UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES

CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

CATEDRA :Diseño sismo resistente

CATEDRATICO :InG. CARDENAS ALARCON MIGUEL

SECCION : C-2

TEMA :

”Analisis de una edificación bajo el

criterio sismoresistente”

INTEGRANTES :

-SOLIS TUTAYA, Ricarod D.

-NIETO JIMENEZ, Daniel

-ENRIQUEZ ,JOHN

RESUMEN

 

El presente trabajo de investigación se realizó debido a la preocupación que existe sobre la seguridad que ofrecen las edificaciones para resistir eventos sísmicos, y debido a la probabilidad de que se produzca un evento sísmico de gran intensidad en la zona de estudio según la actual norma E.030-97 de las Normas Peruanas de Estructuras. (Ref. 01)

Los análisis sísmicos realizados a algunas edificaciones en Huancayo, tienen como objetivo conocer su posible comportamiento dinámico determinando si cumplen con los parámetros establecidos por la actual Norma E.030-97.

Para la realización de los análisis sísmico de edificaciones actualizados con la actual Norma de Diseño Sismorresistente, del Consejo Nacional del Colegio de Ingenieros del Perú. (Ref. 02)

Para la realización del presente trabajo se recopiló la información disponible en la zona de estudio, la cual brinda información sobre geología, historia sísmica, tipos de suelos predominantes en la zona, características de las edificaciones, etc.

Se presenta en el presente estudio los resultados de los análisis sísmicos de cada una de la edificacion analizada teniendo en cuenta su grado de resistencia sísmica determinado por su sistema estructural y material de construcción empleado.

Se presenta la conclusión a la cual se ha llegado, de acuerdo a los resultados de los análisis sísmicos de launa de las edificaciones educativas analizadas.

1. INTRODUCCIÓN

El presente trabajo de investigación se realizo debido a que en el distrito de Huancayo se tiene una cantidad considerable de edificaciones con un riesgo sísmico alto y debido a la probabilidad de que se produzca un evento sísmico con una intensidad importante en la zona de estudio. (Ref. 03)

El objetivo del presente análisis es conocer el comportamiento dinámico de las estructuras y verificar si cumplen con la actual norma E.030-97. En los análisis sísmicos realizados se han considerado varias edificaciones de concreto armado considerando muros de albañilería y de concreto armado.

Algunas edificaciones educativas presentan un adecuado comportamiento frente a cargas de gravedad y un inadecuado comportamiento frente a esfuerzos sísmicos. Esto se debe a que no se toma en cuenta en algunas edificaciones el efecto de los tabiques para el comportamiento dinámico de la estructura.

Como se sabe los muros de ladrillo tienen un comportamiento estructural, debido a que al estar unidos a la estructura, influyen en el desplazamiento lateral relativo entre un entrepiso superior y uno inferior, influyendo de esta manera en el comportamiento dinámico de la estructura en su conjunto. (Ref. 04)

Se ha observado en varias estructuras de concreto armado que las columnas son peraltadas en el sentido corto de la estructura. Esto trae como consecuencia que en el sentido largo de la estructura las columnas tienen una menor dimensión con relación al otro sentido. Con  lo  cual se obtiene un comportamiento dinámico de la estructura diferente en ambos sentidos.

Existen edificaciones con varias características similares en el aspecto arquitectónico y estructural. Esta edificación cuenta con cuatro niveles, las cuales cuentan con un pasadizo a uno de sus lados, y en uno de sus extremos o en el centro se ubica la escalera. Generalmente tienen forma rectangular, tanto en planta como en elevación. Esta edificación en el muro que divide al pasadizo lateral con los cuartos, tienen ventanas altas, y ventanas bajas en el lado opuesto.

La presente ponencia brindará una fuente de información importante sobre las características de la edificación, la cual servirá para la prevención y mitigación de desastres naturales. Esta información es parte de un trabajo de investigación realizado por los autores, en el cual se estiman los daños, estimación de un sismo probable, brindan alternativas de solución para la mitigación de la vulnerabilidad sísmica de las edificacion, las cuales son de carácter constructivo y de análisis sísmico.

 2. OBJETIVO

La inspección que se ha realizado al edificio es visual y su objeto ha sido la apreciación de signos externos que denotan la existencia de defectos visibles en el edificio por lo que el informe de la inspección no recoge la existencia de posibles vicios ocultos en el inmueble. La presente ITC no ampara la ejecución en ningún tipo de obras correctoras, que deberán ser objeto de la preceptiva licencia municipal, previa redacción de proyecto si el Ayuntamiento lo estima oportuno (obras mayores).

3. CARACTERÍSTICAS GEOTÉCNICAS

3.1  GEOTECNIA

A continuación se presenta la distribución de suelos de Huancayo (Ref. 05):

Zona I: Esta conformada superficialmente por terrenos de cultivo (limos), en estado semicompacto y poco húmedo. Subyaciendo al suelo anterior se presentan suelos limosos, con presencia de óxidos y suelos arcillosos. Esta zona lo conforma el oeste y sur-oeste de la ciudad. Suelo predominante: ML. Carga Admisible: 1.5-2.0 Kg/cm². NF>20m. Periodo: 0.3-0.4 sg.

Zona II: Esta conformada por depósitos de arenas pobremente graduadas de grano fino a medio y redondeado, con mediano a poco contenido de finos no plásticos, baja humedad. Esta zona esta conformada por el cercado de Ica y algunas partes de urbanizaciones cercanas. Suelo predominante: SM. Carga Admisible: 1.0-1.5 Kg/cm². NF>18m. Periodo del suelo: 0.2-0.3 sg.

Zona III: Esta constituida por arenas pobremente graduadas de color beige amarillento, tamaño fino, ligera humedad, estado poco denso a suelto. Estos suelos son de origen eólico. El área involucrada es el norte y el extremo oeste de la ciudad de Ica. El suelo predominante: SP. Carga Admisible: 0.5-1.0 Kg/cm². NF>15 m. Periodo de Vibración: 0.4-0.5 sg.

3.2.      PELIGRO SÍSMICO

El Perú se encuentra en la zona sísmica más activa del mundo ("Cinturón de Fuego del Pacífico"). La placa de Nazca se mueve contra la placa continental que se mueve en sentido contrario, lo cual genera una gran acumulación de energía, que se libera en forma de actividad sísmica. (Ref. 06)

Se han realizado algunos estudios de grandes sismos y de zonas de laguna sísmica (áreas donde no han ocurrido sismos en un periodo del orden del periodo de retorno de sismos grandes), indican que la zona comprendida entre cañete e Ica aproximadamente, no ocurre un gran evento sísmico desde 1780 aproximadamente. Esto nos da una idea de la cantidad de energía acumulada, y la posibilidad de un evento sísmico importante en la zona de estudio, pero sin conocer la fecha exacta. Esto ha sido considerado en función de la distribución

espacial de los sismos. Además se conoce que para  Ica se esperan aceleración de 0.35 a 0.40 gals, las cuales son aceleraciones máximas con el 10% de probabilidad de excedencia en 50 años. (Ref. 07)

4.   DESCRIPCION GENERAL DE LA UBICACIÓN

4.1. UBICACIÓN DE LA EDIFICACION

La edificación se encuentran sobre suelo limo arenoso. El centro y sur de la ciudad (zona I y II), poseen lentes arcillosos y bolsones de arena formando estratigrafía errática. Se consideró tomar los parámetros de suelo para suelos intermedios, tanto para la zona I como para la zona II, por presentar suelos con características similares.

La edificacion se encuentra ubicado en la urbanización chorrillos N° 127 pasaje cometa (HYO)

4.2. CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS  DE LOS ELEMENTOS

Se ha considerado a los elementos de las edificaciones como homogéneos. La resistencia a la compresión del concreto de las columnas, vigas y placas es de f'c=210 kg/cm². Con un módulo de elasticidad del concreto de 2.2 x106 Tn/m². Además, se consideró un peso unitario del concreto de 2400 kg/m³. Las losas son aligeradas de 20 cm de espesor. El esfuerzo de fluencia del acero de refuerzo es de 4200 kg/cm². Se considero una resistencia de la mampostería de f'm=64 kg/cm² con un f'b=100 kg/cm², que es la resistencia equivalente de muros con ladrillo industrial.

Fuente: Dueño de la propiedad

 

4.3 DESCRIPCIÓN D LAS EDIFICACION 

Los muros de ladrillo divisorios de los ambientes fueron considerados en el análisis como tabiques de 25 cm, tomando en consideración su peso. Además, se consideraron en el análisis sísmico como elementos resistentes. También se consideró las dimensiones y pesos de las vigas, columnas  y losas aligeradas.

En la dirección larga de la edificación sólo se tenían muros de ladrillo de arcilla cocida de 15 cm de espesor con una altura de 2.05 m con ventanas altas en el lado del pasadizo y muros de ladrillo de arcilla cocida de 15 cm de espesor de 1.30 m con ventanas bajas en el lado opuesto.

Elevación del edificio

En todo el proceso de análisis y diseño se utilizarán las normas comprendidas en

el Reglamento Nacional de Edificaciones (R.N.E.):

- Metrado de cargas Norma E.020

- Diseño sismorresistente Norma E.030

- Concreto Armado Norma E.060

- Suelos y cimentaciones Norma E.050

5. ESTRUCTURACIÓN Y PREDIMENSIONAMIENTO

El proceso de estructuración consiste en definir la ubicación y características de

los diferentes elementos estructurales (losas, vigas, muros, columnas), de tal

forma que se logre dotar a la estructura de buena rigidez, además resulte fácil y

confiable reproducir el comportamiento real de la estructura.

Mediante el pre dimensionamiento se brindará las dimensiones mínimas a las

secciones de los elementos estructurales para que tengan una buena respuesta

ante solicitaciones por carga de gravedad y de sismo.

a) Estructuración

Las vigas fueron ubicadas en zonas donde existen tabiques que dividen los

ambientes. Se proyectaron vigas chatas en las losas aligeradas donde existe la

presencia de tabiques, de tal forma que el peso del tabique sea soportado

íntegramente por la viga chata. Se planteó el uso de losa aligerada en la dirección

de la luz menor.

b) Predimensionamiento

-LOSAS ALIGERADA: Para predimensionar el espesor (h) de las losas aligeradas armadas en un sentido se siguió la Norma E.060 de Concreto Armado, donde se menciona que para prescindir de la verificación de deflexiones, cuando actúan sobrecargas menores a 350kg/m2, se puede utilizar la relación:

Como la s/c = 250 y es menor a 350 kg/ cm2:

h= 4m/25 = 0.16 = 17cm Wlosa = 280 kg/cm2

Por lo tanto en el plano se tiene una losa de 17 cm de espesor direccionado en la luz más corta en este caso en el eje “Y”

-VIGAS: El peralte (h) y ancho (b) mínimo de la viga se obtendrá de las siguientes relaciones:

Además la base debe ser mayor o igual a 0.25 m para vigas sismorresistentes.

En el eje X:

h= 4m/12 a 4m/10 --- h = 0.40m b= (3/4)*0.40 a (1/4)*0.40 --- b = 0.30m

Por lo tanto la viga en eje X es: VIGA (0.30x0.40)

En el eje Y:

h= 3m/12 a 3m/10 --- h = 0.30m b= (3/4)*0.30 a (1/4)*0.30 --- b = 0.25m

Por lo tanto la viga en eje Y es: VIGA (0.25x0.30)

- COLUMNAS: Se predimensiona de tal forma que el esfuerzo axial máximo en la sección de la columna bajo solicitaciones de servicio sea igual o menor a 0.45 f´c, entonces:

Calculando el P (servicio) para proponer dimensiones de la columna, para ello se pasara a metrar las cargas en la columna más desfavorable:

METRADO:

CARGA MUERTA:

Peso propio de losa = 280*12*5=16800kg peso viga (X)= 2400*0.3*0.40*4*5=5760kg Peso viga (y)= 2400*0.25*0.30*3*5=3600kg Peso piso terminado = 100*13.81*5=6905kg Peso de tabiquería = 150*13.81*5=10357.5kg

CM = 43422.5kg SOBRE CARGA:S/C = 200*13.81*5= 24167.5 kg ----CV = 24167.5 kg

Por lo tanto Pservicio = 43422.5kg + 24167.5 kg = 67590 kg

A = 67590 kg /(0.45*f´c)A = 67590 kg /(0.45*210) = 715.24 cm2

Proponemos Dimensión de Columnas:

30 cm

25 cm

Columna

25x30

Cortante basal: Para el cálculo de la cortante basal debido a sismo, por simplicidad, se h ará uso de la siguiente expresión:

DONDE:

FACTOR

VALOR CARACTERISTICAS

U = 1 Edificio Vivienda Z = 0.4 Lugar construcción HuancayoC= 2.5 Factor de AmplificaciónS = 1.2 Suelo intermedioR= 7 Sistema estructural MixtoZUCS/R 0.17 -------

Calculamos el peso de la edificación:

-CARGA MUERTA:

Peso propio de Columna = 2400*0.3*0.25*3*5=2700kg Peso propio de losa = 280*12*5=16800kg peso viga (X)= 2400*0.3*0.40*4*5=5760kg Peso viga (y)= 2400*0.25*0.30*3*5=3600kg Peso piso terminado = 100*13.81*5=6905kg Peso de tabiquería = 150*13.81*5=10357.5kg

CM = 46122.5kg

-SOBRE CARGA:S/C = 200*13.81*5= 13810 kg ----CV = 13810 kg

PESO EDIFICACION = (46122.5kg + 13810 kg)*20 = 1198.65 Tn

Como: ZUCS = 0.17

V = 0.17*1198.65 = 203.77 Tn

Por lo tanto la cortante basal es:

1. ANÁLISIS DE MOMENTOS POR LA CARGA DE SISMO POR EL MÉTODO

PORTAL

Como en el Eje “Y” hay 4 Pórticos por ende distribuimos la fuerza cortante entre

4:

V pórtico = 203.77/4 = 50.94 ton

Ahora distribuimos la cortante en cada piso:

FUERZA SISMICA POR PISO Y

PISO hi Pi Pi x hiINC.

F sis.

CORTANTE

412 239.73 2876.76

0.27 13.58 13.58

3 9 239.73 2157.570.20 10.19 10.19

2 6 239.73 1438.380.13 6.79 6.79

1 3 239.73 719.19 0.0 3.40 3.40

V total = 203.77 Tn

7

TOTAL

45   10787.85

1.00 50.94  

Como en el Eje “X” hay 5 Pórticos por ende distribuimos la fuerza cortante

entre 4:

V pórtico = 203.77/4 = 40.75

Ahora distribuimos la cortante en cada piso:

FUERZA SISMICA POR PISO X

PISO hi Pi Pi x hiINC. F sis.

CORTANTE

412 239.73 2876.76 0.27 10.87 10.87

3 9 239.73 2157.57 0.20 8.15 8.15

2 6 239.73 1438.38 0.13 5.43 5.43

1 3 239.73 719.19 0.07 2.72 2.72

TOTAL

45   10787.85 1.00 40.75  

 

Pórtico en eje 1 y eje (A; B;C;D)

Fuerza Axiales del eje “B” y eje (1, 2, 3, 4).

JUNTA SISMICA

6. MEDIDAS PRECISAS PARA MANTENER O REPONER LAS CONDICIONES DE CONSERVACIÓN EXIGIBLES

INSTRUCCIONES DE USO Y MANTENIMIENTO A REALIZAR EN LOS AÑOS SUCESIVOS

Uso

En general, deben colocarse los muebles de gran peso o que contienen materiales de gran peso -como es el caso de armarios y librerías- cerca de pilares o paredes de carga.

En las Estructuras deben colgarse los objetos (luminarias, cuadros) con tacos y tornillos adecuados para el material de base.

Modificaciones

Debe evitarse cualquier tipo de cambio en el sistema de carga de las diferentes partes del edificio. Si desea introducir modificaciones o cualquier cambio de uso dentro del edificio consulte a un Técnico.

Los elementos que forman parte de la estructura del edificio, paredes de carga incluidas, no se pueden alterar sin el control de un Técnico. Esta prescripción incluye la realización de rozas en las paredes de carga y la abertura de pasos para la redistribución de espacios interiores.

Lesiones

Las lesiones (grietas, desplomes) en la cimentación no son apreciables directamente y se detectan a partir de las que aparecen en otros elementos constructivos (paredes, techos, etc.). En estos casos hace falta que un Técnico

realice un informe sobre las lesiones detectadas, determine su gravedad y, si es el caso, la necesidad de intervención.

Los acabados de la fachada acostumbran a ser uno de los puntos más frágiles del edificio ya que están en contacto directo con la intemperie. Por otro lado, lo que inicialmente puede ser sólo suciedad o una degradación de la imagen estética de la fachada puede convertirse en un peligro, ya que cualquier desprendimiento caería directamente sobre la calle.

Las paredes medianeras son aquellas que separan al edificio de los edificios vecinos. Cuando estos no existan o sean más bajos, las medianeras quedarán a la vista y deberán estar protegidas como si fueran fachadas.

Las cubiertas deben mantenerse limpias y sin hierbas, especialmente los sumideros, canales y limahoyas. Se debe procurar, siempre que sea posible, no pisar las cubiertas en pendiente. Cuando se transite por ellas hay que tener mucho cuidado de no producir desperfectos.

En el caso de que se observen humedades en las plantas bajo cubierta, éstas deberán controlarse, ya que pueden tener un efecto negativo sobre los elementos estructurales.

Respecto a las placas de fibrocemento, durante la vida del edificio se evitará dar golpes que puedan provocar roturas a las piezas. Si la superficie se empieza a ennegrecer y a erosionar es conveniente fijar las fibras con un barniz específico para evitar que se desprendan.

Debe procurarse, siempre que sea posible, no caminar por encima de las cubiertas planas no transitables. Cuando sea necesario pisarlas hay que tener mucho cuidado de no producir desperfectos. El personal de inspección, conservación o reparación estará provisto de zapatos de suela blanda.

La capa de grava evita el deterioro del aislamiento térmico por los rayos ultravioletas del sol. Los trabajos de reparación se realizarán siempre sin que la grava retirada sobrecargue la estructura

 6. MÉTODO DEL ANÁLISIS

 

La edificación se idealizó como un ensamblaje de pórticos verticales y sistemas de muros de corte interconectados por diafragmas horizontales de piso, los cuales son rígidos en su propio plano.

 

La integración de las fuerzas internas del elemento finito en cuanto a fuerzas y momentos, está completamente automatizado, de tal manera que produce el equilibrio completo para las fuerzas aplicadas a las estructuras.

Las formulaciones de columnas, vigas y muros, incluyen efectos de flexión, carga axial y deformaciones por corte. El comportamiento torsional de los pisos y compatibilidad de entrepiso son con precisión reflejada en los resultados de los análisis realizados.

Las formas de modo y frecuencias, factores de participación modal y porcentajes de participación de masas son evaluados por el programa. Se consideró una distribución espacial de masas y rigideces adecuada para el comportamiento dinámico de la estructura analizada.

Se utilizó en las estructuras analizadas un modelo de masas concentradas considerando 3 grados de libertad por nivel. La cual evalúa 2 componentes ortogonales de traslación horizontal y una componente de rotación. (Ref. 02)

 

7. RESULTADOS

- Estado general de la estructura y la cimentación

En este apartado se relatan los defectos apreciados en los propios elementos estructurales si estos son visibles o los que se aprecien en el edificio y que puedan ser provocados por defectos estructurales o de cimentación. Se busca determinar posibles fallos estructurales que puedan provocar un colapso total o parcial de la estructura del edificio

8. CONCLUSIONES

     

-    Los giros de las edificaciones analizadas en ambas direcciones son pequeños y no sobrepasaran el valor máximo que especifica la Norma E.030-97 de Diseño Sismorresistente.

-    Los periodos de las edificaciones varían de acuerdo a la rigidez de las mismas. Obteniéndose mayores periodos en el sentido X-X de la edificación 01, debido a la ausencia de muros en ese sentido de la edificación.

-     Se puede observar en los resultados obtenidos de los análisis que los muros absorben más cortante acorde con su rigidez. Con la presencia de muros de corte se obtiene un adecuado control de los desplazamientos en las edificaciones.

9. RECOMENDACIONES

- Las estructuras dañadas por efectos del sismo deben ser evaluadas y reparadas de tal manera que se corrijan los posibles defectos estructurales que provocaron la falla y recuperen la capacidad de resistir un nuevo evento sísmico, acorde con los objetivos del diseño sismorresistente anotada en el Capítulo 1.

- Ocurrido el evento sísmico la estructura deberá ser evaluada por un ingeniero civil, quien deberá determinar si el estado de la edificación hace necesario el reforzamiento, reparación o demolición de la misma. El estudio deberá necesariamente considerar las características geotécnicas del sitio.

-La reparación deberá ser capaz de dotar a la estructura de una combinación adecuada de rigidez, resistencia y ductilidad que garantice su buen comportamiento en eventos futuros.

-Se recomienda la rigidización de edificaciones educativas con poca rigidez lateral,.Se recomienda períodos cortos en las edificaciones educativas, utilizando elementos que rigidizen a la estructura.

-Se recomienda atribuir más importancia a los vidrios,  sistemas de sujeción y elementos no estructurales, de las edificaciones, debido a que sufren daños importantes cuando se produce un evento sísmico moderado.

- Se recomienda la elaboración del plano tectónico regional de Ica, y conocer la situación real de las fallas principales y sus sistemas, debido a que no se conoce con exactitud las fallas activas en la zona.

10. REFERENCIAS

1. NORMAS PERUANAS DE ESTRUCTURAS. "Norma Técnica E-030 de Diseño Sismorresistente". ACI Capitulo Peruano.

2. MUÑOZ PELÁEZ, ALEJANDRO. "Análisis Sísmico de Edificios". Colegio de Ingenieros del Perú, 1999.

3. SAN BARTOLOMÉ RAMOS, ANGEL. "Interacción Tabique-Pórtico". XII CONIC. Huánuco, 1999.

4. TAVERA H., HERNANDO. "La Tierra, Tectónica y Sismicidad". Instituto Geofísico del Perú. Lima, 1993.

5. CERESIS. “Pagina Web del Centro Regional de Sismología para América del Sur”. http://www.dgf.uchile.cl/salsa/ceresis/ceresis_info.htm. Perú, 1999

8. SAN BARTOLOMÉ RAMOS, ÁNGEL. "Albañilería Confinada". Colegio de Ingenieros del Perú, Lima, 1991.

PANEL FOTOGRAFICO

IMAGEN Nª01 ELEVACIÓN PRINCIPAL (VIVENDA UNIFAMILIAR DE CUATRO NIVELES)

IMAGEN Nª02 MURO Y VIGA RESPECTIVA DE 40X30 CM MURO ESTRUCTURALES DE CARGA AMARRADO HORIZONTALMENTE

IMAGEN Nª03 DETALLE DE TRAGALUZ EN EL TRECER NIVEL

IMAGEN Nª04 VIGA DE AMARRE CONEL DETALLE DE TRAGALUZ

IMAGEN Nª05 VIGA DE AMARRE Y COLUMNA RESPECTIVA

IMAGEN Nª06 EN LA IMGEN SE APRECIA LOS ELEMENTOS DE CONFINAMIENTO

TAMBIEN SE PUEDE APRECIAR LA JUNTA CON LA PROPIEDAD VECINA

IMAGEN Nª07 VIGA DE AMARRE SITUADA A LA ALTURA DEL ENTREPISO

MURO CONFINADO

COLUMNA DE CONFINAMIENTO

VIGA DE CONFINAMIENTO