Determinacion Del Nivel de Desempeño Teorico de Estructuras de Edificacion Aporticadas de Hormigon...

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERA

ESCUELA DE INGENIERA CIVIL

o a la obtencin del Ttulo de Ingeniero Civil

TRABAJO DE GRADUACIN

Ttulo del proyecto:

DETERMINACIN DEL NIVEL DE DESEMPEO TERICO DE

ESTRUCTURAS DE EDIFICACIN APORTICADAS DE HORMIGN

ARMADO DE LA CIUDAD DE RIOBAMBA.

Autores:

DANNY JAVIER NORIEGA RIVERA LUIS ALBERTO CUJILEMA PADILLA

Director :

M.Sc. Ing. DIEGO BARAHONA

Riobamba Ecuador

2013

Los miembros del Tribunal de Graduacin del proyecto de investigacin de ttulo:

ESTRUCTURAS DE EDIFICACIN APORTICADAS DE HORMIGN

presentado por: Danny Javier

Noriega Rivera, Luis Alberto Cujilema Padilla y dirigida por: M.Sc. Ing. Diego

Barahona.

Una vez escuchada la defensa oral y revisado el informe final del proyecto de

investigacin con fines de graduacin escrito en la cual se ha constatado el

cumplimiento de las observaciones realizadas, remite la presente para uso y

custodia en la biblioteca de la Facultad de Ingeniera de la UNACH.

Para constancia de lo expuesto firman:

Ing. ngel Paredes ----------------------------------

Presidente del Tribunal Firma

M.Sc. Ing. Diego Barahona ----------------------------------

Director del Proyecto Firma

Ing. Alexis Martnez ----------------------------------

Miembro del Tribunal Firma

AUTORA DE LA INVESTIGACIN

Proyecto de Graduacin, nos corresponde

exclusivamente a: Danny Javier Noriega

Rivera, Luis Alberto Cujilema Padilla y

M.Sc. Ing. Diego Barahona; y el patrimonio

intelectual de la misma a la Universidad

Nacional de

AGRADECIMIENTO

Agradecemos al M.Sc. Ing. Diego Barahona

en calidad de Director del Instituto de

Ciencia, Innovacin, Tecnologa y Saberes

(ICITS), de la Universidad Nacional de

Chimborazo (UNACH), por la apertura y

asesoramiento brindado para la consecucin

del presente proyecto.

DEDICATORIAS

El fruto de mi esfuerzo se lo dedico

principalmente a mi Dios, quien por medio

de su infinita gracia me ha permitido llegar a

este nuevo peldao de mi vida, a mis padres

Edwin y Lupita que con su apoyo y cario

han sido un pilar fundamental en la

consecucin de este logro. A mis hermanos

Naty y Lucho, mi novia Carito quienes

siempre estuvieron conmigo brindndome

muestras de afecto y motivacin para seguir

adelante. A todos ustedes GRACIAS .

Danny Javier Noriega Rivera

Sinceramente dedico el presente trabajo a

Dios, a mis padres: Jos y Dolores a quienes

les debo mi vida, y me han brindado su apoyo,

comprensin, me han enseado a enfrentar y

superar los retos y desafos que se presenten en

la vida. De la misma manera dedico a todos

mis familiares, amigos y especialmente a todos

mis hermanos quienes me dieron muchas ms

fuerzas y valor para luchar y lograr lo que

quera. As tambin para l nio que da mucha

alegra a la casa con sus ocurrencias Maycol.

Gracias a ustedes soy, lo que soy.

Luis Alberto Cujilema Padilla

i

NDICE GENERAL

NDICE GENERAL .............................................................................................. i

NDICE DE GRFICOS ...................................................................................... v

NDICE DE TABLAS ........................................................................................ viii

INTRODUCCIN ................................................................................................ 1

CAPTULO I ......................................................................................................... 3

1. FUNDAMENTACIN TERICA ........................................................... 3

1.1.1 Generalidades sobre diseo por desempeo ......................................... 3

1.2 Niveles de desempeo .............................................................................. 4

1.2.1 Niveles y rangos de desempeo estructurales....................................... 5

1.2.2 Niveles de desempeo no estructurales ................................................ 6

1.2.3 Niveles de desempeo de edificios ....................................................... 7

1.3 Riesgo ssmico .......................................................................................... 9

1.3.1 Sismicidad histrica de la ciudad de Riobamba ................................. 10

1.3.2 Sismicidad actual de la ciudad de Riobamba...................................... 13

1.4 Peligro ssmico y requisitos mnimos de clculo para diseo sismo-

resistente ............................................................................................................ 13

1.4.1 Zonas Ssmicas-Factor Z .................................................................... 13

1.4.2 Perfiles de suelo-coeficiente Cm ........................................................ 14

1.4.3 Tipo de uso, destino e importancia de la estructura. ........................... 15

1.4.4 Estructuras regulares e irregulares ...................................................... 16

1.4.5 Perodo de vibracin T ........................................................................ 19

1.4.6 Factor de reduccin de la fuerza ssmica (R) ...................................... 20

1.4.7 Clculo de fuerzas estticas ................................................................ 21

1.4.8 Distribucin de fuerzas laterales ......................................................... 22

1.5 Mtodos de anlisis ................................................................................ 23

1.5.1 Anlisis Esttico. ................................................................................ 23

1.5.1.1 Procedimiento esttico lineal .......................................................... 23

1.5.1.2 Procedimiento dinmico lineal ........................................................ 24

1.5.1.2.1 Anlisis de historia en el tiempo ..................................................... 25

1.5.1.2.2 Anlisis modal espectral ................................................................. 26

1.5.1.3 Procedimiento no lineal esttico ..................................................... 27

1.5.1.4 Procedimiento dinmico no lineal ................................................... 32

1.6 Capacidad Estructural ............................................................................. 33

ii

1.6.1 ............................................................................. 35

1.6.2 Fluencia efectiva y modelo bilineal .................................................... 37

1.6.3 Factor de ductilidad caracterstica ...................................................... 38

1.7 Uso de tablas propuestas en el cdigo FEMA 356 ................................. 39

1.7.1 Descripcin General ........................................................................... 39

1.7.2 Modelado y diseo .............................................................................. 40

1.7.3 Rigidez ................................................................................................ 41

1.7.4 Procedimientos no lineales ................................................................. 42

1.7.4.1 Prticos de hormign armado ......................................................... 42

1.7.4.2 Rigidez para el anlisis no lineal ..................................................... 43

1.7.4.3 Patrones de carga............................................................................. 45

CAPTULO II ..................................................................................................... 46

2. METODOLOGA .................................................................................... 46

2.1 Tipo de estudio ....................................................................................... 46

2.2 Poblacin y muestra ............................................................................... 46

2.2.1 Poblacin ............................................................................................ 46

2.2.2 Muestra ............................................................................................... 46

2.3 Operacionalizacin de variables ............................................................. 48

2.4 Procedimientos ....................................................................................... 49

2.5 Procesamiento y anlisis ........................................................................ 50

2.5.1 Evaluacin de un prtico de hormign armado de 3 pisos en la ciudad

de Riobamba...................................................................................................... 50

2.5.1.1 El prtico estudiado......................................................................... 50

2.5.1.2 Consideraciones geomtricas. ......................................................... 51

2.5.1.3 Elementos estructurales de los prticos a analizar .......................... 51

2.5.1.4 Determinacin de cargas aplicadas en el prtico. ........................... 53

2.5.1.5 Definicin del modelo matemtico de la edificacin ...................... 54

2.5.1.5.1 Definicin del material a utilizar..................................................... 55

2.5.1.5.2 Masa por unidad de volumen .......................................................... 55

2.5.1.6 Definicin de los elementos estructurales ....................................... 57

2.5.1.6.1.1 Definicin de columnas ............................................................... 57

2.5.1.6.1.2 Definicin de vigas ...................................................................... 58

2.5.1.6.2 Creacin de casos de cargas a aplicarse .......................................... 59

2.5.1.7 Combinacin de los casos de cargas ............................................... 62

2.5.1.8 Distribucin de la carga lateral (Cortante Basal) ............................ 63

2.5.1.9 Definicin de los casos de carga segn FEMA 356 ........................ 63

iii

2.5.1.9.1 Creacin del caso de carga gravitacional no lineal ......................... 64

2.5.1.9.2 Creacin del caso Pushover ............................................................ 66

2.5.1.10 Asignacin de Rtulas Plsticas. .................................................... 68

2.5.1.11 Asignacin automtica de rtulas plsticas en vigas. ..................... 69

2.5.1.12 Asignacin automtica de rtulas plsticas en columnas. .............. 70

2.5.1.13 Resultados del anlisis .................................................................... 72

2.5.1.13.1 Aparicin de las rtulas plsticas paso a paso. ............................ 72

2.5.1.14 Curva de capacidad ......................................................................... 74

2.5.1.14.1 Clculo de la ductilidad caracterstica. ........................................ 75

2.5.1.15 Clasificacin por ductilidad ............................................................ 75

CAPTULO III .................................................................................................... 76

3. RESULTADOS ......................................................................................... 76

CAPTULO IV .................................................................................................... 88

4. DISCUSIN ............................................................................................. 88

CAPTULO V ...................................................................................................... 89

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ..................................... 89

5.1 Conclusiones .......................................................................................... 89

5.2 Recomendaciones ................................................................................... 90

CAPTULO VI .................................................................................................... 92

6. PROPUESTA ........................................................................................... 92

6.1 Ttulo de la propuesta ............................................................................. 92

6.2 Introduccin ............................................................................................ 92

6.3 Objetivos ................................................................................................ 93

6.3.1 Objetivo General ................................................................................. 93

6.3.2 Objetivos Especficos ......................................................................... 93

6.4 Fundamentacin Cientfico Tcnica ..................................................... 93

6.4.1 Importancia de la relacin momento curvatura M - ....................... 93

6.4.2 Puntos notables del diagrama de momento curvatura ........................ 94

6.4.3 Obtencin del diagrama momento-curvatura ..................................... 95

6.4.3.1 Obtencin del diagrama momento-curvatura para vigas ................ 95

6.4.3.2 Obtencin del diagrama momento-curvatura para columnas.......... 99

6.4.4 Rtulas Plsticas ............................................................................... 103

6.4.4.1 Estimacin de la longitud de la rtula plstica.............................. 105

6.4.4.2 Obtencin del diagrama momento-rotacin .................................. 106

6.4.4.2.1 Obtencin del diagrama momento-rotacin para vigas ................ 107

6.4.4.2.2 Obtencin del diagrama momento-rotacin para columnas.......... 111

iv

6.5 Descripcin de la propuesta.................................................................. 117

6.5.1 Prtico estudiado............................................................................... 118

6.5.1.1 Creacin de un modelo.................................................................. 118

6.5.1.2 Definicin de las rtulas plsticas para las vigas. ......................... 119

6.5.1.2.1 Asignacin de las rtulas plsticas en vigas ................................. 125

6.5.1.3 Definicin de las rtulas plsticas en columnas ............................ 126

6.5.1.3.1 Asignacin de las rtulas plsticas en columnas........................... 133

6.5.2 Resultados del anlisis ...................................................................... 138

6.5.2.1 Aparicin de las rtulas plsticas paso a paso. ............................. 138

6.5.2.2 Curva de capacidad ....................................................................... 140

6.5.2.3 Clculo de la ductilidad. ................................................................ 141

6.6 Diseo Organizacional ......................................................................... 142

6.7 Monitoreo y evaluacin de la propuesta ............................................... 142

7. BIBLIOGRAFA .................................................................................... 143

8. APNDICES Y ANEXOS ..................................................................... 146

v

NDICE DE GRFICOS

Figura 1. Mapa de Terremotos con intensidades VI y VII 1641-1890 ................. 12 Figura 2. Mapa de Terremotos con intensidades superiores a VIII 1541-1998 .... 12 Figura 3. Ecuador, zonas ssmicas para propsitos de diseo............................... 14 Figura 4. Irregularidad en planta Figura 5. Irregularidades en elevacin ......... 18 Figura 6. Distribucin lateral de cargas ................................................................ 22

Figura 7. Curva Idealizada de Fuerza-Desplazamiento ........................................ 28 .................. 35

Figura 9. Puntos Destacados de la Curva de Capacidad de acuerdo al modelo

matemtico ............................................................................................................ 35 Figura 10. Generalizacin de la relacin fuerza-deformacin para elementos de

concreto. ................................................................................................................ 37 Figura 11. Representacin Bilineal de la Curva de Capacidad ............................. 38

Figura 12. Generalized Force- Deformation; Relations for Concrete Elements ... 43 Figura 13. Prtico considerado para el anlisis. .................................................... 51 Figura 14. Vigas y Columnas asignadas al Prtico para el anlisis en el plano. .. 52 Figura 15. Determinacin de cargas...................................................................... 53

Figura 16. rea Cooperante considerada para el modelo en el plano. .................. 53 Figura 17. Ingreso de las distancias de ejes y alturas de entrepiso. ...................... 54

Figura 18. Clculo del Peso y Masa especfico para la viga. ................................ 56 Figura 19. Ingreso de las propiedades del Material. ............................................. 56 Figura 20. Definicin de las secciones geomtrica de columna. .......................... 57

Figura 21. Ingreso del acero longitudinal y confinamiento en la columna. .......... 57 Figura 22. Definicin de las secciones de la viga. ................................................ 58

Figura 23. Ingreso del acero superior e inferior en la viga. .................................. 58 Figura 24. Ingreso de la carga viva ....................................................................... 59

Figura 25. Prtico con la carga viva asignada. ..................................................... 60 Figura 26. Casos de cargas ingresados. ................................................................. 60 Figura 27. Ingreso del coeficiente del cortante basal. ........................................... 62

Figura 28. Combinacin de cargas segn INEN CPE 5:2001 y creacin de la

envolvente. ............................................................................................................ 62 Figura 29. Clculo de la distribucin del cortante basal para cada piso. .............. 63 Figura 30. Creacin de la carga gravitacional no lineal (CGNL) ......................... 64 Figura 31. Ingreso de la junta a monitorearse. ...................................................... 65 Figura 32. Guardar nicamente el estado final. .................................................... 65

Figura 33. Parmetros no lineales (tolerancias, iteraciones, etc.). ........................ 65 Figura 34. Creacin del caso de carga Pushover (PUSH). .................................... 66

Figura 35. Ingreso del desplazamiento a monitorear en la junta del ltimo piso. 67 Figura 36. Seleccin de mltiples estados del anlisis pushover. ......................... 67 Figura 37. Parmetros por defecto. ....................................................................... 68 Figura 38. Casos de cargas definidos para el anlisis lineal y no lineal. .............. 68 Figura 39. Distancia relativa en porcentajes donde se formaran las rtulas

plsticas. ................................................................................................................ 68 Figura 40. Seleccin de las vigas para asignar las rtulas plsticas...................... 69 Figura 41. Para ingresar las rtulas: men Assign/Frame/Hinges. ....................... 69 Figura 42. Asignacin de las rtulas plsticas a 10 y 90% de la longitud de la viga.

............................................................................................................................... 70

vi

Figura 43. Seleccin de las columnas para asignar las rtulas plsticas. .............. 70 Figura 44. Asignacin de las rtulas plsticas a 10 y 90% de la longitud de la

columna. ................................................................................................................ 71 Figura 45. Rtulas Plsticas asignadas a vigas y columnas. ................................. 71 Figura 46. Herramienta para ejecutar el modelo. .................................................. 71 Figura 47. Casos de cargas a ejecutarse. ............................................................... 72 Figura 48. Detalle del anlisis del prtico. ............................................................ 72

Figura 49. Rtulas plsticas en el paso 2. (Las vigas estn en el nivel de Cedencia:

Color Lila) ............................................................................................................. 73 Figura 50. Rtulas plsticas en el paso 7. (Algunas vigas pasan al Nivel de

Ocupacin inmediata: Color azul, mientras que las columnas en su base estn en

cedencia) ............................................................................................................... 73

Figura 51. Rtulas plsticas en el paso 11. (Las vigas del vano ms desfavorable

empiezan a desarrollar su Capacidad Ultima: Color Amarillo, mientras que los

otros vanos estn en el nivel de seguridad de vida: color Celeste) ....................... 73 Figura 52. Rtulas plsticas en el paso 21. (Al alcanzar el desplazamiento

indicado en el nudo de referencia, todas las vigas y columnas desarrollan su

Capacidad ltima: Color Amarillo.) ..................................................................... 74

Figura 53. Puntos de cedencia y ltima en la curva de capacidad. ....................... 74 Figura 54. Valores de la curva de capacidad en tablas. ........................................ 75

Figura 55. Porcentaje de prticos 1 con ductilidad baja, media, alta. ................... 77 Figura 56. Porcentaje de prticos 2 con ductilidad baja, media, alta. ................... 78 Figura 57. Porcentaje de prticos 3 con ductilidad baja, media, alta. ................... 79

Figura 58. Porcentaje de prticos 4 con ductilidad baja, media, alta. ................... 80 Figura 59. Porcentaje de prticos 5 con ductilidad baja, media, alta. ................... 81

Figura 60. Porcentaje de prticos 6 con ductilidad baja, media, alta. ................... 82 Figura 61. Porcentaje de prticos 7 con ductilidad baja, media, alta. ................... 83

Figura 62. Porcentaje de prticos 8 con ductilidad baja, media, alta. ................... 84 Figura 63. Porcentaje de prticos 9 con ductilidad baja, media, alta. ................... 85 Figura 64. Porcentaje de prticos 10 con ductilidad baja, media, alta. ................. 86

Figura 65. Porcentaje de prticos 11 con ductilidad baja, media, alta. ................. 87

Figura 66. Diagrama Momento-Curvatura tpico de vigas. .................................. 98 Figura 67. Diagrama Momento-Curvatura de columnas..................................... 103 Figura 68. Diagrama Momento-Curvatura. ......................................................... 104 Figura 69. Modelo Bilineal de la relacin M- ................................................. 105 Figura 70. Diagrama momento-rotacin. ............................................................ 107

Figura 71. Localizacin de las rtulas plsticas en columnas y vigas. ............... 110 Figura 72. Diagrama tpico de Momento-Rotacin de vigas. ............................. 110

Figura 73. Diagrama tpico de Momento-Rotacin de columnas. ...................... 113 Figura 74. Patrones de Rtulas en Vigas. ........................................................... 114 Figura 75. Localizacin de potenciales Rtulas Plsticas. .................................. 116 Figura 76. Vigas con relocalizacin de rtulas. .................................................. 116 Figura 77. Detalle de rtulas ubicadas fuera de cara de columna. ...................... 116

Figura 78. Prtico considerado para el anlisis. .................................................. 118 Figura 79. Modelo del prtico en el programa SAP 2000 V14 (Demo) ............. 118 Figura 80. Definicin de las rtulas plsticas. .................................................... 119 Figura 81. Definicin de la propiedad de la rtula.............................................. 119 Figura 82. Seleccin del material de la rtula. .................................................... 119

vii

Figura 83. Seleccin del tipo de rtula................................................................ 120 Figura 84. Propiedades de la rtula por defecto. ................................................. 120

Figura 85. Ingreso de valores de Momento-Rotacin. ........................................ 123 Figura 86. Seleccin de la opcin extrapolar. ..................................................... 123 Figura 87. Ingreso de valores del momento y rotacin de fluencia. ................... 123 Figura 88. Ingreso de los valores de para cada nivel de desempeo................... 124 Figura 89. Ventana con todos los valores definidos. .......................................... 124

Figura 90. Seleccin de vigas con iguales caractersticas, para asignar las rtulas

plsticas. .............................................................................................................. 125 Figura 91. Ingreso de rtulas en vigas: men Assign/Frame/Hinges.................. 125 Figura 92. Asignacin de las rtulas plsticas en la viga a la distancia relativa

calculada. ............................................................................................................. 126

Figura 93. Modelo en SAP 2000 con las rtulas plsticas asignadas. ................ 126 Figura 94. Cargas Axiales en las columnas del prtico. ..................................... 127

Figura 95. Cargas Axiales de la columna............................................................ 127 Figura 96. Definicin de las rtulas plsticas. .................................................... 130 Figura 97. Definicin de la propiedad de la rtula.............................................. 130 Figura 98. Seleccin del material de la rtula. .................................................... 130

Figura 99. Seleccin del tipo de rtula................................................................ 131 Figura 100. Propiedades de la rtula. .................................................................. 131

Figura 101. Introduccin de los valores Momento Rotacin en el programa. . 132 Figura 102. Ventana con todos los valores definidos. ........................................ 132 Figura 103. Seleccin de columna 1 (C1) para asignar la rtula plstica. .......... 133

Figura 104. Ingreso de rtulas: men Assign/Frame/Hinges. ............................. 133 Figura 105. Asignacin de las rtulas plsticas en la columna a la distancia

relativa calculada. ................................................................................................ 134 Figura 106. Modelo en SAP 2000 con la rtula plstica asignada en la columna.

............................................................................................................................. 134 Figura 107. Rtulas obtenidas y aplicadas al modelo. ........................................ 138 Figura 108. Rtulas plsticas en el paso 2. (Las vigas estn en el nivel de

Cedencia: Color Lila y seguridad de vida Color: celeste)................................... 139

Figura 109. Rtulas plsticas en el paso 7. (Los extremos de algunas vigas y la

base de la columna estn en el nivel de Cedencia: Color Lila mientras que otras

vigas estn en el nivel de seguridad de vida: color: Celeste y prevencin del

colapso color: verde) ........................................................................................... 139 Figura 110. Rtulas plsticas en el paso 14. (La mayora de las vigas y la base de

las columnas centrales desarrollan su Capacidad Ultima: Color Amarillo, mientras

que las otras vigas estn en el nivel de seguridad de vida: color Celeste, y la base

de las columnas que se encuentran en los extremos todava estn en el nivel de

Cedencia: Color Lila) .......................................................................................... 139 Figura 111. Rtulas plsticas en el paso 19. (Al desplazamiento indicado en la

junta derecha del ltimo piso, todas las vigas y el pie de las columnas de la

edificacin desarrollan su Capacidad Ultima: Color Amarillo. .......................... 140

Figura 112. Puntos de cedencia y ltima en la curva de capacidad. ................... 140 Figura 113. Valores de la curva de capacidad en tablas. .................................... 141 Figura 114. Diseo Organizacional..................................................................... 142

viii

NDICE DE TABLAS

Tabla 1. Efectos causados por los terremotos con intensidad VIII o superior. ..... 11 Tabla 2. Valores del factor Z en funcin de la zona ssmica adoptada. ................ 13

Tabla 3. Clasificacin de Suelos ........................................................................... 15 Tabla 4. Coeficiente de suelo S y Coeficiente Cm................................................ 15 Tabla 5. Tipo de uso, destino e importancia de la estructura. ............................... 16 Tabla 6. Coeficientes de configuracin en planta. ................................................ 18 Tabla 7. Coeficientes de configuracin en elevacin............................................ 19

Tabla 8. Valores del coeficiente de reduccin de respuesta estructural. ............... 21 Tabla 9. Valores para el factor de modificacin. .................................................. 29 Tabla 10. Altura Equivalente de losa. ................................................................... 52

Tabla 11. Elementos Columna y Viga de acuerdo a la similitud de pisos. ........... 52 Tabla 12. Factores considerados para el clculo del cortante basal de diseo. ..... 61 Tabla 13. Caractersticas de prtico y clculo de la ductilidad. ............................ 75 Tabla 14. Clasificacin de ductilidad. ................................................................... 75

Tabla 15. Ductilidades de los prticos del modelo 1. ........................................... 77 Tabla 16. Ductilidades de los prticos del modelo 2. ........................................... 78


Tabla 19. Ductilidades de los prticos del modelo 5. ........................................... 81 Tabla 20. Ductilidades de los prticos del modelo 6. ........................................... 82 Tabla 21. Ductilidades de los prticos del modelo 7. ........................................... 83


Tabla 24. Ductilidades de los prticos del modelo 10. ......................................... 86 Tabla 25. Ductilidades de los prticos del modelo 11. ......................................... 87

Tabla 26. Puntos notables Momento-Curvatura de vigas. .................................... 98 Tabla 27. Puntos notables Momento-Curvatura de columnas. ........................... 103

Tabla 28. Tabla 6-7 del FEMA 356 para vigas ................................................... 109 Tabla 29. Tabla 6-8 del FEMA 356 para columnas. ........................................... 112 Tabla 30. Hoja de clculo del diagrama Momento-Curvatura para vigas. .......... 121

Tabla 31. Hoja de clculo del diagrama Momento-Rotacin para vigas. ........... 122 Tabla 32. Hoja de clculo del Diagrama Momento-Curvatura Columna 1 (C1) 128

Tabla 33. Hoja de clculo del Diagrama Momento-Rotacin para Columna 1 (C1)

............................................................................................................................. 129 Tabla 34. Resultados del clculo Momento-Curvatura, Momento-Rotacin,

Criterios de Aceptacin y distancia relativa de las rtulas plsticas en vigas .... 135

Tabla 35. Resultados del clculo Momento-Curvatura, Momento-Rotacin,

Criterios de aceptacin y distancia relativa de las rtulas plsticas en Columnas.

............................................................................................................................. 136

Tabla 35. (Cont) .................................................................................................. 137 Tabla 36. Clculo de la ductilidad....................................................................... 141
file:///D:/icit/MODELACION%20DE%20PORTICOS%20-%20ROTULAS%20PLASTICAS/TESIS%20DEFINITVO%20VALE%20-%20con%20indice.docx%23_Toc370393347file:///D:/icit/MODELACION%20DE%20PORTICOS%20-%20ROTULAS%20PLASTICAS/TESIS%20DEFINITVO%20VALE%20-%20con%20indice.docx%23_Toc370393347file:///D:/icit/MODELACION%20DE%20PORTICOS%20-%20ROTULAS%20PLASTICAS/TESIS%20DEFINITVO%20VALE%20-%20con%20indice.docx%23_Toc370393348file:///D:/icit/MODELACION%20DE%20PORTICOS%20-%20ROTULAS%20PLASTICAS/TESIS%20DEFINITVO%20VALE%20-%20con%20indice.docx%23_Toc370393348file:///D:/icit/MODELACION%20DE%20PORTICOS%20-%20ROTULAS%20PLASTICAS/TESIS%20DEFINITVO%20VALE%20-%20con%20indice.docx%23_Toc370393348file:///D:/icit/MODELACION%20DE%20PORTICOS%20-%20ROTULAS%20PLASTICAS/TESIS%20DEFINITVO%20VALE%20-%20con%20indice.docx%23_Toc370393349

ix

RESUMEN

El presente trabajo est enfocado en la determinacin del desempeo estructural

de prticos planos de hormign armado mediante la prctica del Anlisis Esttico

-40 y FEMA-356, utilizado

conjuntamente con la demanda ssmica establecida por el Cdigo Ecuatoriano de

la Construccin (INEN CPE 5:2001), para as obtener y evaluar el nivel de dao

producido en las vigas y columnas que constituyen el prtico, ya que este dao

sistemtico determinar el desempeo global de las estructuras a estudiarse.

Otro objetivo es el de presentar una metodologa viable que utilice al Anlisis

enta que permita conocer las

dbiles

correctivas del caso antes de dar un diseo estructural definitivo.

Para alcanzar este propsito se estableci una muestra de 286 prticos de

hormign armado, los mismos que mediante un demo del programa estructural

SAP2000 v14 son modelados con el fin de conocer la capacidad de ductilidad que

presenta cada uno ante solicitaciones de cargas monotnicas crecientes obtenidas

por medio de un anlisis PUSHOVER.

Las secciones de vigas y columnas establecidas no obedecen a un diseo previo,

estas oscilan desde los 20 cm hasta los 35 cm y de 20 cm a 40 cm respectivamente

de acuerdo a las secciones mnimas del cdigo y a la costumbre constructiva en la

ciudad; en lo que concierne al acero de refuerzo se considera la cuanta mnima

establecida en INEN CPE 5:2001 ; la altura de entrepiso va de 2.05 m a 2.55 m

con un mximo de tres niveles, y para la longitud de los vanos de 2.50 m a 4.50m.

x

SUMMARY

This work is focused on determining the structural performance of reinforced

concrete in flat frames by the practice of Nonlinear Static Analysis "Pushover"

presented in the ATC-40 and FEMA-356, used together with the seismic demand

established by the Ecuadorian Code of Construction (INEN CPE 5:2001) in order

to obtain and assess the level of damage in beams and columns that make up the

porch, since this systematic damage determines the overall performance of the

structures studied.

Another objective is to present a feasible methodology using the Nonlinear Static

structure, which will lead us to take the appropriate corrective action before

providing a final structural design.

To achieve this purpose we established a sample of 286 reinforced concrete

frames, the ones that by using a SAP 2000 v14 structural program demo are

modeled in order to know the ductility capacity shown by every one of them

during monotonic increasing load stresses obtained by through a PUSHOVER

analysis.

The sections of set beams and columns do not follow a previous design, they

range from 20 to 35 cm and 20 to 40 cm respectively according to minimum code

sections and to the construction custom of the city, in relation to the reinforcing

steel, the minimum amount considered is established in INEN CPE 5:2001; the

story height ranges from 2.05 to 2.55 m with a maximum of three levels, and a

span length from 2.50 to 4.50m.

1

INTRODUCCIN

El Ecuador tiene una larga historia de actividad ssmica, en los ltimos 460 aos

han provocado la destruccin de ciudades enteras como Riobamba en 1797 o

Ibarra en 1868 y la muerte de ms de 60.000 personas por causa de terremotos,

nuestra ciudad especficamente se encuentra en una zona de alto riesgo ssmico

zona IV, segn el mapa de zonificacin ssmica del INEN CPE 5:2001. Es por

esto que a travs de la historia los ingenieros han tratado de entender el

comportamiento de las estructuras ante los efectos ssmicos (Garzn 2012).

En un principio slo se estudi el comportamiento de los materiales de la

construccin en el rango elstico de acuerdo a la ley de Hooke (1635). Entonces

las estructuras nicamente se diseaban para obedecer esta ley sin tomar en cuenta

el comportamiento ms all de ella, posteriormente se empez a estudiar las

curvas de esfuerzo-deformacin y se observ que en materiales como el concreto

los esfuerzo ms importantes se encontraban en la parte que est fuera del

dominio de la ley de Hooke, a esta parte en la cual los esfuerzos no son

directamente proporcionales a las deformaciones se le dio el nombre de estado no-

lineal o estado plstico del material, hoy, inclusive con este conocimiento se

siguen analizando estructuras de concreto basadas en un comportamiento lineal.

Actualmente las estructuras se disean para soportar estados lmites de falla y de

servicio adems de ser econmicas, seguras y aprovechar al mximo las

propiedades de los materiales de construccin. Por lo tanto es de suma

importancia realizar anlisis y diseos en base al estado inelstico de los

materiales ya que esta es la mejor manera de aprovechar los materiales ante este

tipo de solicitaciones.

Existen diversos mtodos para conocer el comportamiento inelstico de una

estructura como: el anlisis dinmico no lineal el cual es muy complejo para su

2

aplicacin, por este motivo y por ser viable utilizamos el anlisis esttico no lineal

(AENL) el cual es un paso intermedio entre el anlisis lineal elstico y el anlisis

no lineal dinmico (Aguiar Roberto 2003).

Dentro del Anlisis Esttico No-

un mtodo que permite determinar la capacidad de resistencia de la estructura

(diseada previamente por cualquier cdigo de construccin vigente) y

compararla con la demanda posible ante un evento natural. La demanda depende

de diversos factores como la zona ssmica en la cual ser implantada la estructura,

el tipo de suelo, el tamao e importancia de la estructura. El (AENL) consiste

primeramente en hacer actuar las cargas gravitacionales en la estructura que

producen deformaciones en sta, posteriormente se hacen actuar las cargas

laterales; las mismas que se incrementan de forma gradual hasta que se forma la

primera rtula plstica y se presenta una redistribucin de rigidez de la estructura,

esta metodologa simula de mejor forma lo que acontece en una estructura real,

as se procede hasta que la estructura llegue a la falla, es decir que se forme un

mecanismo de colapso. Con esto se obtiene una grfica que muestra dnde y en

qu orden se forman las rtulas plsticas en la estructura y la curva de capacidad

que indica la relacin entre el cortante basal vs el desplazamiento en el nudo de

control (Espinosa Eric. 2009)

La realizacin del anlisis Pushover es un mtodo iterativo por lo cual resulta

conveniente la utilizacin de un software capaz de arrojar resultados de forma

rpida y eficiente es por eso que se utilizar un demo del programa SAP2000 v14

(Stress Analysis Program), para alcanzar los objetivos propuestos.

3

CAPTULO I

1. FUNDAMENTACIN TERICA

1.1.1 Generalidades sobre diseo por desempeo

El diseo por desempeo tiene como finalidad nica determinar cmo se

comporta una estructura ante cualquier tipo de solicitacin, en el cual se plantea

que la estructura pueda brindar proteccin a sus ocupantes y en algunos casos

permitir que la estructura no colapse, esto sin modificar su periodo de vida til

como sera el caso de las estructuras esenciales post-sismo, para conseguir esto se

debe plantear que la estructura tiene un comportamiento lineal para cuando trabaje

en el rango elstico, es decir an no se producen deformaciones permanentes o

rtulas plsticas y comportamiento no lineal cuando est entre en el rango

inelstico, es decir existe un dao, que se pretende controlar para evitar que sta

trabaje como un mecanismo, lo que ocasionar la estructura colapse

inevitablemente.

Con la utilizacin de los actuales cdigos que rigen el diseo de la estructuras se

ha logrado normar la construccin de las edificaciones; pero estas acumulan una

gran cantidad de dao, no porque hayan fallado estructuralmente sino por los

grandes costos de las reparaciones, la destruccin de los equipos que se

encuentran albergadas en las mismas, adems luego de haber sucedido un evento

ssmico las estructuras destinadas a ser refugio de emergencia han tenido que ser

desocupadas para rehabilitar las instalaciones ya que todo el mobiliario ha sido

destruido (salas de rehabilitacin, salas de emergencia, ciruga, rayos X, etc.)

adems de la prdida de medicamentos, lo que ocasionar serios problemas post-

sismos, en muchos casos habr ms prdida de vidas humanas por la falta de

auxilio inmediato que las causadas por la actividad ssmica propiamente dicha.

4

Esto ha llevado a la investigacin de nuevas tendencias de diseo que preserven el

concepto principal de salvaguardar vidas pero adems logren conseguir un

comportamiento dinmico predecible para cualquier tipo de solicitacin, ya sea un

evento ssmico de menor intensidad o el sismo ms intenso que suceder una vez

en 475 aos, esta nueva teora de diseo establece que debemos disear para

varios estados de servicio es decir para diferentes intensidades de movimientos

telricos (Naranjo-Alemn 2011).

El cdigo FEMA 356, es un compendio de diseo por desempeo aplicable a las

estructuras de hormign armado, acero estructural, estructuras de madera,

sistemas de mampostera portante y sistemas mixtos, que se encuentran en la

regin de los Estados Unidos; es posible utilizar este cdigo como una gua

siempre y cuando se sigan los reglamentos del cdigo de construccin y normas

que establece el mismo en la jurisdiccin ms cercana de un estado o pas. Por lo

tanto para el presente estudio, es necesario conocer los diferentes puntos en los

cuales FEMA 356 cubre el diseo por desempeo y los puntos en los cuales INEN

CPE 5:2001 norma el diseo, y provee las normas para evaluar el riesgo ssmico y

aplicar estos lineamientos para aplicar las recomendaciones de FEMA 356.

Los Niveles de Desempeo, Objetivos de Rehabilitacin, el anlisis y modelado

de la estructura son puntos clave donde FEMA interviene para normar el diseo

por desempeo; en cuanto al anlisis del riesgo ssmico ya que es funcin de la

ubicacin de un pas, nos regiremos al INEN CPE 5:2001; los siguientes temas a

tratar recopilan informacin necesaria de ambos cdigos, para realizar este estudio.

1.2 Niveles de desempeo

Se define como desempeo de una estructura o edificio a la combinacin del

desempeo de los elementos estructurales y no estructurales. A continuacin se

definirn los niveles de desempeo esperados y los rangos en los cuales estos se

pueden encontrar.

5

1.2.1 Niveles y rangos de desempeo estructurales

Se han definido tres niveles de desempeo estructurales los cuales tratan de

guardar una correlacin con las exigencias de desempeo estructurales ms

usuales. Adems se han propuesto unos rangos que se encuentran para

caractersticas intermedias a los niveles de desempeo que se van a mencionar.

Los niveles de desempeo son:

1) Nivel de Ocupacin Inmediata (I-O)

Luego de haber ocurrido un evento ssmico, el dao en la estructura es

mnimo, esta estructura puede ser ocupada inmediatamente con reparaciones

mnimas que no son prioritarias.

2) Nivel de Seguridad Vida (L-S)

Significa que la estructura ha sufrido dao significativo, pero no colapsar

debido a que los elementos estructurales conservan una parte importante de su

capacidad resistente; la estructura puede funcionar luego de unas reparaciones,

pero se debe analizar qu tan conveniente es esto econmicamente.

3) Nivel de Prevencin de Colapso (C-P)

Se ha producido un dao sustancial a la estructura, la estructura ha perdido en

gran parte su resistencia y rigidez, se han producido grandes deformaciones

permanentes. La estructura ha sufrido mucho dao por lo cual puede sucumbir si

es que sucede una rplica de la excitacin ssmica, este nivel no es tcnicamente

reparable, y se recomienda derrocar.

Los Rangos de Desempeo, son los siguientes:

6

1) Rango de Desempeo para el Control de Daos (S-2)

En este rango se espera un dao menor que para el Nivel de Seguridad de Vida

(S-3), pero a la vez mayor que aquel esperado para el Nivel de Ocupacin

Inmediata (S-1), este se utiliza cuando el Nivel de Ocupacin Inmediata es muy

costosa.

2) Rango de Desempeo de Seguridad Limitada (S-4)

Es un estado entre el Nivel de Seguridad de Vida (S-3) y Prevencin de

Colapso (S-5).

3) Desempeo Estructural No Considerado (S-6)

Este ocurre cuando se dirigen los esfuerzos a controlar la vulnerabilidad no

estructural como por ejemplo parapetos tonificantes o anclajes de contenedores de

materiales arriesgados, sin tomar en cuenta el desempeo de la estructura.

1.2.2 Niveles de desempeo no estructurales

En este anlisis se encuentran los componentes arquitectnicos como divisiones,

revestimientos interiores, exteriores y techos, adems de los componentes

mecnicos, elctricos, de agua potable, alcantarillado e incendios.

Los niveles de desempeo no estructurales son los siguientes:

1) Nivel de desempeo operacional (N-A)

Todas las instalaciones adicionales como son la iluminacin, sistemas de

computacin, agua potable y todas las dems estn en condiciones aptas para el

correcto funcionamiento del edificio, pero para lograr este se debe tener en cuenta

el anclaje de los elementos no estructurales para conseguir una dao mnimo y

muy poca limpieza para el uso de la estructura.

7

2) Nivel de Ocupacin Inmediato (N-B)

Luego del evento ssmico el edificio es estructuralmente seguro, pero no

puede ser usado normalmente ya que se debe realizar una limpieza e inspeccin de

las instalaciones, la estructura es capaz de seguir operando pero las instalaciones

pueden presentar problemas como dao en equipo muy sensible.

3) Nivel de Seguridad de Vida (N-C)

El dao post terremoto es extenso y costoso en los componentes no

estructurales, puede existir daos contra la vida en el terremoto por la falla de los

componentes no estructurales, pero en general la amenaza a la vida es muy baja,

la rehabilitacin de estos componentes exigir un gran esfuerzo.

4) Nivel de Riesgo Reducidos (N-D)

Dao considerable ha ocurrido a los componentes no estructurales, pero los

muebles o artefactos grandes y pesados que pueden ocasionar riesgo para los

habitantes son anclados para evitar que estos lesionen a la gente, pero se espera

que las personas sean heridas por la cada de escombros tanto dentro como fuera

de la estructura.

5) Desempeo No Estructural No Considerado (N-E)

A veces se puede tomar la decisin de rehabilitar la estructura sin dirigirse a

las vulnerabilidades de los componentes no estructurales, esto se puede realizar

cuando no se va a interrumpir las operaciones del edificio.

1.2.3 Niveles de desempeo de edificios

Los niveles de desempeo de edificios se obtienen combinado los niveles de

Desempeo Estructurales y No Estructurales.

8

1) Nivel Operacional (1-A)

Esta es una combinacin entre el Nivel de Ocupacin Inmediato y el Nivel

Operacional No Estructural, en el cual se espera un dao nulo o un mnimo dao a

los componentes tanto estructurales como no estructurales. Es decir el edificio

podr trabajar inmediatamente luego de ocurrido el evento ssmico pero existir

una pequea posibilidad de que las instalaciones adicionales no trabajen al cien

por ciento.

2) Nivel de Ocupacin Intermedia (1-B)

Es una combinacin de los Niveles de Ocupacin Intermedios Estructurales y

No Estructurales, en este nivel se espera que el edificio tenga un dao mnimo o

ningn dao a los componentes estructurales y un dao mnimo a los

componentes no estructurales. Es decir que el edificio se puede ocupar pero las

instalaciones elctricas, agua potable y dems no funcionarn por lo que se deber

realizar algn tipo de reparacin para que el edificio funcione en ptimas

condiciones.

3) Nivel de Seguridad de Vida (3-C)

Es una combinacin de los Niveles de Seguridad de Vida Estructural y No

Estructurales, en este nivel de desempeo se espera que la estructura tenga un

dao considerable a componentes estructurales y no estructurales, razn por la

cual es necesaria una reparacin de las instalaciones antes de la ocupacin.

4) Nivel de Prevencin del Colapso (5-E)

En este nivel no se considera la vulnerabilidad de los componentes no

estructurales, con excepcin de los parapetos y apndices pesados, los edificios

que estn en este nivel la estructura ya ha sufrido grandes daos pero no se

9

derrumba lo cual permite que se puedan salvar muchas vidas, pero la estructura no

es posible repararla.

Para iniciar el diseo por desempeo de una estructura, se deben considerar

parmetros iniciales que comnmente no se toman en cuenta para otros

procedimientos de diseo, esto garantiza un anlisis completo a nivel estructural

en base al servicio que brindan las estructuras, y la importancia de las mismas, es

por esto que se deben tomar en cuenta los siguientes parmetros:

Seleccin de Objetivos de desempeo.

Determinacin de la conveniencia del Sitio.

Diseo Conceptual. (Arquitectnico).

Diseo Preliminar (Estructural).

Diseo Final (Consideraciones Estructurales sismoresistentes)

Chequeo de Aceptabilidad durante el Diseo.

Revisin del Diseo.

Control de Calidad durante la construccin.

Mantenimiento Durante la Vida de la Estructura.

1.3 Riesgo ssmico

Un sismo es la liberacin sbita, abrupta o repentina de energa, producto de la

interaccin dinmica entre las distintas placas tectnicas que conforman la Tierra

o de la energa de deformacin que se ha venido acumulando lentamente a lo

largo de una falla, una superficie o una zona de fracturacin en la corteza terrestre.

Esta liberacin produce varios efectos sobre el terreno (roca o suelo blando), el

cual se deforma de distintas maneras dependiendo bsicamente de las

caractersticas fsicas y dinmicas tales como su estratigrafa, la frecuencia natural

de vibracin, el amortiguamiento y el mdulo de rigidez, entre otros. (Farzad N,

2000).

Los daos sufridos por las estructuras como consecuencia de un sismo, son

solamente la culminacin de un complicado proceso que se inicia en el mismo

10

momento que el movimiento ssmico. Sin embargo, la espectacularidad de los

daos y de los efectos inmediatos, como el pnico de la poblacin, concentra la

atencin en dichos aspectos y relega a un plano secundario la importancia de las

diversas etapas del proceso en s.

Para la realizacin de estos estudios de riesgos frente a sismos, se debe estimar la

peligrosidad ssmica y la vulnerabilidad, y as, obtener el mapa de riesgos del

territorio considerado.

El estudio de la vulnerabilidad debe tener en cuenta las construcciones cuya

destruccin, con probabilidad razonable, pueda ocasionar vctimas, interrumpir un

servicio imprescindible para la comunidad o aumentar los daos por efectos

catastrficos asociados. (Hernndez G, 2007)

1.3.1 Sismicidad histrica de la ciudad de Riobamba

De acuerdo con el Catlogo de Terremotos del Ecuador del Instituto Geofsico de

la E.P.N, elaborado por Jos Egred A., la ciudad de Riobamba ha sido afectada

por sismos destructivos a lo largo de su historia (Ver Figuras 1 y 2). Debido a la

falta de instrumentacin de la poca, no se disponen registros de dichos eventos

ssmicos, tan solo se cuenta con relatos histricos que de forma subjetiva han

permitido evaluar el dao de los mismos en la ciudad, como puede apreciarse en

la siguiente tabla:

11

Tabla 1. Efectos causados por los terremotos con intensidad VIII o superior.

FECHA EFECTOS CAUSADOS POR LOS TERREMOTOS CON

INTENSIDAD VIII O SUPERIOR

1645-03-15

Muchos temblores al comienzo de este ao, sentidos en Quito y

Riobamba, hasta febrero en que ocurre un terremoto que caus

graves estragos en toda la comarca. El terremoto origin

desprendimientos internos en el volcn Tungurahua.

Innumerables rplicas. Muchos muertos.

1698-06-20

Los daos materiales se extendieron desde el Nudo de Tiopullo

hasta el Nudo del Azuay. Muertos: Ambato ms de 3000;

Latacunga aproximadamente 2000; en los pueblos de sus

jurisdicciones se estim unos 1500; en Patate alrededor de 200 y

en Riobamba 100.

Segn algunos autores el nmero de vctimas ascendi a 8000.

Gran destruccin de casas e iglesias en Ambato, Latacunga,

Riobamba y todos los pueblos de la comarca.

Grandes deslizamientos en montes, laderas y taludes.

Represamientos de ros y quebradas; desbordamiento y avalancha

en el ro Ambato. Derrumbes en el Carihuairazo. Grietas de 4 a 5

pies de ancho y 1 legua de longitud, en direccin N-S.

En vista de la gran destruccin y efectos asociados, se intenta

mudar de sitio a las ciudades de Ambato, Latacunga y Riobamba,

lo cual no fue permitido por las autoridades de la Real Audiencia.

1786-05-10

Terremoto en Riobamba. Graves daos en la ciudad y pueblos

vecinos. Destruccin total de muchas casas de adobe, Se efectu

un inventario detallado de los daos en Riobamba, casa por casa,

incluyendo el costo aproximado de las reparaciones.

1797-02-04

Destruccin total de la Villa de Riobamba. El terremoto ms

destructivo en el territorio ecuatoriano y uno de los de mayor

magnitud en toda su historia. Destruccin total de la antigua

ciudad de Riobamba, razn por la cual no fue reconstruida en el

mismo sitio y se mud al lugar que actualmente ocupa. Daos

muy severos en ciudades, pueblos y caseros de lo que

actualmente son las provincias de Chimborazo, Tungurahua y

Cotopaxi y parte de Bolvar y Pichincha. Las trepidaciones y

ondulaciones del suelo duraron aproximadamente 4 minutos.

Inmensos deslizamientos de laderas y montes, uno de los cuales,

sepult por completo tres barrios de Riobamba.

Fuente: Catlogo de Terremotos del Ecuador.- Intensidades- Instituto Geofsico, E.P.N; Jos

Egred A

12

Figura 1. Mapa de Terremotos con intensidades VI y VII 1641-1890

Fuente: Instituto Geofsico EPN

Figura 2. Mapa de Terremotos con intensidades superiores a VIII 1541-1998

Fuente: Instituto Geofsico EPN

13

1.3.2 Sismicidad actual de la ciudad de Riobamba

En la actualidad, no se han suscitado eventos ssmicos de magnitudes de dao

considerable en la ciudad, afortunadamente; pero la peligrosidad y amenaza

ssmica ocasionados por factores (como sismos, la cercana de la ciudad con el

Volcn Tungurahua) estn latentes (Mora S, 2012).

1.4 Peligro ssmico y requisitos mnimos de clculo para diseo sismo-

resistente

En el presente trabajo se pretende dar a conocer la normativa FEMA, pero para el

anlisis del riesgo ssmico no nos podemos apegar completamente a lo que

estipula este cdigo, ya que la normativa del FEMA est realizada para lo Estados

Unidos de Amrica, es decir que fueron contempladas para su zonificacin

ssmica, geolgica, tipo de suelos y de topografa, por esto hemos considerado

necesario presentar los requisitos mnimos de diseo ssmico de la normativa

INEN CPE 5:2001.

1.4.1 Zonas Ssmicas-Factor Z

En el Ecuador existen cuatro zonas ssmicas, las cuales son mostradas en la Figura

3, por lo que es muy importante la correcta identificacin de la zona donde se

proyecta la construccin de la estructura, los valores del coeficiente Z se presentan

en la tabla 2.

Para la obtencin de estos valores se realiz un estudio de peligrosidad ssmica,

adems se aplicaron criterios para uniformizar el peligro en ciertas zonas,

proteccin de las ciudades importantes, suavizado de lmites inter-zonas y

compatibilidad con mapas de riesgo vecinos.

Tabla 2. Valores del factor Z en funcin de la zona ssmica adoptada.

(Fuente: INEN CPE 5:2001)

14

Figura 3. Ecuador, zonas ssmicas para propsitos de diseo

Fuente: INEN CPE 5:2001

1.4.2 Perfiles de suelo-coeficiente Cm

Los perfiles definidos en INEN CPE 5:2001, han sido clasificados por medio de

las propiedades mecnicas de los suelos en los cuales se proceder a construir,

estos parmetros son espesores de los estratos, velocidad de propagacin de las

ondas de corte, los perfiles que propone el INEN CPE 5:2001, son los siguientes:

1) Perfil Tipo S1 (Roca o Suelo Firme): En este perfil se encuentran las rocas

o suelos endurecidos con velocidades de onda de corte superiores a 750

m/s, con periodos de vibracin menores a 0.20 s.

2) Perfil Tipo S2 (Suelos Intermedios): A este grupo pertenecen los suelos

con caractersticas intermedias entre los Tipos 1 y 3.

3) Perfil Tipo S3 (Suelos Blandos o Estratos Profundos): En este grupo se

encuentran los suelos que tengan periodos de vibracin mayores a 0.6 s,

adems los suelos que presenten las siguientes caractersticas:

15

Tabla 3. Clasificacin de Suelos


4) Perfil Tipo S4 (Condiciones Especiales de Evaluacin del Suelo): A este

grupo pertenecen los suelos altamente compresibles y los que posean

condiciones desfavorables, los cuales son los siguientes:

a) Suelos con alto potencial de licuefaccin, colapsibles y sensitivos.

b) Turbas, lodos y suelos orgnicos.

c) Rellenos colocados sin control ingenieril.

d) Arcillas y limos de alta plasticidad (IP>75).

e) Arcillas suaves y medianamente duras con espesor mayor a 30 m.

Tabla 4. Coeficiente de suelo S y Coeficiente Cm.


1.4.3 Tipo de uso, destino e importancia de la estructura.

La estructura a construirse se clasificar en una de las categoras que se establecen

en la Tabla 5, y se adoptar el correspondiente factor de importancia I.

16

Tabla 5. Tipo de uso, destino e importancia de la estructura.


1.4.4 Estructuras regulares e irregulares

1.4.4.1 Estructuras regulares en planta: Una estructura se considera como

regular en planta, cuando no presenta ninguna de las condiciones de

irregularidad en planta descritas en la figura 4 y en la tabla 6.

Se utilizar la expresin:

Dnde:

e cada piso i de la estructura, obtenido de la Tabla

6

cada piso se calcula como el mnimo valor expresado por la tabla para las tres

irregularidades),

= Se establece de manera anloga, para cuando se encuentran presentes las

irregularidades tipo 4 y/o 5 en la estructura.

Cuando una estructura no contempla ninguno de los tipos de irregularidades

el valor de 1.

17

1.4.4.2 Estructuras regulares en elevacin: Una estructura se considera como

regular en elevacin, cuando no presenta ninguna de las condiciones de

irregularidad en elevacin descritas en la figura 5 y tabla 7.

tir del anlisis de las caractersticas de

regularidad e irregularidad en elevacin de la estructura, descritas en la Tabla 7 y

en la Figura 5. Se utilizar la expresin:

Dnde:

de cada piso i de la estructura, obtenido de la Tabla

7

cada piso se calcula como el mnimo valor expresado por la tabla para las dos

irregularidades),

nera anloga, para cuando se encuentran presentes las

irregularidades tipo 2 y/o 3 en la estructura,

estructura.

Cuando una estructura no contempla ninguno de los tipos de irregularidades

descritos en la Tabla 7

Adicionalmente, se debe tomar en cuenta que, cuando la deriva mxima de

cualquier piso es menor de 1, 3 veces la deriva del piso inmediato superior, puede

considerarse que no existen irregularidades de los tipos 1, 2, 3.

18

Figura 4. Irregularidad en planta Figura 5. Irregularidades en elevacin


Tabla 6. Coeficientes de configuracin en planta.


19

Tabla 7. Coeficientes de configuracin en elevacin.


1.4.5 Perodo de vibracin T

El valor de T ser determinado a partir de uno de los mtodos descritos a

continuacin:

1.4.5.1 Mtodo 1: Para estructuras de edificacin, el valor de T puede

determinarse de manera aproximada mediante la expresin:

Dnde:

hn = Altura mxima de la edificacin de n pisos, medida desde la base de la

estructura

20

Ct = 0,09 para prticos de acero

Ct = 0,08 para prticos espaciales de hormign armado

Ct = 0,06 para prticos espaciales de hormign armado con muros estructurales y

para otras estructuras

1.4.5.2 Mtodo 2: El perodo fundamental T puede ser calculado utilizando las

propiedades estructurales y las caractersticas de deformacin de los

elementos resistentes, en un anlisis apropiado y adecuadamente

sustentado. Este requisito puede ser cumplido mediante la utilizacin de la

siguiente expresin:

Dnde:

fi = Representa cualquier distribucin aproximada de las fuerzas laterales, de

acuerdo con los principios descritos ms adelante, o cualquiera otra distribucin

racional.

El valor de T as calculado no debe ser mayor en un 30% al valor de T calculado

con el Mtodo 1.

1.4.6 Factor de reduccin de la fuerza ssmica (R)

El valor de R debe escoger de acuerdo a las caractersticas de la estructura, si la

estructura tiene una combinacin de estas se debe escoger la menor de ellas. Los

valores son presentados en la siguiente tabla:

21

Tabla 8. Valores del coeficiente de reduccin de respuesta estructural.


1.4.7 Clculo de fuerzas estticas

Para el anlisis esttico se debe distribuir la fuerza ssmica de la siguiente manera:

Dnde:

C = No debe exceder del valor de Cm establecido en la tabla 4, no debe ser menor

a 0,5 y puede utilizarse para cualquier estructura,

S = Su valor y el de su exponente se obtienen de la tabla 4,

R = Factor de reduccin de respuesta estructural,

respectivamente.

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