UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS

CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

“ANÁLISIS DE MODELO MATEMÁTICO DE UN DISIPADOR DE

ENERGÍA TIPO “LOW YIELDING POINT SYSTEM” COMO

REFUERZO PARA UN EDIFICIO”.

AUTOR: JHONNY DAVID VILEMA VARGAS

TUTOR: ING. MARCELO MONCAYO, M Sc.

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DEDICATORIA

Quiero dedicar este trabajo a personas más importantes en mi vida, y quienes hicieron posible que cumpla esta meta que me había propuesto.

A Dios porque ha estado conmigo en cada paso que doy, cuidándome y dándome fortaleza para continuar.

A mis dos Madre María Natividad Vargas y Luz María Gusqui, quienes a lo largo de mi vida han velado por mi bienestar y educación siendo mi apoyo en todo momento. Depositando su entera confianza en cada reto que se me presentaba sin dudar ni un solo momento en mi inteligencia y capacidad. Es por ello que soy lo que soy ahora.

A mi hermano Oswaldo Vargas porque él ha estado en las buenas y malas conmigo dándome su apoyo incondicional.

A Una persona muy especial, por ser la fuente de inspiración en mis estudios, Martha

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AGRADECIMIENTO

A la Universidad de Guayaquil por abrirme sus puertas y darme la oportunidad de una educación y en la que he forjado mis conocimientos.

A los Catedráticos de la Universidad de Guayaquil por impartir sus conocimientos en el aula de clases, en especial al Ing. Marcelo Moncayo Theuer por ser guía como director de tesina.

A mis padres por apoyarme en el transcurso de mis estudios y ser los pilares fundamentales de mi educación y vocación.

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TRIBUNAL DE GRADUACIÓN

--- --- Ing. Eduardo Santos Baquerizo, M. Sc. Ing. Pablo Lindao Tomalá, MSc.

Decano Tutor Revisor

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INDICE

CAPITULO

GENERALIDADES

INTRODUCCIÓN ... 1

Planteamiento del problema ... 2

Objetivo de la investigación. ... 5

1.3.1. Objetivo general. ... 5

1.3.2. Objetivo especifico ... 5

Justificación ... 6

Metodología por implementar ... 7

LIMITACIÓN DEL PROBLEMA ... 7

Objeto y campo de estudio de la investigación ... 7

CAPITULO II

MARCO TEORICO

Antecedentes de la investigación ... 8

Argumentación Legal. ... 9

Terremoto ... 9

2.3.1. Causas del Terremoto ... 10

2.3.2. Mediciones del sismo ... 10

Peligrosidad sísmica ... 11

(9)

Riesgo sísmico en el Ecuador ... 12

2.5.1. Cuantificación del riesgo sísmico. ... 13

Normas sísmicas del ecuador ... 15

2.6.1. Zonificación sísmica del ecuador. ... 15

2.6.2. Espectro elástico de diseño ... 16

2.6.3. Niveles de amenaza sísmica. ... 17

2.6.4. Metodología del diseño sismo resistente ... 18

2.6.4.1. Categoría de edificio y coeficiente de importancia I ... 18

2.6.4.2. Cortante basal de diseño ... 19

Diseño sismo resistente ... 19

2.7.1. Estructura sismo resistente ... 20

Sismo esperado ... 21 Daño estructural ... 22 Rotula plásticas ... 23 Periodo de vibración ... 24 Respuesta dinámica ... 25 disipación de energía ... 25

Disipadores de energía pasivos ... 26

2.14.1. Disipadores metálicos ... 26

2.14.1.1. Disipador ADAS ... 27

(10)

2.14.1.3. Disipador Honey-Comb. ... 28

2.14.1.4. Disipador Unbonded Braces. ... 28

2.14.2. Disipadores friccionales. ... 29

2.14.2.1. Conexión SBC (Slotted Bolted Connection). ... 29

2.14.2.2. Sistema PALL. ... 29

2.14.2.3. Sistema EDR (Energy Disspating Restraint). ... 30

2.14.2.4. Dispositivo de fricción por golillas. ... 31

CAPITULO III

APLICACIONES DE LA METODOLOGIA

Análisis sísmico del edificio con disipadores de energía. ... 32

Disipador de energía tipo yielding point system ... 33

3.2.1. Propiedades de la placa de acero ASTM A283 Gr A ... 34

3.2.2. Propiedades de la placa de acero ASTM A283 Gr C ... 35

3.2.3. Propiedades de la placa de Aluminio ASTM 6061-T6 ... 36

3.2.4. Propiedades de la viga de acero ASTM A36 ... 36

Distribución de planta y elevación de la edificación a modelar. ... 37

Pre-dimensionamiento de los elementos estructurales ... 38

3.4.1. Pre-dimensionamiento de losa ... 38

3.4.2. Calculo de la carga muerta y viva que va actuar en la edificación. ... 40

3.4.2.1. Calculo de la carga actuantes gravitacionales en la edificación. ... 40

(11)

3.4.3.1. Datos para pre – diseño de las vigas. ... 43

3.4.3.2. Cargas equivalentes sobre las vigas. ... 43

3.4.4. Pre-dimensionamiento de las columnas. ... 49

3.4.4.1. Datos para pre – dimensionamiento de las columnas... 50

Calculo de cargas sísmicas. ... 52

3.5.1. Determinación del espectro para tipo de suelo A. ... 58

3.5.1.1. Procedimiento de cálculo de cargas laterales suelo A. ... 58

3.5.2. Determinación del espectro para tipo de suelo C. ... 60

3.5.2.1. Procedimiento de cálculo de cargas laterales suelo C. ... 60

3.5.3. Determinación del espectro para tipo de suelo E. ... 62

3.5.3.1. Procedimiento de cálculo de cargas laterales suelo E. ... 62

3.5.4. Cálculo del periodo fundamental de la estructura. ... 64

3.5.5. Distribución del cortante basal del suelo A para cada piso. ... 67

3.5.5.1. Distribución de fuerza por piso para cada columna del suelo A. ... 67

3.5.6. Determinación del cortante basal del suelo C para cada piso. ... 68

3.5.6.1. Distribución de fuerza por piso para cada columna del suelo C. ... 69

3.5.7. Determinación del cortante basal del suelo E para cada piso. ... 69

3.5.7.1. Distribución de fuerza por piso para cada columna del suelo E. ... 70

Modelación del disipador de energía mediante el programa SAP 2000. . 71

3.6.1. Creación del modelo. ... 71

(12)

3.6.3. Definición de secciones de columnas, vigas y losas ... 76

3.6.4. Asignaciones de columnas y vigas en el edificio de 5 pisos. ... 78

3.6.5. Restricciones en la base de la edificación. ... 79

3.6.6. Material de la placa del disipador de energía. ... 79

3.6.7. Definición de la placa del disipador de energía... 81

3.6.8. Material del brazo del disipador de energía ... 83

3.6.9. Definición del brazo del disipador de energía ... 85

3.6.10. Ubicación en coordenadas de la placa del disipador de energía ... 86

3.6.11. Colocación de la placa del disipador en el edificio. ... 88

3.6.12. Colocación del brazo del disipador en el edificio. ... 93

3.6.13. Colocación del disipador de energía en los demás pórticos en el edificio…….. ... ………..95

3.6.14. Colocación de la fuerza por piso en el edificio. ... 97

Análisis de un modelo de disipador de energía tipo low yielding point system para un edificio de 5, 3 y 2 plantas ubicado en la sierra. ... 101

Disipador de energía con placa A283 Gr A con espesor de placa 5 cm, Ubicando disipadores perimetralmente e interior en el edificio 5 plantas en sierra.107 3.8.1. Disipador de energía con placa A283 Gr C con espesor de 3,5 cm, Ubicando disipadores perimetralmente e interior en el edificio 5 plantas en sierra.115 3.8.2. Disipador de energía con placa Aluminio ASTM 6061-T6 con espesor de 5 cm, Ubicando disipadores perimetralmente e interior en el edificio 5 plantas en sierra………. ... 122

(13)

Disipador de energía con placa A283 Gr A con espesor de placa 5 cm, Ubicando disipadores perimetralmente e interior en el edificio 3 plantas en sierra.129

3.9.1. Disipador de energía con placa A283 Gr C con espesor de 3,5 cm, Ubicando disipadores perimetralmente e interior en el edificio 3 plantas en sierra.135

3.9.2. Disipador de energía con placa Aluminio ASTM 6061-T6 con espesor de 5 cm, Ubicando disipadores perimetralmente e interior en el edificio 3 plantas en sierra……… ... 142

Disipador de energía con placa A283 Gr A con espesor de placa 5 cm, Ubicando disipadores perimetralmente e interior en el edificio 2 plantas en sierra.148

3.10.1. Disipador de energía con placa A283 Gr C con espesor de 3,5 cm, Ubicando disipadores perimetralmente e interior en el edificio 2 plantas en sierra.154

3.10.2. Disipador de energía con placa Aluminio ASTM 6061-T6 con espesor de 5 cm, Ubicando disipadores perimetralmente e interior en el edificio 2 plantas en sierra…………. ... 160

CAPITULO IV

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES ... 166 RECOMENDACIONES ... 167 BIBLIOGRAFÍA ANEXO

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ÍNDICE DE ILUSTRACIONES.

ilustración 1:Grafica de cinturón de fuego del pacifico. ... 3

Ilustración 2:Placa Sudamericana y placa Nazca... 3

Ilustración 3: Pedernales después del sismo. ... 4

Ilustración 4: cojimíes después de sismo. ... 5

Ilustración 5: Edificio municipal de pedernales, después del terremoto 16 de abril del 2016. ... 8

Ilustración 6: Hotel Royal Pedernales, después del Terremoto Ecuador 16 de abril del 2016 ... 8

Ilustración 7:Representación gráfica del movimiento sísmico. ... 10

Ilustración 8: Zonas sísmicas en el Ecuador ... 13

Ilustración 9: sitios sísmicos para elaborar una estructura y valores de un factor de zona Z. ... 15

Ilustración 10: Espectro sísmico elástico de aceleraciones que representa el sismo de diseño. ... 16

Ilustración 11: Rotulas plásticas en un edificio. ... 23

Ilustración 12: Modos de vibrar. ... 25

Ilustración 13: Disipador ADAS ... 27

Ilustración 14: Disipador TADAS. ... 27

Ilustración 15: Disipador Honey-Comb. ... 28

Ilustración 16: Disipador Unbonded Braces. ... 28

Ilustración 17: Conexión SBC. ... 29

Ilustración 18: Sistema PALL. ... 30

Ilustración 19: Sistema EDR. ... 30

(15)

Ilustración 21: Disipador de energía tipo low yielding point system. ... 34

Ilustración 22: Configuración en planta de la edificación modelo. ... 37

Ilustración 23: Configuración en elevación de la edificación modelo. ... 38

Ilustración 24: Dimensiones de una losa en dos direcciones. ... 41

Ilustración 25: Altura de losa en dos direcciones. ... 41

Ilustración 26: Distribución de cargas. ... 44

Ilustración 27: Esquema de áreas cooperantes en cada paño de losa... 45

Ilustración 28: Esquema de áreas tributarias en cada paño de losa. ... 51

Ilustración 29: sitios sísmicos para elaborar una estructura y valores de un factor de zona Z. ... 53

Ilustración 30: Espectro diseño suelo tipo A... 59

Ilustración 31: Espectro de diseño suelo tipo C. ... 61

Ilustración 32: Espectro de diseño suelo tipo E. ... 63

Ilustración 33: Resumen de espectro suelos A,C,E. ... 64

Ilustración 34: Creación de la estructura. ... 71

Ilustración 35: Crear la edificación. ... 72

Ilustración 36: Cuadro para editar las dimensiones de la estructura. ... 72

Ilustración 37: Definición de las dimensiones del edificio. ... 73

Ilustración 38: Esquemas del edificio de 5 pisos. ... 74

Ilustración 39: Definición de material. ... 74

Ilustración 40: Cuadro de selección de materiales a crear. ... 75

Ilustración 41: Propiedades del material de hormigón de f´c de 280 kg/cm2. .... 75

Ilustración 42: Definición de columna de 30x30. ... 76

Ilustración 43: Definición de viga 25x40. ... 77

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Ilustración 45: Barra DRAW para el dibujo de secciones. ... 78

Ilustración 46: Asignación de columnas y vigas en el edificio. ... 78

Ilustración 47: Ventana de asignación de empotramientos. ... 79

Ilustración 48: Definición del material de la placa del disipador de energía. ... 80

Ilustración 50: Propiedades del material de la placa del disipador de energía. . 81

Ilustración 51: Cuadro para crear la placa del disipador... 82

Ilustración 52: Propiedades de la placa de acero del disipador de energía. ... 82

Ilustración 53: Definición del material del brazo del disipador de energía. ... 83

Ilustración 55: Propiedades del material del brazo del disipador de energía en sap2000. ... 84

Ilustración 56: Propiedades del brazo del disipador de energía. ... 85

Ilustración 57: Ubicación de la placa del disipador de energía en coordenadas XZ en AutoCAD. ... 86

Ilustración 58: Ubicación de la placa del disipador de energía en coordenadas YZ en AutoCAD. ... 87

Ilustración 59: Configuraciones de coordenadas... 88

Ilustración 60: Creamos un nuevo sistemas coordenadas para la placa del disipador de energía en el eje x. ... 89

Ilustración 61: Creamos un nuevo sistemas coordenadas para la placa del disipador de energía en el eje y. ... 90

Ilustración 62: Nuevo sistemas de coordenadas en X y Y... 91

Ilustración 63: Ubicación en X y Y de la placa del disipador. ... 91

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Ilustración 65: Colocación en sentido x de la placa del disipador de energía. ... 92

Ilustración 66: Colocación en sentido Y de la placa del disipador de energía. .. 93

Ilustración 67: Barra DRAW para el dibujo de secciones. ... 93

Ilustración 68: Colocación en sentido x del brazo del disipador de energía en sap2000 ... 94

Ilustración 69: Colocación en sentido Y del brazo del disipador de energía en sap2000. ... 94

Ilustración 70: Barra Edit para editar. ... 95

Ilustración 71: Colocación del disipador de energía en sentido Y de los demás pórticos. ... 95

Ilustración 72: Colocación del disipador de energía en sentido X de los demás pórticos. ... 96

Ilustración 73: Disipadores ubicados Perimetral en el edificio. ... 97

Ilustración 74: Crear Cargas Gravitacionales. ... 97

Ilustración 75: Creando la carga viva. ... 98

Ilustración 76: Colocación de la fuerza. ... 99

Ilustración 77: Fuerza ubicada en los puntos seleccionados. ... 99

Ilustración 78: : Fuerza ubicada en todo el edificio. ... 100

Ilustración 79: Edificio de 5 plantas con disipador de energía ubicando disipadores perimetral. ... 101

(18)

Ilustración 82: Edificio de 5 plantas con disipador de energía Ubicando disipadores

perimetralmente e interior. ... 107

Ilustración 83: Grafico de momento del edificio de 5 pisos sin disipador de energía

para suelo A... 112

Ilustración 84: Grafico de momento del edificio de 5 pisos con disipador de energía

utilizando placa de acero ASTM A283 Gr A para suelo A. ... 112

para suelo C. ... 113

utilizando placa de acero ASTM A283 Gr A para suelo C. ... 113

para suelo E... 114

utilizando placa de acero ASTM A283 Gr A para suelo E. ... 114

para suelo A... 119

utilizando placa de acero ASTM A283 Gr C para suelo A. ... 119

utilizando placa de acero ASTM A283 Gr C para suelo C. ... 120

(19)

utilizando placa de acero ASTM A283 Gr C para suelo E. ... 121

para suelo A... 126

utilizando placa de Aluminio ASTM 6061-T6 para suelo A. ... 126

utilizando placa de Aluminio ASTM 6061-T6 para suelo C. ... 127

para suelo E... 128

Ilustración 100: Grafico de momento del edificio de 5 pisos con disipador de

energía utilizando placa de Aluminio ASTM 6061-T6 para suelo E. ... 128

Ilustración 101: Edificio de 3 plantas con disipador de energía Ubicando

disipadores perimetralmente e interior. ... 129

Ilustración 102: Grafico de momento del edificio de 3 pisos sin disipador de

energía para suelo A. ... 133

energía utilizando placa de acero ASTM A283 Gr A para suelo A. ... 134

energía para suelo C. ... 134

(20)

energía para suelo E. ... 135

energía utilizando placa de acero ASTM A283 Gr A para suelo E. ... 135

energía utilizando placa de acero ASTM A283 Gr C para suelo A. ... 140

energía utilizando placa de acero ASTM A283 Gr C para suelo C. ... 141

energía utilizando placa de acero ASTM A283 Gr C para suelo E. ... 141

energía utilizando placa de Aluminio ASTM 6061-T6 para suelo A. ... 146

(21)

energía utilizando placa de Aluminio ASTM 6061-T6 para suelo E. ... 147

Ilustración 120: Edificio de 2 plantas con disipador de energía Ubicando

disipadores perimetralmente e interior. ... 148

energía utilizando placa de acero ASTM A283 Gr A para suelo A. ... 152

energía utilizando placa de acero ASTM A283 Gr A para suelo C. ... 153

energía utilizando placa de acero ASTM A283 Gr A para suelo E. ... 153

energía utilizando placa de acero ASTM A283 Gr C para suelo A. ... 158

(22)

energía utilizando placa de acero ASTM A283 Gr C para suelo C. ... 159

energía utilizando placa de acero ASTM A283 Gr C para suelo E. ... 159

energía utilizando placa de Aluminio ASTM 6061-T6 para suelo A. ... 164

energía utilizando placa de Aluminio ASTM 6061-T6 para suelo C. ... 164

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ÍNDICE DE TABLA.

Tabla 1: Escala de medición de Richter. ... 11

Tabla 2: Estratificación del riesgo sísmico. ... 13

Tabla 3: Valores de factores Z en funciones de sitios sísmicos. ... 16

Tabla 4: coeficientes de espectro de diseño... 17

Tabla 5: Grados de peligro sísmico. ... 18

Tabla 6: Tipo de uso, diseño e importancia de la estructura. ... 18

Tabla 7: Espesores mínimo en losas... 38

Tabla 8: Calculo de carga muerta para un m2 losa para 1,2,3 y 4 piso. ... 41

Tabla 9: Calculo de carga muerta para un m2 losa para terraza. ... 42

Tabla 10: Cálculo de secciones de vigas de primero a cuarto piso. ... 48

Tabla 11: Cálculo de secciones de vigas quinto piso. ... 49

Tabla 12: Valores de n según tipo de columna por Gonzáles Cuevas. ... 51

Tabla 13: Dimensiones de las columnas de la planta baja. ... 52

Tabla 14: Valores de factores Z en funciones de sitios sísmicos. ... 53

Tabla 15: Tipo de suelo y Factores de sitio Fa. ... 54

Tabla 16: Tipos de suelo y Factores de sitio Fd. ... 54

Tabla 17: Tipo de suelo y Factores de sitios Fs. ... 55

Tabla 18: Factores de espectro. ... 55

Tabla 19: Tipo de uso, destino e importancia de la estructura. ... 56

Tabla 20: Configuraciones estructurales recomendadas. ... 56

Tabla 21: Valores de espectro tipo de suelo A ... 59

Tabla 22: Valores de espectro de suelo tipo C. ... 61

Tabla 23: Valores de espectro de suelo tipo E. ... 63

(24)

Tabla 25: Carga W para el cortante basal ... 66

Tabla 26: Distribución del cortante basal por piso. ... 67

Tabla 27: Distribución de fuerza por columna del suelo A. ... 68

Tabla 28: Calculo de la carga muerta del suelo tipo C. ... 68

Tabla 29: Distribución de fuerza por columna del suelo C. ... 69

Tabla 30: Calculo de la carga muerta del suelo tipo E. ... 70

Tabla 31: Distribución de fuerza por columna del suelo E. ... 70

Tabla 32: Coordenadas XZ de la placa del disipador de energía. ... 86

Tabla 33: Coordenadas YZ de la placa del disipador de energía ... 87

Tabla 34: Diferencia de desplazamiento y control de derivas en edificio de 5 plantas

con placa de acero ASTM A283 Gr A con espesor de 5 cm, para suelo A. ... 104

con placa de acero ASTM A283 Gr A con espesor de 5 cm, para suelo C. ... 110

con placa de acero ASTM A283 Gr A con espesor de 5 cm, para suelo E. ... 111

con placa de acero A283 Gr C con espesor de 3,5 cm, para suelo A. ... 116

con placa de acero A283 Gr A con espesor de 3,5 cm, suelo C. ... 117

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con placa de Aluminio ASTM 6061-T6 con espesor de 5 cm, suelo A. ... 123

con placa de Aluminio ASTM 6061-T6 con espesor de 5 cm, suelo C. ... 124

con placa de Aluminio ASTM 6061-T6 con espesor de 5 cm, suelo E. ... 125

con placa de acero A283 ASTM Gr C con espesor de 3,5 cm, para suelo A. ... 137

con placa de acero ASTM A283 Gr C con espesor de 3,5 cm, para suelo C. ... 138

con placa de acero ASTM A283 Gr C con espesor de 3.5 cm, para suelo E. ... 139

con placa de Aluminio ASTM 6061-T6 con espesor de 5 cm, para suelo A. ... 143

con placa de Aluminio ASTM 6061-T6 con espesor de 5 cm, para suelo C. ... 144

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con placa de acero A283 ASTM Gr C con espesor de 3,5 cm, para suelo A. ... 155

con placa de acero ASTM A283 Gr C con espesor de 3,5 cm, para suelo C. ... 156

con placa de acero ASTM A283 Gr C con espesor de 3,5 cm, para suelo E. ... 157

con placa de Aluminio ASTM 6061-T6 con espesor de 5 cm, para suelo A. ... 161

con placa de Aluminio ASTM 6061-T6 con espesor de 5 cm, para suelo C. ... 162

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CAPÍTULO I

GENARALIDADES

INTRODUCCIÓN

Atreves del tiempo en nuestro país han ocurrido eventos naturales que han producido muchas catástrofes, la más reciente fue el 16 de abril del 2016, en donde hubo muchas pérdidas humanas, debido a la mala construcción que se realiza y a que no se están aplicando diseños sismo resistentes en las edificaciones, por tal motivo colapsaron muchas estructuras en la zona del terremoto y en lugares donde también hubo influencia del movimiento telúrico.

Teniendo en cuenta que el Ecuador está ubicado en el cinturón de fuego lo cual nos convierte en alto riesgo sísmico, y que no se puede predecir en que momento nos afectará un fenómeno natural de este tipo, debemos estar preparados para que cuando existan eventos sísmicos, no haya tantas pérdidas humanas por el colapso de casas, edificios, es por esta razón que a lo largo de la historia en muchos países de América Latina, y también en nuestro país Ecuador se han realizado estudios para conocer por territorios de las amenazas sísmicas, y aplicar normativas, nuevos requerimientos y hacer algunas recomendaciones para el diseño constructivo en cada una de estas zonas ya establecidas.

Las pérdidas económicas sufridas en estos terremotos han puesto como prioridad implementar metodologías de diseño que permiten tanto al diseñador, como al propietario del edificio, elegir un nivel deseado de desempeño sísmico para determinar los niveles apropiados de movimientos de tierra, con el propósito de

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obtener un mejor rendimiento para el edificio y los componentes no estructurales y satisfacer las ilusiones del propietario de construir su edificación para el futuro.

Es por esta razón que en el presente proyecto se analizará un modelo matemático de un disipador de energía tipo “low yielding point system” como refuerzo para un edificio, para evaluar las demandas estructurales y sus capacidades, esto con el fin de dar seguridad a la estructura y mostrar mediante análisis mediante el programa de sap2000. Una estructura sin disipador de energía y otra estructura con disipador de energía. Para ver diferencias entre las estructuras, los beneficios que el disipador de energía nos brinda y asegurar la calidad en la construcción.

Planteamiento del problema

En el Ecuador, los efectos sísmicos son de gran importancia para las construcciones civiles, ya que provocan mucho daño a todas las estructuras. Por medio de las excitaciones sísmicas llevan a los elementos estructurales a rebasar sus rangos elásticos y haciéndolos funcionar dentro de la zona plástica, produciéndose así la falla de dichos elementos y por consiguiente el colapso de toda la estructura. el país se encuentra en una zona de alto riesgo. Está ubicado en un lugar de alta actividad volcánica. como se visualiza la ilustración #1.

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ilustración 1:Grafica de cinturón de fuego del pacifico. Fuente: Gringer, 2009

Sabiendo que tenemos dos placas tectónicas las cuales son la placa nazca y la placa sudamericana como se puede observar en la ilustración #2. Por este motivo se considera al Ecuador es propenso a movimiento telúricos. Además, sabemos que en nuestro país hay una gran cantidad de volcanes en la región andina o Sierra, aunque la mayoría de los volcanes no se encuentran en actividad volcánica por motivo que al momento de ocurrir una erupción no se saber con qué fuerza erupcióna.

Ilustración 2:Placa Sudamericana y placa Nazca. Fuente: Elaboración propia a partir de Tarbuck (2003).

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se ha podido registrar sismos de grandes magnitudes causando muchos daños en muchas ciudades y provincias. como el 5 de agosto, 1949 en la provincia de Tungurahua con una magnitud 6,8 grados en la escala de Richter, con epicentro en Ambato. Pelileo desapareció toda. Píllaro, un 90%; Guano (Chimborazo), un 80%; Ambato, 75%. Área afectada: 1.920 km². Muertos: 6.000 (aproximado). Personas sin hogar: 100.000.

el sismo más reciente se registró el 16 de abril, 2017 en la Provincia de Manabí, con epicentro entre las parroquias Pedernales y Cojimíes del cantón Pedernales. Con una magnitud de 7,8 en la escala de Richter, el cuarto más grande (en magnitud) del año 2016.

La parroquia Pedernales, fue destruida entre un 70 y 80 % según estimaciones. La ciudad de Portoviejo, capital provincial, también evidenció un número significativo de pérdidas humanas como resultado del colapso de al menos 684 infraestructuras civiles.

Ilustración 3: Pedernales después del sismo. Fuente: Diario el universo.

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Ilustración 4: cojimíes después de sismo. Fuente: Diario el universo.

Por este motivo, surge la necesidad de diseñar un modelo matemático de un disipador de energía tipo low yielding point system como refuerzo para un edificio.

A través de esta investigación se pretende lograr que el modelo matemático de un disipador de energía, sirva como aporte para las estructuras.

Objetivo de la investigación.

1.3.1. Objetivo general.

Análisis de modelo matemático de un disipador de energía tipo “low yielding point system” como refuerzo para un edificio.

1.3.2. Objetivo especifico

 Realizar el análisis estático de una edificación de concreto armado, con disipador de energía tipo low yielding point system y sin disipador de energía. Utilizando el programa SAP 2000.

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 Identificar los tipos de comportamientos estáticos de la estructura con disipador de energía tipo low yielding point system y sin disipador de energía.

 Determinar los resultados obtenidos de la estructura analizada con disipador de energía tipo low yielding point system y sin disipador de energía, con el fin de observar su comportamiento estático.

Justificación

Obteniendo los resultados del análisis de modelo matemático de un disipador sísmico tipo low yielding point system como refuerzo para un edificio, utilizando el programa SAP 2000. Nos dará un modelo matemático que fácilmente se puede aplicar en los edificios.

 Ayudará a reducir daños en las estructuras principales mejorando su funcionamiento.

 Ayudará a reducir sus desplazamientos laterales.

 Control de las derivas pisos.

 Disminución de momentos en las columnas.

 Evitará el colapso de la estructura.

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Metodología por implementar

El análisis de la estructura se lo realizara por medio del programa sap2000, el cual nos va a dar una serie de datos debido a la modelación de la edificación que nos servirá para la interpretación del comportamiento estático de la estructura ante las diferentes fuerzas sísmicas. Para eso se realizarán los siguientes pasos:

 Recolectar datos.

 Investigar en internet.

 Modelar modelos en SAP 2000.

LIMITACIÓN DEL PROBLEMA

Esta investigación se limitará en realizar un análisis de modelo matemático de un disipador de energía tipo “low yielding point system” como refuerzo para un edificio. Mediante el programa SAP 2000.

Objeto y campo de estudio de la investigación

El siguiente proyecto de investigación se basa en un comportamiento estático de una estructura analizada y modelada con el software SAP 2000, dicha estructura se modelará con un disipador de energía y sin disipador de energía.

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CAPITULO II

MARCO TEORICO

Antecedentes de la investigación

A lo largo de los años nuestro país ha ocurrido varios terremotos, muchos de ellos dejando miles de pérdidas humanas y daños irreparables a las estructuras llevándolas posteriormente al colapso y a la demolición.

Ilustración 5: Edificio municipal de pedernales, después del terremoto 16 de abril del 2016. Fuente: Diario el universo.

Ilustración 6: Hotel Royal Pedernales, después del Terremoto Ecuador 16 de abril del 2016 Fuente 1: Diario el comercio.

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En base a estos antecedentes es que nuestro país se ha visto obligado a cambiar ciertos requerimientos expuestos en los códigos y normas de construcción, para que el diseñador estructural se remita y tome conciencia cuando vaya a elaborar un diseño.

En el continente americano se han implementado métodos que permitan que las estructuras tengan un desempeño adecuado durante un evento sísmico, sin embargo, éstos métodos no son enfatizados en las normas, códigos de construcción y diseño.

En la presente tesina se presenta una propuesta de un modelo matemático disipador de energía tipo low yielding point system como refuerzo para un edificio, donde la estructura recibe menos daños según la frecuencia con los que estos ocurran y los efectos que tienen sobre los beneficiarios y la comunidad.

Argumentación Legal.

Este diseño se fundamenta en las siguientes normas y códigos.

 Norma Ecuatoriana de la Construcción 2015, NEC – 2015

 American Concrete Institute (Instituto Americano del Concreto), ACI–315– S14.

 FEMA 350, 440.

Terremoto

Un terremoto o también conocido como sismo o seísmo, es un fenómeno natural, el cual produce un movimiento brusco en la tierra y su propagación es rápido a través

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de la corteza terrestre producida por la expulsión de energía acumulada dentro de la corteza terrestre. (MORÁN, 2016)

El punto de origen subterráneo de un terremoto se llama hipocentro. El epicentro está ubicado sobre el hipocentro, donde la energía recorre en la superficie.

Ilustración 7:Representación gráfica del movimiento sísmico. Fuente: ASTROMÍA

2.3.1. Causas del Terremoto

Las causas por la cual ocurre un sismo, son las siguientes:

Por la erupción volcánica, por la expulsión de energía de la corteza terrestre, por motivos naturales como un meteorito.

2.3.2. Mediciones del sismo

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Tabla 1: Escala de medición de Richter.

Fuente: Ecured.

Peligrosidad sísmica

La peligrosidad sísmica es la probabilidad de que ocurra un evento natural como consecuencia de un terremoto, como pueden ser el movimiento mismo del terreno, así como la licuefacción, los deslizamientos de tierra, inundaciones, ruptura de fallas, etc., a los que llamaremos efectos colaterales de un terremoto. El tamaño y localización de estos efectos colaterales dependerán de diversos factores, principalmente de las características geológicas y geotécnicas del lugar, pero indudablemente de las características del terremoto (hipocentro, mecanismo, intensidad, magnitud, duración, contenido frecuencial, etc.). (Alicante, 2015)

2.4.1. cuantificación de la peligrosidad sísmica.

Es la probabilidad de que el valor de un cierto parámetro que mide el movimiento del suelo (intensidad; aceleración, …) sea superado en un determinado periodo de tiempo (t), también llamado periodo de exposición.

Por ejemplo, un periodo de retorno (PR) de 475 años para un grado de intensidad VII MSK equivale a decir que: hay una probabilidad del 10% de que se produzca un

Escala de Richter Efectos del terremoto

Menores a 3.5 Generalmente no se siente, pero es registrado. 3.5 - 5.4 A menudo se siente, pero solo ocasiona daño menores. 5.5 - 6.0 Ocasiona daños ligeros a edificios.

6.1 - 6.9 Puede ocasionar daños severos en áreas muy pobladas.

7.0 - 7.9 Terremoto mayor. Causa graves daños

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terremoto de intensidad igual o superior a grado VIII en un periodo de exposición (t) de 50 años o bien que la probabilidad anual (PA) de que ocurra un terremoto de grado VIII o superior es del 0.2% anual durante el periodo de años definido, es decir que el suelo no sufra una sacudida superior a una intensidad fijada. (Alicante, 2015)

Riesgo sísmico en el Ecuador

Ecuador se encuentra ubicada en el cinturón de fuego del pacífico, por lo que registra la mayor parte de actividad sísmica al igual que chile, y en el cual se encuentran ubicados numerosos volcanes, algunos de ellos aún en actividad.

El riesgo sísmico depende de la región en la que se encuentre y de la característica del suelo local, en la ilustración #8, se puede apreciar las zonas sísmicas.

El territorio ecuatoriano está constituido por regiones bien definidas, las cuales son: Costa, Sierra, Oriente e Insular cada una de estas han sido protagonistas de alguna actividad sísmica ya que se encuentran recorridas por numerosas fallas. (CRESPO, 2016)

El cálculo del riesgo sísmico en el Ecuador es un factor importante para la planeación de construcciones, especialmente hospitales, escuelas, etc. situadas en regiones sísmicas, para el cálculo es necesario tomar en cuenta no solo el tamaño de los sismos sino también los efectos que estos puedan producir en las estructuras, esto puede variar dependiendo de la duración del mismo y del contenido de las frecuencias de las ondas, en la tabla 2. se detalla la estratificación del riesgo sísmico según las zonas sísmicas mostradas en la ilustración #8.

PA = 1/PR

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Tabla 2: Estratificación del riesgo sísmico.

Fuente2: Alexis Ortiz.

2.5.1. Cuantificación del riesgo sísmico.

El riesgo sísmico ha sido definido como las consecuencias sociales, económicas y ambientales de eventos peligrosos que puedan ocurrir. El riesgo sísmico requiere

Riesgo Muy Alto

Hay un riesgo muy elevado, los edificios colapsan; es decir se considera un porcentaje de peligro de caída estructural que hace inhabitable el inmueble y muerte superior al 75%.

Riesgo Alto

Hay un riesgo elevado y hay edificios que, en un sismo, puedan tener daños graves que comprometan su estabilidad, con un porcentaje de riesgo de fallo estructural y muerte superior al 50%.

Riesgo Medio

Hay edificios en los cuales se pueden presentar daños graves, pero que no comprometen la estructura haciéndola caer, con un porcentaje de riesgo de fallo estructural y muerte superior al 25%.

Riesgo Bajo

Luego de un sismo, los edificios presentan pocos daños a las estructuras y no se verifican en la edificación fallas o caídas, con una consideración del riesgo de fallo estructural y muerte superior al 5%.

Fuente: Código Ecuatoriano de la Construcción. Ilustración 8: Zonas sísmicas en el Ecuador

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una evaluación que tenga en cuenta, el daño físico esperado, el número de víctimas o los daños económicos.

La estimación del riesgo sísmico y de escenarios de daños depende también de la peligrosidad de la zona en la que ocurra, esto conlleva un proceso complejo, antes se recomienda consultar los análisis y datos deducidos por el instituto geográfico nacional. (CRESPO, 2016)

La manera general de evaluar el riesgo sísmico por medio de la siguiente ecuación, por las diferentes normas con los diferentes índices de riesgos.

Donde:

 P = es la peligrosidad de la región donde está ubicada

 V = la vulnerabilidad

 D = el daño material o el número de víctimas potencial

Las vulnerabilidades de los daños en las personas se suelen considerar de la siguiente manera:

 Atrapados, los cuales requerirán de búsqueda y desescombro.

 Fallecidos en el momento del terremoto.

 Heridos, que necesitaran medios de transporte, atención y hospitalización. RS = Ø (P, V, D)

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 Desalojos de sus viviendas, lo cual necesitaran albergues y mantenimientos del mismo.

Normas sísmicas del ecuador

2.6.1. Zonificación sísmica del ecuador.

Zonificación sísmica y factor de zona Z. Para los edificios de uso normal, se usa el valor de Z, que representa la aceleración máxima en roca esperada para el sismo de diseño, expresada como fracción de la aceleración de la gravedad (Flores, 2016).

El sitio donde se construirá la estructura determinará una de las seis zonas del Ecuador caracterizada por el valor de zona Z (Flores, 2016).

Ilustración 9: sitios sísmicos para elaborar una estructura y valores de un factor de zona Z. Fuente: (NEC 15, 2015)

El mapa de zonificación sísmica para diseño proviene del resultado del estudio del peligro sísmico para un 10% de excedencia en 50 años (periodo de retorno 475 años)

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que incluye una saturación de 0.50 g de los valores de aceleración sísmica en roca en el litoral ecuatoriano que caracteriza la zona VI (Flores, 2016).

Tabla 3: Valores de factores Z en funciones de sitios sísmicos.

Fuente: (NEC 15, 2015)

2.6.2. Espectro elástico de diseño

Los efectos dinámicos del sismo de diseño pueden modelarse mediante un espectro de respuesta para diseño (Flores, 2016).

Fuente: (NEC 15, 2015)

Zona sísmica I II III IV V

Valor factor Z 0,15 0,25 0,30 0,35 0,40

≥

0,5

Caracterización del

peligro sísmico Intermedia Alta Alta Alta Alta

VI

Muy alta

Fuente: (NEC 15, 2015)

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Tabla 4: coeficientes de espectro de diseño.

Fuente: (Flores, 2016)

2.6.3. Niveles de amenaza sísmica.

La verificación de desempeño se hace para los niveles de amenazas sísmicas presentados a seguir:

Se clasifican los sismos según los niveles de peligro y periodo medio de retorno (Flores, 2016).

ɳ razón entre la aceleración espectral Sa (T=0.1s) y el PGA para el periodo de retorno seleccionado

Fa

Coeficiente de amplificación de suelo en la zona de periodo cortó. Amplifica las ordenadas del espectro elástico de respuesta de aceleraciones para diseño en roca,

considerando los efectos de sitio

Fd Coeficiente de amplificación de suelo. Amplifica las ordenadas del espectro elástico de respuesta de desplazamientos para diseño en roca, considerando los efectos de sitio

Fs.

Coeficiente de amplificación de suelo. Considera el comportamiento no lineal de los suelos, la degradación del periodo del sitio que depende de la intensidad y contenido de

frecuencia de la excitación sísmica y los desplazamientos relativos del suelo, para los espectros de aceleraciones y desplazamientos

Sa Espectro de respuesta elástico de aceleraciones (expresado como fracción de la aceleración de la gravedad g). Depende del periodo o modo de vibración de la estructura

T Periodo fundamental de vibración de la estructura

To Periodo límite de vibración en el espectro sísmico elástico de aceleraciones que representa el sismo de diseño

Tc Periodo límite de vibración en el espectro sísmico elástico de aceleraciones que representa el sismo de diseño

Z Aceleración máxima en roca esperada para el sismo de diseño, expresada como fracción de la aceleración de la gravedad g

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Tabla 5: Grados de peligro sísmico.

Fuente: (Flores, 2016)

2.6.4. Metodología del diseño sismo resistente

2.6.4.1. Categoría de edificio y coeficiente de importancia I

Este factor tiene como propósito aumentar la demanda sísmica de diseño para estructuras, utilizando este factor las estructuras deben permanecer operativas o sufrir menores daños durante y después del sismo de diseño. Se adoptará dependiendo del uso y la importancia de la edificación (Flores, 2016).

Tabla 6: Tipo de uso, diseño e importancia de la estructura.

Fuente: (Alejandro, 2016) Nivel de sismo sismo Probabilidad de excedencia en 50 años Periodo de retorno Tr (años) Tasa anual de excedencia (1/Tr) 1 Frecuente _(menor) 50% 72 0,01389 2 _(moderado)Ocasional 20% 225 0,00444 3 Raro (severo) 10% 475 0,00211 4 Muy raro* _(extremo) 2% 2500 0,00040

Categoría Tipo de uso, destino e importancia coeficiente I

Edificaciones esenciales

Hospitales, clínicas, Centro de Salud o de emergencia sanitaria. Instalaciones militares, de policía, bomberos, defensa civil. Garajes o estacionamientos para vehículos y aviones que atienden emergencias. Otros centros de atención de emergencias. Estructuras que albergan equipos de generación y distribución eléctrica. Tanques u otras estructuras utilizadas para el depósito de agua u otras substancias anti-incendio. Estructuras que albergen depósitos tóxicos, explosivos, químicos u otras substancias peligrosas.

1,50

Estructuras de ocupación

especial

Museos, Iglesias, Escuelas y Centros de Educación o Deportivos que albergan más de trescientas personas. Todas las estructuras que albergan más de cinco mil personas. Edificios públicos que requieren operar continuamente.

1,30 Otras

estructuras

Todas las estructuras de edificación y otras que no clasifican dentro de las

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2.6.4.2. Cortante basal de diseño

Es una fuerza total de diseño V por cargas laterales esta es aplicada en la base de la estructura en una dirección especificada de acuerdo con las especificaciones esta norma se calcula con la expresión siguiente (Flores, 2016):

Dónde:

 Sa (Ta) = Espectro de diseño en aceleración.

 ØP y ØE = Coeficientes de configuración en planta y elevación.

 I = Coeficiente de importancia.

 R = Factor de reducción de resistencia sísmica.

 W = Carga sísmica.

 Ta = Periodo de vibración (Flores, 2016).

Diseño sismo resistente

En el diseño sismo resistente convencional, el desempeño aceptable de una estructura durante un evento sísmico está basado en que el sistema resistente de fuerza lateral sea capaz de absorber y disipar energía de una manera estable por un largo número de ciclos.

𝑉 = 𝐼𝑆𝑎(𝑇𝑎)

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La disipación de energía ocurre en regiones de rótulas plásticas dúctiles espacialmente detalladas en las vigas y en las columnas, las cuales también forman parte del sistema de carga por gravedad (Ramón, 2008).

Las rótulas plásticas son regiones de daño concentrado del pórtico de gravedad, el cual frecuentemente es irreparable. Estas características de diseño son aceptables por sus consideraciones económicas, por supuesto, que el colapso estructural es prevenido y que la seguridad de la vida de las personas está asegurada (Ramón, 2008).

Existen situaciones en donde las características del diseño convencional no son aplicables. Cuando una estructura debe permanecer funcional después de un sismo, como es el caso de estructuras importantes (hospitales, estaciones de policía, etc.), el diseño convencional es inapropiado. Para estos casos la estructura puede ser diseñada con suficiente resistencia para que la acción inelástica sea prevenida o sea mínima; lo que resulta bastante costoso. En algunas estructuras, precauciones especiales necesitan ser tomadas en salvaguarda del daño importante o la falla de sistemas importantes, los cuales son necesarios para la continuidad de la serviciabilidad (Ramón, 2008).

2.7.1. Estructura sismo resistente

 Sistemas de Pórticos: son de mucha flexibilidad y gran oscilación frente a sismos. Son adecuados para edificios de gran altura.

 Sistemas de Muros Resistentes: presentan grandes ventajas y pocas deformaciones laterales, generando bajos daños en los elementos no estructurales. Por

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otra parte, una mayor rigidez es una desventaja en sismos intensos o de mucha duración. Es ideal para construcciones de hasta 4 pisos.

 Sistema Mixto: es el más usado en la construcción de edificios en altura. Combina el sistema de pórticos y el de muros resistentes que van desde la cimentación hasta el último piso. Este sistema recoge las ventajas de los dos mencionados anteriormente, los cuales se complementan. (Delucchi, 2013)

Sismo esperado

En algunas ocasiones, las Normativas que definen una determinada acción sísmica, lo hacen a partir de la probabilidad de ocurrencia del sismo en un determinado periodo de tiempo. Para utilizar en el cálculo el sismo así definido, es necesario conocer la aceleración del suelo a que corresponde, y que sirve de base para construir el espectro de diseño. Hay que determinar, por tanto, la aceleración del suelo que corresponde al sismo que tiene una probabilidad de ocurrencia “p” durante un periodo de “n” años.

El procedimiento a seguir en este caso es el siguiente:

Conocer el periodo de retorno (T1) a que corresponde la aceleración del suelo (a1) definida por la Normativa que se utilice de referencia. Tomando como ejemplo el Eurocódigo 8, la acción sísmica que define para los cálculos de Estado Límite Último corresponde a un periodo de retorno de 475 años.

Convertir la probabilidad de ocurrencia (p) en un tiempo (n) en periodo de retorno (T2).

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Utilizar el periodo de retorno (T2) así obtenido para definir la aceleración del suelo (a2).

Definir el espectro de diseño correspondiente a la aceleración del suelo (a2). La fórmula que relaciona la probabilidad de ocurrencia “p” durante un periodo de años “n” con el periodo de retorno “T” es la siguiente:

Conocidos ya “a1”, “T1” y “T2”, queda por determinar el valor de “a2” que sirve para construir el espectro de diseño. Para ello, puede utilizarse la expresión que se incluye el Anexo A de la Parte 2 del Eurocódigo 8:

siendo “k” un valor que puede variar entre 0.3 y 0.4.

Conocido “a2”, el espectro de diseño quedará definido utilizando las expresiones dadas por la Normativa de referencia del proyecto que definen el espectro de diseño a partir de la aceleración del suelo.

Daño estructural

Es evidente que el daño estructural es el de mayor importancia, ya que éste puede ocasionar que una estructura colapse o, en el mejor de los casos, que su reparación pueda ser muy costosa. El daño estructural depende del comportamiento de los

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elementos resistentes de una estructura como son las vigas, columnas, viga pared, loza, cimentación, etc. y esto tiene que ver con la calidad de los materiales que componen dichos elementos, su configuración y tipo de sistema resistente y, obviamente, de las características de las cargas actuantes.

Rotula plásticas

Una rótula plástica es un dispositivo de amortiguación de energía, que permite la rotación de la deformación plástica de la conexión de una columna, de manera rígida. En la teoría estructural, la viga de ingeniería o rótula plástica se usa para describir la deformación de una sección en una viga donde se produce la flexión de plástico (ARQHYS, 2012).

Ilustración 11: Rotulas plásticas en un edificio. Fuente: ARQHYS

En el análisis de los miembros sometidos a flexión, se supone que una transición abrupta de elástico con el comportamiento ideal de plástico, se produce a un cierto valor del momento, conocido como “el momento plástico” (Mp). El comportamiento entre los miembros del PAI y Mp se considera elástico. Cuando se alcanza el Mp, una rótula plástica se forma en el miembro, en contraste con una fricción de la bisagra que permite la rotación libre y ocurre en el momento plástico Mp de forma constante. Las bisagras de plástico se extienden en los tramos cortos de las vigas, pero los análisis

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detallados han demostrado que es que necesario considerar que las vigas rígidas cuentan con unas bisagras con plasticidad limitada en los puntos. Mediante la inserción de una rótula plástica en un límite de carga y una viga estáticamente determinada, un mecanismo cinemático permite un desplazamiento sin límites que se pueden formar en el sistema, esto es conocido como el “mecanismo de colapso”. Para cada grado de indeterminación estática de la viga, se debe agregar un plástico a la bisagra adicional para formar un mecanismo de colapso. (ARQHYS, 2012)

Periodo de vibración

Según Vezga, (2002), los edificios están constituidos usualmente por estructuras a porticadas, es decir, por vigas, columnas, losas y fundaciones. Estas estructuras están sometidas a cargas verticales, tales como el peso propio de sus elementos y la sobrecarga de uso. Sin embargo, existen fuerzas horizontales como las de viento y sismo, estas últimas deben ser consideradas al momento de diseño.

Si bien hoy en día el cálculo sísmico se realiza a través de programas de computación por ser extremadamente laborioso, es importante conocer el concepto del mismo y el desarrollo del cálculo referido a este aspecto.

Un edificio puede idealizarse como un conjunto de masa, una por cada piso, conectadas por elementos elásticos que representan los elementos del piso (columnas y/o muros). Del equilibrio dinámico para cada forma de moverse o vibrar, resultará una velocidad angular para todos los niveles. El modelo así definido tendrá tantas formas de vibrar como número de pisos o niveles, aun cuando los que contribuyen son los primeros, de frecuencias menores. Se consideran de tres a cinco modos de vibrar los cuales se muestran en la siguiente ilustración #12. (Johanna Ochoa, 2013)

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Ilustración 12: Modos de vibrar. Fuente: Vezga, 2002.

Respuesta dinámica

Es el comportamiento de un edificio sometido a movimiento de su base producto de un movimiento sísmico. El movimiento es producto de una combinación de formas o modos de vibración como se muestra en la ilustración #12, que describe los desplazamientos de cada nivel bajo una determinada frecuencia o periodo de vibración (T seg). El periodo de vibración en el movimiento de la estructura es el tiempo que tarda el edificio en pasar por la misma posición. (Johanna Ochoa, 2013)

disipación de energía

Consiste en introducir en la estructura elementos cuyo fin es disipar la energía recibida durante un terremoto, y que no tienen una función resistente durante el resto de la vida normal del edificio (VIGIL, 2015).

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Existen principalmente tres tipos de sistemas de disipación:

 Aislamiento sísmico: Se conoce así a la técnica de desacoplar el edificio del suelo. La energía proveniente del terremoto no penetra en el edificio ya que éste está aislado del suelo.

 Elementos de disipación pasiva: Son técnicas que permiten dar un amortiguamiento suplementario mediante elementos que absorben la energía del terremoto, evitando que ésta dañe al edificio. Estos elementos llamados amortiguadores pueden ser de muy distinta forma: de aceite, de metal, visco-elásticos, viscosos… En algunos casos los amortiguadores tienen que ser sustituidos tras un impacto sísmico.

 Elementos de disipación activa: Son elementos que absorben la energía por desplazamiento de elementos preparados para ello. Sería el caso del amortiguador de masa del Taipei 101 que realiza un desplazamiento para absorber la energía del viento sobre la estructura o el sismo.

Disipadores de energía pasivos

2.14.1. Disipadores metálicos

Los dispositivos metálicos se caracterizan por tener un comportamiento dúctil que es independiente de la velocidad de deformación. Dentro de los disipadores metálicos se encuentran (SIGWEB, 2011).

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2.14.1.1. Disipador ADAS

Este sistema consiste en un conjunto de placas paralelas de forma alargada de modo que la fluencia sea uniforme en la altura. A continuación, en la ilustración #13. se muestra el ejemplo del disipador ADAS (SIGWEB, 2011).

Ilustración 13: Disipador ADAS Fuente: sigweb.cl

2.14.1.2. Disipador TADAS.

Consiste en un conjunto de placas triangulares dispuestas a flexión fuera de su plano. Son similares al ADAS. A continuación, en la ilustración #14, se muestra el ejemplo del disipador TADAS (SIGWEB, 2011).

Ilustración 14: Disipador TADAS. Fuente: sigweb.cl

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2.14.1.3. Disipador Honey-Comb.

Este dispositivo consiste en placas alargadas como el ADAS, pero trabajando en su plano. A continuación, en la ilustración #15, se muestra el ejemplo del disipador Honey-Comb (SIGWEB, 2011).

Ilustración 15: Disipador Honey-Comb. Fuente: sigweb.cl

2.14.1.4. Disipador Unbonded Braces.

Consiste en una diagonal de acero que fluye dentro de una sección de concreto que la confina. Su principio básico de funcionamiento es prevenir el pandeo de Euler cuando el elemento de acero fluye en compresión. A continuación, en la ilustración #16, se muestra el ejemplo del disipador Unbonded Braces (SIGWEB, 2011).

Ilustración 16: Disipador Unbonded Braces. Fuente: sigweb.cl

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2.14.2. Disipadores friccionales.

El principio básico de los disipadores friccionales consiste en utilizar la deformación relativa entre dos puntos de la estructura para disipar energía atraves de fricción. Estos disipadores van desde la más simple conexión con los orificios ovalados (SBC) hasta los más complejos dispositivos EDR (SIGWEB, 2011).

A continuación, se muestran algunos de ellos:

2.14.2.1. Conexión SBC (Slotted Bolted Connection).

Este dispositivo es el más simple de todo. Consiste en una unión de dos placas paralelas de acero interconectadas entre si atraves de láminas de bronce y pernos de alta resistencia. El deslizamiento entre las placas se produce entre orificios ovalados. A continuación, en la ilustración #17. se muestra el ejemplo de Conexión SBC

Ilustración 17: Conexión SBC. Fuente: sigweb.cl

2.14.2.2. Sistema PALL.

Utiliza la deformación relativa entrepiso y la deformación angular del paralelogramo central como medio de disipación. A continuación, en la ilustración #18. se muestra el ejemplo del Sistema PALL (SIGWEB, 2011).

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Ilustración 18: Sistema PALL. Fuente: sigweb.cl

2.14.2.3. Sistema EDR (Energy Disspating Restraint).

Este disipador pertenece a una gran familia de dispositivos friccionales similares. El sistema utiliza resortes pretensados y topes un comportamiento de gran capacidad de disipación. A continuación, en la ilustración #19, se muestra el ejemplo del Sistema EDR (SIGWEB, 2011).

Ilustración 19: Sistema EDR. Fuente: sigweb.cl

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2.14.2.4. Dispositivo de fricción por golillas.

En este caso la disipación se logra por la fricción producto del giro relativo entre placas metálicas. A continuación, en la ilustración #20, se muestra el ejemplo del Dispositivo de Fricción por Golilla (SIGWEB, 2011).

Ilustración 20: Dispositivo de Fricción por Golilla. Fuente: sigweb.cl

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CAPITULO III

APLICACIONES DE LA METODOLOGIA

Análisis sísmico del edificio con disipadores de energía.

Vamos a realizar el análisis del disipador de energía tipo low yielding point system en el edificio. Mediante las fuerzas sísmicas que vamos a ingresar en el edificio, donde obtendremos como el disipador absorbe energía. Haciendo disminución de los desplazamientos y también del periodo. Estos valores lo podremos obtener mediante el programa sap2000.

Utilizando un modelo del edificio en forma representativa en programa sap2000. Suponiendo deflexiones y periodos naturales de la estructura que va a ocurrir durante un sismo determinado.

En este capítulo analizaremos una edificación típica de concreto armado de 5 pisos, 3 pisos y 2 pisos. En la región de la Sierra. La estructura consta de 3 vanos de sistema aporticado de diferentes dimensiones en ambos sentidos y con losas aligeradas de concreto armado. La dimensión total en planta en el eje X es de 24m y en el eje Y de 18m, con una altura total de 18,90 m.

El edificio que se va a modelar presenta una altura del primer piso de 3,9m y los siguientes pisos son de 3,0m. La distancia horizontal entre columnas del eje X es de 8,0m y la distancia horizontal entre columnas del eje Y es de 6,0m.

Los elementos estructurales de la edificación como lo son vigas, columnas y losa van a ser determinados por medio de un pre-diseño el cual debe otorgarle a la estructura una aceptable resistencia y rigidez para que soporten las cargas antes mencionadas.

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Propiedades del hormigón y del acero estructural son para diseñar como son las siguientes:

 Esfuerzo del acero estructural 𝑓𝑦 = 4200 𝑘𝑔/𝑐𝑚2  Módulo de elasticidad del acero estructural 𝐸_𝑆 = 21000000 𝑘𝑔/𝑐𝑚2

 Resistencia del hormigón 𝑓´𝑐 = 280 𝑘𝑔/𝑐𝑚2  Módulo de elasticidad del hormigón 𝐸𝐶 = 250998 𝑘𝑔/𝑐𝑚2

 Peso específico del hormigón 𝛾 = 2400 𝑘𝑔/𝑚3

Disipador de energía tipo yielding point system

El disipador de energía tipo low yielding point system consiste en el principio básico de los disipadores friccionales consiste en utilizar la deformación relativa entre dos puntos de la estructura para disipar energía atraves de fricción.

El disipador de energía tipo low yielding point system consta de 4 brazo metálicos y una placa de acero con se muestra en la ilustración #21.

Características de los materiales:

 La placa de acero que se vayan a utilizar deben ser dúctil para que pueda absorber la energía sísmica en el interior de la placa.

 Los brazos de acero que se vayan a utilizar deber ser rígidos para puedan transmitir la energía sísmica a la placa de acero.