIS DINAMICO AMPLIFICADO (90% CORTANTE ESTATICA)
La cortante dinmica debera de haber sido mayor al 90% de la cortante esttica
(estructura irregular), como no se cumpli esta condicin se amplificaron los
factores de escala empleados y se analiz nuevamente la estructura.
ESPECTRO SUELO S3 R.N.E
En esta carpeta se deja adjunto el archivo en formato tipo texto de la plataforma
espectral empleada, cada vez que se habr un archivo del programa Etabs
referente al anlisis dinmico espectral se debe cargar nuevamente la plataforma
de espectro .
Observacin:
De manera adjunta en los anexos se muestra como cargar este archivo.
Este paso se realiza solo una vez, sin embargo cada vez que movamos el archivo
de ubicacin o que lo queramos abrir en otra PC tendremos que cargarlo de nuevo
2) REESTRUCTURACION DEL MODELO (CAPITULO IV)
Se efectuaron algunos cambios en el modelo estructural para eliminar la
irregularidad torsional que mostraba el edificio. El procedimiento que se emple
para el anlisis de la estructura es el mismo descrito en la pgina anterior.
1) ANALISIS ESTATICO EDIF.REESTRUCTURADO
2) ANALISIS DINAMICO ESPECTRAL BASE
3) ANALISIS DINAMICO AMPLIFICADO
3) OPTIMIZACION DEL DISEO CON DISIPADORES (CAPITULO V)
1) REGISTROS PARA TESIS
Para la poder calcular las propiedades de los disipadores a emplear, se debe
analizar nuevamente la estructura, esta vez con las recomendaciones del ASCE 7-
10 (Capitulo 18)
Se debe realizar un anlisis tiempo historia con acelero gramas que reflejen las
condiciones de suelo (S3) y que deben ser escalados al espectro de diseo (el
cual es el mismo que se calcula con en R.N.E pero considerando en valor de R=1)
1) ACELEROGRAMAS ORIGINALES (REDACIS)
Los acelerogramas se extrajeron de la red acelerogrfica del CISMID (Solo para
Per)
Pgina web ----- http://www.cismid-uni.org/redacis/
2) ENTRADA AL SISMOMATCH
Los acelegromas se deben escalar con la ayuda de un software especializado
para tal funcin, en este caso se emple el Seismomatch (Software recomendado
por Taylor para el diseo de estos dispositivos)
Pgina de descarga del software:
http://www.seismosoft.com/en/SeismoMatch.aspx
Observacin:
El Seismomatch nos permite escalar los registros ssmicos en cada una de sus
componentes pero no podemos exportarlos ni emplearlos a menos que tengamos
una licencia de uso, esta es gratuita, solo se requiere tener un correo acadmico
con terminacin edu. ([email protected])
3) SALIDA DEL SISMOMATCH
En esta carpeta se encuentran los acelerogramas ya escalados en sus dos
componentes E-W y N-S
Observacin:
Cada vez que se habr un archivo Etabs donde se haya realizado un anlisis
tiempo historia se deben cargar nuevamente estos archivos tipo texto
Este paso se realiza solo una vez, sin embargo cada vez que movamos el archivo
de ubicacin o que lo queramos abrir en otra PC tendremos que cargarlo de nuevo
4) PLATAFORMA SUELO FLEXIBLE (CON R=1)
En esta carpeta se encuentra la plataforma del espectro de diseo con R=1,
necesario para poder escalar los registros ssmicos
2) CASOS DE ANALISIS (COMPARACION ESPECTRAL VS TH)
Para determinar cul ser nuestro sismo de diseo debemos realizar una
comparacin entre el anlisis dinmico espectral (con R=1) con el anlisis
dinmico tiempo historia
Se comparan las derivas de entrepiso y se selecciona como sismo de diseo
aquel que se ajusta ms a las derivas obtenidas con el anlisis dinmico
espectral(R=1)
3) SISMO DE DISEO - MOQUEGUA (CASO 2)
Luego de realizar esta comparacin se determin que el sismo que se ajustaba
ms al comportamiento esperado (anlisis dinmico espectral R=1) era el de
Moquegua caso 2
4) EDIFICIO CON DISIPADORES DE ENERGIA VISCOSOS TAYLOR
Cuando determinamos nuestro sismo de diseo podemos calcular las propiedades
de nuestros disipadores de energa, se debe realizar una serie de pruebas para
encontrar la mejor alternativa
1) PRIMERA PRUEBA (DOBLE DIAGONAL TODOS LOS NIVELES)
2) SEGUNDA PRUEBA (DIAGONAL SIMPLE EN 1ER NIVEL)
3) DISEO EN ACERO - SISMO MAXIMO ESPERADO
CALCULO DE LAS PROPIEDADES DEL DISIPADOR---------- EXCEL
El clculo de las propiedades del disipador se hace con el sismo de diseo, de
este se extraen los desplazamientos modales, la amplitud, etc.
Anexos
1.-Como verificar los desplazamientos que se muestran en la tesis
2.-Como cargar los archivos tipo texto para en anlisis dinmico espectral
3.-Como cargar los archivos tipo texto para en anlisis dinmico tiempo historia
1.-Como verificar los desplazamientos que se muestran en la tesis
De manera de ejemplo a continuacin se mostrara el procedimiento para ver los
desplazamientos en los centros de masa en lo referente al anlisis esttico
asumiendo R regular en la evaluacin del edificio(Evaluacin del edificio Capitulo
III Pagina 56/Tablas12 y 13)
1paso: apertura el software (Etabs V.9.7.4)
2paso: opcin abrir -> y nos dirigimos a la siguiente ruta:
DISIPADORES VISCOSOS TAYLOR MARCO DIAZ\1) EVALUACION DEL
PROYECTO (CAPITULO III)\2) ANALISIS ESTATICO DEL EDIFICIO\1) ANALISIS
ESTATICO BASE (ASUMIENDO ESTR. REGULAR)
Y seleccionamos el archivo tipo EDB. Que contiene esta carpeta
3Paso:Luego nos dirigimos a la opcin Display/Show Tables (Nota:Verificar
que el modelo este corrido)
4Paso:Le pedimos al programa que nos muestre los desplazamientos en los
centros de masa tal como se muestra en la siguiente imagen.
5Paso: Los desplazamientos elsticos se deben amplificar para hacerlos
inelsticos, esto se hace con la ayuda de combinaciones de carga.
En el modelo se crearon 6 combinaciones COMBSISMOX ,XNEG,XPOS Y
COMBSISMOY,YNEG,YPOS(Es decir sin considerar excentricidad,considerando
excentricidad positiva, considerando excentricidad negativa en cada eje)
Los desplazamientos mas altos se dieron considerando la excentricidad negativa
en cada eje es decir XNEG y YNEG
Para poder visualizar los desplazamientos en los CM realizar seleccionar la
siguiente combinacion:
1
2
6Paso: Finalmente hacemos Click en OK
Surgir la siguiente ventana, en ella se pueden ver los desplazamientos en los
centros de masa en la direccin X.
PISO Desplazamiento Altura de piso Distorsin de Control
en centro de masas(mm) (mm) entrepiso D/h () R.N.E 0.30 ()
6 68.1 3150 4.15 7.0
5 55 3150 4.28 7.0
4 41.5 3150 4.28 7.0
3 28 3150 3.96 7.0
2 15.5 3150 3.17 7.0
1 5.5 3400 1.61 7.0
Tabla N 12.Control de derivas en la direccin X - X (Pgina 56)
Para la direccin Y seleccionar YNEG (5paso),con ello se obtendr la siguiente tabla
PISO Desplazamiento Altura de piso Distorsin de Control
en centro de masas(mm) (mm) entrepiso D/h () R.N.E 0.30 ()
6 140.7 3150 2.79 7.0
5 131.9 3150 9.05 7.0
4 103.4 3150 9.17 7.0
3 74.5 3150 9.94 7.0
2 43.2 3150 8.76 7.0
1 15.6 3400 4.59 7.0
Tabla N 13.Control de derivas en la direccin Y Y (Pagina56)
2.-Como cargar los archivos tipo texto para en anlisis dinmico espectral
De manera de ejemplo emplearemos el archivo referente al anlisis dinmico
espectral (Evaluacin de la estructura-Capitulo III-Pagina 60)
1Paso: Iniciamos cargando en siguiente archivo en el software
DISIPADORES VISCOSOS TAYLOR MARCO DIAZ\1)EVALUACION DEL
PROYECTO(CAPITULO III)\3)ANALISIS DINAMICO DEL EDIFICIO\2)ANALISIS
DINAMICO AMPLIFICADO(90% CORTANTE ESTATICA)
Abrimos el archivo EDB que contiene esa carpeta
2Paso: Al momento de querer correr el modelo surgir la siguiente ventana
En ella nos dice que la plataforma de espectro no puede ser leda, por lo que
tenemos que cargar este archivo nuevamente
3Paso: Nos dirigimos a la opcin Define/Response Spectrum Functions
(Nota: Previamente verificar que el modelo no este corrido en la opcin
Lock/Unlock Model)
3Paso: Nos aparecer la siguiente ventana; en ella seleccionar la opcin
Modify/show Spectrum
4Paso: En la ventana que emerge tendremos que seleccionar el archivo que
queremos cargar, en este caso la plataforma espectral de suelo S3 en formato tipo
texto
La plataforma espectral se encuentra en la siguiente ruta:
DISIPADORES VISCOSOS TAYLOR MARCO DIAZ\1)EVALUACION DEL
PROYECTO(CAPITULO III)\3)ANALISIS DINAMICO DEL EDIFICIO\ESPECTRO
SUELO S3 R.N.E
No olvidar seleccionar el tipo de archivo que se quiere cargar (Text files (*.txt))
5Paso: Una vez el archivo este cargado, le pedimos al software que nos muestre
la curva de: C (factor de amplificacin ssmica del suelo) vs T (periodo)
2
1
Podemos verificar los valores con la curva que se muestra en la pgina 60 de la
tesis
Fig. 69 C (factor de amplificacin ssmica del suelo) vs T (periodo)
6Paso: Una vez hayamos culminado con esto corremos nuevamente el modelo y
podremos verificar los desplazamientos en los CM, la masa participativa, fuerzas
en muros y columnas, etc.
0.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.42.6
0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 2 2.25 2.5 2.75 3 3.25 3.5 3.75 4
Factor de amplificacin
ssmica del suelo (C)
Perodo,T (s)
3.-Como cargar los archivos tipo texto para en anlisis dinmico tiempo historia
El procediendo es relativamente igual a lo expuesto en el anexo 2
Como cada modelo que contiene un anlisis tiempo historia ha sido realizado
considerando las dos direcciones de un registro ssmico (E-W y N-S), se deben
subir estos dos registros tipo texto.
De manera de ejemplo se expondr como subir las componentes E-W y N-S en el
archivo Etabs que contiene el diseo final de los disipadores de energa.
1Paso: Cargar el siguiente archivo
DISIPADORES VISCOSOS TAYLOR MARCO DIAZ\3)OPTIMIZACION DEL
DISEO CON DISIPADORES(CAPITULO V)\4)EDIFICIO CON DISIPADORES
DE ENERGIA VISCOSOS TAYLOR\2) SEGUNDA PRUEBA(DIAGONAL SIMPLE
EN 1ER NIVEL)
2Paso: Verificar que el modelo no este corrido (opcin Lock/Unlock model)
3Paso: Entrar a la opcin Define/Time History Functions
4Paso: Seleccionar la funcin EOMOQUEGUA2001 y despus hacer click en
Modify/Show Function
5Paso: Seleccionar la opcin Browse
El archivo se encuentra en la siguiente ruta:
DISIPADORES VISCOSOS TAYLOR MARCO DIAZ\3)OPTIMIZACION DEL
DISEO CON DISIPADORES(CAPITULO V)\1)REGISTROS PARA
TESIS\3)SALIDA DEL SISMOMATCH\4) MOQUEGUA OCOA 2001
6Paso: Finalmente seleccionar la opcin Display Graph y hacer click en OK
7Paso: Ahora debemos cargar el archivo de la componente NS
Repita los pasos 4 ,5,6
El archivo est ubicado en la misma ruta que la componente E-W
8Paso: Ya para terminar corra el programa y podr verificar los desplazamientos
en los CM de cada nivel, las fuerzas en los elementos Link(Disipadores),las curvas
Histerticas,etc.