Analisis Estatico Sismico de Una Edificacion

UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRIONESCUELA DE FORMACION PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL ANALISIS ESTATICO SISMICO DE UNA EDIFICACION CARACTERISTICAS:  USO DE LA EDIFICACION: VIVIENDA  UBICACIÓN: Pasco  NUMERO DE PISOS: 4 pisos ANALISIS ESTATICO 1 UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRION ESCUELA DE FORMACION PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL OBJETIVO OBJETIVO GENERAL: ANALISIS ESTATICO 2 . como secciones de las columnas y la   rigideces de las estructuras.UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRION ESCUELA DE FORMACION PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL Realizar un análisis sísmico estático y dinámico de una vivienda multifamiliar según los lineamientos indicados en la norma NTE E-030 y comparar los resultados. Verificar la estabilidad de la vivienda multifamiliar frente a sismos y plantear posibles soluciones. distorsiones y desplazamientos máximos. Plantear posibles soluciones en caso de modificar la estructura por comparación de resultados entre el análisis sísmico incumplimiento de la NTE E-030. Determinar los periodos. OBJETIVOS ESPECIFICOS:  Realizar una  estático y dinámico. ANALISIS ESTATICO 3 . adicionalmente se ha demostrado que nuestra capacidad de predicción de la demanda de resistencia (representada principalmente por el cortante en la base) es bastante superior a nuestras posibilidades de predecir los desplazamientos de nuestra estructura. JUSTIFICACION: ANALISIS ESTATICO 4 . los que dañan a las estructuras. En un principio las respuestas que nos interesaban estaban basadas en resistencia. pero este criterio a evolucionado y actualmente nos interesan las que se encuentran basadas en desplazamientos. los desplazamientos. pues se ha llegado a la conclusión que son estos. donde se aprecia que pequeñas variaciones en el cortante basal pueden implicar sustanciales variaciones en el desplazamiento.UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRION ESCUELA DE FORMACION PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL INTRODUCCION: El análisis sísmico de estructuras es una disciplina que se enmarca dentro del campo del Análisis Estructural y tiene como objetivo efectuar una apreciación de la respuesta de una estructura a la ocurrencia de un evento sísmico. siendo esto muy claro cuando vemos una curva de capacidad. UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRION ESCUELA DE FORMACION PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL Lo que se busca en este trabajo es cumplir con lo establecido en la norma E030    Evitar pérdidas de vidas Asegurar la continuidad de los servicios básicos Minimizar los daños a la propiedad. Para lograr esto depende de aspectos como la geometría de la estructura. aspectos constructivos y aspectos estructurales para ello es necesario estimar en qué medida podrán ser dañados sus servicios y funciones. MARCO TEORICO: SISMO ANALISIS ESTATICO 5 . Estos se podrán determinar mediante los análisis estáticos y dinámicos modales espectrales. RESPUESTA DE LOS EDIFICIOS A LA ACCIÓN SÍSMICA La intensidad de la vibración inducida en un edificio depende tanto de las características del movimiento del terreno como de las propiedades dinámicas de la estructura. b) El Análisis Sísmico: Los reglamentos definen las acciones sísmicas para calcular la respuesta de la estructura. ASPECTOS PRINCIPALES DEL DISEÑO SÍSMICO: a) Selección de un sistema estructural adecuado: que debe ser capaz de absorver y disipar energía introducida por el sismo. ANÁLISIS DINÁMICO El análisis dinámico de las edificaciones podrá realizarse procedimientos de combinación espectral o por medio de análisis mediante tiempo historia. ANÁLISIS ESTÁTICO Este método representa las solicitaciones sísmicas mediante un conjunto de fuerzas horizontales actuando en cada nivel de la edificación. Para edificaciones convencionales podrá usarse el procedimiento de combinación espectral. Para sismos moderados la estructura se mantiene. c) El dimensionamiento de las secciones: métodos innovativos del diseño por capacidad. ANALISIS ESTATICO 6 . normalmente. Debe emplearse sólo para edificios sin irregularidades y de baja. y proporcionan métodos de análisis.UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRION ESCUELA DE FORMACION PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL Un sismo o temblor es un movimiento vibratorio que se origina en el interior de la Tierra y se propaga por ella en todas direcciones en forma de ondas. dentro de un intervalo de comportamiento elástico lineal y su respuesta puede calcularse con buena aproximación en los métodos de análisis dinámico de sistemas lineales. y para edificaciones especiales deberá usarse un análisis tiempo-historia. la masa de la edificación. Esto conlleva a que la carga muerta por acabados y particiones habría que sumarla en el área ocupada por las vigas. Luego: W total losa = W losa * Área de piso Aquí se podría descontar el área de las vigas y después se determina el peso total de vigas. PESO DE CADA PISO: Peso de la losa por unidad de área= peso propio + peso acabados +peso divisiones. PESO DE LA EDIFICACIÓN Las fuerzas inducidas por movimientos sísmicos en una edificación son inerciales. Consideraremos que la masa se concentra en cada piso (lo cual es cierto para un edificio de pórticos) y por lo tanto determinaremos la masa por piso y el centro de masa de cada uno de estos. es decir. Otra forma de calcular el peso de las vigas sería calcular el peso total de losa con el área total de piso incluyendo el área que ocupan las vigas y después el volumen de concreto en vigas se corrige pues ya en este dato se tuvo en cuenta algo de su espesor: W vigas = Volumen de concreto en vigas* g concreto= longitud*ancho*espesor*g concreto W vigas corregido =long * b * (h losa – h equivalente) * g concreto Donde h losa es el espesor real de la viga (en el caso de losas planas es el espesor de la losa)y h equivalente corresponde al espesor equivalente de losa maciza que pesa lo mismo que la losa aligerada utilizada. dependen de la aceleración inducida por el sismo y de la masa a mover. ANALISIS ESTATICO 7 . en este caso.UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRION ESCUELA DE FORMACION PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL d) Detallado de la estructura: Para el comportamiento dúctil de los miembros de la estructura es necesario el detallado de los mismos y de sus conexiones para proporcionarles capacidad de deformación antes del colapso. Como primer paso para hallar las fuerzas sísmicas necesitamos conocer la masa y donde se ubica. sino los pesos de los elementos. la masa se puede considerar concentrada en un solo punto. Las ecuaciones para determinar las coordenadas del centroide de un área son: X   xi * Ai .  Ai Y   yi * Ai  Ai donde xi. este corresponde al centro de masa. En depósitos o bodegas debe incluirse además un 25% del peso debido a carga viva. yi corresponden a las coordenadas de la figura de área Ai considerada. CENTRO DE MASA Este punto nos indica donde se genera la masa y por lo tanto donde estaría ubicada la fuerza sísmica inducida por el sismo. Para el caso de irregularidades en la distribución de los pesos. sino (casos especiales donde se cambia el espesor de losa en algunos puntos o por ejemplo existencia de piscinas o otros elementos que hagan mas pesada la losa en ciertos puntos) el centro de masa se debe determinar considerando. el centro de masas se determina por: ANALISIS ESTATICO 8 . donde todo el peso se puede concentrar en un solo punto y este produce el mismo efecto que los pesos repartidos en el cuerpo. no las áreas. Recordemos la definición de sistemas equivalentes de fuerza. En vista de que las edificaciones diseñadas en este curso cuentan con un sistema de piso rígido en su plano (diafragma rígido). tanques y sus contenidos. Si la losa tiene cargas uniformes por m² el centro de masa coincide con el centroide del área. Para determinarlo dividimos la losa en figuras geométricas a las que les conozcamos su posición de centroides y aplicamos la ecuación. Note que este caso no estamos considerando pesos sino áreas.UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRION ESCUELA DE FORMACION PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL El peso total de piso es la suma de todos estos pesos más cualquier peso adicional no corriente que se encuentre en el piso considerado como el peso de equipos permanentes. la carga se puede ANALISIS ESTATICO 9 . métodos estáticos equivalentes (fuerza horizontal equivalente. La forma como responde el edificio a la aceleración inducida por el sismo determina la repartición de las fuerzas sísmicas tanto en la altura como en cada uno de los elementos estructurales que la conforman. estos pueden ser simplificados. FHE) o mas completos como los métodos de análisis modal espectral. dimensiones. Existen varios métodos para determinar esta repartición de fuerzas en altura. segunda Ley de Newton). MODELO DE ANÁLISIS El modelo de la estructura debe representar su geometría. En el análisis por el método de la fuerza horizontal equivalente seguiremos el procedimiento de los pórticos planos para tener conciencia de la repartición de las fuerzas en los pórticos y del efecto de torsión. los efectos de torsión por excentricidades entre el centro de rigidez y el centro de masa. apoyos. cortante basal. Este requisito asegura que para cualquier dirección del sismo. y los efectos de carga axial por momentos de vuelco. se encuentra por medio del espectro de diseño (aceleración de respuesta de la edificación según su periodo de vibración) y el peso total de la edificación. (F=m*a. efectos de diafragma rígido si lo hay. El modelo de la edificación se puede hacer tridimensional o por pórticos planos. La norma recomienda que se diseñe la edificación para el 100% de la carga sísmica actuando en ambas direcciones principales perpendiculares del edificio no simultáneamente. Independiente del método a usar se tienen también diferentes formas de considerar el modelo de la edificación.UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRION ESCUELA DE FORMACION PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL  xi *Wi Wi  yi * Wi Ycm  Wi Xcm  CORTANTE BASAL: La fuerza sísmica total en la base del edificio. UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRION ESCUELA DE FORMACION PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL descomponer en estas dos direcciones perpendiculares entre si y el edificio estaría en capacidad de soportarlo. entonces la fuerza sísmica en el pórtico A en el nivel x es: FxA  Fx * KA  Kpiso ANALISIS ESTATICO 10 . estos pórticos no actúan independientes sino que conforman todo un sistema. En el caso de la presencia de un sistema de piso rígido en su plano. ANÁLISIS POR PÓRTICOS PLANOS: La repartición de la fuerza sísmica en cada uno de los pórticos depende de si existe o no diafragma rígido en cada piso. La fuerza sísmica total de cada nivel se distribuye a los pórticos del sentido de análisis de acuerdo con la rigidez de cada pórtico considerando el efecto del diafragma rígido que hace que todos los pórticos tengan igual desplazamiento. losa. ANÁLISIS POR PÓRTICOS PLANOS Consiste en analizar cada pórtico por aparte como si la estructura fuera plana. Para la figura mostrada podemos repartir la fuerza sísmica total que actúa en el centro de rigidez de cada piso en cada uno de los pórticos así: Por equilibrio: Fx  FxA  FxB  FxC Por compatibilidad de deformaciones: diafragma rígido: A  B  C   Por relaciones fuerza desplazamiento: FxA  KA * A  KA *  FxB  KB * B  KB *  FxC  KC * C  KC *  Reemplazando en las ecuaciones de equilibrio: Fx  ( KA  KB  KC ) *  Pero sabemos que   FxA/ KA . por lo tanto las deformaciones deben ser compatibles entre ellos. Si el edificio presenta rotaciones estas serán con respecto a este punto. Las líneas de rigidez representan la línea de acción de la resultante de las rigideces en cada sentido asumiendo que las rigideces de cada pórtico fueran fuerzas. En el análisis anterior no consideramos efectos de rotación del diafragma rígido por posibles excentricidades entre el centro de rigidez y el centro de masa. es el punto donde se pueden considerar concentradas las rigideces de todos los pórticos. Existe línea de rigidez en el sentido X y línea de rigidez en el sentido Y. si sumamos los coeficientes de rigidez relativa de todos los pórticos en una dirección vemos que da 1.UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRION ESCUELA DE FORMACION PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL FxB  Fx * KB  Kpiso FxC  Fx * KC  Kpiso Donde los términos ki/Σ k piso representa la rigidez relativa de cada pórtico y corresponde a una fracción de la fuerza sísmica total. CENTRO DE RIGIDEZ Es el punto con respecto al cual el edificio se mueve desplazándose como un todo. Con las rigideces relativas encontramos la distribución de la fuerza sísmica proporcional a la rigidez de cada pórtico. Coordenadas del centro de rigidez: ANALISIS ESTATICO 11 . la intersección de ellas representa el centro de rigidez. Con la ayuda de un programa de análisis. Según esta definición si conocemos la deformación causada por una fuerza dada podemos obtener la rigidez: K=F/Δ Para un pórtico de una edificación normal.UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRION ESCUELA DE FORMACION PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL Xcr   k de portico * xi   ki * xi  k de portico  ki También se puede expresar en función de la rigidez relativa de cada pórtico: krelativa de pórtico  Sabemos que Kpórtico  k pórtico en el piso  krelativas de porti cos  1 xi= distancia del pórtico al eje coordenado Y. corremos cada pórtico con la fuerza sísmica total repartida en cada piso según el método de la FHE. Para determinar el centro de rigidez necesitamos conocer la rigidez de cada pórtico. Determinamos los desplazamientos de cada piso (puede generar la opción de diafragma rígido en cada piso pero no es necesario si se cuenta con vigas axialmente rígidas en ANALISIS ESTATICO 12 . RIGIDES DE CADA PÓRTICO EN CADA PISO: La rigidez es la fuerza necesaria para producir un desplazamiento unitario. Igual para la coordenada Ycr. la rigidez correspondería a una matriz que asocia las fuerzas aplicadas en cada grado de libertad con los desplazamientos de cada uno de ellos. En estos casos la rigidez requerida es la de desplazamiento horizontal y se encontraría para cada piso en cada pórtico plano. dividimos la fuerza sísmica acumulada de piso (por qué la acumulada) por la deriva y encontramos la rigidez de cada pórtico. k de piso  Fsísmica acumulada de piso  de piso Fuerza sísmica correspondiente a cada pórtico: Se calcula la rigidez relativa de cada pórtico en cada piso como: krelativa  ki k ANALISIS ESTATICO 13 .UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRION ESCUELA DE FORMACION PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL cada nivel). encontramos las derivas de piso como el desplazamiento del piso superior menos el desplazamiento del piso inferior.